DE102010031408B4

DE102010031408B4 - Werkzeug zum Beschneiden von Fasermaterialien

Info

Publication number: DE102010031408B4
Application number: DE102010031408.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ebert Frank; Joerg Theinert
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: DE102010031408A1

Abstract

Werkzeug zum Beschneiden von Fasermaterialien (5), insbesondere Fasergelegen, mit • einer Matrize (1), die eine Oberfläche aufweist, auf die das zu beschneidende Fasermaterial (5) aufgebracht wird, und • einem Schneidmesser (4), das relativ zur Matrize (1) verfahrbar ist und das zum Schneiden des Fasermaterials (5) entlang einer Schneidlinie vorgesehen ist, wobei die Matrize (1) eine entlang der Schneidlinie verlaufende nutartige Vertiefung (2) aufweist, in der ein mit dem Schneidmesser (4) zusammenwirkendes Gegendruckelement (3) angeordnet ist, wobei • das Schneidmesser (4) eine Schneidposition einnehmen kann, in der eine Schneidkante (4c) des Schneidmessers (4) in das Gegendruckelement (3) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass • das Werkzeug ein Umform- und Schneidwerkzeug ist, das zum dreidimensionalen Umformen und Beschneiden von Fasermaterialien (5) vorgesehen ist und • das Werkzeug ein Pressenwerkzeug ist, mittels dem flächige Fasermaterialien (5) in eine dreidimensionale Form gepresst werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Aus der DE 601 26 518 T2 ist eine Schneidvorrichtung zum Schneiden von Sandwich-Platten bekannt, die Schichten aus Gewebe, Polyurethanschaumstoffen, Glasfaser, Papier usw. enthalten. Die Schneidvorrichtung weist eine Schneide auf, die mit einem durch eine sogenannte Schlagplatte gebildeten Gegendruckelement zusammenwirkt. Die Schlagplatte kann aus Stahl bestehen und ist so dünn, dass sie durch die Schneidengeometrie leicht gebogen werden kann. Die Schlagplatte liegt auf einem elastischen Elastomerträger auf und kann daher bei einem Schneidvorgang sich entsprechend der Schneidengeometrie krümmen.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen ferner die US 1 617 801 A sowie die DE 583 625 A .
Im Fahrzeugkarosseriebau werden in zunehmenden Umfang faserverstärkte Kunststoffteile eingesetzt. Die verwendeten Fasermaterialien werden in der Regel in Form flächiger Matten bzw. Gelege eingekauft. Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen müssen die verwendeten Fasermaterialmatten in einem ersten Schritt in einem sogenannten „Preform-Werkzeug” in eine dreidimensionale Form gepresst und entsprechend den Konturen des herzustellenden Kunststoffbauteils beschnitten werden.
Eine Industrialisierung bzw. Automatisierung dieser Arbeitsgänge ist bislang noch mit verschiedenen Hindernissen verbunden. So bereitet die Automatisierung von Schneideprozessen bislang große Probleme. Fahrzeugkarosserieteile weisen häufig eine relativ komplexe dreidimensionale Gestalt auf. Dementsprechend schwierig ist es, Schnittlinien mit einer Genauigkeit von wenigen μm zu erzeugen, was zum einen an den Toleranzen bei der mechanischen Fertigung und zum anderen an der Genauigkeit der manuellen Finish-Arbeit liegt. Ferner treten an den Werkzeugen insbesondere bei höheren Stückzahlen Verschleißerscheinungen auf, die nur mit aufwändigen Instandhaltungsmaßnahmen oder einer Neuanfertigung der betreffenden Werkzeugteile behoben werden können. Verschleiß tritt insbesondere an Kanten der gehärteten, scharfkantigen Schneidmesser auf, die bei bislang bekannten Werkzeugen stumpf gegen eine ebenfalls harte Stahlmatrize schneiden.
Ein weiteres Problemfeld stellen Wärmedehnungen dar. Bei der Herstellung von Fasermaterialvorformteilen wird das Preform-Werkzeug auf ca. 60°C erwärmt, um den in dem Fasermaterial verteilten Kleber chemisch bzw. physikalisch zu aktivieren und die Umformung zu erleichtern. Entsprechend der Werkzeugerwärmung dehnen sich die Werkzeugkomponenten aus, was wiederum zu Verschiebungen zwischen der Geometrie des Schneidmessers und der Werkzeugmatrize führt. Weitere Deformationen ergeben sich aus den Schneidkräften, die zu Abweichungen zwischen dem Schneidmesser und dem „Gegenlager” führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug zu schaffen, das insbesondere zum Beschneiden von Fasermaterialien geeignet ist und das eine hohe Schneidgenauigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Werkzeug zum Beschneiden von Fasermaterialien, insbesondere von Fasergelegen. Bei den Fasermaterialien kann es sich z. B. um Gelege, Gewebe, Gewirke oder andere Strukturen aus Kohlefasern und/oder aus Glasfasern handeln. Die Kohlefasern können beispielsweise mittels Glasfaserfäden verwoben oder vernäht sein. Zusätzlich kann in der durch das Fasermaterial gebildeten Struktur Klebstoff dispergiert sein. Der Klebstoff kann alternativ oder ergänzend dazu auch auf die Oberfläche des Fasermaterials aufgebracht sein. Verwendet werden können insbesondere mehrlagige Fasermaterialmatten. Die einzelnen Rohmatten können in unterschiedlicher Faserrichtung zu Sogenannten Stacks übereinander angeordnet und mit Kleber elastisch aneinander fixiert sein.
