DE19850462A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststofformteils, Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens und hiermit hergestelltes Formteil - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststofformteils (18) mit den Schritten: Einlegen von Verstärkungsmaterial (16) in eine Form (4), Schließen der Form (4), Anlegen eines Vakuums und Einspritzen eines Matrixmaterials in eine Kavität (10) der Form (4) und Aushärten des Formteils (18) unter Druck und Temperatur. Hierbei wird das Matrixmaterial von zumindest einer Umfangskante (8b) der Formteilkavität (10) her in Fließfrontrichtung des Matrixmaterials in die Kavität (10) eingespritzt. Das Matrixmaterial wird über Fließkanäle (22) in den die Kavität (18) begrenzenden Formwandungen und/oder im Verstärkungsmaterial (16) verteilt und füllt dabei die Kavität (10) schnell und gleichmäßig ohne Fehlstellen, Lufteinschlüsse etc. aus. Beschrieben wird auch ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Formteil aus einem einen Kern bildenden Verstärkungsmaterial und einem aushärtbaren Matrixmaterial, das nach dem Verfahren und/oder unter Verwendung des Werkzeuges hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststofformteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des An­ spruches 5, welches insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist, sowie ein mit dem Ver­ fahren bzw. dem Werkzeug hergestelltes Formteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.

Das in dem Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Ver­ fahren zum Herstellen eines Kunststofformteils ist ein Harzinjektionsverfahren, das auch unter der Bezeichnung RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) bekannt ist. Mittels des RTM-Verfahrens lassen sich auch mittelgroße und große Bauteile mit über 50 Vol-% Gehalt an Verstärkungsfasern, Einlegekernen oder dergleichen herstellen. Im RTM-Verfahren hergestellte Formteile zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Oberflächenqualität aus. Das Verfahren ist wei­ testgehend automatisierbar und bietet daher große Vorteile gegenüber arbeitsintensiveren Techniken, wie beispielsweise dem Handlaminieren oder dergleichen. Anwendungsgebiete für das RTM-Verfahren sind beispielsweise im Flugzeug-, Schiffs- und Kraftfahrzeugbau zu sehen.

Durch die Verwendung von Fasern beim RTM-Verfahren kön­ nen bestimmte mechanische Eigenschaften erzielt werden, beispielsweise eine Verstärkung oder Versteifung des Form­ teils. Hierzu sind relativ hohe Fasergehalte notwendig. Be­ reits geringe Fasergehalte reichen aus, um dem verwendeten Harz inhärente Defizite oder Nachteile auszugleichen oder zu verringern, beispielsweise um eine höhere Wärmeformbe­ ständigkeit oder eine Reduzierung der Schwindung zu erhal­ ten.

Beim RTM-Verfahren werden in einem ersten Verfahrens­ schritt, dem sogenannten Beschicken, in das geöffnete Werk­ zeug die gewünschten Verstärkungsmaterialien eingelegt. Als Verstärkungsmaterialien kommen unter anderem Gewebe, Gele­ ge, Vliese, Einzelfasern, Bänder, sowie gegebenenfalls vor­ geformte und versiegelte Schaumkerne zur Erhöhung der Bie­ gefestigkeit in Frage. Auch werden Metalleinlegeteile zur Aufnahme höherer Kräfte an entsprechenden Krafteinleitungs­ stellen verwendet. Das Werkzeug selbst besteht in der Regel aus zwei Formhälften, welche im geschlossenen Zustand eine Kavität bilden, in welcher sich die Verstärkungsmaterialien befinden und in welche dann das Harz (Matrixmaterial) ein­ gespritzt wird. Vor dem Einlegen der Verstärkungsmateriali­ en und vor dem Schließen der beiden Formhälften wird im allgemeinen auf die Oberflächen der Kavität noch ein Gleit­ mittel aufgebracht, um die Entformung zu erleichtern und spätere Oberfläche des Formteiles möglichst glatt zu erhal­ ten und das Fließen des Harzes beim Einspritzvorgang zu er­ leichtern.

