DE102010013541A1 - Process for producing a continuous fiber reinforced molding using an injection molding tool - Google Patents

Process for producing a continuous fiber reinforced molding using an injection molding tool Download PDF

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DE102010013541A1
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Franz Kind
Peter Michel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils (1) unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs (10), wobei das Spritzgusswerkzeug (10) ein erstes und zweites Werkzeugteil (18, 20) aufweist, welche eine Kavität (22) zum endgültigen Formen des Formteils (1) ausbilden, wobei das erste Werkzeugteil (18) einen ersten Einspritzkanal (24) und das zweite Werkzeugteil (20) einen zweiten Einspritzkanal (26) aufweist, die zum Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) in die Kavität (22) vorgesehen sind, wobei das zweite Werkzeugteil (20) eine Einspritzvorrichtung (30) und einen mit fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) befüllbaren Dosierraum (32) aufweist, wobei der zweite Einspritzkanal (26) in den Dosierraum (32) mündet, und wobei die Einspritzvorrichtung (30) eingerichtet ist, in dem Dosierraum (32) befindliches fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial (28) über den zweiten Einspritzkanal (26) in die Kavität (22) einzuspritzen, und wobei das Verfahren die Schritte A bis I umfasst.The invention relates to a method for producing a continuous fiber-reinforced molded part (1) using an injection molding tool (10), the injection molding tool (10) having a first and a second tool part (18, 20) which have a cavity (22) for the final shaping of the molded part (1), the first tool part (18) having a first injection channel (24) and the second tool part (20) having a second injection channel (26) which are provided for injecting flowable thermoplastic material (28) into the cavity (22) The second tool part (20) has an injection device (30) and a metering chamber (32) that can be filled with flowable thermoplastic material (28), the second injection channel (26) opening into the metering chamber (32), and the injection device ( 30) is set up, flowable thermoplastic material (28) located in the metering chamber (32) via the second injection channel (26) in injecting the cavity (22), and wherein the method comprises steps A to I.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs.The present invention relates to a method for producing a continuous fiber reinforced molding using an injection molding tool.

Die Druckschrift US 7,235,149 B2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeugformteilen aus endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen. Hierbei werden die bandförmigen endlosfaserverstärkten Vorformstücke auf einer ebenen Fläche in verschiedenen Winkeln zueinander abgelegt. Das dabei entstehende flache Gelege wird im Anschluss vorgewärmt und durch Thermoformen umgeformt. Je nach Wanddicke des Bauteils erfolgt die Konsolidierung in einem getrennten oder im gleichen Thermoformwerkzeug.The publication US Pat. No. 7,235,149 B2 describes a method for the production of automotive moldings from continuous fiber reinforced thermoplastics. Here, the band-shaped continuous fiber-reinforced preform pieces are placed on a flat surface at different angles to each other. The resulting flat scrim is then preheated and thermoformed. Depending on the wall thickness of the component, the consolidation takes place in a separate or in the same thermoforming tool.

Alternativ sind auch Umspritzungs-Verfahren bekannt, welche die Konsolidierung durch Umspritzen des Geleges bzw. Vorformlings vornehmen, derart, dass der Vorformling in eine Kavität eines Spritzgusswerks, die zum endgültigen Formen des Formteils vorgesehen ist, eingebracht und anschließend in den nach Einbringen des Vorformlings verbleibenden Füllraum der Kavität thermoplastisches Kunststoffmaterial eingespritzt wird. Allerdings lassen sich mit den bekannten Umspritzungs-Verfahren zur Konsolidierung des Vorformlings komplexe Formteil-Geometrien in nur geringer Fertigungsqualität realisieren, da infolge der komplexen Geometrie bei bekannten Lösungen Einspritzwege für das Kunststoffmaterial vorzusehen sind, die zum einen recht lang sein können und sich ferner auch in Ihrer Länge stark unterscheiden können, so dass z. B. infolge von Abkühlungsvorgängen während des Einspritzens das thermoplastische Kunststoffmaterial je nach Einspritzweg mit unterschiedlichen Fließeigenschaften bzw. Temperaturen in den Füllraum tritt bzw. infolge eines langen Einspritzwegs auch zu stark abgekühlt in den Füllraum treten kann.Alternatively, encapsulation methods are also known which carry out the consolidation by encapsulation of the preform, such that the preform is introduced into a cavity of an injection molding unit intended for the final molding of the molding and subsequently left in the mold after the preform has been introduced Fill space of the cavity thermoplastic material is injected. However, with the known extrusion coating method for the consolidation of the preform complex molding geometries can be realized in only low quality manufacturing, as due to the complex geometry in known solutions injection paths are provided for the plastic material, which can be quite long and also in Their length can differ greatly, so that z. B. as a result of cooling processes during injection, the thermoplastic material occurs depending on the injection path with different flow properties or temperatures in the filling chamber or due to a long injection path also too cold in the filling chamber can occur.

