DE102007015519A1

DE102007015519A1 - Vorrichtung zum Umformen eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial

Info

Publication number: DE102007015519A1
Application number: DE200710015519
Authority: DE
Inventors: Hauke Dr.-Ing. Lengsfeld; Olaf Rocker; Rainer Dipl.-Ing. Gräber
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-31
Also published as: DE102007015519B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung (1) zum Umformen eines Vorgeleges (2) aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich. Dabei weist die Vorrichtung (1) wenigstens ein Umformwerkzeug (4), welches eine einer gewünschten Geometrie (6) des Vorgeleges (2) nach dem Umformen entsprechende Oberflächenkontur (5) besitzt, und einen Werkzeugträger (3) auf, an welchem das wenigstens eine Umformwerkzeug (4) lösbar befestigt ist. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Vorrichtung (1) mit einem modularen Aufbau zu schaffen, wobei beliebige Umformwerkzeuge (4, 4') mit dem Werkzeugträger (3) bedarfsabhängig kombiniert werden können. Dies führt vor allem zu einem geringeren Handhabungsaufwand, da eine Handhabung des vergleichsweise großen Werkzeugträgers (3) somit entfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umformen eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich.
Nach heutigem Stand der Technik wird die Warmumformung eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial mittels eines Vollmetallwerkzeugs bewirkt, welches eine einer gewünschten Geometrie des Vorgeleges nach dem Umformen entsprechende Oberflächenkontur aufweist. Nach dem Warmumformen wird das Vorgelege insbesondere in einem Autoklaven zu einem Bauteil ausgehärtet.
Das bedeutet, dass zur Herstellung von Bauteilen mit verschiedenen Geometrien, beispielsweise T- oder L-Stringer, eine große Anzahl verschiedener Vollmetallwerkzeuge erforderlich ist.
Dabei hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass eine Änderung der Geometrie des herzustellenden Bauteils, beispielsweise hinsichtlich Lagenaufbau, Durchsetzungen oder Rampen, aufwändige Änderungsarbeiten an dem Vollmetallwerkzeug bis hin zu einem kompletten Austausch desselben zur Folge hat. So stellt z. B. das Auftragen von Material auf der Oberflächenkontur des Vollmetallwerkzeugs für eine abgeänderte Geometrie des herzustellenden Bauteils ein erhebliches Problem dar, da dies in nur sehr begrenztem Umfang möglich ist, so dass vielfach das Vollmetallwerkzeug komplett ausgetauscht werden muss.
Ferner ist eine Handhabung, beispielsweise für die beschriebenen Änderungsarbeiten, von derartigen Vollmetallwerkzeugen aufgrund ihrer Größe – bis zu 35 Meter Länge – und des dadurch bedingten hohen Gewichts sehr aufwändig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Umformen eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial bereitzustellen, wobei für eine Änderung der Geometrie des herzustellenden Bauteils nur mit einem geringfügigen Aufwand verbundene Änderungen an der Vorrichtung erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird eine Vorrichtung zum Umformen eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit wenigstens einem Umformwerkzeug, welches eine einer gewünschten Geometrie des Vorgeleges nach dem Umformen entsprechende Oberflächenkontur aufweist, und einem Werkzeugträger, an welchem das wenigstens eine Umformwerkzeug lösbar befestigt ist, bereitgestellt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass ein modularer Aufbau für die Vorrichtung vorgesehen wird, wobei bedarfsabhängig das wenigstens eine Umformwerkzeug einfach gegen ein anderes Umformwerkzeug ausgetauscht werden kann, welches beispielsweise eine andere gewünschte Oberflächenkontur aufweist oder aus einem Material, beispielsweise einer Keramik, ausgebildet ist, das für einen spezifischen Umformvorgang besonders gut geeignet ist. Eine aufwändige Handhabung der gesamten Vorrichtung, also Werkzeugträger mit Umformwerkzeug, entfällt somit.