Nach dem Einlegen wird das Werkzeug, das heißt werden die beiden Formhälften geschlossen und es wird eine ent­ sprechende Zuhaltekraft aufgebracht. Im Anschluß daran wird Vakuum angelegt und in einem weiteren Verfahrensschritt das Matrixmaterial bestehend aus Harz, Initiator, gegebenen­ falls Füllstoffen, Farbpigmenten oder dergleichen in die Kavität eingebracht. Die verwendeten Materialien werden vor dem Einbringen in die Kavität innig gemischt. Nach voll­ ständiger Füllung des Werkzeugs bzw. der Kavität erfolgt die Aushärtung des eingebrachten Materials, wobei die Aus­ härtung je nach Harzsystem bei Raumtemperatur oder unter Zuführung von Wärme erfolgt.

Als letzter Verfahrensschritt erfolgt das Entformen des fertigen Formteiles, wobei hierzu die beiden Formhälften geöffnet werden und das fertige Formteil von Hand oder durch Auswerfer aus der Form genommen wird. Die Einspritz­ düse (Injektor) ist dabei in einer Formhälfte angeordnet, d. h. bei großflächigen Werkstücken, beispielsweise Windab­ weisern oder dergl. senkrecht zur Endfläche des Werk­ stückes, so daß die Einspritzkanäle durch die Formhälften­ wand geführt werden.

Das RTM-Verfahren ermöglicht eine sehr gute Oberflä­ chenqualität, kurze Zykluszeiten, geringe Herstellungsko­ sten, kurze Verweilzeiten im Werkzeug, geringe Emissionen und leichte und trotzdem stabile Bauteile, wobei das Ein­ bringen von Kernen, Einlegeteilen und Verstärkungsmateria­ lien gezielt möglich ist.

Ein kritischer Faktor beim RTM-Verfahren stellt beim Einspritzen des Matrixmaterials die Ausbildung der Fließ­ front innerhalb der Kavität dar. Insbesondere bei sehr gro­ ßen Formteilen, welche eine entsprechend groß dimensionier­ te Kavität bedingen, muß darauf geachtet werden, daß das Matrixmaterial das Verstärkungsmaterial in der Kavität gleichmäßig und vollständig benetzt, bevor der Aushärtungs­ vorgang des Matrixmaterials beginnt und somit die Viskosi­ tät des Matrixmaterials erhöht wird. Ansonsten kommt es zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Matrixmaterials oder zu einer unkontrollierten Aushärtung des Harzes, was ein Ausschuß-Formteil zur Folge hat. Desweiteren muß der Injek­ tionsdruck bei beginnender Aushärtung erhöht werden, so daß erhebliche Zuhaltekräfte aufgebracht werden müssen. Weitere Probleme bei ungleichmäßiger Einbringung des Matrixmateri­ als sind mögliche Lufteinschlüsse oder Lunker, sowie ein Verschieben oder Verdrängen oder ungenügendes Benetzen der eingelegten Kerne oder Verstärkungsmaterialien etc. auf­ grund der auftretenden Strömungskräfte.

Bei Formteilen und damit Kavitäten einer bestimmten Größe ist man daher bereits dazu übergegangen, das Matrix­ material nicht nur an einem Punkt in die Kavität einzu­ spritzen, sondern an einer Mehrzahl von der Form des Form­ teils entsprechend verteilten Einspritzpunkten oder -stel­ len. Hierdurch wird es zwar möglich, eine gleichmäßigere Ausbildung der Fließfront in der Kavität und damit eine weitestgehend zuverlässige Verteilung des Matrixmaterials in der Kavität zu erzielen, jedoch ergeben sich hierbei verfahrens- und anlagentechnische Probleme und Nachteile, insbesondere die Ausbildung der Mehrzahl von Einspritzstel­ len an der Form, welche sowohl zumindest eine Formhälfte der Form als auch zugeordnete Haltemittel, also Werkzeug­ aufspannplatten oder dergleichen durchsetzen müssen. Die Ausbildung des Werkzeuges oder der Form mit quer zur Trenn­ ebene angeordneten Einspritzdüsen ist vergleichsweise auf­ wendig und damit teuer.