Zugrundeliegende AufgabeUnderlying task

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs anzugeben, mit dem ein endlosfaserverstärktes Formteil mit komplexer Geometrie herstellbar ist, das eine im Vergleich zu einem mit einem bekannten Verfahren hergestellten Formteil wesentlich höhere Fertigungsqualität aufweist.The present invention has for its object to provide a method for producing a continuous fiber-reinforced molded part using an injection molding tool with which an endless fiber-reinforced molded part with complex geometry can be produced, which has a substantially higher manufacturing quality compared to a molded part produced by a known method.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a method for producing a continuous fiber-reinforced molded part using an injection molding tool having the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • (A) Bereitstellen von zugeschnittenen, im Wesentlichen flächig ausgebildeten, unidirektional-faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermo-plastischen Matrix,
  • (B) Transfer der Matten zu einem die Grobkontur des Formteils vorgebenden Werkstückträger,
  • (C) Ablegen und fortlaufendes Aufbauen der Matten auf dem Werkstückträger zu einem dreidimensionalen Vorformling derart, dass die Faserorientierung der Matten auf die im späteren Einsatz des Formteils angreifenden Kräfte, und die daraus innerhalb des Formteils resultierenden Lastpfade, abgestimmt wird,
  • (D) Lagefixierung der Matten zueinander während oder nach Abschluss des Aufbaus des Vorformlings,
  • (E) Erwärmung des Vorformlings bis an oder über die Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix des Vorformlings,
  • (F) Einbringen des Vorformlings in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs,
  • (G) Einbringen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs in den Dosierraum, und
  • (H) Endgültiges Formen des Formteils durch Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs in den nach Einbringen des Vorformlings verbleibenden Füllraum der Kavität und durch zusätzliches Einspritzen des in dem Dosierraum befindlichen thermoplastischen fließfähigen Kunststoffmaterials in den Füllraum, wobei das Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs über den ersten Einspritzkanal eingespritzt wird, und wobei zum Einspritzen des Kunststoffmaterials des Dosierraums die Einspritzvorrichtung aktiviert wird.
The method according to the invention comprises the following steps:
  • (A) providing cut-to-size, essentially flat, unidirectionally fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix which at least partially surrounds the fibers,
  • (B) transfer of the mats to a workpiece carrier which predetermines the rough contour of the molded part,
  • (C) depositing and continuously building the mats on the workpiece carrier into a three-dimensional preform such that the fiber orientation of the mats is matched to the forces acting in the later use of the molding, and the load paths resulting therefrom within the molding,
  • (D) fixing the mats to one another during or after completion of the construction of the preform,
  • (E) heating the preform to or above the melting temperature of the thermoplastic matrix of the preform,
  • (F) introducing the preform into the cavity of the injection molding tool,
  • (G) introducing flowable thermoplastic material from outside the injection mold into the dosing space, and
  • (H) final molding of the molded article by injecting flowable thermoplastic material from outside the injection mold into the cavity remaining after introduction of the preform and additionally injecting the thermoplastic flowable plastic material within the metering space into the filling space, the plastic material from outside the injection molding tool is injected via the first injection channel, and wherein for injecting the plastic material of the metering chamber, the injection device is activated.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach Ausführen der Schritte A bis E in Schritt G fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs in den Dosierraum eingebracht. In Schritt H erfolgt dann das endgültige Formen des Formteils aus dem Vorformling durch Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs in den nach Einbringen des Vorformlings verbleibenden Füllraum der Kavität und durch zusätzliches Einspritzen des in dem Dosierraum befindlichen thermoplastischem fließfähigen Kunststoffmaterials in den Füllraum. Hierbei wird das Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs über den ersten Einspritzkanal eingespritzt und zum zusätzlichen Einspritzen des Kunststoffmaterials des Dosierraums wird die Einspritzvorrichtung aktiviert, welche das in dem Dosierraum befindliche fließfähige thermoplastisches Kunststoffmaterial über den zweiten Einspritzkanal in die Kavität einspritzt. In Schritt I wird das Formteil aus der Kavität entnommen.According to the present invention, after performing steps A to E in step G, flowable thermoplastic material is introduced from outside the injection molding tool into the metering space. In step H, the final forming of the molded article from the preform is then accomplished by injecting flowable thermoplastic material from outside the injection mold into the cavity fill remaining after introduction of the preform and by additionally injecting the thermoplastic flowable plastic material into the fill space. In this case, the plastic material is injected from outside the injection molding tool via the first injection channel and for additional injection of the Plastic material of the dosing is activated, the injector, which injects the flowable thermoplastic material located in the dosing chamber via the second injection channel into the cavity. In step I, the molding is removed from the cavity.

