DE102011008759A1

DE102011008759A1 - Method for manufacturing e.g. structure component that is utilized in vehicle, involves forming fiber semi-finished material, curing fluent matrix material by heating, and removing mold body from injection mold

Info

Publication number: DE102011008759A1
Application number: DE201110008759
Authority: DE
Inventors: Krino Bornemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-07-19

Abstract

The method involves forming a fiber semi-finished material (1) consisting of dry preforms (2) and/or preform assemblies. A fluent matrix material is injected into a cavity (4) through injection spacers, where the cavity accommodates the fiber semi-finished material and is formed by mould parts (5-8). Back pressure is applied against a convex-shaped membrane (9) such that the matrix material is pressed into the fiber semi-finished material. The matrix material is cured by heating, and a mold body is removed from an injection mold. The membrane is made of plastic, metal or elastomer. An independent claim is also included for a device for manufacturing a mold body from fiber reinforced plastics.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 der Erfindung.The invention relates to a method and an apparatus for producing molded articles made of fiber-reinforced plastics according to the preamble of patent claims 1 and 9 of the invention.

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen sind seit geraumer Zeit in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. So können besagte Formkörper nach dem an sich bekannten RTM-Verfahren (RTM = Resin Transfer Moulding) hergestellt werden. Im Wesentlichen wird dabei Fasermaterial in eine zumindest eine Kavität aufweisende Spritzgießform aus zwei oder mehr Formteilen eingebracht und in derselben mit einem infolge Erwärmung zumindest eines Formteils reaktiven Matrix, wie insbesondere einem Harz (z. B. Epoxidharz) oder einem Harzgemisch getränkt. Hierbei füllt idealerweise das Harz oder Harzgemisch die besagte Kavität vollständig aus. Nach Abschluss der chemischen Reaktion der Matrix und Aushärten derselben kann der faserverstärkte Formkörper der Spritzgießform entnommen werden.Methods and apparatus for the production of moldings from fiber-reinforced plastics have been known for quite some time in a variety of designs. Thus, said moldings can be produced by the known RTM process (RTM = Resin Transfer Molding). In this case, fiber material is essentially introduced into an injection mold comprising at least one cavity from two or more molded parts and impregnated therein with a matrix which is reactive as a result of heating at least one molded part, in particular a resin (eg epoxy resin) or a resin mixture. Ideally, the resin or resin mixture fills said cavity completely. After completion of the chemical reaction of the matrix and curing of the same, the fiber-reinforced molded body can be removed from the injection mold.

In der Praxis wurde jedoch gefunden, dass das Volumen des Harzes beim Aushärten desselben sich bis zu etwa 3% verringert (vgl. WO 2010/118923 A2 , Seite 2, 1. Absatz) und der fertiggestellte Formkörper in nachteiliger Weise nicht immer die durch die Kavität definierte Geometrie aufweist. Um diesem Umstand zu begegnen, ist es aus der besagten WO 2010/118923 A2 bekannt, zwischen einem ersten Formteil und einem zweiten Formteil oder auch weiteren Formteilen eine Membran anzuordnen, so dass zwischen dem ersten Formteil und der Membran ein erster Bereich und zwischen dem zweiten Formteil und der Membran ein zweiter Bereich gebildet sind. Im ersten Bereich ist eine Fasermatte anordenbar, die mit Harz getränkt oder mit Harz tränkbar ist. Im zweiten Bereich kann durch ein Druckerzeugungsmittel ein Gegendruck gegen die Membran und die Fasermatte erzeugt werden, wobei als Druckerzeugungsmittel ein Fluid fungiert. Durch das Drücken der Membran in Richtung der Fasermatte kann der durch die Reaktion des Harzes bei der Verfestigung entstehende Schwund während der weiteren Injektion mit Harz kompensiert werden. Es kann des Weiteren ein verschließbarer Harzablauf vorgesehen sein, um überschüssiges Harz abzuführen.In practice, however, it has been found that the volume of the resin during curing thereof is reduced by up to about 3% (cf. WO 2010/118923 A2 , Page 2, paragraph 1) and the finished molded body disadvantageously does not always have the geometry defined by the cavity. To counter this circumstance, it is from the said WO 2010/118923 A2 It is known to arrange a membrane between a first molded part and a second molded part or also further molded parts, so that a first region is formed between the first molded part and the membrane and a second region is formed between the second molded part and the membrane. In the first area a fiber mat can be arranged, which is impregnated with resin or impregnated with resin. In the second area can be generated by a pressure generating means, a back pressure against the membrane and the fiber mat, which acts as a pressure generating means, a fluid. By pressing the membrane in the direction of the fiber mat, the shrinkage resulting from the reaction of the resin upon solidification can be compensated for during the further injection with resin. There may also be provided a closable resin drain to remove excess resin.