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Unter einem „Vorgelege aus Faserverbundmaterial" sind vorliegend Fasergewebe und/oder Fasergelege, insbesondere Tapegelege, zu verstehen, die vorzugsweise einen Schichtenaufbau aufweisen. Bevorzugt sind die Fasern in dem Tapegelege hinsichtlich der Beanspruchung des durch Umformen und Aushärten herzustellenden Bauteils optimiert ausgelegt. Die Fasergelege und/oder Fasergewebe sind mit einer Matrix, insbesondere einer Epoxidharz-Matrix imprägniert.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Umformwerkzeug mittels einer Vakuumspanneinrichtung und/oder Verriegelungseinrichtung an dem Werkzeugträger lösbar befestigt. Diese ermöglichen ein sehr zugiges Befestigen bzw. Lösen des Umformwerkzeugs. Somit lässt sich die Rüstzeit für die Vorrichtung verkürzen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Verriegelungseinrichtung wenigstens ein Verriegelungselement auf, welches in einem Verriegelungszustand das Umformwerkzeug mit dem Werkzeugträger in einer Ebene formschlüssig verbindet und welches in einer Freigabestellung eine Bewegung des Umformwerkzeugs relativ zu dem Werkzeugträger in der Ebene freigibt. Das heißt, dass das Umformwerkzeug in dem Verriegelungszustand in der Ebene wegen des Formschlusses nicht bewegbar und lediglich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene bewegbar ist. Die Ebene ist dabei typischerweise als eine Auflagefläche des Umformwerkzeugs auf dem Werkzeugträger ausgebildet. Eine formschlüssige Verbindung ist insofern vorteilhaft, als dass sie sich zügig schließen aber auch wieder lösen lässt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Verriegelungseinrichtung wenigstens zwei Verriegelungselemente auf, welche das Umformwerkzeug und den Werkzeugträger in wenigstens zwei einen Winkel zueinander bildenden Ebenen miteinander formschlüssig verbinden. Wie bereits beschrieben, ist eine der Ebenen typischerweise eine Auflagefläche des Umform werkzeugs auf dem Werkzeugträger. Die weitere Ebene ist typischerweise eine Anschlagsfläche, welche vorzugsweise einen Winkel von in etwa 90° zu der Auflagefläche bildet. Erfolgt eine formschlüssige Verbindung, welche eine Bewegung des Umformwerkzeugs in der jeweiligen Ebene, also Auflagefläche bzw. Anschlagfläche, durch Formschluss verhindert, so ist das Werkzeug für den Umformvorgang in allen drei Raumrichtungen festgesetzt. Eine derartige Befestigung des Umformwerkzeugs an dem Werkzeugträger ist insofern vorteilhaft, als dass somit keine hinterschnittenen Flächen an dem Umformwerkzeug ausgebildet werden müssen, um eine Hintergreifung dieser und somit eine feste Verbindung zwischen dem Werkzeugträger und dem Umformwerkzeug zu erzielen. Als Verriegelungselemente kommen beispielsweise Stifte oder Zapfen in Betracht, welche sich jeweils vorzugsweise senkrecht zu der jeweiligen Ebene in eine Ausnehmung in dem Umformwerkzeug und eine Ausnehmung in dem Werkzeugträger erstrecken.
Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine Verriegelungselement von dem Verriegelungszustand in den Freigabezustand mittels Druckluft und/oder von dem Freigabezustand in den Verriegelungszustand mittels wenigstens einer Feder bewegbar. Ein Austausch des Umformwerkzeugs erfolgt in vergleichsweise großen zeitlichen Abständen, beispielsweise ein Tag, so dass sich das Verriegelungselement zumeist in dem Verriegelungszustand befindet. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Verriegelungselement in dem Verriegelungszustand federvorgespannt gehalten wird, so dass keine Hilfsenergie in dem Verriegelungszustand erforderlich ist. Für ein Bewegen des Verriegelungselementes in den Freigabezustand, was entsprechend selten geschieht, wird Hilfsenergie, beispielsweise in der Form von Druckluft, zugeführt. Somit weist die Vorrichtung mittels dieser Weiterbildung eine hohe Energieeffizienz auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vakuumspanneinrichtung eine mit dem Umformwerkzeug und eine mit dem Werkzeugträger fest verbundene Druckfläche auf, wobei zwischen diesen ein Vakuum für ein Befestigen des Umformwerkzeugs anlegbar ist. Damit ergibt sich vorteilhaft ein sehr einfacher Aufbau, da das Vorsehen von zueinander bewegbarer mechanischer Verriegelungselemente, wie beispielsweise Zapfen in entsprechenden Buchsen, entfällt. Somit erhöht sich auch die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung, da zueinander bewegte mechanische Elemente vergleichsweise leicht versagen. Die Druckflächen werden vorzugsweise von entsprechenden Oberflächen des Umformwerkzeugs bzw. des Werkzeugträgers gebildet.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche das Vorgelege für das Umformen erwärmt. Dadurch wird der Umformvorgang des Vorgeleges wesentlich beschleunigt.
Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Mikrowellenheizung ausgebildet, welche Mikrowellen direkt in das Vorgelege, insbesondere in die Fasern, einkoppelt. Die mittels Mikrowellen einbringbare Heizleistung in das Vorgelege ist vergleichsweise hoch. Wird die Vorrichtung beispielsweise aus Vollkunststoff ausgebildet, so generieren die Mikrowellen lediglich in dem Vorgelege die Heizleistung. Somit ist eine sehr gezielte Einbringung der Heizleistung möglich, was zum einen zu einer Reduzierung der benötigten Zeit für ein Erwärmen des Umformgeleges und zum anderen zu einem sehr niedrigen Energieverbrauch führt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung als wenigstens eine Fluid-führende Leitung in dem Umformwerkzeug und/oder dem Werkzeugträger ausgebildet. Als Fluid kommt beispielsweise unter Druck stehendes heißes Wasser, beispielsweise mit einer Temperatur von 100° Celsius in Frage. Auch so lässt sich eine schnelle Erwärmung des Vorgeleges erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Heizeinrichtung als ein ohmsches Heizelement, insbesondere Heizband, in dem Umformwerkzeug und/oder dem Werkzeugträger ausgebildet. Unter einem "ohmschen Heizelement" ist ein hochohmiges Widerstandselement zu verstehen, welches im stromdurchflossenen Zustand eine Heizleistung erzeugt. Unter einem "Heizband" sind insbesondere flächige Gewebe solcher ohmschen Heizelemente zu verstehen. Mittels dieser ohmschen Heizelemente lässt sich sehr gezielt Wärme in bestimmte Bereiche des Vorgeleges einbringen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Heizeinrichtung als ein hochohmiger metallischer Bereich des Umformwerkzeugs und/oder des Werkzeugträgers und als eine Induktionseinrichtung zum Induzieren eines Stroms in dem hochohmigen metallischen Bereich ausgebildet. Der hochohmige metallische Bereich kann beispielsweise ein Gemisch aus Kunststoff und Metallpulver aufweisen. Vorzugsweise bildet der hochohmige metallische Bereich dabei lediglich einen Oberflächenbereich des Umformwerkzeugs mit geringer Dicke auf einem nichtmetallischen Basisträger des Umformwerkzeugs aus. Weiterhin bevorzugt ist der Werkzeugträger gemäß dieser Weiterbildung ebenfalls aus einem nichtmetallischen Material, beispielsweise Kunststoff, ausgebildet. Somit lässt sich ein sehr hoher und gezielter, aber wenn gewünscht auch gleichmäßiger Eintrag von Heizleistung in das Vorgelege erzielen. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Solarien, die eine Infrarotstrahlung zum Heizen eines Vorgeleges verwenden, lässt sich somit eine sehr viel zügigere Erwärmung des Vorgeleges erreichen.
