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Die
Erfindung betrifft den Einsatz von Formwerkzeugen zur Herstellung
von Formbauteilen und insbesondere die Reparatur und/oder nachträgliche Konturänderung
einer Formoberfläche
eines gebrauchten Formwerkzeugs.
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Für die industrielle
Fertigung von Formbauteilen werden oftmals robuste Formwerkzeuge
benötigt,
die einer großen
Anzahl von Fertigungszyklen widerstehen, um eine entsprechende Anzahl
von Formbauteilen mit ein und demselben Werkzeug fertigen zu können.
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Da
die Formoberfläche
eines Formwerkzeugs die Kontur einer entsprechenden Oberfläche des
gefertigten Bauteils bestimmt, führen
Verschleißerscheinungen
an der Formoberfläche
des Werkzeugs zwangsläufig
zu einer Qualitätsverschlechterung
der Bauteile bzw. zu einer Fertigung von Ausschuss.
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Beispielsweise
werden zur Fertigung von CFK-Bauteilen (CFK = Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff)
dienende Formwerkzeuge vor ihrer Verwendung oftmals mit einem z.
B. flüssigen
Trennmittel beschichtet. Nach dem Entformen des CFK-Bauteils können, je
nach Fertigungsmethode, eingebrannte Trennmittelrückstände an der
Formoberfläche
verbleiben, welche in der Regel durch scharfkantige Werkzeuge wie
Schaber entfernt werden müssen.
Auch dies bringt die Gefahr einer oberflächlichen Beschädigung des
Formwerkzeugs mit sich.
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Die
Herstellung eines robusten Formwerkzeugs, beispielsweise einer gefrästen Stahlform,
ist mit beträchtlichen
Kosten verbunden. Daher erscheint es oftmals zweckmäßig, ein
bereits gebrauchtes und somit mehr oder weniger verschlissenes Formwerkzeug
zu reparieren. Gemäß eines
auf internen betrieblichen Kenntnis sen der Anmelderin beruhenden
Stands der Technik werden aus Metall hergestellte Formwerkzeuge,
die der Fertigung von CFK-Bauteilen dienen, durch herkömmlichen Schweißverfahren
und eine mehr oder weniger aufwendige Nachbearbeitung repariert.
Problematisch kann hierbei ein zu hoher Wärmeeintrag in den Grundwerkstoff
des Formwerkzeugs sein. Ein solcher Wärmeeintrag kann Verzüge und somit Änderungen
der Maßtoleranzen
zur Folge haben. Insbesondere für
einen großflächigen Einsatz
sind Auftragsschweißungen
außerdem
oftmals unwirtschaftlich.
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In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass durch derartige Schweißverfahren
prinzipiell auch eine nachträgliche
gezielte Konturänderung
der Formoberfläche
des Werkzeugs realisiert werden kann. Doch auch hier verbleibt der
erläuterte
Nachteil eines oftmals unwirtschaftlich hohen Aufwands.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Reparatur und/oder
Konturänderung
einer Formoberfläche
eines gebrauchten Formwerkzeugs zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass zur Reparatur und/oder Konturänderung einer Formoberfläche eines
gebrauchten Formwerkzeugs ein thermischen Spritzen verwendet wird.
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Der
Begriff "thermisches
Spritzen" bezeichnet
hierbei eine Oberflächenbeschichtungstechnik, bei
welcher ein Spritzmaterial in Form von durch thermische Energie
erweichten oder geschmolzenen Partikeln auf die zu beschichtende
Oberfläche
aufgebracht wird, wobei die aufgebrachten Partikel sich an der Oberfläche wieder
verfestigen und somit eine Zusatzmaterialschicht ausbilden.
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Für das erfindungsgemäße Reparaturverfahren
bzw. Konturänderungsverfahren
kommen prinzipiell alle an sich bekannten thermischen Spritzverfahren
in Betracht.
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Als
Energieträger
zur Zufuhr der zum Erweichen bzw. Aufschmelzen des Spritzmaterials
kann z. B. eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme, ein elektrischer Lichtbogen,
ein Plasmastrahl oder ein Laserstrahl dienen.