Das zweite Werkzeugteil ist mit einem Einspritzsystem umfassend den Dosierraum und die Einspritzvorrichtung versehen. Durch Verwenden eines zweiten Werkzeugteils mit diesem Einspritzsystem, das vorzugsweise in Form einer sog. „Shot-pot”-Einrichtung ausgebildet sein kann, ist es möglich, die bei bekannten Lösungen erforderlichen Einspritzwege deutlich zu verkürzen. Das in dem Dosierraum befindliche Kunststoffmaterial wird mittels der Einspritzvorrichtung über den zweiten Einspritzkanal des zweiten Werkzeugteils in den Füllraum der Kavität gespritzt. Auf bei bekannten Lösungen vorgesehene lange Einspritzwege, die sich von dem ersten bis in das zweite Werkzeugteil erstrecken und welche zum Zuführen des z. B. von einer Spritzeinheit in das erste Werkzeugteil eingebrachten Kunststoffmaterials zu Bereichen des Füllraums, welche sich in dem zweiten Werkzeugteil befinden, vorgesehen sind, kann somit verzichtet werden. Mittels des Einspritzsystems des zweiten Werkzeugteils kann die Länge der längsten Einspritzwege bzw. Einspritzkanäle im Vergleich zu bekannten Lösungen deutlich reduziert werden. Insbesondere können so auch die Längenunterschiede zwischen den jeweiligen Einspritzwegen deutlich reduziert werden, so dass über verschiedene Einspritzwege eingespritztes thermoplastische Kunststoffmaterial mit im Wesentlichen gleichen Fließeigenschaften bzw. gleicher Temperatur in den Füllraum treten kann.The second tool part is provided with an injection system comprising the metering space and the injection device. By using a second tool part with this injection system, which may preferably be in the form of a so-called "shot-pot" device, it is possible to significantly shorten the injection paths required in known solutions. The plastic material located in the metering chamber is injected by means of the injection device via the second injection channel of the second tool part into the filling space of the cavity. On provided in known solutions long injection paths extending from the first to the second tool part and which for supplying the z. B. introduced by an injection unit in the first tool part plastic material to areas of the filling space, which are located in the second tool part, are provided, can thus be dispensed with. By means of the injection system of the second tool part, the length of the longest injection paths or injection channels can be significantly reduced compared to known solutions. In particular, the length differences between the respective injection paths can thus be significantly reduced, so that thermoplastic material injected via different injection paths can enter the filling space with essentially the same flow properties or the same temperature.

Durch das Vorsehen des Einspritzsystems des zweiten Werkzeugteils kann insbesondere auch ein externes Spritzsystem, umfassend eine Plastifiziereinheit zur Herstellung des fließfähigen thermoplastischen Kunststoffmaterials und eine Spritzeinheit zum Zuführen des Kunststoffmaterials, hinsichtlich seiner maximalen Leistungsdimensionierung bzw. Leistungsdaten wirksam reduziert werden, so dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht wird.By providing the injection system of the second tool part, in particular an external spraying system comprising a plasticizing unit for producing the flowable thermoplastic material and an injection unit for supplying the plastic material can be effectively reduced in terms of its maximum power dimensioning or performance data, so that by means of the inventive method also a reduction in production costs is made possible.

Insgesamt gesehen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein endlosfaserverstärktes Formteil mit komplexer Geometrie und hoher Fertigungsqualität herstellbar.Overall, an endless fiber-reinforced molded part with complex geometry and high production quality can be produced with the method according to the invention.

Vorzugsweise ist das erste Werkzeugteil feststehend und das zweite Werkzeugteil ist zum Einbringen des Vorformlings in die Kavität relativ zu dem ersten Werkzeugteil beweglich. So kann der Vorformling auf praktische Weise durch entsprechendes Bewegen des zweiten Werkzeugteils in die Kavität des Spritzgusswerkszeugs eingebracht bzw. aus dieser entfernt werden. Insbesondere kann somit im Rahmen eines automatisierten Herstellungsverfahrens eine Vielzahl von Vorformligen zu Herstellung einer entsprechenden Vielzahl von Formteilen auf praktische Weise in die Kavität eingebracht bzw. aus dieser entnommen werden.Preferably, the first tool part is fixed and the second tool part is movable for introducing the preform into the cavity relative to the first tool part. Thus, the preform can be introduced in a practical manner by appropriate movement of the second tool part in the cavity of the injection molding tool or removed therefrom. In particular, in the context of an automated production method, a large number of preforms for producing a corresponding multiplicity of molded parts can thus be introduced into or removed from the cavity in a practical manner.

Vorzugsweise wird in Schritt H zur Erzielung einer möglichst hohen Fertigungsqualität des Formteils das Einspritzen des Kunststoffmaterials von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs im Wesentlichen zeitgleich mit dem Einspritzen des in dem Dosierraum befindlichen Kunststoffmaterials vorgenommen.Preferably, in step H to achieve the highest possible manufacturing quality of the molded part, the injection of the plastic material from outside the injection mold is carried out substantially simultaneously with the injection of the plastic material located in the metering chamber.

Besonders bevorzugt wird Schritt G während eines Abkühlens des Vorformlings nach der in Schritt E vorgenommenen Erwärmung ausgeführt. Auf diese Weise kann die für ein Abkühlen des Vorformlings zu reservierende Zeit vorteilhaft zur Ausführung des Schritts G genutzt werden ohne hierfür eigens Prozesszeit bzw. Verfahrenszeit vorsehen zu müssen.Particularly preferably, step G is carried out during cooling of the preform after the heating carried out in step E. In this way, the time to be reserved for cooling the preform can advantageously be used to carry out step G without having to provide process time specifically for this purpose.

Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Spritzgusswerkzeug wenigstens eine Einspeisleitung auf, welche den ersten Einspritzkanal fluidleitend mit dem Dosierraum verbindet, wobei in Schritt G fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs durch Einspritzen des Kunststoffmaterials in den ersten Einspritzkanal und durch Umleiten des eingespritzten Kunststoffmaterials in die Einspeisleitung in den Dosierraum eingebracht wird, und wobei die Einspeisleitung zugesperrt wird bevor gemäß Schritt H das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial in den Füllraum gespritzt wird.In a practical embodiment of the method according to the invention, the injection molding tool has at least one feed line which fluidly connects the first injection channel with the metering space, wherein in step G flowable thermoplastic material from outside the injection mold by injecting the plastic material into the first injection channel and by redirecting the injected plastic material is introduced into the feed line in the metering chamber, and wherein the feed line is closed before, according to step H, the flowable thermoplastic material is injected into the filling space.

Mittels der Einspeisleitung kann das thermoplastische Kunststoffmaterial auf praktische Weise über den ersten Einspritzkanal in den Dosierraum eingebracht werden, so dass lediglich eine einzige in Umgebung des Spritzwerkzeugs vorzusehende Spritzeinheit zum Zuführen des Kunststoffmaterials bereitzustellen ist.By means of the feed line, the thermoplastic material can be introduced in a practical manner via the first injection channel into the metering chamber, so that only a single injection unit to be provided in the vicinity of the injection tool for supplying the plastic material is to be provided.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das zweite Werkzeugteil wenigstens zwei Einspritzvorrichtungen, wenigstens zwei Dosierräume, die jeweils einer der Einspritzvorrichtungen zugeordnet sind, und wenigstens zwei zweite Einspritzkanäle auf, wobei jeweils einer der zweiten Einspritzkanäle in jeweils einen Dosierraum mündet und jede der Einspritzvorrichtungen eingerichtet ist, thermoplastisches Kunststoffmaterial aus dem zugeordneten Dosierraum in die Kavität einzuspritzen, und wobei in Schritt G in jeden der Dosierräume fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial eingebracht und in Schritt H das in jedem Dosierraum befindliche fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial in den Füllraum gespritzt wird.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the second tool part at least two injection devices, at least two metering chambers, each associated with one of the injection devices, and at least two second injection channels, each one of the second injection channels opens into a respective metering and each set up the injection devices is to inject thermoplastic material from the associated dosing into the cavity, and wherein in step G in each of the metering spaces flowable thermoplastic material introduced and in step H, the flowable in each dosing chamber thermoplastic material is injected into the filling space.

Durch Vorsehen der Mehrzahl von wenigstens zwei Einspritzvorrichtungen und der Mehrzahl von wenigstens zwei Dosierräumen gemäß dieser praktischen Ausführungsform, welche eine entsprechende Mehrzahl von Einspritzsystemen ausbilden, können sehr kurze Einspritzwege realisiert werden, so das auch Formteile mit sehr komplexer Geometrie mit hoher Fertigungsqualität herstellbar sind.By providing the plurality of at least two injection devices and the plurality of at least two metering chambers according to this practical embodiment, which form a corresponding plurality of injection systems, very short injection paths can be realized, so that also moldings with very complex geometry can be produced with high production quality.

Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform weist das erste Werkzeugteil mehrere erste Einspritzkanäle auf, und in Umgebung des Spritzgusswerkzeugs sind wenigstens zwei Spritzeinheiten vorgesehen, die eingerichtet sind, das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial von außerhalb in wenigstens einen der ersten Einspritzkanäle einzuspritzen. Auch mittels dieser praktischen Ausführungsform können infolge des Vorsehens von wenigstens zwei Spritzeinheiten sehr kurze Einspritzwege realisiert werden, so dass auch Formteile mit sehr komplexer Geometrie mit hoher Fertigungsqualität herstellbar sind.In a further practical embodiment, the first tool part has a plurality of first injection channels, and in the vicinity of the injection molding tool at least two injection units are provided which are adapted to inject the flowable thermoplastic material from outside into at least one of the first injection channels. Also, by means of this practical embodiment, very short injection paths can be realized due to the provision of at least two injection units, so that moldings with very complex geometry can be produced with high production quality.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher. Es zeigt:Hereinafter, embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings closer. It shows:

1 schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 schematically a plant for carrying out the method according to the invention, and

2, 3 jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Spritzgusswerkzeugs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. 2 . 3 each a schematic representation of an embodiment of an injection molding tool according to the inventive method.

Die 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils 1. Auf mehreren Fördereinheiten 3 werden dabei zugeschnittene, im Wesentlichen flächig ausgebildete, unidirektional-faserverstärkte Matten 2 mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix bereitgestellt.The 1 shows schematically a plant for carrying out the method according to the invention for producing a continuous fiber-reinforced molded part 1 , On several conveyor units 3 are thereby tailored, essentially flat, unidirectional fiber-reinforced mats 2 provided with a thermoplastic at least partially surrounding the thermoplastic matrix.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Matten 2 von der Fördereinheit 3 aus einem Magazin entnommen und auf einer vorbestimmten Position bereitgestellt. Alternativ kann die Bereitstellung der Matten 2 über eine Abroll- und/oder Schneideinheit erfolgen (hier nicht näher dargestellt). Die Matten 2 werden vor dem Ablegen auf einem Werkstückträger 5 zumindest teilweise vorgewärmt mit dem Ziel die Flexibilität der Matten 2 zu erhöhen. Im Anschluss erfolgt ein Transfer der Matten 2 zu einem die Grobkontur 4 des Formteils 1 vorgebenden Werkstückträger 5. Der Werkstückträger 5 selbst wird auf einer Förderstrecke 13 bewegt.In this embodiment, the mats 2 from the conveyor unit 3 taken from a magazine and provided at a predetermined position. Alternatively, the provision of mats 2 take place via a rolling and / or cutting unit (not shown here). The mats 2 are deposited on a workpiece carrier before being deposited 5 at least partially preheated with the aim of flexibility of the mats 2 to increase. Afterwards a transfer of the mats takes place 2 to a rough contour 4 of the molding 1 specified workpiece carrier 5 , The workpiece carrier 5 itself is on a conveyor line 13 emotional.

