DE102010028981A1 - Mold core for use in molding device for pressend shaping processing of e.g. nonwoven fabrics, has casing filled with fluid, where fluid is partially emptied from casing and casing comprises resilient material with elastomeric properties - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkern zur Verwendung bei Pressverfahren, insbesondere zur pressend formgebenden Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen, bevorzugt von Fasergewirren, wie etwa Faservliesen, welche im Ausgangszustand, also vor der Formgebung, wenigstens ein Verstärkungsfasermaterial und wenigstens ein Bindermaterial, vorzugsweise thermoplastisches Binderfasermaterial, umfassen.The present invention relates to a mandrel for use in pressing processes, in particular for the compression molding of fiber composites, preferably fiber webs, such as fiber webs, which in the initial state, ie prior to shaping, at least one reinforcing fiber material and at least one binder material, preferably thermoplastic binder fiber material include.
Derartige Formkerne sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Sie werden insbesondere bei sogenannten Formpressverfahren verwendet, bei welchen ein Rohmaterial, insbesondere aus Faserverbundmaterial, zu einem beispielsweise rohrförmigen Bauteil umgeformt wird. Die eingangs genannten Formkerne tragen dabei maßgeblich zur Gestaltung der Geometrie der Innenwandung des rohrförmigen Bauteils bei.Such mandrels are well known in the art. They are used in particular in so-called compression molding processes, in which a raw material, in particular of fiber composite material, is formed into a tubular component, for example. The aforementioned mandrels contribute significantly to the design of the geometry of the inner wall of the tubular component.
Allerdings sind die aus dem Stand der Technik bekannten und in der Regel starren Formkerne gerade beim Erzeugen von rohrförmigen Bauteilen nur sehr eingeschränkt verwendbar, nämlich nur dann, wenn ihre Entformbarkeit aus dem rohrförmigen Bauteil sichergestellt ist.However, the known from the prior art and usually rigid mandrels are only very limited useable in the production of tubular components, namely only if their demoldability is ensured from the tubular member.
Da die aus dem Stand der Technik bekannten starren Formkerne am rohrförmigen Bauteil nur durch Herausziehen längs einer Rohrlängsachse des geformten Bauteils möglich ist, können mit den bekannten Formkernen prinzipbedingt keine rohrförmigen Bauteile mit Hinterschneidungen in Auszugsrichtung des Formkerns hergestellt werden.Since the known from the prior art rigid mandrels on the tubular member only by pulling along a tube longitudinal axis of the molded component is possible, principle can be made with the known mandrels no tubular components with undercuts in the extension direction of the mandrel with the known mandrels.
Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Herstellungsverfahren zur Herstellung rohrförmiger Bauteile ist das Formpressen zweier Halbschalen, insbesondere aus Faserverbundmaterial, welche anschließend in einem separaten Arbeitsgang zu dem rohrförmigen Bauteil gefügt werden.Another known from the prior art manufacturing method for producing tubular components is the molding of two half shells, in particular of fiber composite material, which are then joined in a separate operation to the tubular member.
Bei diesem bekannten Verfahren, welches bereits aufgrund des zusätzlich erforderlichen Fügeschritts nachteilig ist, ist es prinzipbedingt nicht möglich, Halbschalen mit Hinterschnitten gegen die Pressrichtung ohne Schiebertechnik herzustellen.In this known method, which is already disadvantageous due to the additionally required joining step, it is inherently not possible to produce half-shells with undercuts against the pressing direction without slide technology.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre anzugeben, mit welcher insbesondere rohrförmige Bauteile durch einen einzigen Um- oder Urformvorgang mit, verglichen mit dem Stand der Technik, größerer Gestaltungsfreiheit wenigstens der Innenwandgeometrie des Bauteils hergestellt werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a technical teaching, with which in particular tubular components by a single Umform or Urformvorgang with, compared to the prior art, greater design freedom at least the inner wall geometry of the component can be produced.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen gattungsgemäßen Formkern, welcher eine Hülle aufweist, die mit einem Füllfluid befüllbar und aus der das Füllfluid wenigstens teilweise entleerbar ist.This object is achieved according to a first aspect of the present invention by a generic mold core, which has a shell which can be filled with a filling fluid and from which the filling fluid is at least partially emptied.