Die Erfindung hat es sich dem gegenüber zur Aufgabe ge­ macht, ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststofform­ teils zu schaffen, mit welchem auch große Formteile frei von irgendwelchen Matrix-Fehlstellen oder internen Defekten herstellbar sind. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt hinsichtlich des Ver­ fahrens durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hin­ sichtlich des Formteils durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Werkzeuges durch die im An­ spruch 5 angegebenen Merkmale.

Demnach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstel­ len eines Kunststofforniteils vorgesehen, mit den Schritten: Einlegen von Verstärkungsmaterial in eine Form, Schließen der Form, Anlegen eines Vakuums und Einspritzen eines Ma­ trixmaterials in eine Kavität der Form und Aushärten des Formteils unter Druck und Temperatur, wobei das Matrixmate­ rial von zumindest einer Umfangskante der Formteilkavität her in Fließfrontrichtung des Matrixmaterials in die Kavi­ tät eingespritzt wird.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug, insbesondere zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist gekennzeich­ net durch wenigstens eine Einspritzdüse im Umfangsbereich der Werkzeugtrennebene und durch einen Verteiler aus sich von der Einspritzdüse weg verzweigenden, zur Kavität hin offenen Kanälen, die sich in Fließrichtung erstrecken.

Wird das Matrixmaterial über Fließkanäle verteilt, wel­ che in den die Kavität begrenzenden Formwandungen und/oder im Verstärkungsmaterial verteilt sind, ergibt sich eine weitere Vergleichmäßigung der Fließfront.

Bevorzugt werden die an der Oberfläche des Formteils ausgebildeten Verteilerrippen nach dem Aushärten entfernt, beispielsweise abgeschliffen. Die Oberflächengüte bzw. das äußere Erscheinungsbild des Formteils kann hierdurch ver­ bessert werden.

Alternativ hierzu können die an der Oberfläche des Formteils ausgebildeten Verteilerrippen nach dem Aushärten in ein Versteifungsrippensystem des Formteils mit einbezo­ gen werden bzw. dieses bilden. Voraussetzung hierfür wäre dann, daß das Matrixmaterial mit Verstärkungsfasern und/oder -partikeln versetzt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug weisen bevorzugt die Kanäle in Fließrichtung gesehen sich ändernde Querschnitts­ größen und/oder -formen auf; hiermit kann sich ändernden Querschnittsformen von Kavität und/oder Verstärkungsmaterial derart Rechnung getragen werden, daß die Ausbreitung der Fließfront gleichmäßig verbleibt.

Das Werkzeug weist weiterhin bevorzugt einen Entlüf­ tungskanal auf, der von dem Verteiler weg zu einem Evaku­ ieranschluß geführt ist, der diametral zur Einspritzdüse in der Formteilkavität mündet. Durch das angelegte Vakuum wird die Füllung der Kavität mit dem Matrixmaterial verbessert.

Weist der Verteiler weiterhin zumindest einen sich von der Einspritzdüse weg erstreckenden Hauptkanal auf, der in mehrere Seitenkanäle verzweigt, deren Achsen jeweils schräg zu derjenigen des Hauptkanals angestellt sind, kann die Be­ wegung der Fließfront nach Richtung und Geschwindigkeit weiter verbessert werden.

Die sonstigen Unteransprüche haben weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen des jeweiligen Er­ findungsgedankens zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch stark vereinfacht einen Vertikal­ schnitt durch eine Form im geöffneten Zustand;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung der Form im geschlossenen Zustand mit einem sich in einer innerhalb der Form ausgebildeten Kavität befindlichen Einlegeteil;

Fig. 3 ein in der Form gemäß der Fig. 1 oder 2 her­ stellbares Formteil nach dem Entformen;

Fig. 4 und 5 schematisch stark vereinfachte Draufsich­ ten auf eine untere Formhälfte zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens; und

Fig. 6 eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Darstel­ lung einer Form nach dem Stand der Technik.