Auf dem Werkstückträger 5 werden die zugeschnittenen Matten 2 abgelegt und fortlaufend zu einem dreidimensionalen Vorformling 6 aufgebaut in derart, dass die Faserorientierung der Matten 2 auf die im späteren Einsatz des Formteils 1 angreifenden Kräfte, und die daraus innerhalb des Formteils 1 resultierenden Lastpfade, abgestimmt wird. Den Transfer, das Ablegen und das Aufbauen des Vorformlings 6 übernehmen mehrere Roboterstationen oder Robotersysteme 14, die entlang der Förderstrecke 13 angeordnet sind. Nach Abschluss des Aufbaus des Vorformlings 6 werden die Matten 2 zueinander lagefixiert. Dabei erfolgt die Lagefixierung mittels einer Laserschweißanlage 7, wobei eine Laseroptik (nicht näher dargestellt) an einer weiteren Roboterstation 17 angeordnet ist. Alternativ kann schon während des Aufbaus des Vorformlings 6 eine Lagefixierung der Matten 2 zueinander durch textiltechnische Verfahren erfolgen.On the workpiece carrier 5 become the tailored mats 2 filed and continuously to a three-dimensional preform 6 constructed in such a way that the fiber orientation of the mats 2 on the later use of the molding 1 attacking forces, and those within the molding 1 resulting load paths, is tuned. The transfer, storage and erection of the preform 6 take over several robot stations or robot systems 14 along the conveyor line 13 are arranged. After completion of the construction of the preform 6 become the mats 2 Positionally fixed to each other. In this case, the position fixation by means of a laser welding system 7 , wherein a laser optics (not shown in detail) at a further robot station 17 is arranged. Alternatively, even during the construction of the preform 6 a positional fixation of the mats 2 to each other by textile technology process.

Der Vorformling 6 wird anschließend in einem Infrarot-Durchlaufofen 8 über die Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix des Vorformlings 6 erwärmt. Alternativ kann die Erwärmung auch innerhalb eines Konvektionsdurchlaufofens oder in dem Spritzgusswerkzeug 10 selbst erfolgen. Mittels einer weiteren Roboterstation 9 erfolgt die Einbringung des dreidimensionalen Vorformlings 6 in die Kavität eines Spritzgusswerkzeugs 10 zum endgültigen Formen des Formteil, wobei das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial, welches in den verbleibenden Füllraum der Kavität einzuspritzen ist, von einer Spritzeinheit 15 zugeführt wird. Das fertige Formteil 1 wird ebenfalls mittels der Roboterstation 9 aus dem Spritzgusswerkzeug 10 entnommen und einer Lagereinheit 16 zugeführt.The preform 6 is then in an infrared continuous furnace 8th above the melting temperature of the thermoplastic matrix of the preform 6 heated. Alternatively, the heating may also take place within a convection continuous furnace or in the injection molding tool 10 yourself. By means of another robot station 9 the introduction of the three-dimensional preform takes place 6 into the cavity of an injection molding tool 10 for final molding of the molding, wherein the flowable thermoplastic material to be injected into the remaining filling space of the cavity is from an injection unit 15 is supplied. The finished molding 1 is also using the robot station 9 from the injection mold 10 taken and a storage unit 16 fed.

Die 2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Spritzgusswerkzeugs 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.The 2 and 3 each show a schematic representation of an embodiment of an injection molding tool 10 according to the method of the invention.

Das Spritzgusswerkzeug 10 weist ein erstes feststehendes Werkzeugteil 18 und ein zweites Werkzeugteil 20 auf, welche eine Kavität 22 zum endgültigen Formen des Formteils 1 ausbilden, in welche ein sehr schematisch dargestellter Vorformling 6 eingebracht ist.The injection mold 10 has a first stationary tool part 18 and a second tool part 20 on which a cavity 22 for final molding of the molding 1 into which a very schematically illustrated preform 6 is introduced.

Das erste Werkzeugteil 18 weist einen ersten Einspritzkanal 24 und das zweite Werkzeugteil 20 weist einen zweiten Einspritzkanal 26 auf, die zum Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial 28 in die Kavität 22 vorgesehen sind. Vom dem ersten als auch dem zweiten Einspritzkanal 24, 26 erstrecken sich rechtwinkelig jeweils zwei Abzweigkanäle, die jeweils in die Kavität 22 münden.The first tool part 18 has a first injection channel 24 and the second tool part 20 has a second injection channel 26 on, for injecting flowable thermoplastic material 28 into the cavity 22 are provided. From the first and the second injection channel 24 . 26 extend at right angles each two branch channels, each in the cavity 22 lead.

