DE102007043932A1

DE102007043932A1 - Harzinjektionsverfahren und Werkzeug für ein Harzinjektionsverfahren

Info

Publication number: DE102007043932A1
Application number: DE200710043932
Authority: DE
Inventors: Max Dr. Ehleben; Jürgen-Werner Becke; Hansjörg Kurz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Harzinjektionsverfahren zur Fertigung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff in einem Werkzeug sowie ein Werkzeug für ein erfindungsgemäßes Harzinjektionsverfahren. Es ist vorgesehen, dass der endmaßgerechte Beschnitelben Wrkzeugs (11, 12) erfolgt, in das auch das Harz (5) injiziert wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine in einer oberen und einer unteren Hälfte des Werkzeuges ausgesparte Gießform für das Bauteil (6) von auswechselbaren, gehärteten Schneidkanten (13) begrenzt ist, die beim Zusammenfügen der beiden Hälften einen schmalen Schneidspalt (a) bilden, so dass die Schneidkanten (13) wie eine Randschere für eine eingelegte Fasermatte (2) wirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Harzinjektionsverfahren zur Fertigung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff in einem Werkzeug und ein Werkzeug für ein Harzinjektionsverfahren.
Das Harzinjektionsverfahren (RTM, Resin Transfer Molding) ist ein verbreitetes wirtschaftliches Serienverfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden. So werden im Fahrzeugbau beispielsweise Autotüren aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellt.
In der konventionellen RTM-Technik wird ein Zuschnitt mit Übermaß, ein so genannter Preform, aus Halbzeug, beispielsweise Glasfaser- oder Kohlefaser-Matten, in ein temperiertes Werkzeug (Gießform) eingelegt. Anschließend wird Harz in das Werkzeug injiziert, das die Matte durchtränkt und dann aushärtet. Das Bauteil wird aus der Form entnommen und sämtliche Bauteilränder mit einer CNC-Fräsmaschine beschnitten. Dieser letzte Arbeitsschritt ist relativ aufwändig und es wird eine hochpräzise und verzugsarme Vorrichtung benötigt, die die während des Fräsvorganges am Bauteil auftretenden Kräfte aufzunehmen vermag.
Bei diesem Verfahren sind die Investitionskosten (insbesondere Werkzeugkosten) bedeutend geringer als bei einer Fertigung vergleichbarer Teile aus Stahl. Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff sind leichter, haben ein hohes Integrationsvermögen und müssen nicht gegen Korrosion geschützt werden.
Da jedoch die Materialkosten für die verwendeten Halbzeuge (Fasermatten) und das Harz relativ hoch sind, liegt in der Reduzierung des Verschnitts ein erhebliches Potential zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzustellen, bei dem das Bauteil nach der Harzinjektion bereits die Endkontur besitzt, und nicht nachbearbeitet werden muss.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der endmaßgerechte Beschnitt der Fasern durch Stanzen beim Schließen desselben Werkzeugs erfolgt, in das auch das Harz injiziert wird.
Die erfindungsgemäße Endmaßfertigung hat gegenüber dem konventionellen RTM-Verfahren eine Reihe von Vorteilen.
Da der Mehraufwand für das erfindungsgemäße Werkzeug sich durch die Einsparung der hochsteifen Fräsvorrichtung schon bei geringen Stückzahlen amortisiert, ergibt sich insgesamt eine Investitionssenkung.
Durch die Materialersparnis werden außerdem die laufenden Kosten der Produktion minimiert.
Entscheidend sind die Erhöhung der Prozess-Sicherheit und die Verringerung der Fertigungszeit, die daraus resultieren, dass ein kompletter Fertigungsschritt, nämlich der nachträgliche Bauteilbeschnitt, entfällt.
Die Verwendung von über Maß zugeschnittenen Fasermatten, so genannten Preforms, hat hierbei den Vorteil, dass eine genaue Ausrichtung beim Einlegen in das Werkzeug nicht erforderlich ist.
In der Praxis werden meist Fasermatten aus Glas- oder Kohlefasern eingesetzt, die sich auch für dieses Verfahren bewährt haben.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht das Werkzeug, das gleichzeitig als Randschere für die Fasermatten und als Gießform für das Bauteil dient, aus einer oberen und einer unteren Hälfte, von denen eine wie ein Deckel auf die andere passt. Am Rand des in diesen Hälften ausgebildeten Hohlraums befinden sich auswechselbare, gehärtete Schneidkanten. Beim Zusammenfügen der beiden Hälften des Werkzeugs bilden diese Kanten einen schmalen Schneidspalt und bewegen sich so aneinander vorbei, dass sie die eingelegte Fasermatte sauber abscheren.
Der Schneidspalt zwischen den Kanten der beiden Werkzeughälften beträgt dabei 0,05 bis 0,1 mm.
Am Rand der unteren Werkzeughälfte, außerhalb der Schneidkanten, ist vorteilhafterweise ein Reservoir für abgetrennte Fasern ausgespart, welches zum Rand des Werkzeuges hin mit einer Dichtung versehen ist.
Um die Schnittqualität weiter zu verbessern, hat es sich bewährt, das Reservoir mit einem Niederhalter für die zu beschneidenden Fasern auszustatten, damit die Fasern beim Schneiden nicht verrutschen.
Dieser Aufbau des erfindungsgemäßen Werkzeugs garantiert einen sauberen Schnitt der Matten direkt an der vorgesehenen Kante des Bauteils, ohne die Fasern innerhalb der Gießform zu verdichten. So ist der Hohlraum innerhalb des Werkzeuges auch in den Randbereichen vollständig mit Fasern ausgefüllt und das in flüssigem Zustand eingeleitete Harz verteilt sich gleichmäßig.
Nachdem das Harz ausgehärtet ist, wird das Werkzeug geöffnet und das Bauteil mit sauberen Kanten entnommen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1A bis F schematisch den Ablauf des Harzinjektionsverfahren in sechs Schritten;
2 eine mögliche Ausführung der Werkzeugkante im Detail und
3 eine weitere mögliche Ausführung der Werkzeugkante mit Niederhalter im Detail.
In 1 sind schematisch sechs Schritte des Harzinjektionsverfahrens dargestellt: Ein mit Übermaß zugeschnittener Preform 2 aus einer Fasermatte ist in 1A zu erkennen. Dieser wird in das geöffnete, aus zwei Hälften 11 und 12 bestehende Werkzeug eingelegt, wie in 1B gezeigt. 1C zeigt das nun geschlossene Werkzeug 11, 12. Der Hohlraum ist hier von der Fasermatte 2 ausgefüllt, abgetrennte Fasern 21 befinden sich im Reservoir am Rand des Werkzeuges 11, 12. In 1D ist zu sehen, wie flüssiges Harz 5 in das geschlossene Werkzeug 11, 12 eingeleitet wird. Nachdem das Harz 5 ausgehärtet ist, wird das Werkzeug 11, 12 wieder geöffnet, wie in 1E gezeigt. 1F schließlich zeigt das fertige Bauteil 6 aus harzgetränkten Fasern mit beschnittenen Kanten.
2 zeigt eine mögliche Ausführung der Werkzeugkante. Der Rand des unteren Werkzeugteils 12 weist eine Dichtung 4 auf und bildet eine Stufe zur höher liegenden Unterseite der Gießform. Diese Stufe ist mit einer auswechselbaren, gehärteten Schneidkante 13 ausgestattet. Das darüber liegende obere Werkzeugteil 11 bildet zwei Stufen. Die an die Oberseite der Gießform anschließende Stufe ist ebenfalls als auswechselbare, gehärtete Schneidkante 13 ausgeführt und so angeordnet, dass die beiden parallelen Flächen der Schneidkanten 13 in einem geringen Abstand zueinander stehen. Die näher am Rand des Werkzeuges 11 befindliche Stufe bildet einerseits die Begrenzung eines Reservoirs zur Aufnahme der abgetrennten Fasern 21 und andererseits die Auflagefläche des oberen Werkzeugteils 11 auf dem unteren Werkzeugteil 12 im Bereich der Dichtung 4.
3 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform des Randbereiches. Die Schneidkanten 13 und die Dichtung 4 sind wie in 2 angeordnet. Das Reservoir wird hier jedoch nicht von einer zweiten Stufe in der oberen Werkzeughälfte 11, sondern von einer Vertiefung in der unteren Hälfte 12 gebildet. In der oberen Hälfte 11 befindet sich über dem Reservoir ein Niederhalter 3 für die zu beschneidenden Fasern 21.