Fig. 6 zeigt schematisch vereinfacht eine Draufsicht von oben auf eine untere Formhälfte 2 einer Form 4, wobei in der Darstellung von Fig. 6 eine obere Formhälfte 6 der Form 4 weggelassen wurde.

In der schematisch vereinfachten Darstellung von Fig. 6 weist die untere Formhälfte 2 einen umlaufenden Formrand 8 auf, der im Inneren der Formhälfte 2 einen Teil eines Hohl­ raumes oder einer Kavität 10 begrenzt. Die beiden Formhälf­ ten 2 und 6 liegen entlang des jeweiligen Formrandes 8 im geschlossenen Zustand aufeinander. Die von dem Formrand 8 begrenzte Kavität 10 hat im dargestellten Beispiel von Fig. 6 geradlinig/rechteckförmigen Umfang; es versteht sich, daß die Form bzw. der Grundriß der Kavität 10 hiervon abwei­ chende Formgebungen haben kann.

In der Bodenfläche der Kavität 10 ist je nach Formteil­ geometrie eine Mehrzahl von geradlinig und/oder ge­ krümmt/kurvenförmig verlaufenden Vertiefungen 12 ausgebil­ det, welche mit ihrem Querschnitt in die Zeichenebene hin­ einragen. Nach dem Füllen der Kavität 10 mit dem Verstär­ kungs- und dem Matrixmaterial und nach dem Ausformen des erhaltenen Formteils zeichnen sich diese Vertiefungen 12 an der Oberfläche des Formteils als Rippen oder Vorsprünge ab, welche beispielsweise bei plattenförmigen Formteilen dann als Verstärkungsrippen oder -stege dienen.

An wenigstens einer Stelle ist senkrecht zur Zeichen­ ebene verlaufend eine Einspritzdüse mit einer Anguß- oder Einspritzöffnung 14 ausgebildet. Desweiteren weist die Form 4 einen oder mehrere Evakuieranschlüsse auf.

Beim Einspritzvorgang des Matrixmaterials wird dieses von der Einspritzöffnung 14 (senkrecht zur Zeichenebene) her kommend in die Kavität 10 eingespritzt und beginnt sich hierin zu verteilen. Wie beispielsweise aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, hat in der Mehrzahl der Fälle die Kavität 10 im Vertikalschnitt gesehen keine gleichförmige oder ebenmäßige Kontur, sondern sowohl die obere, als auch die untere Vertiefung in den beiden Formhälften 2 und 6 weist eine mehr oder weniger unregelmäßige Konturierung auf. Diese unregelmäßige Konturierung kann durch den Querschnitt eines Verstärkungsteiles 16 (Fig. 2), welches als Kern- oder Einlegeteil ausgebildet sein kann (sog. Mumie oder mehrlagiger Flächenkörper), noch weiter verstärkt werden. Durch diese unregelmäßige Konturierung ergeben sich unter­ schiedliche Strömungswiderstände für das Matrixmaterial und damit unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen und Ausbrei­ tungsgeschwindigkeiten des Matrixmaterials innerhalb der Kavität 10, wenn dieses von der Einspritzöffnung 14 her eingespritzt wird, wie in Fig. 6 mit der gestrichelt darge­ stellten Fließfront F dargestellt ist. Auch liegen für das Matrixmaterial unterschiedlich große Volumina zum Füllen vor. Hierbei kann es beispielsweise geschehen, daß ein in Fig. 6 mit A bezeichneter Abschnitt der gestrichelt darge­ stellten Matrixmaterial-Fließfront F die mit 8a bezeichnete Seitenwand der Form 4 erreicht, noch bevor ein mit B be­ zeichneter Abschnitt der Matrixmaterial-Fließfront diese Wand 8a und eine angrenzende Wand 8b erreicht hat. Es kann somit in der in der Fig. 6 linken unteren Ecke der Kavität 10 zu Lufteinschlüssen kommen, wenn der Abschnitt B der Fließfront nicht mehr in der Lage ist, hier befindliche Luft zu verdrängen, da bereits der Abschnitt A an der Wand 8a in luftdichter Weise anliegt und gegebenenfalls bereits der Aushärtung unterliegt. Auch kann es unter Umständen ge­ schehen, daß beispielsweise der Abschnitt A der Matrixmate­ rial-Fließfront aufgrund eines erhöhten Strömungswiderstan­ des innerhalb der Kavität 10 besonders langsam fortschrei­ tet und das Matrixmaterial bereits mit der Aushärtung be­ ginnt, noch bevor der Abschnitt A den Wandabschnitt. 8a er­ reicht hat. Es ist zwar möglich, diese Lufteinschlüsse durch das Vorsehen von Entlüftungsventilen oder -bohrungen zu vermeiden. Dies bedarf jedoch eines erheblichen vorrich­ tungstechnischen Aufwandes.