Das zweite Werkzeugteil 20 ist zum Einbringen des Vorformlings 6 in die Kavität 22 relativ zu dem ersten Werkzeugteil 18 beweglich (hier nicht veranschaulicht) und weist eine Einspritzvorrichtung 30 in Form eines längsbeweglichen Presskolbens und einen mit fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial 28 befüllbaren Dosierraum 32 auf, wobei der zweite Einspritzkanal 26 in den Dosierraum 32 mündet.The second tool part 20 is for introducing the preform 6 into the cavity 22 relative to the first tool part 18 movable (not illustrated here) and has an injection device 30 in the form of a longitudinally movable plunger and a flowable thermoplastic material 28 Fillable dosing chamber 32 on, wherein the second injection channel 26 in the dosing room 32 empties.

Das Spritzgusswerkzeug 10 weist ferner eine Einspeisleitung 34 auf, welche den ersten Einspritzkanal 24 fluidleitend mit dem Dosierraum 32 verbindet. Die Einspeisleitung 34 weist zwei Leitungsventile 36 auf, die im geöffneten Zustand ein Einströmen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial 28 in den Dosierraum 32 möglich machen, welches von einer in Umgebung des Spritzgusswerkzeugs 10 vorgesehenen Spritzeinheit 38 über den ersten Einspritzkanal 24 zugeführt wird. Um eine Umleitung des über den ersten Einspritzkanal 24 zugeführten Kunststoffmaterials 28 in die Einspeisleitung 34 zu ermöglichen, weist der erste Einspritzkanal 24 ein Kanalventil 40 auf, welches im geschlossen Zustand die Umleitung in die Einspeisleitung 34 gewährt, sofern die beiden Leitungsventile 36 geöffnet sind.The injection mold 10 also has a feed line 34 on which the first injection channel 24 fluid-conducting with the dosing chamber 32 combines. The feed line 34 has two line valves 36 on, which in the open state an inflow of flowable thermoplastic material 28 in the dosing room 32 make possible which of one in the vicinity of the injection molding tool 10 provided injection unit 38 over the first injection channel 24 is supplied. To divert the over the first injection channel 24 supplied plastic material 28 into the feed line 34 to allow, the first injection channel has 24 a channel valve 40 on, which in the closed state, the diversion into the feed line 34 granted, provided the two line valves 36 are open.

Auch der zweite Einspritzkanal 26 weist ein Kanalventil 40 auf, welches im geschlossenen Zustand ein Austreten des thermoplastischen Kunststoffmaterials 28 während des Einbringens desselben in den Dosierraum 32 vermeidet und welches zum Einspritzen des in den Dosierraum 32 eingebrachten Kunststoffmaterials 28 in den nach Einbringen des Vorformlings 6 verbleibenden Füllraum 42 geöffnet wird.Also the second injection channel 26 has a channel valve 40 on, which in the closed state, a leakage of the thermoplastic material 28 during the introduction of the same in the dosing 32 avoids and which for injecting the in the dosing 32 introduced plastic material 28 in the after introduction of the preform 6 remaining filling space 42 is opened.

Die 2 veranschaulicht eine Situation gemäß Schritt G des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial 28 in den Dosierraum 32 eingebracht wird, wobei hierfür die beiden Leitungsventile 36 zuvor geöffnet und die beiden Kanalventile 40 zuvor geschlossen werden.The 2 illustrates a situation according to step G of the method according to the invention, in which the flowable thermoplastic material 28 in the dosing room 32 is introduced, for which purpose the two line valves 36 previously opened and the two channel valves 40 be closed beforehand.

Die 3 veranschaulicht eine Situation gemäß Schritt H des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zum endgültigen Formen des Formteils 1 fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial 28 von der Spritzeinheit 38 in den Füllraum 42 der Kavität 22 und zusätzlich das in dem Dosierraum 32 befindliche thermoplastische fließfähige Kunststoffmaterial 28 durch Aktivieren der Einspritzvorrichtung 30 in den Füllraum 42 eingespritzt wird, wobei die Einspeisleitung 34 durch Schließen der Leitungsventile 36 zugesperrt wird bevor das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial 28 in den Füllraum 42 gespritzt wird.The 3 illustrates a situation according to step H of the method according to the invention, in which the final molding of the molding 1 flowable thermoplastic material 28 from the injection unit 38 in the filling room 42 the cavity 22 and additionally in the dosing space 32 located thermoplastic flowable plastic material 28 by activating the injector 30 in the filling room 42 is injected, the feed line 34 by closing the line valves 36 is closed before the flowable thermoplastic material 28 in the filling room 42 is injected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Formteilmolding
22
Mattemat
33
Fördereinheitdelivery unit
44
Grobkonturrough contour
55
WerkstückträgerWorkpiece carrier
66
Vorformlingpreform
77
LaserschweißanlageLaser welding system
88th
Infrarot-DurchlaufofenInfrared continuous furnace
99
Roboterstationrobot station
1010
Spritzgusswerkzeuginjection mold
1313
Förderstreckeconveyor line
1414
Robotersystemrobot system
1515
Spritzeinheitinjection unit
1616
Lagereinheitstorage unit
1818
erstes Werkzeugteilfirst tool part
2020
zweites Werkzeugteilsecond tool part
2222
Kavitätcavity
2424
erster Einspritzkanalfirst injection channel
2626
zweiter Einspritzkanalsecond injection channel
2828
thermoplastisches Kunststoffmaterialthermoplastic plastic material
3030
EinspritzvorrichtungInjector
3232
Dosierraummetering
3434
Einspeisleitungfeed line
3636
Leitungsventilline valve
3838
Spritzeinheitinjection unit
4040
Kanalventilchannel valve
4242
Füllraumfilling space