Durch die mit Füllfluid wahlweise befüllbare oder wenigstens teilweise entleerbare Hülle kann der Formkern mit zunächst geringem Volumen in eine Formkavität eines Umformwerkzeugs eingelegt werden. Nach Schließen des Umformwerkzeugs kann dann das Volumen des Formkerns durch Befüllen desselben mit Füllfluid vergrößert werden, so dass der Formkern schließlich die mit Rohmaterial belegte Formkavität im Wesentlichen spaltfrei ausfüllt. Die wenigstens teilweise Entleerbarkeit der Hülle erleichtert nach der Formgebung die Entformung des Formkerns, da so das von ihm eingenommene Volumen verringert werden kann.By means of the filling fluid optionally fillable or at least partially emptied envelope of the mold core can initially be inserted with a small volume in a mold cavity of a forming tool. After closing the forming tool, the volume of the mold core can then be increased by filling it with filling fluid, so that the mold core finally fills the mold cavity occupied by the raw material substantially without a gap. The at least partial emptying of the shell facilitates the demoulding of the mandrel after the shaping, since in this way the volume occupied by it can be reduced.
Durch die Befüllbarkeit der Hülle bzw. des Formkerns kann darüber hinaus das Füllfluid mit zunehmendem Druck im Formkern bereitgestellt werden, so dass das in der Formkavität anfänglich bereitgestellte Rohmaterial zumindest auch oder sogar ausschließlich unter Krafteinwirkung des mit Füllfluid befüllbaren und entleerbaren Formkerns um- oder urgeformt werden kann.Due to the fillability of the shell or of the mold core, the filling fluid can be provided with increasing pressure in the mold core, so that the initially provided in the mold cavity raw material at least or even exclusively by the action of filler filled with fill fluid and emptied mold core or urgeformt can.
Grundsätzlich ist es gemäß einem weniger bevorzugten erfindungemäßen Ausführungsbeispiel ausreichend, wenn die Hülle aus einem durch das Füllfluid verformbaren Material gebildet ist. Dabei kann die Hülle im unbefüllten Zustand vorzugsweise formlabil sein. Zur Verwirklichung der Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, dass das Material der Hülle Rückstellkräfte ausübt, welche seiner Verformung entgegenwirken, wenngleich dies jedoch bevorzugt ist.In principle, according to a less preferred embodiment according to the invention, it is sufficient if the casing is formed from a material deformable by the filling fluid. In this case, the shell may preferably be formlabil in the unfilled state. To realize the basic idea of the present invention, it is not necessary for the material of the shell to exert restoring forces which counteract its deformation, although this is preferred.
Denn dann, wenn die Hülle ein elastisches, also sich unter Krafteinwirkung reversibel verformendes, Material aufweist, wird die dem Formgebungsvorgang nachfolgende wenigstens teilweise Entleerung der Hülle zur Erleichterung der Entformung des Formkerns aus dem geformten Bauteil durch die materialelastischen Rückstellkräfte in vorteilhafter Weise unterstützt. Als besonders geeignete elastische Materialien haben sich Materialien mit elastomeren Verformungseigenschaften herausgestellt. Diese können unter der Befüllung mit Füllfluid sehr stark gedehnt werden, ohne zu reißen. Außerdem sind viele dieser Materialien ausreichend temperaturbeständig, um gerade die bei Formpressverfahren auftretenden erhöhten Betriebstemperaturen zu verkraften.For then, if the shell has an elastic, ie reversibly deformed under force, material, the subsequent forming process subsequent at least partially emptying of the shell to facilitate demolding of the mandrel from the molded component supported by the material elastic restoring forces in an advantageous manner. As particularly suitable elastic materials, materials with elastomeric deformation properties have been found. These can be stretched very much under filling with filling fluid without tearing. In addition, many of these materials are sufficiently temperature resistant to withstand just the elevated operating temperatures encountered in compression molding processes.
Das Einlegen des Formkerns in eine Formkavität kann dadurch erleichtert werden, dass die Hülle ein im unbelasteten Zustand im Wesentlichen formlabiles Hüllenbauteil umfasst. Mit „formlabil” ist dabei ein Zustand gemeint, in welchem das Hüllenbauteil aus sich selbst heraus eine einmal von außen vorgegebene Form nicht beibehält. Davon soll nicht ausgeschlossen sein der Fall, dass das Hüllenbauteil durch das Füllfluid, insbesondere unter zunehmendem Druck des Füllfluids, an Formstabilität gewinnt. Für die Beurteilung der Formlabilität des Hüllenbauteils soll der vollständig entleerte, im Wesentlichen unbelastete Zustand des Hüllenbauteils maßgeblich sein.The insertion of the mandrel in a mold cavity can be facilitated by the fact that the shell comprises a substantially formlabile shell member in the unloaded state. By "form-labile" is meant a state in which the shell component out of itself once from the outside does not maintain the given shape. This should not be ruled out the case that the shell component gains in shape stability by the filling fluid, in particular under increasing pressure of the filling fluid. For the assessment of the formability of the shell component, the completely emptied, substantially unloaded state of the shell component should be decisive.