Bei einer weiteren Weiterbildung sind wenigstens zwei Heizeinrichtungen vorgesehen, mittels welchen jeweils ein Bereich des Umformwerkzeugs mit einer unterschiedlichen Heizleistung beaufschlagbar ist. Beispielsweise sind Vorgelege regelmäßig in unterschiedlichen Bereichen verschieden dick und benötigen daher eine entsprechend angepasste und zielgerichtete Einbringung von Heizleistung. Dieser Anforderungen kann einfach mit wenigstens zwei Heizeinrichtungen, die hinsichtlich der von ihnen erzeugten Heizleistung steuerbar sind, nachgekommen werden. Insbesondere sind die Heizeinrichtungen dabei als Ohmsche Heizelemente oder als mehrere voneinander separate hochohmige, metallische Bereiche ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die Heizeinrichtung auch zum Kühlen des Vorgeleges nach dem Umformen schaltbar. Somit kann nach dem Umformen eine sehr rasche Verfestigung der aufgrund des Erwärmens erweichten Matrix in dem Vorgelege erreicht werden. Die Abkühlzeit kann daher verkürzt werden, was insgesamt die Prozesszeit pro Vorgelege auf dem Umformwerkzeug reduziert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 in einer Querschnittsansicht eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 in einer Schnittansicht ein Umformwerkzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 in einer perspektivischen, abgebrochen dargestellten Obenansicht eine Vorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 in einer perspektivischen Seitenansicht die Vorrichtung aus 3;
5 eine perspektivische, abgebrochen dargestellte Ansicht A aus 4;
6 in einer Seitenansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine perspektivische Vorderansicht des Umformwerkzeugs aus 6;
8 in einer Seitenansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine perspektivische Vorderansicht des Umformwerkzeugs aus 8;
10 in einer Querschnittsansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 in einer perspektivischen Ansicht einen Werkzeugträger einer Vorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 in einer Querschnittsansicht den Werkzeugträger aus 13 mit dem Umformwerkzeug aus 10;
13 in einer perspektivischen Seitenansicht einen Werkzeugträger einer Vorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
14 in einer Querschnittsansicht den Werkzeugträger aus 13 mit dem Umformwerkzeug aus 10.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 illustriert in Zusammenschau mit 2 in einer Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches die der Erfindung zugrundeliegende Idee grundsätzlich darstellt.
Eine Vorrichtung 1 zum Umformen eines Vorgeleges 2, beispielsweise aus CFK-Prepreg-Material, weist einen Werkzeugträger 3 und ein an diesem lösbar befestigtes Umformwerkzeug 4 auf. Das Umformwerkzeug 4 ist mit einer einer gewünschten Geometrie des Vorgeleges 2 nach dem Umformen entsprechenden Oberflächenkontur 5 versehen.
1 zeigt das Vorgelege 2 im umgeformten Zustand. Es weist dabei eine der Oberflächenkontur 5 des Umformwerkzeugs 4 entsprechende Geometrie 6 auf.
Das Umformen in den dargestellten umgeformten Zustand des im Wesentlichen in flächiger Form bereitgestellten Vorgeleges 2 setzt bevorzugt voraus, dass das Vorgelege 2 vor dem Umformen erwärmt wird, so dass eine in dem Vorgelege 2 beinhaltete Matrix erweicht und damit das Umformen mit geringem Kraftaufwand bzw. ein Verschieben von Fasern in dem Vorgelege ermöglicht wird.
Soll nun ein Vorgelege 2 mit einer anderen Geometrie hergestellt werden, kann gemäß der Erfindung das Umformwerkzeug 4 gegen ein anderes Umformwerkzeug 4', siehe 2, auf einfache Weise und sehr rasch ausgetauscht werden, ohne dass eine Handhabung des Werkzeugträgers 3 erforderlich ist.
