-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Formteils,
insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem der Kunststoff
in wenigstens eine Kavität eines Werkzeugs eingebracht
und das Werkzeug mittels einer Presse oder Schließeinheit
mit einem Druck beaufschlagt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung
eine Fertigungsanordnung für ein Kunststoff-Formteil.
-
Die
DE 103 60 743 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbundkunststoff.
Hierbei wird in einem ersten Schritt eine Faserstruktur mit einem
duroplastischen Harz unter Ausbildung eines Faserverbundes imprägniert. Anschließend
wird der Faserverbund in ein umformbares Halbzeug vorgeformt. Während
des Vorformens beginnt eine Vernetzung bzw. Erhärtung des duroplastischen
Harzes, die jedoch durch rasches Abkühlen abrupt gestoppt
wird. Im zweiten, unabhängigen Schritt wird das Halbzeug
in einem separaten Werkzeug in die abschließende Gestalt
des Formteils umgeformt. Während des Umformens wird das
Formteil auf eine Temperatur oberhalb einer spezifischen Temperatur
erwärmt, so dass die abschließende Vernetzung
des duroplastischen Harzes zu dessen vollständigem Aushärten
führt.
-
Dadurch,
dass das Imprägnieren mit Harz und das anschließende
Aushärten in unterschiedlichen Werkzeugen stattfinden,
lässt sich eine vergleichsweise rasche Fertigung des Formteils
erreichen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art und eine Fertigungsanordnung für ein Kunststoff-Formteil
zu schaffen, welches bzw. welche ein besonders kostengünstiges
Herstellen ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch eine Fertigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen
eines Kunststoff-Formteils, insbesondere für ein Fahrzeug,
wird der Kunststoff in wenigstens eine Kavität eines Werkzeugs
eingebracht. Das Werkzeug wird hierbei mittels einer Presse oder Schließeinheit
mit einem Druck beaufschlagt. Dann wird das Werkzeug mittels einer
Verriegelungseinrichtung verriegelt. Hierbei wird der Druck bei
aus der Presse herausgenommenem Werkzeug durch die Verriegelungseinrichtung
zumindest im Wesentlichen aufrechterhalten. Es braucht das unter
Druck aushärtende Kunststoff-Formteil nicht in der Presse
zu verbleiben, sondern das Aushärten kann zumindest teilweise
außerhalb der Presse erfolgen. Dadurch ist es möglich,
während des Aushärtens des Kunststoff-Formteils
außerhalb der Schließeinheit erstere Schließeinheit
oder Presse mit einem weiteren Werkzeug zu bestücken. Es
brauchen nicht zwei Pressen/Schließeinheiten vorgesehen
zu werden, um zwei Kunststoff-Formteile unter Beaufschlagung mit Druck
aushärten zu lassen, sondern mittels einer Presse kann
das erste Werkzeug mit Druck beaufschlagt werden und dann bei herausgenommenem ersten
Werkzeug das zweite Werkzeug, während im ersten Werkzeug
das Kunststoff-Formteil unter Druck aushärtet. Diese Reduzierung
der Pressenbelegungszeit ermöglicht somit eine besonders
rationelle Fertigung.