Ein Werkzeug gemäß der Erfindung weist eine Matrize auf, auf deren Oberfläche das zu beschneidende Fasergelege aufgebracht wird. Die Matrize des Werkzeugs kann aus Stahl hergestellt sein. Das Werkzeug weist ferner ein Schneidmesser auf, das relativ zur Matrize (z. B. senkrecht zur Matrize) verfahrbar ist. Das Schneidmesser ist zum Schneiden des Fasergeleges entlang einer Schneidlinie vorgesehen. Bei der Schneidlinie kann es sich z. B. um eine geschlossene dreidimensional verlaufende Schneidlinie handeln. Entsprechend kann die Matrize dreidimensional gestaltet sein.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Matrize eine entlang der Schneidlinie verlaufende nutartige Vertiefung aufweist, in der ein mit dem Schneidmesser zusammenwirkendes „Gegendruckelement” angeordnet ist. Während des Schneidvorgangs wird das Fasermaterial von einem Werkzeugteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Oberwerkzeug bzw. um einen Niederhalter handeln kann, gegen die Matrize gedrückt und mittels des Schneidmessers, das in Richtung der Matrize verfahren wird, entlang der Schneidlinie durchtrennt. Beim Schneiden ist das Fasermaterial zwischen dem Schneidmesser und dem Gegendruckelement „eingeklemmt”, bis es vom Schneidmesser durchtrennt wird. Nach dem Durchtrennen drückt das Schneidmesser unmittelbar gegen das Gegendruckelement und nicht etwa, wie dies bei herkömmlichen Schneideinrichtungen der Fall ist, gegen die Matrize. Durch geeignete Wahl des Materials des Gegendruckelements kann der Verschleiß des Schneidmessers auf ein Minimum reduziert werden.
Das Gegendruckelement kann beispielsweise aus einem Metall hergestellt sein. Vorzugsweise besteht es aus einem Werkstoff, der eine geringere Härte als der Werkstoff des Schneidmessers bzw. als der die Oberfläche des Schneidmessers bildende Werkstoff aufweist. Das Gegendruckelement sollte insbesondere aus einem Werkstoff bestehen, der mittels des Schneidmessers verformbar bzw. schneidbar ist, ohne dass das Schneidmesser dabei beschädigt wird.
Nach der Erfindung nimmt das Schneidmesser in seiner Schneidposition eine Stellung ein, in der die Schneidkante des Schneidmessers in das Gegendruckelement eindringt.
Das Gegendruckelement kann einen runden, z. B. im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen bzw. elliptischen Querschnitt aufweisen sowie eine Einkerbung, in die das Schneidmesser in seiner Schneidposition eindringt. Das Gegendruckelement kann eine längliche, z. B. bandartige Form haben. Es kann auch die Form eines geschlossenen Bandes bzw. Ringes haben. Das Gegendruckelement kann z. B. durch einen Draht gebildet sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass das Gegendruckelement im Falle einer Beschädigung bzw. zu starken Verschleißes relativ einfach ausgetauscht werden kann. Der Einbau des Gegendruckelements in die nutartige Vertiefung der Matrize kann z. B. ganz einfach durch „Einklopfen” (z. B. eines geeigneten Drahts) in die Nut mittels eines Gummihammers erfolgen.
Beim erstmaligen Schneiden bzw. Betätigen des Schneidmessers wird das Material des Gegendruckelements durch das Schneidmesser des Werkzeugs verquetscht und eingeschnitten. Das Verquetschen geht mit einer plastischen Deformierung des Gegendruckelements einher, wodurch dieses in der nutförmigen Ausnehmung der Matrize fixiert wird.
Durch das Einschneiden bildet sich in dem Gegendruckelement eine Einkerbung aus. Dabei prägt sich die Form des Schneidmessers in das Gegendruckelement ein. Dadurch werden auch Fertigungsungenauigkeiten ausgeglichen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Auswechseln des das Gegendruckelement bildendenden Matrizendrahts einfach durch Herausziehen (des verschlissenen Drahts) und Neuverlegen eines neuen Gegendruckelements (z. B. eines neuen Drahts) erfolgt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Werkzeug mindestens zwei relativ zueinander verfahrbare Werkzeughälften auf. Bei dem Werkzeug kann es sich insbesondere um ein kombiniertes Umform- und Schneidwerkzeug handeln, das zum dreidimensionalen Umformen und Beschneiden (z. B.) flächiger Fasermaterialien geeignet ist. Bei dem Werkzeug kann es sich um ein Pressenwerkzeug handeln, mittels dem (z. B. flächige) Fasermaterialien in eine dreidimensionale Form gepresst werden können (sogenanntes „Preforming”). Das Werkzeug kann hierzu mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sein, mittels der das zu verformende und zu beschneidende Fasermaterial erhitzt werden kann. Vorzugsweise kann das Fasermaterial damit soweit erhitzt werden, dass ein in bzw. auf dem Fasermaterial vorgesehener Klebstoff chemisch und/oder physikalisch aktiviert wird.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die 1–4 zeigen das Grundprinzip eines in eine Matrize eines Werkzeugs integrierten drahtartigen Gegendruckelements.
1 zeigt eine Matrize eines hier nicht näher dargestellten Umform- und Schneidwerkzeugs. Die Matrize kann beispielsweise in einem Unter- oder Oberwerkzeug vorgesehen sein oder durch ein Unter- bzw. Oberwerkzeug eines zwei- oder mehrteiligen Werkzeugs gebildet sein.
In der Matrize 1 ist eine nutartige Vertiefung 2 vorgesehen, die hier einen rechteckförmigen bzw. U-förmigen Querschnitt hat. Vor der Inbetriebnahme des Umform- und Schneidwerkzeugs wird in die nutartige Vertiefung ein als Gegendruckelement fungierender zäher und relativ weicher Draht 3 eingeklopft. Das Einklopfen kann z. B. mittels eines Gummihammers erfolgen. Nach dem Einklopfen hat der Draht noch einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, was aus 2 ersichtlich ist.
Das Werkzeug weist ferner ein Schneidmesser 4 auf, das eine im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmige Schneidkante 4a, 4b aufweist. Wird nach dem Einklopfen des Drahts 3 der zum ersten Mal „geschnitten”, so dringt eine Spitze 4c des Schneidmessers 4 in den Draht 3 ein, was in 3 dargestellt ist. Dabei ergibt sich im Draht 3 eine Einkerbung. Da der Draht weicher als das Schneidmesser 4 ist, wird dieses jedoch nicht beschädigt.
Nach dem ersten Schneidvorgang kann Fasermaterial geschnitten werden. Das Fasermaterial 5 wird hierzu auf die Matrize 1 aufgelegt. Beim „Herunterfahren” des Schneidmessers 4 wird das Fasermaterial entlang der durch den Draht 3 definierten Schnittlinie durchtrennt.