2: Fasern (Preform)
3: Niederhalter
4: Dichtung
5: Harz
6: fertiges Bauteil
11: obere Werkzeughälfte
12: untere Werkzeughälfte
13: gehärtete Schneidkante
21: abgetrennte Fasern
a: Schneidspalt

Claims

Harzinjektionsverfahren zur Fertigung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff in einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der endmaßgerechte Beschnitt der Fasern (2) durch Stanzen beim Schließen desselben Werkzeugs (11, 12) erfolgt, in das auch das Harz (5) injiziert wird.
Harzinjektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Übermaß zugeschnittene Fasermatten (2) in das Werkzeug (11, 12) eingelegt und nach dem Schließen des Werkzeuges (11, 12) mit Harz (5) durchtränkt werden.
Harzinjektionsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatten (2) aus Glas- oder Kohlefasern bestehen.
Werkzeug für ein Harzinjektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer oberen und einer unteren Hälfte des Werkzeuges ausgesparte Gießform für das Bauteil (6) von auswechselbaren, gehärteten Schneidkanten (13) begrenzt ist, die beim Zusammenfügen der beiden Hälften einen schmalen Schneidspalt (a) bilden, so dass die Schneidkanten (13) wie eine Randschere für eine eingelegte Fasermatte (2) wirken.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidspalt (a) zwischen den Schneidkanten (13) der beiden Werkzeughälften 0,05 bis 0,1 mm beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es außerhalb der Schneidkanten (13) ein Reservoir für abgetrennte Fasern (21) aufweist, welches zum Rand des Werkzeuges hin mit einer Dichtung (4) versehen ist.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir mit einem Niederhalter (3) für abgetrennte Fasern (21) ausgestattet ist.