Vorzugsweise ist nicht nur ein Hüllenbauteil, sondern im Wesentlichen die Hülle insgesamt eine im Wesentlichen formlabile Komponente, welche besonders bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem Material mit elastomeren Verformungseigenschaften, gebildet ist.Preferably, not only a shell component, but substantially the shell as a whole is a substantially formlabile component, which is particularly preferably formed of an elastic material, in particular a material having elastomeric deformation properties.
Aufgrund der Temperaturbelastungen bei Um- und Urformvorgängen, die insbesondere durch das Aufschmelzen von thermoplastischem Bindermaterial im um- oder urzuformenden Rohmaterial hervorgerufen werden, haben sich insbesondere thermisch beständige Materialien wie Silikonelastomere, insbesondere Silikonkautschuk, oder/und thermoplastische Polyesterelastomere als geeignete elastische Materialien für die Hülle oder das oben genannte Hüllenbauteil erwiesen.Due to the thermal stresses during forming and forming processes, which are caused in particular by the melting of thermoplastic binder material in the umform or urzuformenden raw material, in particular thermally stable materials such as silicone elastomers, especially silicone rubber, or / and thermoplastic polyester elastomers have as suitable elastic materials for the shell or the above-mentioned sheath component.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reicht es aus, wenn die Hülle ein längliches füllfluiddichtes Bauteil ist. Dieses Bauteil muss nicht notwendigerweise geradlinig verlaufen, so dass es sich längs einer Hüllenlängsbahn erstrecken kann, welche bezüglich wenigstens einer Krümmungsachse gekrümmt sein kann. Somit lassen sich mit dem Formkern der vorliegenden Erfindung auch krummlinige oder sogar gekröpfte Bauteile mit inneren Hohlräumen herstellen und entformen.In a particularly simple embodiment of the present invention it is sufficient if the envelope is an elongated filling fluid-tight component. This component does not necessarily have to be rectilinear, so that it can extend along a longitudinal jacket web, which may be curved with respect to at least one axis of curvature. Thus, with the mandrel of the present invention also curvilinear or even cranked components with internal cavities can be produced and demoulded.
Aufgrund der einfacheren Handhabung ist jedoch bevorzugt, wenn der Formkern im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist und sich längs einer Hüllenlängsachse erstreckt. Um das Befüllen oder/und Entleeren der Hülle zu erleichtern, ist es zweckmäßig, wenn die Hülle an einem Öffnungs-Längsendbereich eine Fluidöffnung zum Einleiten oder/und Auslassen von Füllfluid aufweist. Dabei kann bevorzugt ein und diesselbe (Öffnung sowohl zum Einleiten als auch zum Auslassen von Füllfluid verwendet werden. Grundsätzlich kann aber auch daran gedacht sein, für das Einleiten und für das Auslassen von Füllfluid in die Hülle bzw. aus der Hülle heraus gesonderte Öffnungen vorzusehen.However, due to the easier handling, it is preferred if the mold core is substantially rectilinear and extends along a casing longitudinal axis. In order to facilitate the filling and / or emptying of the envelope, it is expedient if the envelope has a fluid opening for introducing or / and discharging filling fluid at an opening longitudinal end region. In this case, one and the same opening can be used both for introducing and discharging filling fluid, but in principle it can also be envisaged to provide separate openings for introducing and discharging filling fluid into or from the casing.
Etwa dann, wenn unter Verwendung des Formkerns Bauteile geformt werden sollen, welche den Formkern in Umfangsrichtung um die Hüllenlängsbahn oder Hüllenlängsachse nicht vollständig umgeben, sondern bei welchen in Umfangsrichtung ein Spalt verbleibt, durch welchen hindurch die Hülle auch entformt werden kann, kann es ausreichen, wenn die Hülle lediglich schlauchartig mit jeweils offenen Längsenden ausgebildet ist. Der die Hüllenlängsbahn umgebende Mantel der Hülle ist dann vorzugsweise fluiddicht. An ein Längsende der schlauchförmigen Hülle kann sich eine Füllfluid-Zuleitung und an das jeweils andere Längsende kann sich eine Füllfluid-Ableitung anschließen.For example, if components are to be formed using the mold core, which does not completely surround the mold core in the circumferential direction about the casing longitudinal path or casing longitudinal axis, but in which a gap remains in the circumferential direction through which the casing can also be removed from the mold, it may suffice when the shell is formed only hose-like, each with open longitudinal ends. The envelope of the envelope surrounding the envelope longitudinal web is then preferably fluid-tight. At one longitudinal end of the tubular casing, a filling fluid supply line and at the other longitudinal end may be followed by a filling fluid discharge.