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Für den thermischen
Spritzprozess geeignete Spritzpistolen, denen das Spritzmaterial
z. B. in Pulverform oder als Draht bzw. Stab zugeführt wird, sind
ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und können somit
vorteilhaft im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Im Hinblick
auf optimierte Eigenschaften der thermisch aufgespritzten Beschichtung
kann eine solche Spritzpistole z. B. mit einem Pulver beschickt
werden, welches eine präzise eingestellte
Korngrößenverteilung
besitzt.
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In
einer Ausführungsform
ist ein Draht- oder Stabflammspritzen vorgesehen, bei welchem das
als Draht bzw. Stab zugeführte
Spritzmaterial in einer Brenngas (z. B. Acetylen)-Sauerstoff-Flamme
kontinuierlich aufgeschmolzen wird, wobei mit Hilfe eines Zerstäubergases
(z. B. Druckluft oder Stickstoff) tröpfchenförmige Spritzpartikel abgelöst und auf
die zu beschichtende Oberfläche
geschleudert werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein Pulverflammspritzen vorgesehen, bei welchem ein pulverförmiges Spritzmaterial
in einer Brenngas-Sauerstoff-Flamme an- oder aufgeschmolzen und
mit Hilfe der expandierenden Verbrennungsgase auf die zu beschichtende
Oberfläche
geschleudert wird. Gegebenenfalls kann ein zusätzliches Gas (z. B. Argon oder
Stickstoff) zur der Beschleunigung der Partikel auf die Oberfläche verwendet
werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ("HVOF")
vorgesehen, bei welchem eine kontinuierliche Gasverbrennung mit
hohen Drücken
in einer Brennkammer erfolgt, in deren zentraler Achse ein pulverförmiges Spritzmaterial
zugeführt
wird, wodurch die Spritzpartikel auf besonders hohe Geschwindigkeiten
beschleunigt werden. Diese Variante ist insbesondere zur Schaffung
einer besonders dichten Spritzschicht oftmals besonders vorteilhaft.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein Lichtbogenspritzen vorgesehen, bei welchem zwei drahtförmige Spritzmaterialien
in einem zwischen den Drahtenden ausgebildeten Lichtbogen abgeschmolzen
und mittels eines Zerstäubergases
auf die zu beschichtende Oberfläche
geschleudert werden. Diese Variante ist insbesondere bei Verwendung
eines metallischen Spritzmaterials vorteilhaft einsetzbar.
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Mit
der Erfindung können
schadhafte Stellen der Formoberfläche in einfacher und schonender Weise
repariert werden, seien es Schäden
durch den normalen Gebrauch des Formwerkzeugs oder in anderer Weise
entstandene Schäden.
Furchen oder Nuten an der Formoberfläche können z. B. einfach durch das
thermisch gespritzte Zusatzmittel aufgefüllt werden.
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Ganz
allgemein ist es von Vorteil, wenn die thermisch aufgespritzte Beschichtung
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der sich allenfalls
geringfügig
von demjenigen des Grundmaterials des Formwerkzeugs unterscheidet
(z. B. um weniger als 10 %).
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In
einer Ausführungsform
ist eine Reparatur von schadhaften Stellen der Formoberfläche vorgesehen,
die bei einer mechanischen Reinigung des Formwerkzeugs entstanden
sind.
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Dieser
Aspekt ist z. B. für
Formwerkzeuge besonders relevant, die zur Fertigung von Faserverbundbauteilen
vorgesehen sind. Faserverbundbauteile sind in vielen Anwendungsbereichen
vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von
Festigkeit zu Gewicht) interessant. Ein Faserverbundwerkstoff ist
ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten
besteht, nämlich
einer Matrix und darin eingebetteten Fasern. Durch gegenseitige
Wechselwirkungen dieser Komponenten enthält der Werkstoff höherwertige
Eigenschaften als jede der beide einzeln beteiligten Komponenten.
Bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen kann ein Formwerkzeug
z. B. zum Kompaktieren und/oder Aushärten (zumeist thermisches Aushärten) eines
mit einem Matrixmaterial (z. B. Harz) infiltrierten Fasermaterials
eingesetzt werden. Bei einem solchen Formwerkzeug können schadhafte Stellen
in der Formoberfläche
insbesondere bei der mechanischen Reinigung durch die Anwendung
von Schabern, Spachteln oder anderen scharfkantigen Werkzeugen zum
Entfernen von Matrixmaterial und eingebrannten Trennmittelrückständen entstehen. Solche
Schäden
können
mit der erfindungsgemäßen Reparatur
in einfacher Weise ausgebessert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Formwerkzeug, dessen Formoberfläche repariert oder nachträglich geändert wird,
zur Fertigung von CFK-Bauteilen vorgesehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das thermische Spritzen mit einem Spritzmaterial, welches
von gleicher Art wie das die Formoberfläche bildende Material des Werkzeugs
ist (z. B. beides ein Metall oder eine Metalllegierung, oder beides
ein Kunststoffmaterial).
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In
einer Ausführungsform
ist die Formoberfläche
des Formwerkzeugs von einer Metalllegierung gebildet. In diesem
Fall ist es in der Regel von Vorteil, wenn das thermische Spritzen
ebenfalls mit einer Metalllegierung, insbesondere einer ähnlichen
oder identischen Metalllegierung durchgeführt wird.
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In
einer spezielleren, insbesondere z. B. für Formwerkzeuge zur Herstellung
von CFK-Bauteilen besonders interessanten Ausführungsform ist das Formwerkzeug
aus einer Legierung von Eisen und Nickel gebildet, wobei der Nickelanteil
bevorzugt im Bereich von 30 % bis 40 % liegt, insbesondere etwa 36
% beträgt.
Derartige Werkstoffe werden z. B. als "Nickel 36", "Invar
36" und "Pernifer 36" kommerziell vertrieben.
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Insbesondere
die zuletzt genannten Metalllegierungen sind relativ teuer und schlecht
bearbeitbar, so dass Maßnahmen
zur Reparatur oder nachträglichen
Konturänderung
entsprechender Formflächen mit
der Erfindung in einfacher Weise und somit wirtschaftlich durchgeführt werden
können.
Bevorzugt erfolgt durch das thermische Spritzen hierbei eine Beschichtung
mit artgleichem Material, also z. B. Nickel 36, welches beispielsweise
einer robotergeführten
Spritzpistole als Pulver oder Draht, je nach geforderten Schichteigenschaften,
zugeführt
wird. Darüber
hinaus besteht auch die Möglichkeit, ähnliche
artgleiche Werkstoffe zu applizieren. Durch geeignete Wahl des oder
der Spritzmaterialien sowie der verwendeten Spritzmethode lassen
sich besonders haftfeste Beschichtungen platzieren, sei es zur Reparatur
von schadhaften Stellen oder zur Änderung der Oberflächenkontur.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass bei einem Reparaturfall oder einer konstruktiv erforderlichen
Konturänderung
an einem Nickel 36-Formwerkzeug eine Nickel 36-Schicht mittels eines
thermischen Spritzprozesses appliziert wird. In vielen Fällen ist
hierbei ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) und/oder ein
Lichtbogendrahtspritzen bevorzugt.
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Durch
das erfindungsgemäß vorgesehene thermische
Spritzen können
vorteilhaft auch relativ großflächige (z.
B. größer als
1 Quadratmeter) Beschichtungen mit Schichtdicken bis zu mehreren
Millimetern realisiert werden. Gegebenenfalls kann vor dem thermischen
Spritzen eine Vorbehandlung der Formoberfläche bzw. zumindest der auszubessernden
bzw. in ihrer Kontur zu verändernden
Stellen erfolgen. Mit einer solchen Vorbehandlung kann z. B. die
Haftung des Spritzmaterials weiter verbessert werden.
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Die
Vorbehandlung der Formoberfläche kann
z. B. eine mechanische Bearbeitung umfassen (z. B. Schleifen, Fräsen etc.).
Auch ein Strahlprozess, insbesondere ein Sandstrahlen, kommt als
mechanische Vorbehandlung in Betracht. Alternativ oder zusätzlich kann
die Formoberfläche
z. B. mittels eines Lasers strukturiert bzw. aufgeraut werden.