Das im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfah­ ren beseitigt diese Nachteile.

Die beiden Formhälften 2 und 6 eines erfindungsgemäßen Werkzeuges bilden im geschlossenen Zustand der Form 4 die Kavität 10 im Inneren der Form 4, wie in Fig. 2 gezeigt. Vor dem Schließen der beiden Formhälften 2 und 6 wird bei­ spielsweise das Einlage- oder Verstärkungsmaterial 16 ein­ gelegt. Als Verstärkungsmaterial kommen Gewebe, Gelege, Vliese, einzelne Fasern, oder Bänder in Frage. Weiterhin können auch Metallteile zur Aufnahme von Kräften an ent­ sprechenden Krafteinleitungsstellen, Gewindebuchsen oder dergleichen eingelegt werden. Insbesondere werden jedoch als Verstärkungsmaterial vorgeformte Schaumkerne, mehrla­ gige Flächenkörper (Mumien) oder dergleichen verwendet. Diese Kernkörper können größer als die Kavität 10 sein und werden beim Schließen der beiden Formhälften 2 und 6 und dem nachfolgenden Einspritzen des Matrixmaterials entspre­ chend zusammengepreßt.

Nach dem Schließen der beiden Formhälften 2 und 6 und dem Anlegen des Unterdrucks oder Vakuums über den oder die Evakuieranschlüsse wird in die Kavität 10 das Matrixmateri­ al eingespritzt, das heißt eine Mischung aus Harz und In­ itiator zur Einleitung der Aushärtung, wobei gegebenenfalls noch Füllstoffe, Farbpigmente oder dergleichen zugemischt werden können. Das Matrixmaterial benetzt und durchtränkt das Verstärkungsmaterial 16 unter dessen Einbindung und nach dem Aushärten des Matrixmaterials werden die Formhälf­ ten 2 und 6 der Form 4 geöffnet und das fertige Formteil 18 mit dem eingebetteten Verstärkungsmaterial 16 kann entnom­ men oder ausgeworfen werden und liegt in der Form gemäß Fig. 3 vor. Bei der Harz- oder Matrixmaterialinjektion über nur einen Anguß- oder Einspritzpunkt baut sich in Abhängig­ keit vom Tränkungswiderstand des Fasermaterials und der Fa­ serdichte (Vol.-Anteil) sowie der Durchdringungstiefe (Abstand der Fließfront vom Einspritzpunkt) und der Visko­ sität sowie des Benetzungsverhaltens des Matrixmaterials ein stetig steigender Injektionsdruck auf. Bei hohen Faser­ gehalten sind daher nur kleine Teile mit einem Einspritz­ punkt herstellbar.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß den Fig. 4 und 5 ist die Einspritzöffnung 14 prak­ tisch im Bereich der Trennebene ausgebildet, so daß das Ma­ trixmaterial in Fließfrontrichtung (parallel zur oder in der Zeichenebene) eingespritzt wird. Ausgehend von der we­ nigstens einen Einspritzöffnung 14 ist eine Mehrzahl von Fließkanälen 22 ausgebildet, die sich gemäß den Fig. 4 und 5 mehrfach verästeln und Abzweigungen bilden. Durch diese Fließkanäle 22 wird das Matrixmaterial sehr schnell über die gesamte Fläche des Formteils 18 verteilt, so daß die Füllzeit gegenüber der eingangs beschriebenen Lösung verringert ist. Die kurze Füllzeit ist günstig, da bei Re­ aktionsharzen ab dem Zeitpunkt der Vermischung der Harzkom­ ponenten die Viskosität infolge der Polyaddition oder -me­ risation sofort zunimmt und somit die Matrixverteilung er­ schwert wird. Aufgrund der vorgegebenen Fließkanäle 22 ist auch ein geringerer Einspritzdruck erforderlich, so daß die Zuhaltekräfte des Werkzeugs verringert werden können.

