DE102017220927A1 - Tool for producing a fiber-reinforced plastic hollow component, hollow core for use in the tool and method - Google Patents

Tool for producing a fiber-reinforced plastic hollow component, hollow core for use in the tool and method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils mit:
- zwei Werkzeugteilen (1, 6), welche zueinander öffenbar und schließbar sind und die im geschlossenen Zustand eine Kavität zur Aufnahme des faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils umschließen,
- einer Zufuhröffnung (2) zur Befüllung eines in dem Werkzeug aufgenommenen Hohlkerns (10) mit einem Fluid,
einen an die Zufuhröffnung (2) angrenzenden Aufnahmeabschnitt (3) zur Aufnahme eines Einfüllabschnitts (11) des Hohlkerns (10), und
- einer um die Kavität geführten Werkzeugdichtung (4) zwischen den Werkzeugteilen (1, 6), welche beidseitig auf den Aufnahmeabschnitt (3) zuläuft und vor einem Schnittpunkt mit dem Aufnahmeabschnitt (3) endet. Weiterhin wird ein Hohlkern (10) zur Verwendung in dem Werkzeug sowie ein Verfahren angegeben.

Figure DE102017220927A1_0000
The invention relates to a tool for producing a fiber-reinforced plastic hollow component with:
two tool parts (1, 6) which can be opened and closed relative to one another and which in the closed state enclose a cavity for receiving the fiber-reinforced plastic hollow component,
a supply opening (2) for filling a hollow core (10) accommodated in the tool with a fluid,
a receiving section (3) adjoining the feed opening (2) for receiving a filling section (11) of the hollow core (10), and
- A guided around the cavity tool seal (4) between the tool parts (1, 6), which on both sides of the receiving portion (3) tapers and ends before an intersection with the receiving portion (3). Furthermore, a hollow core (10) for use in the tool and a method is given.
Figure DE102017220927A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zu Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils sowie einen Hohlkern zur Verwendung in dem Werkzeug.The invention relates to a tool and a method for producing a fiber-reinforced plastic hollow component and a hollow core for use in the tool.

Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteilen ist es bekannt, ein mit Matrixwerkstoff infiltriertes Faserhalbzeug auf einem Stützkern in einem formgebenden Werkzeug auszuhärten.For the production of fiber-reinforced plastic hollow components, it is known to cure a semifinished product infiltrated with matrix material on a support core in a forming tool.

Die Herstellung solcher Bauteile kann z.B. mittels Injektionsverfahren, wie z.B. dem Resin-Transfer-Moulding (RTM) erfolgen. Hierzu wird zunächst ein Faserhalbzeug auf den Stützkern aufgebracht, z.B. durch einen Wickel-, Flecht- oder Legeprozess und der mit dem Faserhalbzeug versehene Stützkern wird in ein Werkzeug eingelegt. Das Werkzeug weist zwei Werkzeugteile auf, die im geschlossenen Zustand eine Kavität bilden. Der Stützkern wird in der Kavität angeordnet, wobei die Kontur der Kavität im Wesentlichen eine Negativform des herzustellenden Bauteils abbildet. Dann wird ein ungehärtetes Matrixmaterial, z.B. ein Kunstharz, in die Kavität injiziert und durchtränkt auf seinem Fließweg das Faserhalbzeug. Das Matrixmaterial wird im geschlossenen Werkzeug ausgehärtet.The manufacture of such components may e.g. by injection method, e.g. Resin Transfer Molding (RTM). For this purpose, a semi-finished fiber product is first applied to the support core, e.g. by a winding, braiding or laying process and provided with the semifinished fiber support core is inserted into a tool. The tool has two tool parts which form a cavity when closed. The support core is arranged in the cavity, the contour of the cavity essentially representing a negative mold of the component to be produced. Then an uncured matrix material, e.g. a synthetic resin, injected into the cavity and impregnated on its flow path, the semi-finished fiber. The matrix material is cured in a closed mold.

Während der Injektion und Aushärtung des Matrixwerkstoffs liegen im Injektionswerkzeug hohe Drücke vor. Das macht es notwendig, Kerne zu verwenden, die solchen Drücken standhalten ohne sich nennenswert zu verformen. Hierbei hat sich die Verwendung von Hohlkernen bewährt, die durch ein in den Kern eingebrachtes Stützmedium, wie z.B. Wasser, während des Verfahrens stabilisiert werden. Als Hohlkern wird beispielsweise ein Blasformkern mit relativ geringer Wandungsstärke verwendet, der im Inneren durch das eingebrachte Fluid mit einem Gegendruck beaufschlagt wird.During injection and curing of the matrix material, high pressures are present in the injection tool. This makes it necessary to use cores that withstand such pressures without deforming appreciably. In this case, the use of hollow cores which have been proven by a support medium introduced into the core, such as e.g. Water, to be stabilized during the process. As a hollow core, for example, a blow mold core is used with relatively low wall thickness, which is acted upon in the interior by the introduced fluid with a back pressure.

Die Druckbeaufschlagung des Hohlkerns erfolgt bereits im Werkzeug über eine Fluid-Zuführung von außerhalb des Werkzeugs. Die Fluid-Zuführung erfolgt über ein lanzenartiges Kopplungsstück, dass durch eine Zuführöffnung in der Wandung des Werkzeugs in eine Einfüllöffnung des Stützkerns eingeführt wird.The pressurization of the hollow core takes place already in the tool via a fluid supply from outside the tool. The fluid supply takes place via a lance-like coupling piece, which is introduced through a feed opening in the wall of the tool into a filling opening of the support core.