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Wenngleich
der Wärmeeintrag
beim thermischen Spritzen im Allgemeinen um ein Vielfaches kleiner
als bei herkömmlichen
Schweißverfahren
ist, so kann es unter Umständen
vorteilhaft sein, wenn die Formoberfläche während des thermischen Spritzens
gekühlt
wird. In sehr empfindlichen Bereichen oder bei sehr hohen lokalen
Beschichtungsraten können
damit z. B. durch gezieltes Kühlen
kritische Temperaturen und lokale Überhitzungen zuverlässig vermieden
werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass durch das thermische Spritzen
ein Spritzwerkstoff auf Übermaß aufgebracht
und durch eine Nachbearbeitung auf eine gewünschte Endkontur gebracht wird.
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Im
Rahmen einer Vorbehandlung der Formoberfläche kann auch die Schaffung
eines "Spritzbettes" vorgesehen sein,
also z. B. einer großzügig dimensionierten
Vertiefung im Bereich der schadhaften Stellen, in welche hinein
der Materialauftrag durch thermisches Spritzen erfolgt. Auch hierbei
kann das Spritzmaterial wie der auf Übermaß aufgebracht werden und durch
eine Nachbearbeitung wie Fräsen, Schleifen,
Polieren etc. auf die gewünschte
Endkontur gebracht werden. Die Schaffung eines Spritzbettes bzw.
die Abtragung von Grundmaterial des Formwerkzeugs vor dem thermischen
Spritzprozess ist auch für
die nachträgliche
Konturänderung
der Formoberfläche
oftmals vorteilhaft, wenn nicht sogar notwenig (nämlich wenn
die neue Oberflächenkontur
an wenigstens einer Stelle tiefer als die ursprüngliche Kontur liegen soll).
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Bei
der Erfindung kann prinzipiell z. B. wie folgt vorgegangen werden:
- a) Schadensfeststellung und -beurteilung bzw.
Erfassung einer gewünschten
Konturänderung,
in Bezug auf das Ausmaß des
Schadens (Abmessungen wie Konturen und Tiefen) bzw. die Abmessungen
einer aufzutragenden Konturänderungsschicht
(Form und Dicke bzw. Dickenverteilung),
- b) Festlegung eines Reparatur- bzw. Änderungskonzepts und der Schichtanforderungen
sowie Auswahl des konkreten Beschichtungsverfahrens,
- c) Mechanische Ausarbeitung der Formoberfläche zur Erzeugung eines Spritzbettes
(optional; insbesondere bei einer Reparatur zweckmäßig),
- d) Gegebenenfalls Vorbehandlung zumindest des Spritzbettes (z.
B. zur Aufrauung der Oberfläche, z.
B. durch Strahlen, Lasern oder dergleichen),
- e) Thermisches Spritzen zur Beschichtung der Formoberfläche (gegebenenfalls
z. B. Auffüllen des
Spritzbettes mit Spritzwerkstoff, bevorzugt auf Übermaß), und
- f) Mechanisches Nacharbeiten auf Endkontur bzw. Endkonturmaß durch
Verfahren wie Schleifen, Polieren, Fräsen oder dergleichen (optional; notwendig
bei vorheriger Beschichtung auf Übermaß).
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass durch das thermische Spritzen mehrere Schichten
eines oder mehrerer Spritzwerkstoffe auf der Formoberfläche aufgebracht
werden. Solche Einzelschichten können
sich im verwendeten Spritzmaterial und/oder in den gewählten Spritzparametern
(z. B. Temperatur des Spritzgutes, Spritzrate etc.) unterscheiden.
In dieser Weise können
z. B. eine besonders haftfähige
Schicht unmittelbar an der Formoberfläche und eine eher harte und/oder
für den
betreffenden Formbauteil-Fertigungsprozess besonders günstige Eigenschaften
aufweisende Deckschicht vorgesehen werden (z. B. eine Decklage mit
anti-adhäsiver
Wirkung für
das Matrixmaterial eines mit dem Formwerkzeug zu fertigenden Faserverbundbauteils).
Gegebenenfalls kann zwischen zwei benachbarten Einzelschichten einer
thermisch aufgespritzten mehrlagigen Beschichtung auch ein kontinuierlicher
Wechsel des Materials und/oder der Materialstruktur erfolgen ("Gradientenschicht").