Betrachtet sei beispielsweise der in den Fig. 4 und 5 von der Einspritzöffnung 14 nach links abzweigende Kanal 24. Der Kanal 24 kreuzt zunächst eine der Vertiefungen 12, wonach dann von dem Kanal 24 ein weiterer Kanal 26 ab­ zweigt, der jedoch gegenüber dem Kanal 24 geringeren Quer­ schnitt hat. Ein weiterer Kanal 28 zweigt dann in Fig. 4 nach rechts ab, kreuzt erneut eine den Vertiefungen 12 und geht dann in einen Abschnitt 30 über, der gegenüber dem Ka­ nal 28 ebenfalls verringerten Querschnitt hat. Im weiteren Verlauf unterteilt sich der Kanal 24 nochmals in zwei wei­ tere Abschnitte 32 und 34, welche ebenfalls gegenüber dem Kanal 24 geringeren Querschnitt haben. Auf ähnliche Weise unterteilt sich der von der Einspritzöffnung 14 nach rechts abzweigende Kanal 36 in seinem Verlauf durch die Wand der unteren Formhälfte 2. Die Kanäle 24 und 36 können natürlich auch identischen Verlauf zueinander haben, wenn das Form­ teil z. B. symmetrisch aufgebaut ist.

Die Anzahl und Anordnung der Abzweigungen von dem oder den von der Einspritzöffnung 14 ausgehenden Kanäle, sowie Querschnittsform und/oder Querschnittsgröße der einzelnen Kanäle und Abschnitte hängt im wesentlichen davon ab, wie die Kavität 10 im Inneren der Form 4 konturiert ist. Wo ge­ ringere Fließgeschwindigkeiten notwendig sind, sind andere Querschnittsformen und/oder Querschnittsgrößen der Kanäle und Abschnitte nötig als dort, wo höhere Fließgeschwindig­ keiten des Matrixmaterials notwendig sind. Auch hängt die Anzahl und hängen Verlauf und Länge der einzelnen Kanäle und Abschnitte von der Formgebung der Kavität 10 ab. In der Regel wird der Kanal- oder Abschnittsdurchmesser mit zuneh­ menden Entfernung zur Einspritzdüse oder -öffnung 14 abneh­ men, da auch der Volumenstrom des Matrixmaterials mit zu­ nehmender Weglänge in der Kavität 10 abnimmt.

In jedem Fall sind die Fließkanäle 22 bzw. sind deren Kanäle und Kanalabschnitte so auszulegen, daß sich inner­ halb der Kavität 10 eine in den Fig. 4 und 5 mit der ge­ strichelten Linie dargestellte, im wesentlichen geradlinige Fließfront 38 ergibt. Im Gegensatz zur Fließfront F gemäß Fig. 6 füllt hierbei das Matrixmaterial die Kavität 10 der Form 4 ausgehend von dem Wandabschnitt 8b vollständig zwi­ schen den beiden Seitenwandabschnitten 8a und 8c und be­ ginnt dann mit der Ausfüllung der Kavität 10 in eine Rich­ tung von der Einspritzöffnung 14 weg auf die der Einspritz­ öffnung 14 gegenüberliegende Entlüftungs- oder Evakuieröff­ nung. Die gleichmäßige, schnelle und vollständige Ausfül­ lung der Kavität 10 wird hierbei durch die Fließkanäle 22 gewährleistet, wie in den Fig. 4 und 5 durch die einzel­ nen Pfeile entlang der Kanäle und Abschnitte veranschau­ licht.