Das in das Werkzeug eingebrachte Matrixmaterial wird unter Druck mit dem Faserhalbzeug verpresst und ausgehärtet. Um einen unerwünschten Austritt von Matrixmaterial aus dem Werkzeug und insbesondere zwischen den Werkzeugteilen zu verhindert, weist das Werkzeug üblicherweise eine Werkzeugdichtung zwischen den Werkzeugteilen des RTM-Werkzeugs auf, welche als geschlossen umlaufende Dichtung vollständig um die Kavität und die Zuführöffnung herumgeführt ist. Die Standzeit derartiger Werkzeugdichtungen ist gering, da es insbesondere im Bereich der Zuführöffnung zu hohen Scherbelastungen und infolge dessen zu häufigem Dichtungsversagen kommt. Weiterhin bilden sich während der Injektion des Matrixmaterials Reinharzbereiche im Bereich der Einfüllöffnung des Kerns, die nach der Herstellung aufwendig entfernt werden müssen.The introduced into the tool matrix material is pressed under pressure with the semi-finished fiber and cured. In order to prevent unwanted escape of matrix material from the tool and in particular between the tool parts, the tool usually has a tool seal between the tool parts of the RTM tool, which is guided around as completely closed seal around the cavity and the feed opening. The service life of such tool seals is low, as it comes in particular in the region of the feed opening to high shear loads and as a result to frequent seal failure. Furthermore, during the injection of the matrix material, pure resin regions are formed in the region of the filling opening of the core, which must be laboriously removed after production.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die voranstehend beschriebenen Nachteile vermindert werden können. Insbesondere soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, wie die Standzeit der Werkzeugdichtung bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteilen verbessert werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a way of reducing the disadvantages described above. In particular, a way will be shown how the service life of the tool seal can be improved in the production of fiber-reinforced plastic hollow components.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Werkzeug nach Patentanspruch 1 und einen Hohlkern nach Patentanspruch 7 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a tool according to claim 1 and a hollow core according to claim 7 and a method according to claim 8. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims and the description below.

Es wird ein Werkzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils angegeben mit zwei Werkzeugteilen, welche zueinander öffenbar und schließbar sind und im geschlossenen Zustand eine Kavität zur Aufnahme des faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils umschließen. Die von den Werkzeugteilen umschlossene Kavität hat im Wesentlichen die Außenkontur eines herzustellenden Kunststoff-Hohlbäuteils. Weiterhin weist das Werkzeug eine Zufuhröffnung zur Befüllung eines in dem Werkzeug aufgenommenen Hohlkerns mit einem Fluid auf. An die Zufuhröffnung grenzt ein Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Einfüllabschnitts des Hohlkerns an. Die Zufuhröffnung ist in einem der Werkzeugteile ausgebildet. Durch die Zufuhröffnung kann bei geschlossenem Werkzeug ein in der Kavität des Werkzeugs aufgenommener Stützkern mit einem Fluid befüllt werden. Der Aufnahmeabschnitt des Werkzeugs dient hierbei zur Aufnahme eines Einfüllabschnitts des Stützkerns. In den Einfüllabschnitt wird während der Befüllung beispielsweise eine lanzenartige Einfüllvorrichtung eingebracht. Der Aufnahmeabschnitt des Werkzeugs nimmt den Einfüllabschnitt des Stützkerns vorzugsweise formschlüssig auf.It is a tool for producing a fiber-reinforced plastic hollow component specified with two tool parts, which are mutually openable and closable and enclose a cavity for receiving the fiber-reinforced plastic hollow component in the closed state. The cavity enclosed by the tool parts essentially has the outer contour of a plastic hollow tube part to be produced. Furthermore, the tool has a supply opening for filling a hollow core accommodated in the tool with a fluid. Adjoining the supply opening is a receiving section for receiving a filling section of the hollow core. The feed opening is formed in one of the tool parts. By means of the supply opening, a support core accommodated in the cavity of the tool can be filled with a fluid when the tool is closed. The receiving portion of the tool serves to receive a filling portion of the support core. In the filling section, for example, a lance-like filling device is introduced during the filling. The receiving portion of the tool preferably receives the filling section of the support core in a form-fitting manner.

Weiterhin weist das Werkzeug eine Werkzeugdichtung zwischen den Werkzeugteilen auf, die um die Kavität geführt ist und die beidseitig auf den Aufnahmeabschnitt zuläuft und vor einem Schnittpunkt mit dem Aufnahmeabschnitt endet. Hierbei ist die Formulierung „auf den Aufnahmeabschnitt zulaufende Werkzeugdichtung“ derart zu verstehen, dass sich die Werkzeugdichtung in ihrem Verlauf dem Aufnahmeabschnitt zunehmend nähert. Würde der Verlauf der Dichtung weiter fortgesetzt, so würde die Dichtung auf den Aufnahmeabschnitt stoßen. Jedoch endet die Dichtung kurz vor dem Aufnahmeabschnitt, beispielsweise wenige Millimeter oder Zentimeter vor der Werkzeugkante, welche den Aufnahmeabschnitt begrenzt. Mit anderen Worten wird eine Werkzeugdichtung verwendet, welche um die Kavität herumverläuft, jedoch im Bereich des Aufnahmeabschnitts unterbrochen ist. Die Werkzeugdichtung beginnt bzw. endet in der Nähe des Aufnahmeabschnitts.Furthermore, the tool has a tool seal between the tool parts, which is guided around the cavity and which tapers on both sides of the receiving portion and ends before an intersection with the receiving portion. In this case, the wording "tool seal which tapers onto the receiving portion" is to be understood in such a way that the tool seal progressively approaches the receiving portion in its course. If the course of the poetry continued, the Poke gasket on the receiving section. However, the seal ends just before the receiving portion, for example, a few millimeters or centimeters in front of the edge of the tool, which limits the receiving portion. In other words, a tool seal is used, which runs around the cavity, but is interrupted in the region of the receiving portion. The tool seal begins or ends near the receiving section.