Vorzugsweise sind mehrere der Umformwerkzeuge 4 an dem Werkzeugträger 3 lösbar befestigt, so dass die Umformwerkzeuge 4 entsprechend klein und damit gut handhabbar ausgebildet werden können.
3 bis 5 zeigen mehrere perspektivische, teils abgebrochene Ansichten einer Vorrichtung 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung 1 eine Heizeinrichtung 7 vorsieht.
Die Heizeinrichtung 7 weist eine Fluid-führende Leitung 11 auf, welche durch das Umformwerkzeug 4 verläuft. Vor dem Umformvorgang wird die Leitung 11 über einen Schnellanschluss 12 mit beispielsweise unter Druck stehendem, heißem Wasser beschickt, welches dann durch die Leitung 11 fließt und das auf der Oberflächenkontur 5 des Umformwerkzeugs 4 abgelegte Vorgelege 2 (hier nicht dargestellt) erwärmt und über einen Schnellanschluss 13 wieder abgeführt wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 bis 5 weist weiterhin Handhabungsmittel, insbesondere Ösen 14, 15 auf, welche ein einfaches Abheben des Umformwerkzeugs von dem Werkzeugträger 3 für einen entsprechenden Austausch des Umformwerkzeugs 4 gegen ein nicht dargestelltes weiteres Umformwerkzeug ermöglicht.
6 und 7 illustrieren in einer Seitenansicht bzw. perspektivischen Vorderansicht ein Umformwerkzeug 4 mit einer Oberflächenkontur 5, welches ein integriertes Heizband 16 aufweist. Vorzugsweise ist das Heizband 16 knapp unterhalb einer der Oberflächenkontur 5 zugeordneten äußeren Fläche 17, 18 innerhalb des Umformwerkzeugs 4 angeordnet.
Das Heizband 16 ist über einen elektrischen Anschluss 21 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbindbar. Wird das Heizband 16 mit Strom beaufschlagt, so erzeugt es eine Heizleistung, welche es an ein auf der Oberflächenkontur abgelegtes, nicht weiter dargestelltes Vorgelege abgibt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 8 und 9 wird die Heizleistung im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den 6 und 7 mittels zweier voneinander getrennten Heizeinrichtungen 7 und 7' erbracht. Die voneinander getrennten Heizeinrichtungen 7 und 7' weisen Heizbänder 22 bzw. 23 mit jeweils einem elektrischen Anschluss 24 bzw. 25 auf. Das Heizband 22 dient dabei zur Zuführung einer Heizleistung an einen mit der Oberfläche 17 des Umformwerkzeugs 4 in Kontakt stehenden Bereich des Vorgeleges (nicht dargestellt), während das Heizband 23 zur Zuführung einer Heizleistung an ein mit der Oberfläche 18 in Kontakt stehendes Vorgelege (nicht dargestellt) dient.
Mittels Regelung der an die Anschlüsse 24, 25 zugeführten elektrischen Energie kann auch die entsprechend von den Heizbändern 22, 23 erzeugte Heizleistung gesteuert werden. Das Heizband 22 kann beispielsweise so gesteuert werden, dass sie eine größere Heizleistung erzeugt als das Heizband 23.
Die Anschlüsse 24, 25 sind vorzugsweise derart an einer Seitenfläche 26 des Umformwerkzeugs 18 vorgesehen, dass sie bei Verbinden des Umformwerkzeugs 4 mit dem nicht dargestellten Werkzeugträger 3 automatisch mit in dem Werkzeugträger 3 vorgesehenen elektrischen Leitungen elektrisch kontaktiert werden.