In diesem Fall kann Füllfluid in die Hülle von einem Längsende her eingefüllt werden und kann das Füllfluid durch das jeweils andere, entgegengesetzte Längsende aus der Hülle ausgeleitet werden. Vorteilhaft dabei ist, wenn die Hülle oder eine mit der Hülle gekoppelte Fluidleitung am auslassseitigen Längsende für Fluidströmung wahlweise absperrbar ist.In this case, filling fluid can be introduced into the casing from one longitudinal end, and the filling fluid can be discharged from the casing through the other, opposite longitudinal end. It is advantageous if the casing or a fluid line coupled to the casing can optionally be shut off at the outlet-side longitudinal end for fluid flow.
Für das Einfüllen von Füllfluid in die Hülle ist es also ausreichend, wenn die Hülle an einem Längsendbereich, vorzugsweise an dem dem Öffnungs-Längsendbereich entgegengesetzten Längsendbereich, fluiddicht verschließbar ist. Dann jedoch, wenn mit dem Formkern Bauteile geformt werden sollen, welche den Fluidkern im fertiggestellten Zustand in Umfangsrichtung vollständig umgeben, ist es vorteilhaft, wenn ein Längsendbereich der Hülle, vorzugsweise wiederum der dem Öffnungs-Längsendbereich entgegengesetzte Längsendbereich, fluiddicht ausgebildet ist, so dass an diesem Längsende keine Füllfluid ausströmen kann. In diesem Fall kann nämlich der Formkern nach wenigstens teilweiser Entleerung längs der Hüllenlängsbahn, insbesondere längs der Hüllenlängsachse, aus dem fertiggestellten Bauteil herausgezogen und somit entformt werden.For the filling of filling fluid into the casing, it is therefore sufficient if the casing is closable in a fluid-tight manner at a longitudinal end region, preferably at the longitudinal end region opposite the opening longitudinal end region. However, when components are to be formed with the mandrel which completely surround the fluid core in the finished state in the circumferential direction, it is advantageous if a longitudinal end region of the shell, preferably in turn, the longitudinal end region opposite the opening longitudinal end region, is designed to be fluid-tight this filling fluid can flow out of this longitudinal end. Namely, in this case, after at least partial emptying along the envelope longitudinal path, in particular along the longitudinal axis of the envelope, the mold core can be pulled out of the finished component and thus removed from the mold.
Der erfindungsgemäße Formkern ist somit vorzugsweise wiederverwendbar.The mold core according to the invention is thus preferably reusable.
Für einen möglichst automatisierten Betrieb des Formkerns ist es vorteilhaft, wenn die Hülle zur Kopplung mit einer Füllfluidleitung ausgebildet ist. Durch die Füllfluidleitung kann dann Füllfluid über eine Druckquelle aus einem Füllfluidvorrat in die Hülle geleitet und gegebenenfalls wieder aus dieser entnommen werden. Besonders bevorzugt ist die Hülle an ihrem Öffnungs-Längsendbereich zu der genannten Kopplung ausgebildet. Aus Gründen einer vereinfachten Wartung und Montage ist die Hülle vorzugsweise zur lösbaren Kopplung mit der Füllfluidleitung ausgebildet.For the most automated operation possible of the mold core, it is advantageous if the casing is designed for coupling to a filling fluid line. Through the filling fluid line then filling fluid can be passed via a pressure source from a Füllfluidvorrat in the shell and optionally removed from it again. Particularly preferably, the sheath is formed at its opening longitudinal end to the said coupling. For reasons of simplified maintenance and assembly, the sheath is preferably designed for releasable coupling with the filling fluid line.
Da sich die Hülle im Betrieb des Formkerns in ihrer Gestalt verändern soll, ist es für die Sicherheit der Kopplung der Hülle mit der Füllfluidleitung vorteilhaft, wenn die Kopplungsstelle aus einem verglichen mit dem Material der Hülle im Wesentlichen starren Material gebildet ist. Hierzu bieten sich insbesondere Metalle an. Besonders bevorzugt wird zur Ausbildung der Kopplungsstelle nicht rostender Stahl verwendet, da dieser einerseits die notwendige mechanische Festigkeit besitzt und andererseits die Verwendung von Öl oder sogar Wasser als das Füllfluid ermöglicht, da er gegen diese Fluide beständig ist.Since the shell is to change in shape during operation of the mold core, it is advantageous for the safety of the coupling of the shell with the filling fluid conduit, if the coupling point is formed from a material substantially rigid compared to the material of the shell. Metals are particularly suitable for this purpose. Stainless steel is particularly preferably used for the formation of the coupling point, since this one hand has the necessary mechanical strength and on the other hand the Use of oil or even water as the filling fluid allows, since it is resistant to these fluids.