Dadurch, dass die Dichtung auf den Aufnahmeabschnitt zu verläuft und dort endet, kann die Werkzeugdichtung weitestgehend eben verlegt werden. Starke Steigungen oder kleine Radien im Verlauf der Werkzeugdichtung können vermieden werden. Hierdurch werden Scherkräfte beim Öffnen und Schließen des Werkzeugs stark reduziert und die Standzeit der Werkzeugdichtung kann erheblich verlängert werden kann. Als Material für die Werkzeugdichtung kommen beispielsweise herkömmliche Dichtungsmaterialien infrage, wie z.B. Elastomere, die ausreichend vakuum- und harzdicht sind.The fact that the seal extends to the receiving portion and ends there, the tool seal can be laid largely flat. Strong gradients or small radii in the course of the tool seal can be avoided. As a result, shear forces during opening and closing of the tool are greatly reduced and the life of the tool seal can be extended considerably. As the material for the tool seal, for example, conventional seal materials such as e.g. Elastomers that are sufficiently vacuum and resin-proof.

Der Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Einfüllabschnitts des Hohlkerns wird sowohl durch das erste als auch das zweite Werkzeugteil gebildet, welche im geschlossenen Zustand gemeinsam den Einfüllabschnitt des Hohlkerns umschließen. Wird das Werkzeug geschlossen, so senkt sich das zweite Werkzeugteil auf das erste Werkzeugteil, wobei der Einfüllabschnitt des Stützkerns in dem Aufnahmeabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugteil eingeschlossen wird.The receiving portion for receiving the filling portion of the hollow core is formed by both the first and the second tool part, which together enclose the filling portion of the hollow core in the closed state. When the tool is closed, the second tool part lowers on the first tool part, wherein the filling portion of the support core is enclosed in the receiving portion between the first and second tool part.

Um zu verhindern, dass sich Matrixmaterial zwischen dem Einfüllabschnitt des Hohlkerns und dem Aufnahmeabschnitt im Werkzeug vorbeidrückt, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung an dem Werkzeug im Bereich des Aufnahmeabschnitts mindestens ein umlaufender Prägesteg ausgebildet. Der Prägesteg ragt nach innen in den Bereich des Aufnahmeabschnitts vor. Der Prägesteg ist vorzugsweise sowohl im ersten als auch im zweiten Werkzeugteil ausgebildet. Beim Schließen des Werkzeugs drückt sich der Prägesteg in das Material des Stützkerns, während von der Innenseite des Einfüllabschnitts die Einbringlanze bzw. das bereits eingebrachte Fluid gegendrückt. Es können ein oder mehrere Prägestege vorgesehen sein, die z.B. in Längsrichtung des Aufnahmeabschnitts axial hintereinander angeordnet sind. Der oder die Prägestege laufen um den Aufnahmeabschnitt herum, d.h. die Abdichtung erfolgt umlaufend um den gesamten Umfang des Einfüllabschnitts des Stützkerns. Mithilfe der Prägewülste wird eine Abdichtung zwischen dem Einfüllabschnitt des Stützkerns und dem Werkzeug sichergestellt und ein unerwünschter Austritt von Matrixmaterial verhindert.In order to prevent matrix material from passing in the tool between the filling section of the hollow core and the receiving section, in a preferred embodiment at least one peripheral embossing web is formed on the tool in the region of the receiving section. The embossing protrudes inward into the region of the receiving portion. The embossing web is preferably formed both in the first and in the second tool part. When the tool is closed, the embossing bar presses into the material of the support core, while the delivery lance or the already introduced fluid is pressed against the inside of the filling section. One or more embossing bars may be provided, e.g. are arranged axially one behind the other in the longitudinal direction of the receiving portion. The die (s) run around the receiving portion, i. the sealing takes place circumferentially around the entire circumference of the filling section of the support core. The Prägewülste a seal between the filling portion of the support core and the tool is ensured and prevents unwanted escape of matrix material.

Erfindungsgemäß wird die Werkzeugdichtung nicht mehr als geschlossen umlaufende Dichtung ausgebildet, sondern auf den Hohlkern zugeführt und dort gezielt unterbrochen. Die abdichtende Wirkung der Werkzeugdichtung ergibt sich gemeinsam mit dem in das Werkzeug einzulegenden Hohlkern.According to the tool seal is no longer designed as a closed circumferential seal, but fed to the hollow core and selectively interrupted there. The sealing effect of the tool seal results together with the hollow core to be inserted into the tool.

Die Werkzeugdichtung ist vorzugsweise in einer Nut in einem der Werkzeug-, teile angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Nut in demselben Werkzeugteil ausgebildet, welches auch die Zufuhröffnung zur Befüllung des Hohlkerns aufweist. Die Werkzeugdichtung kann in die Nut eingelegt und z.B. durch Klemmen oder Kleben fixiert sein. Die Nut endet vor dem Aufnahmeabschnitt. Die Abdichtung des Übergangsbereichs zwischen Ende der Nut und Stützkern kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Für die Abdichtung des Übergangs zwischen Werkzeugdichtung und Hohlkern hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Werkzeugdichtung weitestgehend rechtwinklig, z.B. unter einem Winkel im Bereich von 70 bis 110 Grad auf den Aufnahmeabschnitt zuläuft.The tool seal is preferably arranged in a groove in one of the tool parts. Particularly preferably, the groove is formed in the same tool part, which also has the feed opening for filling the hollow core. The tool seal can be inserted into the groove and e.g. be fixed by clamping or gluing. The groove ends in front of the receiving section. The sealing of the transition region between the end of the groove and the support core can be done in different ways. For the sealing of the transition between the tool seal and the hollow core, it has proven to be particularly advantageous if the tool seal is largely rectangular, e.g. at an angle in the range of 70 to 110 degrees to the receiving section.