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines an einer Formoberfläche beschädigten Formwerkzeugs,
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2 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie II-II in 1,
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3 zeigt
das Formwerkzeug nach Schaffung eines Spritzbettes im Bereich der
Beschädigung,
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4 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie IV-IV in 3,
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5 zeigt
das Formwerkzeug während
eines thermischen Spritzens zur Beschichtung der Formoberfläche im Bereich
des Spritzbettes,
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6 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie VI-VI in 5,
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7 zeigt
das Formwerkzeug nach Beendigung des thermischen Spritzens, bei
welchem die Beschichtung auf Übermaß aufgebracht
wurde,
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8 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie VIII-VIII in 7,
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9 zeigt
das Formwerkzeug nach einer Nachbehandelung der beschichteten Formoberfläche durch
Schleifen zur Wiederherstellung der ursprünglichen Kontur,
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10 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie X-X in 9,
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines reparierten Formwerkzeugs gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels,
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12 ist
eine perspektivische Ansicht eines konturveränderten Formwerkzeugs gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels,
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines konturveränderten und mit einer separaten
Permanent-Trennschicht versehenen Formwerkzeugs gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels,
und
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14 ist
eine perspektivische Ansicht eines beschichteten Formwerkzeugs,
bei welchem als Permanent-Trennmittel wirkende Partikel in der aufgespritzten
Schicht eingelagert sind.
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Die 1 bis 10 veranschaulichen
die Reparatur eines Formwerkzeugs 10, welches zur Fertigung
von CFK-Bauteilen vorgesehen ist.
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Das
Formwerkzeug 10 besitzt eine Formoberfläche 12, welche beim
Kompaktieren und Aushärten
eines mit einem Matrixmaterial (z. B. Harz) imprägnierten Kohlenstofffasermaterials
(z. B. Stapel aus Kohlenstofffasermatten) die Endkontur des CFK-Bauteils
bestimmt.
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Die
Formoberfläche 12 ist
in den Figuren der Einfachheit der Darstellung halber als eine rechteckige
ebene Fläche
dargestellt, da die tatsächliche Formgestaltung
dieser Formoberfläche 12 für das Verständnis des
nachfolgend beschriebenen Reparaturverfahrens keine Rolle spielt.
In der Praxis ist die Formoberfläche 12 zumeist
mehr oder weniger kompliziert, in Anpassung an die gewünschte Bauteilkontur,
gestaltet. Sie bildet das "negative
Abbild" der gewünschten
Kontur der Bauteiloberfläche.
Des Weiteren ist hier der Einfachheit der Darstellung halber lediglich
ein plattenförmiges
Formwerkzeug 10 dargestellt. In der Praxis bildet ein solches
Formwerkzeug 10 zumeist eine Werkzeughälfte eines zweiteiligen Formwerkzeugs,
bei welchem das imprägnierte
Fasermaterial zwischen den beiden Werkzeughälften eingeschlossen und gegebenenfalls
unter Druck gesetzt wird (z. B. in einem Autoklaven).
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Formwerkzeug 10 aus einer besonders robusten Eisen-Nickel-Legierung
("Nickel 36") hergestellt, um eine
industrielle Serienproduktion der entsprechenden CFK-Bauteile zu
ermöglichen.
Derartige CFK-Bauteile sind insbesondere z. B. als Strukturbauteile
im Flugzeugbau vorteil haft einsetzbar. Insbesondere in diesem Bereich
kann die Formoberfläche 12 durchaus
eine Fläche
im Bereich von mehreren Quadratmetern besitzen.
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Die 1 und 2 zeigen
das auf Grund mehrmaligen Gebrauchs mehr oder weniger verschlissene
Formwerkzeug 10. Im dargestellten Beispiel besteht der
Schaden in einer lokalen Oberflächenbeschädigung 14 an
der Formoberfläche 12. Eine
solche Beschädigung 14 kann
z. B. bei einer mechanischen Reinigung des Formwerkzeugs 10 nach
dem Entformen des CFK-Bauteils entstanden sein und würde bei
Weiterverwendung des Formwerkzeugs 10 zu einer Qualitätsverschlechterung nachfolgend
gefertigter Bauteile führen.
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Nachdem
die Beschädigung 14 festgestellt und
beurteilt ist, wird zunächst
wie in den 3 und 4 dargestellt,
eine nachfolgend als Spritzbett 16 bezeichnete Vertiefung
in die Oberfläche 14 gefräst, deren
laterale Abmessung und deren Tiefe größer als die entsprechenden
Abmessungen der Beschädigung 14 sind.