Zur möglichst schnellen und sicheren An- und Abkopplung der Hülle an die Füllfluidleitung bzw. von dieser ist besonders bevorzugt an der Hülle ein Flansch vorgesehen, welcher vorzugsweise zur Kopplung mit einem Gegenflansch der Füllfluidleitung ausgebildet ist.For the fastest and safest possible coupling and uncoupling of the casing to the filling fluid line or from this, a flange is preferably provided on the casing, which is preferably designed for coupling to a counter flange of the filling fluid line.
Weiterhin kann zur Begrenzung der für den Betrieb des erfindungsgemäßen Formkerns notwendigen Füllfluidmenge vorgesehen sein, dass die Hülle zur Kopplung mit einer Füllfluiddruckquelle oder/und mit einem Füllfluidvorrat ausgebildet ist. Somit kann die Füllfluiddruckquelle Füllfluid zwischen dem, vorzugsweise in einem Füllfluidvorratsbehälter aufgenommenen, Füllfluidvorrat und einem Füllfluidaufnahmevolumen in der Hülle fördern.Furthermore, in order to limit the amount of filling fluid necessary for the operation of the mold core according to the invention, it can be provided that the casing is designed for coupling to a filling fluid pressure source or / and to a filling fluid supply. Thus, the fill fluid pressure source may deliver fill fluid between the fill fluid reservoir, preferably received in a fill fluid reservoir, and a fill fluid receiving volume within the sheath.
Selbst wenn kein Füllfluidvorrat vorgesehen ist, ist die Kopplung der Hülle mit einer Füllfluiddruckquelle vorteilhaft, da diese nicht nur die Befüllung der Hülle mit Füllfluid ermöglicht, sondern darüber hinaus gestattet, den Druck des Füllfluids in der Hülle zu erhöhen, so dass mit dem Formkern vermittels der Hülle ein zur Um- oder/und Urformung eines Bauteils aus Rohmaterial notwendiger Druck wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, bereitgestellt werden kann.Even if no fill fluid supply is provided, coupling the envelope to a fill fluid pressure source is advantageous because it not only allows filling of the envelope with fill fluid, but also allows the pressure of the fill fluid in the envelope to increase, such that it communicates with the mandrel the envelope a at least partially, preferably completely, for the Um- and / or Urformung a component of raw material necessary pressure can be provided.
Besonders einfach lässt sich die Hülle über die oben erwähnte Füllfluidleitung mit der Füllfluiddruckquelle oder/und mit dem Füllfluidvorrat koppeln. Aus Gründen einfacher Wartung und Montage ist die Kopplung wiederum vorzugsweise lösbar.The sheath can be coupled in a particularly simple manner via the above-mentioned filling fluid line to the filling fluid pressure source or / and to the filling fluid supply. For reasons of easy maintenance and installation, the coupling is again preferably detachable.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch eine Formpressvorrichtung, insbesondere zur pressend formgebenden Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen, mit einem, insbesondere mehrteiligen, Formwerkzeug, welches eine Formkavität aufweist, und mit einem wie oben beschriebenen Formkern.Furthermore, the above-mentioned object according to a second aspect of the present invention is also achieved by a compression molding apparatus, in particular for the compression molding processing of fiber composites, with a, in particular multi-part, mold having a mold cavity, and with a mold core as described above.