In einer Ausgestaltung kann es z.B. vorgesehen sein, dass die Werkzeugdichtung, welche in der Nut vorgesehen ist, über die Nutenden herausragt. Der Endabschnitt der Werkzeugdichtung ragt in Richtung auf den Aufnahmeabschnitt bzw. den Stützkern über das Ende der Nut hinaus. Wir das Werkzeug geschlossen, so wird der überstehende Dichtungsabschnitt verquetscht und z.B. bis an den Stützkern herangedrückt, wodurch eine vollständige Abdichtung erreicht wird. Der überstehende Dichtungsabschnitt kann denselben Querschnitt wie die restliche Werkzeugdichtung aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, die überstehenden Dichtungsabschnitte mit einem z.B. verringertem Querschnitt auszugestalten.In one embodiment, it may e.g. be provided that the tool seal, which is provided in the groove, protrudes beyond the groove ends. The end portion of the tool seal protrudes toward the receiving portion or the support core beyond the end of the groove. When the tool is closed, the overhanging sealing portion is pinched off and e.g. pressed down to the support core, whereby a complete seal is achieved. The protruding seal portion may have the same cross section as the rest of the tool seal. However, it is also conceivable that the projecting sealing portions with a e.g. To design reduced cross-section.

In einer weiteren Ausgestaltung sind zwischen dem Ende der Nut für die Werkzeugdichtung und einer den Aufnahmeabschnitt begrenzenden Werkzeugkante ein oder mehrere Kanäle zur Füllung mit Matrixmaterial in einem Dichtschu.ss vorgesehen. Die Kanäle sind an der Oberfläche des ersten und oder zweiten Werkzeugteils angeordnet. Wir das Werkzeug in einem Dichtschuss mit Matrixmaterial gefüllt, so füllen sich die Kanäle mit Matrixmaterial, wodurch eine zusätzliche Dichtwirkung erzeugt wird. Das ausgehärtete Matrixmaterial verbleibt in den Kanälen und dient während nachfolgender Herstellprozesse als zusätzliche Dichtstruktur.In a further embodiment, one or more channels for filling with matrix material in a sealing shoe are provided between the end of the groove for the tool seal and a tool edge delimiting the receiving section. The channels are arranged on the surface of the first and or second tool part. When the tool is filled with matrix material in a sealing shot, the channels fill up with matrix material, which creates an additional sealing effect. The cured matrix material remains in the channels and serves as an additional sealing structure during subsequent manufacturing processes.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, den Übergang zwischen Werkzeugdichtung und Hohlkern dadurch zusätzlich abzudichten, dass Material des Hohlkerns als Dichtstruktur verwendet wird.Furthermore, it can be provided to additionally seal the transition between the tool seal and the hollow core, that material of the hollow core is used as a sealing structure.

In einer Ausgestaltung, in der die Werkzeugdichtung und die Zufuhröffnung in dem ersten Werkzeugteil angeordnet sind, kann das zweite Werkzeugteil mindestens zwei seitlich in den Aufnahmeabschnitt hineinragende Prägenasen aufweisen, die in der Werkzeugtrennebene auf Höhe der Nut angeordnet sind. Bei den Prägenasen handelt es sich um Vorsprünge in der Außenkontur des Werkzeugteils. Diese Prägenasen sind derart geformt und ragen derart in den Aufnahmeabschnitt des Werkzeugs hinein, dass sie während des Schließvorgangs des Werkzeugs in die Wandung des Hohlkerns gedrückt werden, dabei Material vor sich herschieben bzw. schaben und in die Werkzeugtrennebene drücken. Dieses zusätzliche Material wird bei der Schließbewegung des Werkzeugs verpresst und somit wird die Kontaktstelle zwischen Werkzeugdichtung und Hohlkern zusätzlich abgedichtet. In one embodiment, in which the tool seal and the supply opening are arranged in the first tool part, the second tool part may have at least two embossing noses projecting laterally into the receiving section, which are arranged in the tool parting plane at the level of the groove. The embossing noses are projections in the outer contour of the tool part. These embossing tabs are shaped and protrude into the receiving portion of the tool in such a way that they are pressed into the wall of the hollow core during the closing operation of the tool, thereby pushing or scraping material in front of it and pressing into the tool parting plane. This additional material is pressed during the closing movement of the tool and thus the contact point between the tool seal and the hollow core is additionally sealed.

Mit dem voranstehend beschriebenen Werkzeug kann die Abdichtung gegenüber dem Hohlkern allein durch im Werkzeug vorgesehene Merkmale erfolgen. Es können also herkömmliche Hohlkern verwendet werden.With the tool described above, the seal with respect to the hollow core can be done solely by features provided in the tool. So it can be used conventional hollow core.