10 zeigt in einer Schnittansicht ein Umformwerkzeug 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Umformwerkzeug 4 weist ein Trägerteil 27 aus einem Nichtmetall, vorzugsweise aus einem Kunststoff, Keramik und/oder Holz, und eine auf diesem aufgebrachte hochohmige Beschichtung 31 aus Metall oder eine mit Metall, insbesondere einem Metallpulver, versetzte Kunststoff- und/oder Keramikschicht auf.
Die hochohmige Beschichtung 31 bildet dabei vorzugsweise selbst die Oberflächenkontur 5 des Umformwerkzeugs 4 aus.
Beispielhaft ist ferner ein Induktionseinrichtung 30, welche von dem Umformwerkzeug 4 getrennt, beispielsweise in dem Werkzeugträger 3 vorgesehen ist. Diese induziert einen Strom in der hochohmigen Beschichtung 31, was zur Folge hat, dass diese eine Heizleistung an ein mit dem Umformwerkzeug 4 in Kontakt stehendes, nicht weiter dargestelltes Vorgelege 2 abgibt.
Alternativ kann anstelle der Induktionseinrichtung 30 auch eine Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen und Einkoppeln dieser in Fasern des Vorgeleges und somit Erwärmen desselben vorgesehen sein. Jedoch sollte in diesem Fall die gesamte Vorrichtung 1 aus einem Nichtmetall ausgebildet sein.
11 und 12 zeigen in einer perspektivischen Ansicht einen Werkzeugträger 3 bzw. in einer Querschnittsansicht den Werkzeugträger 3 aus 11 und ein an diesem lösbar befestigtes Umformwerkzeug 4. Bei dem Umformwerkzeug 4 handelt es sich beispielsweise um das Umformwerkzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 10.
Der Werkzeugträger 3 weist an einer Auflagefläche 32 für ein Aufliegen des Umformwerkzeugs 4 mit einer entsprechenden Gegenfläche 33 und an einer im Wesentlichen senkrecht zu der Auflagefläche 32 ausgerichteten Anschlagfläche 34 für ein Anschlagen einer entsprechenden Gegenfläche 35 des Umformwerkzeugs 4 Öffnungen (beispielhaft mit dem Bezugszeichen 36 versehen) auf, die mit Vakuumleitungen (beispielhaft mit dem Bezugszeigen 37 versehen) in dem Umformwerkzeug 4 verbunden sind.
Die Vakuumleitungen 37 sind über einen Anschluss 41 des Werkzeugträgers 3 mit einem nicht weiter dargestellten, System zur steuerbaren Bereitstellung von Vakuum verbunden. Wird nun in dem in 12 dargestellten Zustand ein Vakuum an den Anschluss 41 angelegt, so werden die Auflagefläche 32 und die Anschlagfläche 34 gegen die jeweiligen Gegenflächen 33 bzw. 35 des Umformwerkzeugs gesaugt. Folglich ist das Um formwerkzeug 4 bei angelegtem Vakuum mit dem Werkzeugträger 3 kraftschlüssig in wenigstens zwei Raumrichtungen verbunden. Zusätzlich kann ein Reibschluss zwischen der Auflagefläche 32 und der Anschlagfläche 34 bzw. den Gegenflächen 33, 35 entstehen, derart, dass auch eine Bewegung des Umformwerkzeugs 4 relativ zu dem Werkzeugträger 3 in einer Richtung senkrecht zur Papierebene in 12 verhindert wird. Alternativ oder zusätzlich können geeignete Führungsmittel, beispielsweise Schienen 42, 43 an dem Werkzeugträger 3 vorgesehen sein, welche eine genaue Positionierung des Umformwerkzeugs 4 auf dem Werkzeugträger 3 begünstigen und darüber hinaus ein Verrutschen des Umformwerkzeugs 4 relativ zu dem Werkzeugträger 3 in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene in 12 verhindern.
13 und 14 zeigen in einer perspektivischen Ansicht einen Werkzeugträger 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel bzw. den Werkzeugträger 3 aus 13 mit dem Umformwerkzeug 4 aus 10, wobei dieses jedoch geringfügig modifiziert ist, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt.