Zur einfachen und sicheren Entformbarkeit des erfindungsgemäßen Formkerns aus der Formkavität des Formwerkzeugs ist es vorteilhaft, wenn die Formkavität längs ihrer Erstreckung einen kleinsten Innendurchmesser aufweist und der Formkern bestimmungsgemäß verformbar ist zwischen einer im Wesentlichen ungefüllten oder minimal gefüllten oder/und im Wesentlichen drucklosen oder minimaldruckbehafteten oder/und im Wesentlichen entspannten oder minimalspannungsbehafteten Grundgestalt, deren Außendurchmesser zumindest in einem Durchsteck-Abschnitt des Formkerns, welcher bei in die Formkavität eingelegtem Formkern von dem Ort des kleinsten Innendurchmessers der Formkavität bis zu einem Längsende des Formkerns, vorzugsweise dem dem Öffnungs-Längsendbereich entgegengesetzten Längsende, reicht, den kleinsten Innendurchmesser nicht übersteigt. Besonders bevorzugt ist der Außendurchmesser des Formkerns im Durchsteck-Abschnitt um das Doppelte der Wandstärke des fertigen Bauteils geringer als der kleinste Innendurchmesser der Formkavität.For easy and safe releasability of the mandrel according to the invention from the mold cavity of the mold, it is advantageous if the mold cavity along its extension has a smallest inner diameter and the mandrel is determined deformable between a substantially unfilled or minimally filled or / and substantially unpressurized or minimaldruckruckafteten or / and substantially relaxed or minimal voltage-prone basic shape, whose outer diameter at least in a push-through portion of the mandrel, which is inserted in the mold cavity mold core from the location of the smallest inner diameter of the mold cavity to a longitudinal end of the mold core, preferably the longitudinal end of the opening longitudinal end opposite longitudinal end , does not exceed the smallest inner diameter. Particularly preferably, the outer diameter of the mandrel in the push-through portion is twice the wall thickness of the finished component less than the smallest inner diameter of the mold cavity.
Der Durchsteck-Abschnitt des Formkerns ist also jener Abschnitt, welcher bei einer Entformung des Formkerns aus dem fertig um- oder urgeformten Bauteil durch Herausziehen aus diesem längs der Hüllenlängsbahn durch den kleinsten Innendurchmesser der Formkavität bzw. des Bauteils hindurch passen soll. Aufgrund des bevorzugten elastisch-dehnbaren Materials der Hülle, welches nach Einlegen in die Formkavität in radialer Richtung deutlich vergrößert werden kann, ist es jedoch bevorzugt, wenn der größte Außendurchmesser des Formkerns in seiner Grundgestalt im Wesentlichen über seine gesamte bei bestimmungsgemäßem Betrieb von der Formkavität umgebenen Länge den kleinsten Innendurchmesser der Formkavität nicht übersteigt. Dann bildet nämlich der kleinste Innendurchmesser der Formkavität keine Barriere für den Formkern in Richtung der Hüllenlängsbahn, so dass der Formkern hinsichtlich seiner Lage relativ zur Formkavität in Richtung der Hüllenlängsbahn nachjustiert werden kann.The push-through portion of the mandrel is thus that portion which is to fit in a demoulding of the mandrel from the finished or urgeformten component by pulling out of this along the envelope longitudinal path through the smallest inner diameter of the mold cavity or the component therethrough. Due to the preferred elastically stretchable material of the shell, which can be significantly increased after insertion into the mold cavity in the radial direction, it is preferred if the largest outer diameter of the mandrel in its basic shape surrounded substantially over its entire under normal operation of the mold cavity Length does not exceed the smallest inner diameter of the mold cavity. The smallest inner diameter of the mold cavity then forms no barrier to the mold core in the direction of the longitudinal envelope of the casing, so that the mold core can be readjusted with respect to its position relative to the mold cavity in the direction of the casing longitudinal path.
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ebenfalls gelöst durch ein Formpressverfahren, insbesondere zur pressend formgebenden Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen, unter Verwendung eines Formkerns, wie er oben beschrieben ist, und vorzugsweise weiter unter Verwendung einer Formpressvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist. Dabei umfasst das Formpressverfahren die folgenden Schritte:
- – Einlegen von zur Formgebung vorgesehenem Rohmaterial, insbesondere Faserverbund-Rohmaterial, in eine Formkavität oder in einen Teil davon eines Formwerkzeugs,
- – Einlegen des Formkerns in die Formkavität oder in einen Teil davon,
- – Schließen eines die Formkavität aufweisenden Formwerkzeugs,
- – Ausüben von Druck auf das Rohmaterial durch Druckbeaufschlagung des Formkerns, insbesondere unter zusätzlicher Kühlung,
- – Öffnen des Formwerkzeugs und
- – Entnahme des geformten Bauteils.
- Inserting raw material intended for shaping, in particular fiber composite raw material, into a mold cavity or into a part thereof of a molding tool,
- Inserting the mold core into the mold cavity or into a part thereof,
- Closing a molding cavity having the mold cavity,
- Exerting pressure on the raw material by pressurizing the mandrel, in particular with additional cooling,
- - Opening the mold and
- - Removal of the molded component.