Weiterhin wird ein Hohlkern angegeben, der besonders zur Verwendung in dem vöranstehend beschriebenen Werkzeug geeignet ist und eine zusätzliche Abdichtung ermöglicht. Der Hohlkern weist eine Kernwandung auf, die einen Hohlraum umschließt und in einem Einfüllabschnitt mit Einfüllöffnung zur Befüllung des Hohlraums endet. Der Hohlkern kann z.B. in einem Blasformverfahren hergestellt sein. Der Einfüllabschnitt ist derart ausgebildet, dass er in den Aufnahmeabschnitt des Werkzeugs einlegbar ist, wobei der Hohlkern dort vorzugsweise formschlüssig fixiert wird. Im Bereich des Einfüllabschnitts sind außen an der Kernwandung wenigstens zwei nach außen vorstehende Dichtlaschen angeordnet.Furthermore, a hollow core is specified, which is particularly suitable for use in the above-described tool and allows an additional seal. The hollow core has a core wall, which encloses a cavity and ends in a filling section with a filling opening for filling the cavity. The hollow core may e.g. be made in a blow molding process. The filling portion is formed such that it can be inserted into the receiving portion of the tool, wherein the hollow core is preferably fixed there in a form-fitting manner. At least two outwardly projecting sealing flaps are arranged on the outside of the core wall in the area of the filling section.

Die Dichtlaschen sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Einfüllabschnitts angeordnet. Wird der Hohlkern in die Kavität eingelegt, so liegen die Dichtlaschen in der Werkzeugtrennebene zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugteil. Da die Dichtlaschen gegenüber der Kernwandung nach außen vorstehen, ragen sie über den Aufnahmeabschnitt hinaus und werden zwischen den Werkzeugteilen verpresst, wenn diese geschlossen werden. Durch das Verpressen der Dichtlaschen wird deren Material in Richtung auf die Werkzeugdichtung gepresst und eine zusätzliche Abdichtung erzeugt. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, dass die zusätzliche Abdichtung mit jedem verwendeten Kern und damit bei jedem hergestellten Bauteil neu erzeugt wird ohne dass zusätzliche Maßnahmen erforderlich wären.The sealing flaps are preferably arranged on opposite sides of the filling section. If the hollow core is inserted into the cavity, then the sealing straps lie in the mold parting plane between the first and second tool parts. As the sealing tabs protrude outwardly from the core wall, they project beyond the receiving portion and are crimped between the tool parts as they close. By pressing the sealing tabs, the material is pressed in the direction of the tool seal and creates an additional seal. It is particularly advantageous in this embodiment that the additional seal with each core used and thus newly produced at each manufactured component without additional measures would be required.

Mit dem vorgeschlagenen Dichtungskonzept in einem Werkzeug zur Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile lässt sich die Standzeit der Werkzeugdichtung deutlich erhöhen. Weiterhin wird die Bildung unerwünschter Reinharzbereiche im Bereich des Einfüllabschnitt des Hohlkerns verringert, wodurch der Reinigungsaufwand für das Werkzeug reduziert wird und die Zykluszeit optimiert werden kann.With the proposed sealing concept in a tool for producing fiber-reinforced hollow components, the service life of the tool seal can be significantly increased. Furthermore, the formation of undesirable pure resin areas in the region of the filling portion of the hollow core is reduced, whereby the cleaning effort for the tool is reduced and the cycle time can be optimized.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Werkzeugs angegeben. Ebenso kann der voranstehend beschriebene Hohlkern mit Dichtlaschen in dem Verfahren verwendet werden. Die beschriebenen Vorteile gelten daher ebenso für das Verfahren.Furthermore, a method for producing a fiber-reinforced hollow component using the tool described above is given. Likewise, the above-described hollow core can be used with sealing flaps in the process. The advantages described therefore also apply to the process.

Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • - Bereitstellen eines Hohlkerns mit einer Einfüllöffnung und einem daran angrenzenden Einfüllabschnitt,
  • - Aufbringen eines Faserhalbzeugs auf den Hohlkern,
  • - Einlegen des Hohlkerns in das Werkzeug und Schließen des Werkzeugs, wobei der Einfüllabschnitt des Hohlkerns von dem Aufnahmeabschnitt des Werkzeugs aufgenommen wird,
  • - Druckbeaufschlagung des Hohlkerns über die Befüllöffnung im Werkzeug,
  • - Infiltrieren des Faserhalbzeugs mit einem ungehärteten Matrixmaterial,
  • - Aushärten des Matrixmaterials im geschlossenen Werkzeug und
  • - Entformen des faserverstärkten Hohlbauteils.
The method comprises the steps:
  • Providing a hollow core with a filling opening and an adjoining filling section,
  • Applying a semifinished fiber product to the hollow core,
  • Inserting the hollow core into the tool and closing the tool, wherein the filling section of the hollow core is received by the receiving section of the tool,
  • Pressurizing the hollow core via the filling opening in the tool,
  • Infiltrating the semifinished fiber product with an uncured matrix material,
  • - curing of the matrix material in the closed mold and
  • - Mold removal of the fiber-reinforced hollow component.

Das Faserhalbzeug kann trocken auf den Hohlkern aufgebracht und erst im Werkzeug mit Matrixmaterial infiltriert werden. Das Verfahren kann insbesondere als RTM-Verfahren durchgeführt werden. Insofern kann es sich bei dem Werkzeug vorzugsweise um ein Injektionswerkzeug für ein RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding) handelt. Das voranstehend beschrieben Werkzeug und der Stützkern können ebenso in einem Vakuuminjektionsprozess verwendet werden. Ebenso ist es auch denkbar, mit dem Werkzeug und dem Stützkern ein faserverstärktes Kunststoff-Hohlbauteil im Nasspressverfahren auszubilden, wozu beispielsweise ein vorgetränktes Faserhalbzeug gemeinsam mit dem Stützkern in das Werkzeug eingelegt werden kann und dort verpresst wird.The semi-finished fiber can be applied dry to the hollow core and infiltrated only in the tool with matrix material. The method can be carried out in particular as an RTM method. In this respect, the tool may preferably be an injection tool for an RTM process (Resin Transfer Molding). The above-described tool and the support core may also be used in a vacuum injection process. Likewise, it is also conceivable to form a fiber-reinforced plastic hollow component in the wet pressing process with the tool and the support core, including, for example, a pre-saturated semi-finished fiber can be inserted together with the support core in the tool and is pressed there.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. In this case, the features mentioned in the claims and in the description can each individually for themselves or in any combination essential to the invention. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