Es wird somit durch die Fließkanäle 22 ein gleichmäßi­ ges Fortschreiten der Fließfront 38 innerhalb der Kavität 10 und damit eine vollständige und gleichmäßige Ausfüllung der Kavität 10 über deren gesamte Breitenrichtung hinweg gewährleistet. Hierdurch wiederum wird gewährleistet, daß sich innerhalb des späteren Formteiles 18 keine Fehlstel­ len, Lufteinschlüsse oder Lunker befinden. Weiterhin wird durch das gleichmäßige Fortschreiten der Fließfront 38 und die im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Strö­ mungskräfte gewährleistet, daß das eingelegte Verstärkungs­ material 16 durch das Matrixmaterial in der Kavität 10 nicht verschoben, oder fehlerhaft oder ungenügend eingebet­ tet wird.

Da die Fließkanäle 22 Vertiefungen in den Formhälften 2 und/oder 6 darstellen, zeichnen sich diese Fließkanäle 22 nach dem Entnehmen des Formteiles 18 aus der Form 4 als weitere Vorsprünge 40 auf der Oberfläche des Formteiles 18 ab. Diese weiteren Vorsprünge 40 können, falls sie uner­ wünscht oder nicht notwendig sind, nach erfolgtem Entformen des Formteiles 18 maschinell oder von Hand entfernt, bei­ spielsweise abgeschliffen werden.

Zur Erleichterung des Entfernen des Formteils 18 aus der Form 4 ist die Gestaltung der Einspritzöffnung 14 be­ vorzugt so, daß diese dreieckigen Querschnitt hat. Dadurch wird beim Öffnen der Form 4 (d. h. des Werkzeuges) durch die Dilatationskräfte zwischen Formteil 18 und Form 4 aufgrund von Temperaturdifferenzen (Formteil kühlt von z. B. 80°C auf Umgebungstemperatur ab und Form bleibt auf z. B. 80°C ge­ heizt) und den unterschiedlichen Längenänderungskoeffizien­ ten zwischen Formteil 18 und Form 4 das Formteil 18 leicht aus der Form 4 bzw. Kavität 10 gelöst oder lösbar, d. h. die Entformungskräfte sind geringer.

Es versteht sich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung eine Vielzahl von Modifikationen und Abwandlungen mög­ lich ist. So ist beispielsweise die Anzahl der Einspritz­ öffnungen 14 nicht auf eine Öffnung beschränkt; es kann auch eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen im Umfangsbereich der Trennebene der Kavität 10 vorhanden sein. In jedem Fall ist die Einspritzöffnung 14 oder sind die Einspritzöffnun­ gen 14 so angeordnet, daß das Matrixmaterial in Fließfront­ richtung des Matrixmaterials in die Kavität 10 eingespritzt wird. Es ist somit nicht notwendig, beispielsweise die obere Formhälfte 6 mit einer oder einer Mehrzahl von Ein­ spritzöffnungen 14 zu versehen, welche das gesamte Material der oberen Formhälfte 6 in Richtung der darunterliegenden Kavität 10 durchsetzen müssen; vielmehr liegt die Ein­ spritzöffnung 14 oder liegen die Einspritzöffnungen 14 im Bereich der Trennebene der beiden Formhälften 2 und 6, was die Ausbildung der Einspritzöffnung oder der Einspritzöff­ nungen und damit auch die Ausgestaltung der Formhälften we­ sentlich erleichtert bzw. vereinfacht.

Der Verlauf der einzelnen Kanäle und Abschnitte des Fließkanalsystems innerhalb der Formhälfte 2 und/oder der Formhälfte 6 ist selbstverständlich nicht auf das in den Fig. 4 und 5 dargestellte, als rein illustrativ zu ver­ stehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Anzahl und Anord­ nung der Kanäle und Abschnitte, sowie deren Querschnitts­ größen und/oder Querschnittsformen hängen selbstverständ­ lich von der Kontur der Kavität 10 innerhalb der Form 4 ab. So kann es beispielsweise durchaus vorteilhaft oder auch notwendig sein, vom in den Fig. 4 und 5 gezeigten gerad­ linigen Verlauf der Kanäle und Abschnitte abzuweichen und den Kanälen und Abschnitten einen bogenförmigen oder ge­ krümmten Verlauf zu geben. Auch können die Kanäle und/oder Abschnitte des Fließkanalsystems örtliche Erweiterungen oder auch Verengungen aufweisen, das heißt, sie müssen über ihre Länge hinweg keine konstante Querschnittsform und/oder Querschnittsgröße haben.