-
Das
Verfahren erlaubt also eine besonders rasche und somit kostengünstige
Herstellung von Kunststoff-Formteilen. Die Kosten des Herstellens können
auch dadurch besonders gering gehalten werden, dass mit einer gegebenen
Anzahl an Pressen/Schließeinheiten ein höherer
Durchsatz an Werkzeugen und somit Kunststoff-Formteilen je Zeiteinheit
erreichbar ist als dies der Fall wäre, wenn das Werkzeug
bis zum vollständigen Aushärten des Kunststoffs
in der Presse bzw. Schließeinheit verbliebe.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei in der
Presse (bzw. Schließeinheit aufgenommenem Werkzeug ein
erster Aushärteschritt des Kunststoffs vorgenommen und
ein zweiter Aushärteschritt bei aus der Presse (bzw. Schließeinheit)
herausgenommenem und verriegeltem Werkzeug. Es wird also das Aushärten
in zwei zeitlich und räumlich getrennte Aushärteschritte
aufgespalten, von denen nur der erste Aushärteschritt in
der Presse (bzw. Schließeinheit) durchgeführt
wird. Die Aushärteschritte können beispielsweise
so aufeinander abgestimmt sein, dass in dem ersten Aushärteschritt eine
Vorvernetzung des Kunststoffs und anschließend das endgültige
Vernetzen und Aushärten bei aus der Presse (bzw. Schließeinheit)
herausgenommenem und verriegeltem Werkzeug erfolgt.
-
Zur
weiteren Reduzierung der Zeit, während welcher das jeweilige
Werkzeug die Presse (bzw. Schließeinheit) belegt, kann
vorgesehen sein, dass die Kavität des Werkzeugs außerhalb
der Presse (bzw. Schließeinheit) mit zumindest einem Werkstoff des
Kunststoff-Formteils beaufschlagt wird. Bei einem aus zwei Werkstoffen
gebildeten Kunststoff-Formteil kann ein erster Werkstoff außerhalb der
Presse in die Kavität eingebracht werden und ein zweiter
Werkstoff, wenn sich das Werkzeug in der Presse (bzw. Schließeinheit)
befindet. Auch ein Vorbehandeln des Werkzeugs, etwa um ein Ablösen
des Formteils von dem Werkzeug nach dem Aushärten des Formteils
zu erleichtern, kann vorgenommen werden, während sich das
Werkzeug nicht in der Presse (bzw. Schließeinheit) befindet.
-
Zusätzlich
oder alternativ können das Entformen des Kunststoff-Formteils,
also das Entnehmen des ausgehärteten Kunststoff-Formteils
aus dem Werkzeug und/oder die Reinigung des Werkzeugs erfolgen,
während sich das Werkzeug nicht mehr in der Presse (bzw.
Schließeinheit) befindet.
-
Das
Kunststoff-Formteil kann insbesondere aus einem Faserwerkstoff und
aus einem Matrixwerkstoff gebildet werden, also als faserverstärktes Kunststoff-Formteil
ausgebildet sein. Des Weiteren kann das Verfahren mit einem duroplastischen Kunststoff
durchgeführt werden, wobei insbesondere ein Resin Transfer
Molding (RTM) oder eine Resin Film Infusion (RFI) zum Einsatz kommen
kann.
-
Die
erfindungsgemäße Fertigungsanordnung für
ein Kunststoff-Formteil, insbesondere eines Fahrzeugs, umfasst ein
Werkzeug, welches wenigstens eine Kavität zum Aufnehmen
des Kunststoffs aufweist. Des Weiteren ist eine Presse (bzw. Schließeinheit)
zum Beaufschlagen des Werkzeugs mit einem Druck vorgesehen. Eine
Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln des Werkzeugs ist dazu ausgelegt,
den Druck bei aus der Presse (bzw. Schließeinheit) herausgenommenem
Werkzeug zumindest im Wesentlichen aufrecht zu erhalten.
-
Die
für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen
Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch
für die erfindungsgemäße Fertigungsanordnung.
-
Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese
veranschaulicht Verfahrensschritte beim Herstellen eines Kunststoff-Formteils
für ein Kraftfahrzeug.