  • 1 Draufsicht auf ein Werkzeugteil mit Werkzeugdichtung,
  • 2 Draufsicht auf das Werkzeugteil aus 1 mit eingelegtem Hohlkern, und
  • 3 bis 6 Schnittansichten und Draufsichten zur Veranschaulichung von Abdichtkonzepten gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Embodiments will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show:
  • 1 Top view of a tool part with tool seal,
  • 2 Top view of the tool part 1 with inserted hollow core, and
  • 3 to 6 Sectional views and plan views for illustrating sealing concepts according to embodiments of the invention.

In den Figuren wird das Werkzeug beispielhaft anhand eines RTM-Werkzeugs beschrieben. Das RTM-Werkzeug beinhaltet ein erstes und zweites Werkzeugteil, welche zueinander öffenbar und schließbar sind und im geschlossenen Zustand eine Kavität umschließen. Zur Befüllung eines Hohlkerns, welcher während der Bauteilherstellung in der Kavität eingelegt ist, weist ein in 1 ausschnittsweise in einer Draufsicht gezeigtes erstes Werkzeugteil 1 eine Zufuhröffnung 2 auf. An die Zufuhröffnung 2 angrenzend ist das Werkzeugteil als Aufnahmeabschnitt 3 ausgestaltet. Wird ein Hohlkern 10 in das erste Werkzeugteil 1 eingelegt, so nimmt der Aufnahmeabschnitt 3 des Werkzeugteils einen Einfüllabschnitt 11 des Hohlkerns 10 formschlüssig auf, wodurch eine Einfüllöffnung 12 des Hohlkerns an der Zufuhröffnung im Werkzeugteil positioniert wird, siehe hierzu 2.In the figures, the tool is described by way of example with reference to an RTM tool. The RTM tool includes a first and second tool part, which are openable and closable to each other and enclose a cavity in the closed state. For filling a hollow core, which is inserted in the cavity during component production, has an in 1 fragmentary in a plan view shown first tool part 1 a feed opening 2 on. To the feed opening 2 adjacent is the tool part as a receiving section 3 designed. Becomes a hollow core 10 in the first tool part 1 inserted, so takes the recording section 3 the tool part a filling section 11 of the hollow core 10 a form-fitting manner, whereby a filling opening 12 of the hollow core is positioned at the feed opening in the tool part, see 2 ,

In dem ersten Werkzeugteil 1 ist weiterhin eine Werkzeugdichtung 4 vorgesehen. Die Werkzeugdichtung 4 dient als Dichtung zwischen dem ersten Werkzeugteil 1 und dem nicht dargestellten zweiten Werkzeugteil, wenn diese geschlossen werden. Die Werkzeugdichtung 4 ist beidseitig an den Aufnahmeabschnitt 3 herangeführt, wobei sie vor einem Schnittpunkt mit dem Aufnahmeabschnitt 3 endet. Die Werkzeugdichtung 4 ist vorzugsweise in einer Nut (siehe Bezugszeichen 7 in den 3 bis 6) im ersten Werkzeugteil 1 eingesetzt.In the first tool part 1 is still a tool seal 4 intended. The tool seal 4 serves as a seal between the first tool part 1 and the second tool part, not shown, when they are closed. The tool seal 4 is on both sides of the receiving section 3 introduced, in front of an intersection with the receiving section 3 ends. The tool seal 4 is preferably in a groove (see reference numeral 7 in the 3 to 6 ) in the first tool part 1 used.

Wird das Werkzeug geschlossen, so wird das zweite, nicht dargestellte, Werkzeugteil abgesenkt und die Werkzeugdichtung 4 wird zwischen den Werkzeugteilen eingeklemmt. Dadurch, dass die Werkzeugdichtung 4 stoßartig in Richtung auf den Aufnahmeabschnitt 3 für den Hohlkern 10 verläuft, weist der Dichtungsverlauf nur geringfügige Steigungen auf. Auch kann auf kleine Radien im Dichtungsverlauf verzichtet werden. Hierdurch ist die auf die Werkzeugdichtung 4 wirkende Scherbelastung beim Öffnen und Schließen des Werkzeugs gering, so dass sehr hohe Standzeiten erreicht werden.When the tool is closed, the second, not shown, tool part is lowered and the tool seal 4 is trapped between the tool parts. Because of the tool seal 4 jerkily towards the receiving section 3 for the hollow core 10 runs, the seal course has only minor gradients. Also can be dispensed with small radii in the sealing process. This is the on the tool seal 4 acting shear load when opening and closing the tool low, so that very long service life can be achieved.

Zur Abdichtung zwischen dem Einfüllabschnitt 11 des Hohlkerns 10 und dem Werkzeug weist der Aufnahmeabschnitt 3 ein oder mehrere radial umlaufende Prägestege 5 auf, welche nach innen in den Aufnahmeabschnitt 3 hinein vorstehen. Beim Schließen des Werkzeugs drücken sich die Prägestege 5 in das Material des Hohlkerns 10 und bewirken eine Abdichtung. In 1 sind die Prägestege 5 nur im ersten Werkzeugteil 1 dargestellt. Das zweite nicht dargestellte Werkzeugteil weist korrespondierende Prägestege auf.For sealing between the filling section 11 of the hollow core 10 and the tool has the receiving portion 3 one or more radially encircling embossing strokes 5 on which inside into the receiving section 3 protrude into it. When closing the tool press the embossing bars 5 in the material of the hollow core 10 and cause a seal. In 1 are the embossing strokes 5 only in the first tool part 1 shown. The second tool part, not shown, has corresponding embossing strokes.