Beschrieben ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststofformteils mit den Schritten: Einlegen von Verstär­ kungsmaterial in eine Form, Schließen der Form und Ein­ spritzen eines Matrixmaterials in eine Kavität der Form, Anlegen eines Vakuums und Aushärten des Formteils unter Druck und Temperatur. Hierbei wird das Matrixmaterial von zumindest einer Umfangskante der Formteilkavität her in Fließfrontrichtung des Matrixmaterials in die Kavität ein­ gespritzt. Das Matrixmaterial wird über Fließkanäle in den die Kavität begrenzenden Formwandungen und/oder im Verstär­ kungsmaterial verteilt und füllt dabei die Kavität schnell und gleichmäßig ohne Fehlstellen, Lufteinschlüsse etc. aus. Beschrieben ist auch ein Werkzeug zur Duchführung des Ver­ fahrens, sowie ein Formteil aus einem einen Kern bildenden Verstärkungsmaterial und einem aushärtbaren Matrixmaterial, das nach dem Verfahren und/oder unter Verwendung des Werk­ zeuges hergestellt ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kunststofformteils (18) mit den Schritten:
Einlegen von Verstärkungsmaterial (16) in eine Form (4), Schließen der Form (4), Anlegen eines Vakuums und Ein­ spritzen eines Matrixmaterials in eine Kavität (10) der Form (4) und Aushärten des Formteils (18) unter Druck und Temperatur,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Matrixmaterial von zumindest einer Umfangskante (8b) der Formteilkavität (10) her in Fließfrontrichtung des Matrixmaterials in die Kavität (10) eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial über Fließkanäle (22) in den die Ka­ vität (18) begrenzenden Formwandungen und/oder im Verstär­ kungsmaterial (16) verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an der Oberfläche des Formteils (18) aus­ gebildeten Verteilerrippen (40) nach dem Aushärten entfernt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an der Oberfläche des Formteils (18) aus­ gebildeten Verteilerrippen (40) nach dem Aushärten in ein Versteifungsrippensystem des Formteils (18) mit einbezogen werden bzw. dieses bilden.

5. Werkzeug, insbesondere zur Duchführung des Verfah­ rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch wenigstens eine Einspritzdüse (14) im Umfangsbe­ reich der Werkzeugtrennebene und durch einen Verteiler aus sich von der Einspritzdüse (14) weg verzweigenden, zur Ka­ vität (10) hin offenen Kanälen (22 bis 36), die sich in Fließrichtung erstrecken.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (22 bis 36) in Fließrichtung gesehen sich ändernde Querschnittsgrößen und/oder -formen aufweisen.

7. Werkzeug nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Entlüftungskanal, der von dem Verteiler weg zu einem Evakuierungsanschluß geführt ist, der diametral zur Einspritzdüse (14) in der Formteilkavität (10) mündet.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler zumindest einen sich von der Einspritzdüse (14) weg erstreckenden Hauptkanal (24, 36) hat, der in mehrere Seitenkanäle (26 bis 34) verzweigt, deren Achsen jeweils schräg zu derjenigen des Hauptkanals (24, 36) angestellt sind.

9. Formteil aus einem einen Kern bildenden Verstär­ kungsmaterial (16) und einem aushärtbaren Matrixmaterial und hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch sich von einer Um­ fangskante (8b) weg erstreckende Verteilerrippen (40), die im wesentlichen aus Matrixmaterial bestehen.

10. Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche des Formteils (18) ausgebildeten Verteilerrippen (40) nach dem Aushärten in ein Verstei­ fungsrippensystem des Formteils (18) mit einbezogen sind bzw. dieses bilden.