Das Umformwerkzeug 4 liegt auf einer Auflagefläche 44 mit einer entsprechenden Gegenfläche 45 auf und schlägt an einer Anschlagfläche 46 mit einer entsprechenden Gegenfläche 47 an, wobei sich die Anschlagfläche 46 im Wesentlichen senkrecht zu der Auflagefläche 44 erstreckt.
Die Gegenfläche 45 des Umformwerkzeugs 4 weist vorzugsweise einen Zapfen 51 auf, welcher bei Auflegen des Umformwerkzeugs 4 auf dem Werkzeugträger 3 mit einer entsprechenden Ausnehmung 52 für einen Formschluss in der Ebene der Flächen 44, 45 sorgt, d. h. ein Bewegen des Umformwerkzeugs 4 in der Ebene der Flächen 44, 45 relativ zu dem Werkzeugträger 3 wird verhindert.
Der Werkzeugträger 3 weist Ausnehmungen 53, 54 auf, in welchen Verriegelungselemente, insbesondere Bolzen 55, 56, be wegbar in eine Richtung vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Auflagefläche 44 bzw. der Anschlagfläche 46 bewegbar gelagert sind.
In dem in 14 dargestellten Verriegelungszustand greifen die Bolzen 55, 56 in entsprechende, vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtete Ausnehmungen 57, 58 in der Gegenfläche 45 bzw. 47 des Umformwerkzeugs 4 ein. Damit wird eine Bewegung des Umformwerkzeugs 4 relativ zu dem Werkzeugträger 3 in jegliche Raumrichtung verhindert.
Vorzugsweise sind die Bolzen 55, 56 in dem in 14 gezeigten Verriegelungszustand mit Federkraft mittels Federn 62, 63 belastet.
Sollen die Bolzen 55, 56 nun in eine Freigabestellung gebracht werden, wobei sie ihren Eingriff mit den Ausnehmungen 57, 58 in dem Umformwerkzeug 4 freigeben, wird ein Vakuum über Leitungen (beispielhaft mit dem Bezugszeichen 66 versehen) an ein rückseitiges in die Ausnehmungen 53, 54 weisenden Ende 64, 65 der Bolzen 55, 56 angelegt. Dies führt dann zu einem Zurückziehen der Bolzen 55, 56 aus den Ausnehmungen 57 bzw. 58 aus dem Umformwerkzeug 4 und damit zu einem Freigeben desselben für ein Austauschen, beispielsweise gegen ein anderes Umformwerkzeug.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Es sind beliebige Kombinationen von Materialien für den Werkzeugträger und das Umformwerkzeug denkbar. Beispielsweise kann der Werkzeugträger aus Kunststoff und das Umformwerkzeug aus Metall ausgebildet werden.
Auch verschiedene Kombinationen von Heizeinrichtungen, beispielsweise eine Kombination einer induktiven Heizeinrichtung und einer Heizeinrichtung mit einer Fluid-führenden Leitung, sind denkbar.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Umformen eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich. Dabei weist die Vorrichtung wenigstens ein Umformwerkzeug, welches eine einer gewünschte Geometrie des Vorgeleges nach dem Umformen entsprechende Oberflächenkontur besitzt und einen Werkzeugträger auf, an welchem das wenigstens eine Umformwerkzeug lösbar befestigt ist. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Vorrichtung mit einem modularen Aufbau zu schaffen, wobei dann beliebige Umformwerkzeuge mit dem Werkzeugträger bedarfsabhängig kombiniert werden können. Dies führt vor allem zu einem geringeren Handhabungsaufwand, da eine Handhabung des vergleichsweise großen Werkzeugträgers somit entfällt.