Um eine sichere Dichtwirkung zwischen der Werkzeugdichtung 4 und dem Hohlkern 10 zu unterstützen, können verschiedene, in den 3 bis 6 gezeigte Merkmale verwendet werden.For a secure sealing effect between the tool seal 4 and the hollow core 10 can support different, in the 3 to 6 shown features are used.

3A zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf einen Hohlkern 10, der im Bereich des Einfüllabschnitts 11 mit zusätzlichen Dichtlaschen 13 ausgeführt ist. Die Dichtlaschen 13 stehen gegenüber der Kernwandung 14 vor und sind auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die Dichtlaschen können z.B. halbkreisförmig ausgebildet sein. Die Anordnung der Dichtlaschen 13 ist derart gewählt, dass sie in der Werkzeugtrennebene auf dem ersten Werkzeugteil 1 zu liegen kommen, wenn der Hohlkern 10 in das erste Werkzeugteil 1 eingelegt ist. 3B zeigt eine Schnittansicht A-A von 3A. Wird nun das Werkzeug durch Absenken des zweiten Werkzeugteils 6 geschlossen, so werden die Dichtlaschen 13 verpresst und das Material der Dichtlaschen dichtet den Spalt bis zur Werkzeugdichtung 4 ab, s. 3C. 3A shows an example of a plan view of a hollow core 10 in the area of the filling section 11 with additional sealing straps 13 is executed. The sealing straps 13 stand opposite the core wall 14 in front and are arranged on opposite sides. The sealing straps may be formed semicircular, for example. The arrangement of the sealing straps 13 is selected to be in the tool parting plane on the first tool part 1 come to rest when the hollow core 10 in the first tool part 1 is inserted. 3B shows a sectional view AA from 3A , Will now the tool by lowering the second tool part 6 closed, so are the sealing tabs 13 pressed and the material of the sealing tabs seals the gap to the tool seal 4 Section. 3C ,

4A zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung, wobei die Werkzeugdichtung 4 nicht nur in der strichliert dargestellten Nut 7 angeordnet ist, sondern über diese hinausragt, siehe auch die Schnittansicht A-A in 4B. Die überstehenden Abschnitte 4A und 4B der Werkzeugdichtung 4 werden beim Schließen des Werkzeugs verpresst und dichten gegen den Hohlkern 10 ab. 4A shows a plan view of a further embodiment, wherein the tool seal 4 not only in the groove shown in dashed lines 7 is arranged, but protrudes beyond this, see also the sectional view AA in 4B , The protruding sections 4A and 4B the tool seal 4 are pressed when closing the tool and seal against the hollow core 10 from.

5 zeigt eine Schnittansicht A-A einer weiteren Ausgestaltung, wobei in dem zweiten Werkzeugteil 6 zwei Prägenasen 8 vorgesehen sind, welche nach innen in den Aufnahmeabschnitt 3 vorstehen. Di e Prägenasen sind auf Höhe der Nut 7 bzw. des Endes der Werkzeugdichtung 4 angeordnet. Wird das Werkzeug geschlossen, so drücken bzw. schaben die Prägenasen 8 Material des Hohlkerns 10 vor sich her in den Trennbereich zwischen den Werkzeugteilen 1 und 6 und sorgen für zusätzliches Dichtmaterial. 5 zeigt eine Kombination aus Prägenasen 8 und einer Werkzeugdichtung 4, welche über die Nut hervorsteht. Selbstverständlich können die Prägenasen 8 auch bei einer Dichtung ohne Überstand eingesetzt werden. 5 shows a sectional view AA of another embodiment, wherein in the second tool part 6 two embossmentases 8th are provided, which inwardly into the receiving section 3 protrude. The embgenases are at the level of the groove 7 or the end of the tool seal 4 arranged. When the tool is closed, the embossing noses press or scrape 8th Material of the hollow core 10 in front of him in the separation area between the tool parts 1 and 6 and provide additional sealing material. 5 shows a combination of embgenases 8th and a tool seal 4 , which protrudes over the groove. Of course, the embossing 8th be used in a seal without supernatant.

6 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Werkzeugteil 1, bei dem zwischen der Nut 7 und dem Aufnahmeabschnitt 3 für den Hohlkern zusätzliche Kanäle 9 vorgesehen sind. Die Kanäle 9 verlaufen vom Ende der Nut 7 bis an den Rand des Aufnahmeabschnitts 3. In einem Dichtschuss füllen sich die Kanäle 9 mit Matrixmaterial, welches ausgehärtet als zusätzliche Dichtung im Werkzeug verbleibt. 6 shows a plan view of a first tool part 1 in which between the groove 7 and the receiving section 3 for the hollow core additional channels 9 are provided. The channels 9 run from the end of the groove 7 to the edge of the receiving section 3 , In a sealing shot, the channels fill up 9 with matrix material, which remains cured as an additional seal in the tool.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.The embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
erstes Werkzeugteilfirst tool part
22
Zufuhröffnungsupply port
33
Aufnahmeabschnittreceiving portion
44
Werkzeugdichtungtool seal
4A, 4B4A, 4B
Dichtungsabschnittesealing sections
55
Prägestegembossing web
66
zweites Werkzeugteilsecond tool part
77
Nutgroove
88th
Prägenasenembossed projections
99
Kanälechannels
1010
Hohlkernhollow core
1111
Einfüllabschnittreservoir section
1212
Einfüllöffnungfill opening
1313
Dichtlaschewater flap
1414
Kernwandungcore wall