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7235149 B2 [0002] US 7235149 B2 [0002]

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils (1) unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs (10), wobei das Spritzgusswerkzeug (10) wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Werkzeugteil (18, 20) aufweist, welche eine Kavität (22) zum endgültigen Formen des Formteils (1) ausbilden, wobei das erste Werkzeugteil (18) wenigstens einen ersten Einspritzkanal (24) und das zweite Werkzeugteil (20) wenigstens einen zweiten Einspritzkanal (26) aufweist, die zum Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) in die Kavität (22) vorgesehen sind, wobei das zweite Werkzeugteil (20) wenigstens eine Einspritzvorrichtung (30) und wenigstens einen mit fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) befüllbaren Dosierraum (32) aufweist, wobei der zweite Einspritzkanal (26) in den Dosierraum (32) mündet, und wobei die Einspritzvorrichtung (30) eingerichtet ist, in dem Dosierraum (32) befindliches fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial (28) über den zweiten Einspritzkanal (26) in die Kavität (22) einzuspritzen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (A) Bereitstellen von zugeschnittenen, im Wesentlichen flächig ausgebildeten, unidirektional-faserverstärkten Matten (2) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, (B) Transfer der Matten (2) zu einem die Grobkontur (4) des Formteils (1) vorgebenden Werkstückträger (5), (C) Ablegen und fortlaufendes Aufbauen der Matten (2) auf dem Werkstückträger (5) zu einem dreidimensionalen Vorformling (6) derart, dass die Faserorientierung der Matten (2) auf die im späteren Einsatz des Formteils (1) angreifenden Kräfte, und die daraus innerhalb des Formteils (1) resultierenden Lastpfade, abgestimmt wird, (D) Lagefixierung der Matten (2) zueinander während oder nach Abschluss des Aufbaus des Vorformlings (6), (E) Erwärmung des Vorformlings (6) bis an oder über die Schmelztemperatur der thermo-plastischen Matrix des Vorformlings (6), (F) Einbringen des Vorformlings (6) in die Kavität (22) des Spritzgusswerkzeugs (10), (G) Einbringen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs (10) in den Dosierraum (32), (H) Endgültiges Formen des Formteils (1) durch Einspritzen von fließfähigem thermoplastischen Kunststoffmaterial (28) von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs (10) in den nach Einbringen des Vorformlings (6) verbleibenden Füllraum (42) der Kavität (22) und durch zusätzliches Einspritzen des in dem Dosierraum (32) befindlichen thermoplastischen fließfähigen Kunststoffmaterials (28) in den Füllraum (42), wobei das Kunststoffmaterial (28) von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs (10) über den ersten Einspritzkanal (24) eingespritzt wird, und wobei zum Einspritzen des Kunststoffmaterials (28) des Dosierraums (32) die Einspritzvorrichtung (30) aktiviert wird, und (I) Entnehmen des Formteils (1) aus der Kavität (22).Process for producing a continuous fiber-reinforced molded part ( 1 ) using an injection molding tool ( 10 ), wherein the injection molding tool ( 10 ) at least a first and at least one second tool part ( 18 . 20 ) having a cavity ( 22 ) for final molding of the molding ( 1 ), wherein the first tool part ( 18 ) at least one first injection channel ( 24 ) and the second tool part ( 20 ) at least one second injection channel ( 26 ) which is suitable for injecting flowable thermoplastic material ( 28 ) into the cavity ( 22 ) are provided, wherein the second tool part ( 20 ) at least one injection device ( 30 ) and at least one with flowable thermoplastic material ( 28 ) fillable dosing space ( 32 ), wherein the second injection channel ( 26 ) into the dosing space ( 32 ), and wherein the injection device ( 30 ), in the dosing space ( 32 ) flowable thermoplastic material ( 28 ) via the second injection channel ( 26 ) into the cavity ( 22 ), the method comprising the following steps: (A) providing cut-to-size, substantially flat, unidirectionally fiber-reinforced mats ( 2 ) with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers, (B) transfer of the mats ( 2 ) to a rough contour ( 4 ) of the molded part ( 1 ) specified workpiece carrier ( 5 ), (C) depositing and continuously constructing the mats ( 2 ) on the workpiece carrier ( 5 ) to a three-dimensional preform ( 6 ) such that the fiber orientation of the mats ( 2 ) on the later use of the molding ( 1 ) attacking forces, and the resulting within the molding ( 1 ), (D) fixing the position of the mats ( 2 ) to one another during or after completion of the preform construction ( 6 ), (E) heating the preform ( 6 ) to or above the melting temperature of the thermoplastic matrix of the preform ( 6 ), (F) introducing the preform ( 6 ) into the cavity ( 22 ) of the injection molding tool ( 10 ), (G) introducing flowable thermoplastic material ( 28 ) from outside the injection molding tool ( 10 ) into the dosing space ( 32 ), (H) Final molding of the molding ( 1 ) by injection of flowable thermoplastic material ( 28 ) from outside the injection molding tool ( 10 ) in the after introduction of the preform ( 6 ) remaining filling space ( 42 ) of the cavity ( 22 ) and by additional injection of the in the dosing ( 32 ) thermoplastic flowable plastic material ( 28 ) in the filling space ( 42 ), wherein the plastic material ( 28 ) from outside the injection molding tool ( 10 ) via the first injection channel ( 24 ), and wherein for injecting the plastic material ( 28 ) of the dosing space ( 32 ) the injection device ( 30 ), and (I) removing the molded part ( 1 ) from the cavity ( 22 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (18) feststehend ist, und dass das zweite Werkzeugteil (20) zum Einbringen des Vorformlings (6) in die Kavität (22) relativ zu dem ersten Werkzeugteil (18) beweglich ist.Method according to claim 1, characterized in that the first tool part ( 18 ) is stationary, and that the second tool part ( 20 ) for introducing the preform ( 6 ) into the cavity ( 22 ) relative to the first tool part ( 18 ) is movable. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (H) das Einspritzen des Kunststoffmaterials (28) von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs (10) im Wesentlichen zeitgleich mit dem Einspritzen des in dem Dosierraum (32) befindlichen Kunststoffmaterials (28) vorgenommen wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in step (H) the injection of the plastic material ( 28 ) from outside the injection molding tool ( 10 ) substantially simultaneously with the injection of the in the dosing ( 32 ) plastic material ( 28 ) is made. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (G) während eines Abkühlens des Vorformlings (6) nach der in Schritt (E) vorgenommenen Erwärmung ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that step (G) during cooling of the preform ( 6 ) after the heating carried out in step (E). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug (10) wenigstens eine Einspeisleitung (34) aufweist, welche den ersten Einspritzkanal (24) fluidleitend mit dem Dosierraum (32) verbindet, wobei in Schritt (G) fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial (28) von außerhalb des Spritzgusswerkzeugs (10) durch Einspritzen des Kunststoffmaterials (28) in den ersten Einspritzkanal (24) und durch Umleiten des eingespritzten Kunststoffmaterials (28) in die Einspeisleitung (34) in den Dosierraum (32) eingebracht wird, und wobei die Einspeisleitung (34) zugesperrt wird bevor gemäß Schritt (H) das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial in den Füllraum (42) gespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the injection molding tool ( 10 ) at least one feed line ( 34 ), which the first injection channel ( 24 ) fluid-conducting with the dosing space ( 32 ), wherein in step (G) flowable thermoplastic material ( 28 ) from outside the injection molding tool ( 10 ) by injecting the plastic material ( 28 ) in the first injection channel ( 24 ) and by redirecting the injected plastic material ( 28 ) into the feed line ( 34 ) into the dosing space ( 32 ) is introduced, and wherein the feed line ( 34 ) is closed before according to step (H) the flowable thermoplastic material in the filling space ( 42 ) is injected. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugteil (20) wenigstens zwei Einspritzvorrichtungen (30), wenigstens zwei Dosierräume (32), die jeweils einer der Einspritzvorrichtungen (30) zugeordnet sind, und wenigstens zwei zweite Einspritzkanäle (26) aufweist, wobei jeweils einer der zweiten Einspritzkanäle (26) in jeweils einen Dosierraum (2) mündet und jede der Einspritzvorrichtungen (30) eingerichtet ist, thermoplastisches Kunststoffmaterial (28) aus dem zugeordneten Dosierraum (32) in die Kavität (22) einzuspritzen, und wobei in Schritt (G) in jeden der Dosierräume (32) fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial (28) eingebracht und in Schritt (H) das in jedem Dosierraum (32) befindliche fließfähige thermoplastische Kunst-stoffmaterial (28) in den Füllraum (42) gespritzt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second tool part ( 20 ) at least two injectors ( 30 ), at least two metering chambers ( 32 ), each one of the injectors ( 30 ), and at least two second injection channels ( 26 ), wherein in each case one of the second injection channels ( 26 ) in each one dosing ( 2 ) and each of the injectors ( 30 ), thermoplastic material ( 28 ) from the associated dosing chamber ( 32 ) into the cavity ( 22 ) and in step (G) into each of the metering chambers ( 32 ) flowable thermoplastic material ( 28 ) and in step (H) the in each dosing ( 32 ) flowable thermoplastic synthetic material ( 28 ) in the filling space ( 42 ) is injected. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (18) mehrere erste Einspritzkanäle (24) aufweist, und dass in Umgebung des Spritzgusswerkzeugs (10) wenigstens zwei Spritzeinheiten (38) vorgesehen sind, die eingerichtet sind, das fließfähige thermoplastische Kunststoffmaterial (28) von außerhalb in wenigstens einen der ersten Einspritzkanäle (24) einzuspritzen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first tool part ( 18 ) a plurality of first injection channels ( 24 ), and that in the vicinity of the injection molding tool ( 10 ) at least two injection units ( 38 ), which are arranged, the flowable thermoplastic material ( 28 ) from outside into at least one of the first injection channels ( 24 ).
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