1: Vorrichtung
2: Vorgelege
3: Werkzeugträger
4: Umformwerkzeug
4': Umformwerkzeug
5: Oberflächenkontur
6: Geometrie
7: Heizeinrichtung
7': Heizeinrichtung
11: Leitung
12: Anschluss
13: Anschluss
14: Öse
15: Öse
16: Heizband
17: Oberfläche
18: Oberfläche
21: Anschluss
22: Heizband
23: Heizband
24: Anschluss
25: Anschluss
26: Seitenfläche
27: Trägerteil
30: Induktionseinrichtung
31: Beschichtung
32: Auflageteil
33: Gegenfläche
34: Anschluss
35: Gegenfläche
36: Öffnung
37: Vakuumleitung
41: Anschluss
42: Schiene
43: Schiene
44: Auflagefläche
45: Gegenfläche
46: Anschlagfläche
47: Gegenfläche
51: Zapfen
52: Ausnehmung
53: Ausnehmung
54: Ausnehmung
55: Bolzen
56: Bolzen
57: Ausnehmung
58: Ausnehmung
62: Feder
63: Feder
64: Ende
65: Ende
66: Leitungen

Claims

Vorrichtung (1) zum Umformen eines Vorgeleges (2) aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit wenigstens einem Umformwerkzeug (4), welches eine einer gewünschten Geometrie (6) des Vorgeleges (2) nach dem Umformen entsprechende Oberflächenkontur (5) aufweist, und einem Werkzeugträger (3), an welchem das wenigstens eine Umformwerkzeug (4) lösbar befestigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (4) mittels einer Vakuumspanneinrichtung und/oder Verriegelungseinrichtung an dem Werkzeugträger (3) lösbar befestigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung wenigstens ein Verriegelungselement (55, 56) aufweist, welches in einem Verriegelungszustand das Umformwerkzeug (4) mit dem Werkzeugträger (3) in einer Ebene (44, 46) formschlüssig verbindet und welches in einer Freigabestellung eine Bewegung des Umformwerkzeugs (4) relativ zu dem Werkzeugträger (3) in der Ebene (44, 46) freigibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung wenigstens zwei Verriegelungselemente (55, 56) aufweist, welche das Umformwerkzeug und den Werkzeugträger in wenigstens zwei einen Winkel zueinander bildenden Ebenen (44, 46) miteinander formschlüssig verbinden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verriegelungselement (55, 56) von dem Verriegelungszustand in den Freigabezustand mittels Druckluft und/oder von dem Freigabezustand in den Verriegelungszustand mittels Federn (62, 63) bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumspanneinrichtung wenigstens eine mit dem Umformwerkzeug (4) und wenigstens eine mit dem Werkzeugträger (3) fest verbundene Druckfläche (33, 35; 32, 34) aufweist, wobei zwischen diesen ein Vakuum für ein Befestigen des Umformwerkzeugs (4) an dem Werkzeugträger (3) anlegbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (7) vorgesehen ist, mittels welcher dem Vorgelege (2) für das Umformen eine Heizleistung zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) als Mikrowellenheizung ausgebildet ist, welche Mirkowellen direkt in das Vorgelege (2), insbesondere in Fasern desselben, einkoppelt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) als wenigstens eine Fluid- führende Leitung (11) in dem Umformwerkzeug (4) und/oder dem Werkzeugträger (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) als wenigstens ein ohmsches Heizelement, insbesondere als ein Heizband (16), in dem Umformwerkzeug (4) und/oder dem Werkzeugträger (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) als ein hochohmiger metallischer Bereich (31) des Umformwerkzeugs (4) und/oder des Werkzeugträgers (3) und als eine Induktionseinrichtung (30) zum Induzieren eines Stroms in dem hochohmigen metallischen Bereich (31) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Heizeinrichtungen (7, 7') vorgesehen sind, mittels welchen jeweils ein Bereich (17, 18) des Umformwerkzeugs (4) mit einer unterschiedlichen Heizleistung beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) auch zum Kühlen des Vorgeleges (2) nach dem Umformen schaltbar ist.