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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umformen
eines Vorgeleges aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und
Raumfahrtbereich.
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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.
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Das
bedeutet, dass zur Herstellung von Bauteilen mit verschiedenen Geometrien,
beispielsweise T- oder L-Stringer, eine große Anzahl verschiedener Vollmetallwerkzeuge
erforderlich ist.
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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.
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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.
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In
der
DD 113 183 A1 wird
eine Vorrichtung mit auswechselbaren, die Kontur eines im Kalt-
oder Heißpressverfahren
herzustellenden Formteils aus härtbarem
Kunststoff ausbildenden Formeinsätzen beschrieben.
Bei der beschriebenen Vorrichtung sind die Formwerkzeuge in Gestalt
der Formeneinsätze einer
Matrize oder einer Patrize mit einem jeweiligen Stammwerkzeug als
Werkzeugträger
durch leicht lösbare
Verbindungen verbunden.
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Die
DE 1 942 977 A beschreibt
eine Formvorrichtung, in der die Beheizung eines herzustellenden
Formteils mittels eines Fluids als Wärmeträger erfolgt. In der Vorrichtung
nach der
DE 1 942 977
A wird Dampf durch perforierte Wände in eine Formmasse eingeleitet.
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In
dem Fachbuch Illig: Thermoformen in der Praxis, München Wien,
Hanser, 1997, Seiten 119–135,
ISBN 3-446-19153-4 werden Heizeinrichtungen in Form von Strahlungsheizungen
zur Erwärmung
eines zu verarbeiten den Materials beschrieben. Bei dieser Art der
Beheizung erwärmt
die auf das zu verformende Material auftreffende elektromagnetische
Strahlung dieses direkt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte 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.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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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.
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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.
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Darüber hinaus
ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche das Vorgelege für das Umformen erwärmt. Dadurch
wird der Umformvorgang des Vorgeleges wesentlich beschleunigt.
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Diese
Heizeinrichtung ist erfindungsgemäß 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.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
Erfindung.
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Der
hochohmige metallische Bereich kann beispielsweise ein Gemisch aus
Kunststoff und Metallpulver aufweisen. Vorzugs weise 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.
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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.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist das Umformwerkzeug mittels einer Vakuumspanneinrichtung und/oder
Verriegelungseinrichtung an dem Werkzeugträger lösbar befestigt. Diese ermöglichen
ein sehr zügiges
Befestigen bzw. Lösen
des Umformwerkzeugs. Somit lässt
sich die Rüstzeit
für die
Vorrichtung verkürzen.
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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.
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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 Umformwerkzeugs auf dem Werkzeugträger. Die weitere Ebene ist
typischerweise eine Anschlagfläche,
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.
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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 Form von Druckluft, zugeführt.
Somit weist die Vorrichtung mittels dieser Weiterbildung eine hohe
Energieeffizienz auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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. Diesen
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.
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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.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren näher
erläutert.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 in
einer Querschnittsansicht eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 in
einer Schnittansicht ein Umformwerkzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 in
einer perspektivischen, abgebrochen dargestellten Obenansicht eine
Vorrichtung gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 in
einer perspektivischen Seitenansicht die Vorrichtung aus 3;
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5 eine
perspektivische, abgebrochen dargestellte Ansicht A aus 4;
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6 in
einer Seitenansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7 eine
perspektivische Vorderansicht des Umformwerkzeugs aus 6;
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8 in
einer Seitenansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem
weiteren Ausführungsbei spiel
der Erfindung;
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9 eine
perspektivische Vorderansicht des Umformwerkzeugs aus 8;
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10 in
einer Querschnittsansicht ein Umformwerkzeug einer Vorrichtung gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11 in
einer perspektivischen Ansicht einen Werkzeugträger einer Vorrichtung gemäß einem noch
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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12 in
einer Querschnittsansicht den Werkzeugträger aus 13 mit
dem Umformwerkzeug aus 10;
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13 in
einer perspektivischen Seitenansicht einen Werkzeugträger einer
Vorrichtung gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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14 in
einer Querschnittsansicht den Werkzeugträger aus 13 mit
dem Umformwerkzeug aus 10.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 illustriert
in Zusammenschau mit 2 in einer Querschnittsansicht
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, welches die der Erfindung zugrundeliegende Idee grundsätzlich darstellt.
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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.
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1 zeigt
das Vorgelege 2 im umgeformten Zustand. Es weist dabei
eine der Oberflächenkontur 5 des
Umformwerkzeugs 4 entsprechende Geometrie 6 auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach den 8 und 9 wird die
Heizleistung im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den 6 und 7 mittels
zweier voneinander getrennter 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 der 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.
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Mittels
Regelung der an die Anschlüsse 24, 25 zugeführten 41 elektrischen
Energie kann auch die entsprechend von den Heizbändern 22, 23 erzeugte
Heizleistung gesteuert werden. Das Heizband 22 kann beispielsweise
so gesteuert werden, dass es eine größere Heizleistung erzeugt als
das Heizband 23.
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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.
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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.
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Die
hochohmige Beschichtung 31 bildet dabei vorzugsweise selbst
die Oberflächenkontur 5 des Umformwerkzeugs 4 aus.
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Beispielhaft
ist ferner eine Induktionseinrichtung 30 dargestellt, 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.
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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.
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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.
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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 Bezugszeichen 37 versehen)
in dem Umformwerkzeug 4 verbunden sind.
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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 Umformwerkzeug 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 Verrut schen des Umformwerkzeugs 4 relativ zu dem
Werkzeugträger 3 in
einer Richtung senkrecht zu der Papierebene in 12 verhindern.
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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.
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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.
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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.
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Der
Werkzeugträger 3 weist
Ausnehmungen 53, 54 auf, in welchen Verriegelungselemente,
insbesondere Bolzen 55, 56, bewegbar in eine Richtung vorzugsweise
im Wesentlichen senkrecht zu der Auflagefläche 44 bzw. der Anschlagfläche 46 bewegbar gelagert
sind.
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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.
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Vorzugsweise
sind die Bolzen 55, 56 in dem in 14 gezeigten
Verriegelungszustand mit Federkraft mittels Federn 62, 63 belastet.
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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 weisendes, 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.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
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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.
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Auch
verschiedene Kombinationen von Heizeinrichtungen, beispielsweise
eine Kombination einer induktiven Heizeinrichtung und einer Heizeinrichtung
mit einer Fluid-führenden
Leitung, sind denkbar.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Umformen eines
Vorgeleges aus Faserverbundmaterial, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich.
Dabei weist die Vorrichtung wenigstens ein Umformwerkzeug auf, welches
eine, einer gewünschten
Geometrie des Vorgeleges nach dem Umformen entsprechende, Oberflächenkontur besitzt
und einen Werkzeugträger,
an welchem das wenigstens eine Umformwerkzeug lösbar befestigt ist. Die der
vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht 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.