-
In
einem ersten Schritt erfolgt ein Vorbereiten 10 eines Werkzeugs,
welche eine Kavität zum Aufnehmen eines duroplastischen
Faserverbundkunststoffs aufweist. Das Vorbereiten 10 kann
im Reinigen des Werkzeugs und/oder im Versehen der Kavität
mit einem das spätere Entformen des Formteils erleichternden
Material bestehen. In einem nächsten Schritt erfolgt ein
Einbringen 12 des Faserwerkstoffs in die Kavität
des Werkzeugs. Anschließend erfolgt ein Überführen 14 des
Werkzeugs in eine Presse oder eine Schließeinheit. In der
Presse bzw. Schließeinheit wird das Werkzeug in einem Schritt 16 mit
Druck beaufschlagt. Während sich das Werkzeug in der Presse
befindet, erfolgt ein Injizieren bzw. Tränken 18 eines
Matrixwerkstoffs, etwa in Form eines duroplastischen Harzes, in
die Kavität des Werkzeugs. Das reaktive, vernetzbare oder
in-situ polymerisierbare Kunststoff-Ausgangsmaterial, welches den
Matrixwerkstoff des faserverstärkten Kunststoff-Formteils
bildet, erfährt unter der Druckbeaufschlagung durch die
Presse lediglich eine Vorvernetzung oder Vorverfestigung in einem
ersten Aushärteschritt.
-
Das
mittels der Presse oder Schließeinheit mit dem Druck beaufschlagte
Werkzeug wird mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelt.
Nach dem mechanischen Verriegeln 20 wird das Werkzeug aus der
Presse (bzw. Schließeinheit) herausgenommen. Wenn das verriegelte
Werkzeug aus der Presse (bzw. Schließeinheit) entnommen
ist, erfolgt das endgültige Aushärten 22 des
Harzes ein einem zweiten Aushärteschritt. Hierbei sorgt
die Verriegelungseinrichtung dafür, dass der auf das Werkzeug
und das Kunststoff-Formteil ausgeübte Druck aufrechterhalten
bleibt.
-
Nach
dem Aushärten 22 wird das Kunststoff-Formteil
aus dem Werkzeug herausgenommen, also entformt, und das Werkzeug
wird für das nächste Beschicken mit dem Faserwerkstoff
vorbereitet.
-
Das
Verfahren kann mit zwei oder mehreren Werkzeugen im Umlauf durchgeführt
werden, wobei jeweils eines sich in der Presse (bzw. Schließeinheit) befindet
und dort das Vorverfestigen des Kunststoffmaterials und das Beaufschlagen
mit Druck stattfindet, während in dem zumindest einen anderen
Werkzeug sich das endgültige Verfestigen 22 des
Kunststoffs vollzieht, während zumindest dieses eine Werkzeug
aus der Presse (bzw. Schließeinheit) herausgenommen ist.
-
Sollen
lediglich zwei Werkzeuge je Presse (bzw. Schließeinheit)
zum Einsatz kommen, so können die beiden Werkzeuge auf
einer Schiene linear verschiebbar angeordnet sein, so dass über
die Schiene die Presse (bzw. Schließeinheit) mit abwechselnd
dem ersten und zweiten Werkzeug beschickt werden kann.
-
Soll
eine Presse (bzw. Schließeinheit) mit mehr als zwei Werkzeugen
bestückbar sein, so können die Werkzeuge nach
Art eines Karussells angeordnet sein, wobei jeweils ein aus einer
Karussellanordnung herausbewegtes Werkzeug in die Presse (bzw. Schließeinheit)
eingebracht wird, während die übrigen Werkzeuge
in der Karussellanordnung verbleiben. Es werden also mehr als zwei
Werkzeuge nacheinander und abwechselnd in die Presse (bzw. Schließeinheit)
eingebracht, verriegelt und verriegelt aus der Presse (bzw. Schließeinheit)
herausgenommen, wobei das Verfestigen 22 außerhalb
der Presse (bzw. Schließeinheit) stattfindet.
-
Dies
ermöglicht es, die Schritte des Vorbereitens 10 des
Werkzeugs und des Einbringens 12 des Faserwerkstoffs, des
Vorvernetzens unter Druck in Schritt 16 und das endgültige
Aushärten 22 räumlich voneinander zu
trennen und so zumindest teilweise zeitgleich durchzuführen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