Dieses entspricht einem herkömmlichen Formpressverfahren, mit welchem Faserverbundwerkstoffe, insbesondere Fasermatten, besonders bevorzugt Faservliese, mit einem Fasermaterial und einem Bindermaterial, vorzugsweise thermoplastischem Bindermaterial, besonders bevorzugt faserförmigem thermoplastischem Bindermaterial, zu einem Bauteil mit der durch eine Formkavität vorgegebenen Außenkontur hergestellt werden.This corresponds to a conventional molding process, with which fiber composites, in particular fiber mats, particularly preferably nonwoven fabrics, with a fiber material and a binder material, preferably thermoplastic binder material, particularly preferred fibrous thermoplastic binder material, are made into a component with the predetermined by a mold cavity outer contour.
Das Rohmaterial umfasst also vorzugsweise zwei Arten von Fasermaterialien, nämlich thermoplastische Binderfasern, welche vor dem Formgebungsprozess aufgeschmolzen werden, und thermisch beständiges Fasermaterial, welches beim Formgebungsprozess nicht aufgeschmolzen wird. Der aufgeschmolzene thermoplastische Binder benetzt die thermisch beständigen Fasern und erstarrt bei der Abkühlung, so dass die dann in der Formkavität erreichte Form des Bauteils im Wesentlichen beibehalten wird.The raw material thus preferably comprises two types of fiber materials, namely thermoplastic binder fibers, which are melted before the forming process, and thermally stable fiber material, which is not melted during the molding process. The molten thermoplastic binder wets the thermally stable fibers and solidifies upon cooling so that the shape of the component then reached in the mold cavity is substantially maintained.
Aus den oben genannten Gründen ist es daher vorteilhaft, wenn der Schritt des Ausübens von Druck auf das Rohmaterial einen Schritt eines Einleitens von Füllfluid in den Formkern oder/und eines Erhöhens des Drucks von Füllfluid im Formkern umfasst. Durch diese Schritte kann, wie oben bereits mehrfach dargelegt wurde, ausgehend vom Formkern in radialer Richtung Druck auf das Rohmaterial in der Formkavität ausgeübt werden, so dass der Formkern wenigstens einen aktiven Beitrag zu der auf das Rohmaterial in der Formkavität zur Formgebung ausgeübten Kraft leistet.Therefore, for the above reasons, it is preferable that the step of applying pressure to the raw material includes a step of introducing fill fluid into the mandrel and / or increasing the pressure of fill fluid in the mandrel. Through these steps, as has already been stated several times, pressure is exerted on the raw material in the mold cavity starting from the mold core in the radial direction, so that the mold core makes at least an active contribution to the force exerted on the raw material in the mold cavity for shaping.
Grundsätzlich kann daran gedacht sein, dass der Formkern zunächst mit Rohmaterial umwickelt wird und dann das Rohmaterial und der Formkern gleichzeitig in die Formkavität eingelegt werden. Aus Gründen möglichst kurzer Zykluszeiten dürfte dagegen bevorzugt sein, dass der Schritt des Einlegens von Rohmaterial in eine Formkavität einen Teilschritt eines Einlegens einer ersten Lage Rohmaterials in eine untere Formkavität oder in einen Teil davon eines Formwerkzeugs und einen weiteren Teilschritt eines Einlegens einer zweiten Lage Rohmaterials auf die erste Lage Rohmaterials aufweist, wobei zwischen diesen Teilschritten das Einlegen des Formkerns in die Formkavität auf die erste Lage Rohmaterials erfolgt, so dass sich der Formkern nach dem zweiten Teilschritt zwischen den beiden Lagen Rohmaterials befindet.In principle, it can be thought that the mandrel is first wrapped with raw material and then the raw material and the mandrel are inserted simultaneously into the mold cavity. On the other hand, for reasons of the shortest possible cycle times, it is preferable that the step of placing raw material in a mold cavity involves a sub-step of placing a first layer of raw material in a lower mold cavity or in a part thereof of a mold and another substep of laying a second layer of raw material has the first layer of raw material, wherein between these sub-steps, the insertion of the mandrel into the mold cavity on the first layer of raw material takes place, so that the mandrel is located after the second substep between the two layers of raw material.
Zur Entformung des Formkerns aus dem hergestellten, fertig geformten Bauteil kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren einen Schritt eines Auslassens von Füllfluid aus dem Formkern oder/und eines Senkens des Drucks von Füllfluid im Formkern umfasst. Schließlich kann der Formkern dadurch aus dem hergestellten Bauteil entformt werden, dass das Verfahren einen Schritt eines Herausziehens des Formkerns aus dem geformten Bauteil umfasst.In order to demould the mold core from the produced, finished molded component, it can be advantageous if the method comprises a step of discharging filling fluid from the mold core or / and lowering the pressure of filling fluid in the mold core. Finally, the mandrel may be demolded from the manufactured component by the method comprising a step of withdrawing the mandrel from the molded component.