Mit anderen Worten, das Spritzbett 16 wird spritzgerecht
ausgearbeitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das
Spritzbett 16 einen kreisrunden Umfang und eine einheitliche
Tiefe. Vorzugsweise weist das Spritzbett 16 eine konische,
in Richtung Oberfläche
weiter werdende Form auf, was in 4 gestrichelt
dargestellt ist.
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Sodann
wird, wie in den 5 und 6 dargestellt,
mit einer robotergeführten
thermischen Spritzpistole artgleiches Material 19 (hier:
Nickel 36-Pulver) aufgespritzt, um das Spritzbett 16 mit
dem Zusatzmaterial aufzufüllen.
Die 5 und 6 zeigen ein Zwischenstadium
dieses Spritzprozesses.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird sowohl die Ausbildung des Spritzbettes 16 (z. B. durch
Fräsen
oder Lasern) als auch die spätere
Auffüllung
des Spritzbettes 16 mittels der Spritzpistole 18 rechnergestützt automatisiert
durchgeführt,
wobei die räumliche
Führung
der Spritzpistole 18 und/oder die während des Spritzens verwendeten
Betriebsparameter durch eine geeignete Software basierend auf den
Abmessungsdaten des Spritzbettes 16 bereitgestellt werden.
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Am
Ende des Spritzprozesses ergibt sich die in den 7 und 8 dargestellte
Situation. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist das Spritzbett 16 über
die ursprüngliche
Kontur der Formoberfläche 12 hinaus
mit dem gespritzten Zusatzmaterial 19 aufgefüllt.
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Zuletzt
wird dann noch durch eine mechanische Nachbearbeitung (z. B. Schleifen)
die ursprüngliche
Kontur der Formoberfläche 12 wiederhergestellt.
Das Ergebnis dieser Nachbearbeitung zeigen die 9 und 10.
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Das
in dieser Weise reparierte Formwerkzeug 10 ist sodann zum
weiteren Gebrauch einsatzbereit.
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Das
mit Bezug auf die 1 bis 10 beschriebene
Reparaturverfahren unter Verwendung eines thermischen Spritzens
zur Beschichtung einer verschlissenen Formoberfläche lässt sich in vielfältiger Weise
modifizieren.
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Eine
solche Modifikation könnte
z. B. darin bestehen, dass nach der Ausarbeitung des Spritzbettes 16 zumindest
die Bodenfläche,
bevorzugt auch die Mantelfläche
oder noch weitere Bereiche der Formoberfläche 12, welche das
Spritzbett 16 umgeben, einer Vorbehandlung unterzogen wird,
welche die Haftung des nachfolgend thermisch aufgespritzten Materials 19 an
dem Werkzeug 10 steigert. Eine solche Vorbehandlung kann
insbesondere zur Aufrauung der Oberfläche dienen.
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Eine
weitere Modifikation kann darin bestehen, dass das Formwerkzeug 10 zumindest
lokal in demjenigen Bereich aktiv gekühlt wird, in welchem die Beschichtung
durch thermisches Spritzen erfolgt. Eine solche Kühlung kann
bei einem wärmeleitenden Grundmaterial
des Formwerkzeugs 10 z. B. von der Unterseite des Formwerkzeugs
her erfolgen (z. B. Wasserkühlung).
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Eine
weitere Modifikation kann darin bestehen, dass durch das thermische
Spritzen mehrere Einzelschichten nacheinander aufgebracht werden, die
sich in der chemischen Zusammensetzung und/oder der mikroskopischen
Struktur voneinander unterscheiden. Hierbei kann insbesondere eine
im Hinblick auf die Haftung optimierte unterste Beschichtungslage
vorgesehen sein.