Claims (8)

Werkzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils mit: - zwei Werkzeugteilen (1, 6), welche zueinander öffenbar und schließbar sind und die im geschlossenen Zustand eine Kavität zur Aufnahme des faserverstärkten Kunststoff-Hohlbauteils umschließen, - einer Zufuhröffnung (2) zur Befüllung eines in dem Werkzeug aufgenommenen Hohlkerns (10) mit einem Fluid, einen an die Zufuhröffnung (2) angrenzenden Aufnahmeabschnitt (3) zur Aufnahme eines Einfüllabschnitts (11) des Hohlkerns (10), und - einer um die Kavität geführten Werkzeugdichtung (4) zwischen den Werkzeugteilen (1, 6), welche beidseitig auf den Aufnahmeabschnitt (3) zuläuft und vor einem Schnittpunkt mit dem Aufnahmeabschnitt (3) endet.Tool for producing a fiber-reinforced plastic hollow component with: two tool parts (1, 6) which can be opened and closed relative to one another and which in the closed state enclose a cavity for receiving the fiber-reinforced plastic hollow component, - A supply opening (2) for filling a hollow core (10) received in the tool with a fluid, a receiving portion (3) adjacent to the supply opening (2) for receiving a filling portion (11) of the hollow core (10), and - A guided around the cavity tool seal (4) between the tool parts (1, 6), which on both sides of the receiving portion (3) tapers and ends before an intersection with the receiving portion (3). Werkzeug nach Patentanspruch 1, bei dem im Aufnahmeabschnitt (3) des Werkzeugs mindestens ein umlaufender Prägesteg (5) ausgebildet ist.Tool after Claim 1 in which at least one peripheral embossing web (5) is formed in the receiving section (3) of the tool. Werkzeug nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Werkzeugdichtung (4) in einer Nut (7) in einem der Werkzeugteile (1, 6) angeordnet ist.Tool according to one of the preceding claims, wherein the tool seal (4) in a groove (7) in one of the tool parts (1, 6) is arranged. Werkzeug nach Patentanspruch 3, bei dem bei dem die Werkzeugdichtung (4A, 4B) an den Nutenden über diese hinausragt.Tool after Claim 3 in which the tool seal (4A, 4B) protrudes beyond the groove ends. Werkzeug nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, zwischen dem Ende der Nut (7) für die Werkzeugdichtung (4) und dem Aufnahmeabschnitt (3) ein oder mehrere Kanäle (9) zur Füllung mit Matrixmaterial in einem Dichtschuss verlaufen.Tool after one of Claims 3 or 4 , between the end of the groove (7) for the tool seal (4) and the receiving portion (3) extend one or more channels (9) for filling with matrix material in a sealing fit. Werkzeug nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Werkzeugdichtung (4) und die Zufuhröffnung (2) in dem ersten Werkzeugteil (1) angeordnet sind und das zweite Werkzeugteil (6) mindestens zwei seitlich in den Aufnahmeabschnitt (3) hineinragende Prägenasen (8) aufweist, die in der Werkzeugtrennebene auf Höhe der Nut (7) angeordnet sind.Tool according to one of the preceding claims, wherein the tool seal (4) and the supply opening (2) in the first tool part (1) are arranged, and the second tool part (6) has at least two embossing lugs (8) projecting laterally into the receiving section (3), which are arranged in the plane of the parting plane at the level of the groove (7). Hohlkern zur Verwendung in einem Werkzeug nach einem der vorangehenden Patentansprüche, mit einer Kernwandung (14), die einen Hohlraum umschließt und in einem Einfüllabschnitt (11) mit Einfüllöffnung (12) zur Befüllung des Hohlraums endet, wobei in Bereich des Einfüllabschnitts (11) wenigstens zwei nach außen vorstehende Dichtlaschen (13) angeordnet sind.Hollow core for use in a tool according to one of the preceding claims, with a core wall (14) which encloses a cavity and ends in a filling section (11) with a filling opening (12) for filling the cavity, wherein in the region of the filling section (11) at least two outwardly projecting sealing flaps (13) are arranged. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils unter Verwendung eines Werkzeugs nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: -Bereitstellen eines Hohlkerns (10) mit einer Einfüllöffnung (12) und einem daran angrenzenden Einfüllabschnitt (11), -Aufbringen eines Faserhalbzeugs auf den Hohlkern (10), - Einlegen des Hohlkerns (10) in das Werkzeug und Schließen des Werkzeugs, wobei der Einfüllabschnitt (11) des Hohlkerns (10) von dem Aufnahmeabschnitt (3) des Werkzeugs aufgenommen wird, - Druckbeaufschlagung des Hohlkerns (10) über die Zufuhröffnung (2) im Werkzeug, - Infiltrieren des Faserhalbzeugs mit einem ungehärteten Matrixmaterial, - Aushärten des Matrixmaterials im geschlossenen Werkzeug und - Entformen des faserverstärkten Hohlbauteils.Method for producing a fiber-reinforced hollow component using a tool according to one of the Claims 1 to 6 comprising the steps of: providing a hollow core (10) with a filling opening (12) and a filling section (11) adjoining thereto, applying a semifinished fiber product to the hollow core (10), inserting the hollow core (10) into the tool and closing it the tool, wherein the filling portion (11) of the hollow core (10) is received by the receiving portion (3) of the tool, - pressurizing the hollow core (10) via the feed opening (2) in the tool, - infiltrating the semifinished fiber product with an uncured matrix material, Hardening of the matrix material in the closed mold and Demolding the fiber-reinforced hollow component.
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