Nachzutragen ist, dass dann, wenn das Rohmaterial ein Faserverbundmaterial mit thermoplastischem Binder umfasst, die obige Formpressvorrichtung vorteilhafterweise eine Kühleinrichtung aufweist, welche ein Kühlen des Füllfluids ermöglicht, so dass erreicht werden kann, dass der Formkern dem Rohmaterial eine definierte Wärmemenge entzieht.It should be understood that when the raw material comprises a thermoplastic binder fiber composite material, the above compression molding apparatus advantageously includes cooling means for allowing cooling of the filler fluid so that the mandrel can extract a defined amount of heat from the raw material.
Mit den oben beschriebenen Lösungen können insbesondere Kanäle aus Fasermaterial mit großer geometrischer Freiheit, insbesondere mit Hinterschnitten in Richtung der Kanallängsbahn – die während des Formgebungsprozesses in der Regel mit der Hüllenlängsbahn im Wesentlichen zusammenfällt – und auch mit Hinterschnitten in der Pressrichtung hergestellt werden.With the solutions described above, in particular channels of fiber material with great geometric freedom, in particular with undercuts in the direction of the channel longitudinal path - which during the shaping process usually coincides with the envelope longitudinal path substantially - and also with undercuts in the pressing direction can be produced.
Dies ist vor allem für die Automobilindustrie interessant, da derartige Kanäle aus Fasermaterial, insbesondere aus Low Weight Reinforced Thermoplastics (LWRT), also aus einem faserverstärkten Thermoplasten mit geringem Gewicht, als akustisch wirksame, weil Schall absorbierende Luftführungskanäle eingesetzt werden können.This is of particular interest to the automotive industry, since such channels of fiber material, in particular Low Weight Reinforced Thermoplastics (LWRT), ie a fiber-reinforced thermoplastic with low weight, as acoustically effective, because sound-absorbing air ducts can be used.
Mit Hilfe des hier vorgestellten Formkerns, der hier beschriebenen Formpressvorrichtung und dem hier dargelegen Formpressverfahren können derartige akustisch wirksame Luftführungskanäle selbst mit komplizierter Geometrie in einem einzigen Fertigungsschritt vollständig fertiggestellt werden.With the help of the mold core presented here, the compression molding apparatus described here and the compression molding process shown here, such acoustically effective air ducts can be completely finished even with complicated geometry in a single manufacturing step.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher dargelegt. Es stellt dar:The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
In
Diese Unterform
Die Faserverbundmatte
Die Formkavität
Schließlich weist die Formkavität
Vorzugsweise dient der Passabschnitt
Die Formkavität
Im Bauteilabschnitt
Der Bauteilabschnitt
Weiter umfasst der in den
Der Kreis K zeigt einen Teilschnitt in einer Schnittebene, welche zur Zeichenebene der
Bei dem hier beispielhaft dargestellten Umformprozess ist jeder der Formteile: Oberform und Unterform
Somit ist die Bildung eines rohrförmigen Bauteils
Der Rohrformabschnitt
Zur Ausbildung der Geometrie der Innenwandung
Die formlabile Hülle
In der Hülle
Die Einleitung geschieht über eine Füllfluidleitung
Die Füllfluidleitung
Durch das Absperrventil
Die elastomerelastische Hülle
In dem in
Die Formpressvorrichtung
Eine weitere, nicht dargestellte Kühlvorrichtung ist vorzugsweise in dem Formwerkzeug, also in der Unterform
Zum bevorzugten automatisierten oder wenigstens teilautomatisierten Betrieb der Formpressvorrichtung
Dann, wenn die Pumpe
Dieser Zustand ist in
Der Übersichtlichkeit halber sind in
Die unter Druck stehende Hülle
Wie in dem kreisrunden Teilschnitt-Ausschnitt in den
Aufgrund der Volumenzunahme der Hülle
Wie in den
Der Innendurchmesser des Vorsprungs
Der im entspannten Grundzustand von
Die Hülle
Mit der in den
Durch die Verwendung von Ober- und Unterform kann jede Halbschale des späteren Bauteils
Ein rohrförmiges Bauteil
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EP1762355A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-14 | Saab Ab | Use of a helical tool and a method for producing a surface member comprising at least one stiffening member |
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2010
- 2010-05-14 DE DE201010028981 patent/DE102010028981A1/en not_active Withdrawn
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