Claims

Werkzeug zum Beschneiden von Fasermaterialien (5), insbesondere Fasergelegen, mit • einer Matrize (1), die eine Oberfläche aufweist, auf die das zu beschneidende Fasermaterial (5) aufgebracht wird, und • einem Schneidmesser (4), das relativ zur Matrize (1) verfahrbar ist und das zum Schneiden des Fasermaterials (5) entlang einer Schneidlinie vorgesehen ist, wobei die Matrize (1) eine entlang der Schneidlinie verlaufende nutartige Vertiefung (2) aufweist, in der ein mit dem Schneidmesser (4) zusammenwirkendes Gegendruckelement (3) angeordnet ist, wobei • das Schneidmesser (4) eine Schneidposition einnehmen kann, in der eine Schneidkante (4c) des Schneidmessers (4) in das Gegendruckelement (3) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass • das Werkzeug ein Umform- und Schneidwerkzeug ist, das zum dreidimensionalen Umformen und Beschneiden von Fasermaterialien (5) vorgesehen ist und • das Werkzeug ein Pressenwerkzeug ist, mittels dem flächige Fasermaterialien (5) in eine dreidimensionale Form gepresst werden können.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement aus Metall besteht.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement aus einem Werkstoff besteht, der eine geringere Härte als der Werkstoff aufweist, aus dem die Oberfläche des Schneidmessers (4) bzw. das Schneidmesser (4) besteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (3) aus einem Werkstoff besteht, der mittels des Schneidmessers (4) verformbar ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (3) einen rundlichen Querschnitt und in dem Bereich, in dem das Schneidmesser (4) in das Gegendruckelement (3) eindringt, eine Einkerbung aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (3) die Form eines länglichen Bandes hat.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (3) durch einen Draht gebildet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mindestens zwei relativ zueinander verfahrbare Werkzeughälften aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Heizeinrichtung zum Aktivieren eines in bzw. auf dem flächigen Fasermaterial vorgesehenen Kleberstoffs aufweist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize aus Stahl besteht.