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Schließlich ist
anzumerken, dass das thermische Spritzen vorteilhaft auch zur nachträglichen Konturänderung
der Formoberfläche 12 verwendet werden
kann. Dies ist z. B. besonders vorteilhaft, um im Zuge der Entwicklung
eines neuen Formbauteils (z. B. CFK-Bauteil) geringfügige konstruktive Änderungen
betreffend die Bauteilkontur vorzunehmen. Auch für diesen Anwendungsbereich
des Beschichtungsverfahrens kann die Ausbildung eines Spritzbettes
und/oder eine zumindest lokale mechanische Vorbehandlung des zu
beschichtenden Oberflächenbereiches
vorgesehen sein.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende
Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch
einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei
wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits
beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingegangen und im Übrigen
hiermit ausdrücklich
auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Die 11 bis 14 veranschaulichen weitere
Beispiele von gebrauchten Formwerkzeugen 10a, 10b, 10c und 10d,
die jeweils unter Verwendung eines thermi schen Spritzens repariert
und/oder in ihrer Oberflächenkontur
nachträglich
verändert
wurden.
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11 veranschaulicht
ein Formwerkzeug 10a, bei welchem zur Reparatur eine schadhafte Stelle
in Form einer Nut 14a mit thermisch gespritztem Material 19a aufgefüllt wurde.
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12 veranschaulicht
eine Konturveränderung
einer Formoberfläche 12b eines
Formwerkzeugs 10b. Durch entsprechenden Auftrag von thermisch
gespritztem Material 19b wurde eine neue Formoberfläche 12b' geschaffen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
liegt die neue Formoberfläche 12b' vollständig überhalb der
ursprünglichen
Formoberfläche 12b.
Dies ist jedoch keineswegs zwingend. Tiefer liegende Bereiche der
neuen Formoberfläche 12b' (unterhalb
der ursprünglichen
Formoberfläche 12b)
können
in einfacher Weise dadurch geschaffen werden, dass vor dem thermischen
Spritzprozess eine entsprechende Abtragung von Grundmaterial des
Formwerkzeugs 10b erfolgt. Im Falle einer konturgebenden
Abtragung kann in diesen Bereichen gegebenenfalls auf die Beschichtung
durch den thermischen Spritzprozess sogar verzichtet werden.
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13 veranschaulicht
eine Konturänderung
an einem Formwerkzeug 10c, bei welchem durch einen zweischichtigen
Auftrag von Zusatzmaterial (Materiallagen 19c' und 19c'') eine von der ursprünglichen
Formoberfläche 12c verschiedene neue
Formoberfläche 12c'' geschaffen wurde. Bei der unteren
Einzelschicht 19c' handelt
es sich um eine Haftvermittlungsschicht, auf welche die im Hinblick
auf die Funktion des Formwerkzeugs 10c optimierte Deckschicht 19c'' aufgebracht wurde. In einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der obersten Einzelschicht 19c'' um eine Permanent-Trennschicht,
welche eine anti-adhäsive
Wirkung für
das mit dem Werkzeug 10c zu formende Material (z. B. Matrixmaterial
bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen) besitzt und welches
mehreren Fertigungszyklen Widersteht (nicht wieder abgelöst wird).
Wenn das Formwerkzeug 10c z. B. zur Fertigung von CFK-Bauteilen
vorgesehen ist, so kann eine solche Permanent-Trennschicht beispielsweise Fluorpolymere,
partikelförmige
Trockenstoffe wie Mo, Graphit, MoS2, hex-BN
etc. umfassen.
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14 veranschaulicht
eine Modifikation des Ausführungsbeispiels
gemäß 13.
Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist hier im Rahmen einer Reparatur und/oder nachträglichen
Konturänderung
einer Formoberfläche 12d (neue
Formoberfläche 12d') eine einlagige
Beschichtung 19d thermisch aufgespritzt, welche sowohl
ein zum Grundmaterial des Formwerkzeugs 10d artgleiches
Spritzmaterial als auch ein "Funktionsmaterial" in Form von eingelagerten
Trennmittel-Partikeln umfasst. Die Beschichtung 19d kann
in einfacher Weise z. B. dadurch bewerkstelligt werden, dass eine
verwendete thermische Spritzpistole mit einer entsprechenden Mischung
(z. B. Nickel 36-Pulver, Graphitpulver, Fluorpolymerpulver oder
Teflon) beschickt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Rahmen
der Reparatur bzw. Konturänderung
gewissermaßen
gleichzeitig ein Verschleißschutz
mit integrierter anti-adhäsiver
Wirkung geschaffen.