Weitere mit der vorstehenden Lösung vergleichbare Lösungen sind ferner aus der EP 1 013 409 A2 , der DE 2001 16 817 U1 und der DE 10 2005 011 977 A1 bekannt. Schließlich ist es aus der DE 199 06 124 A1 an sich bekannt, eine nach dem RTM-Verfahren verwendet Form beim Injizieren derselben mit Harz zunächst nicht vollständig zu schließen, wodurch der Fließwiderstand gegen das injizierte Harz minimierbar und eine verbesserte Verteilung des Harzes im Fasermaterial erzielbar sein soll. Vorteilhaft soll des Weiteren beim abschließenden vollständigen Schließen der Form das Harz quer zur Injektionsfließrichtung bewegt und damit stärker in das Fasergewebe gepresst werden.Other comparable solutions with the above solution are further from the EP 1 013 409 A2 , of the DE 2001 16 817 U1 and the DE 10 2005 011 977 A1 known. Finally it is off the DE 199 06 124 A1 it is known per se to initially not fully close a mold used according to the RTM method when injecting the same with resin, whereby the flow resistance to the injected resin should be minimized and an improved distribution of the resin in the fiber material should be achievable. Advantageously, the resin should also be moved transversely to the direction of injection flow during the final complete closure of the mold and thus pressed more strongly into the fiber web.

All den aufgezeigten Lösungsvarianten ist gemein, dass diese während der Verfahrensführung zumindest eine teilweise Benetzung der Spritzgießform mit Matrixwerkstoff, wie beispielsweise Harz, bewirken, woraus erhöhter Aufwand im Hinblick auf die Vorbereitung der Form für nachfolgende Spritzgießzyklen durch Reinigung derselben von Restbeständen des besagten Matrixwirkstoffs resultiert.All the variants of solution shown have in common that during the process, they cause at least partial wetting of the injection mold with matrix material, such as resin, resulting in increased effort with regard to the preparation of the mold for subsequent injection molding cycles by cleaning the same from remainders of said matrix active.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen anzugeben, vermittel dessen es zum einen gestatten ist, Formkörper aus faserverstärkten Kunststoffen mit exakter vordefinierter Geometrie herzustellen. Zum anderen sollen im Hinblick auf den Stand der Technik geringere Spritzzyklenzeiten realisierbar sein, die insbesondere mit minimierten Vorbereitungsarbeiten der Spritzgießform zur Durchführung des Spritzgießverfahrens einhergehen. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eine geeignete Vorrichtung bzw. Anordnung zur Durchführung des Verfahren zu schaffen.On this basis, it is an object of the invention to provide an improved process for the production of molded articles made of fiber-reinforced plastics, mediate of which it is allowed on the one hand to produce moldings of fiber-reinforced plastics with exact predefined geometry. On the other hand, in view of the state of the art, lower injection cycle times should be achievable, which are associated in particular with minimized preparatory work of the injection mold for carrying out the injection molding process. It is another object of the invention to provide a suitable device or arrangement for carrying out the method.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe zunächst durch das in Patentanspruch 1 wiedergegebene Verfahren. Danach weist das Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen folgende nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte auf:

a) Ausbildung eines aus einer oder mehreren trockenen Preformen und/oder Preform-ZSB's bestehenden Faser-Halbzeugs,
b) luftdichtes umschließen desselben mittels zweier oder mehrerer, zumindest eine Kavität ausbildender Formteile, wobei für wenigstens eines der Formteile eine zumindest abschnittsweise flexible Membran verwendet wird,
c) Evakuierung der besagten Kavität über eine oder mehrere an die Kavität angeschlossene Evakuierungsleitungen und Schließen derselben nach Evakuierung,
d) Einlegen des luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeugs in eine als Druckkammer ausgebildete Spritzgießform,
e) Injektion eines fließfähigen Matrixwerkstoffes in die zumindest eine durch die Formteile gebildete und das Faser-Halbzeug aufnehmende Kavität durch an die Kavität angeschlossene Injektionsleitungen hindurch derart, dass sich die flexible Membran während des Injektionsprozesses mit einem Injektionsdruck „P₁” aufgrund vorgesehener Distanzhalter der Spritzgießform in Grenzen nach außen wölbt,
f) Aufbringen eines Gegendruckes „P₂” gegen die nach außen gewölbte Membran bei geöffneten Injektionsleitungen und/oder Evakuierungsleitungen derart, dass der fließfähige Matrixwerkstoff in das Faser-Halbzeug gepresst wird indem der Matrixwerkstoff vornehmlich das Faser-Halbzeug in Dickenrichtung desselben respektive normal zur Faserrichtung durchtränkt, und dass überschüssiger Matrixwerkstoff durch besagte geöffnete Injektionsleitungen und/oder Evakuierungsleitungen abfließt,
g) Aushärten des Matrixwerkstoffes, gegebenenfalls durch Erwärmung, und
h) Entnahme des Formkörpers aus der Spritzgießform.

The object is achieved first by the reproduced in claim 1 method. Thereafter, the process for the production of moldings from fiber-reinforced plastics, the following steps to be carried out sequentially:

a) forming a fiber semifinished product consisting of one or more dry preforms and / or preform ZSBs,
b) airtight enclosing the same by means of two or more, at least one cavity forming moldings, wherein for at least one of the mold parts, an at least partially flexible membrane is used,
c) evacuation of said cavity via one or more evacuation lines connected to the cavity and closing same after evacuation,
d) inserting the air-tightly enclosed fiber semifinished product in an injection mold designed as a pressure chamber,
e) injection of a flowable matrix material into the at least one cavity formed by the mold parts and receiving the fiber semi-finished by injection lines connected to the cavity such that the flexible membrane during the injection process with an injection pressure "P ₁ " due to provided spacers of the injection mold bulges outward in borders,
f) applying a back pressure "P ₂ " against the outwardly curved membrane with open injection lines and / or evacuation lines such that the flowable matrix material is pressed into the fiber semifinished product by the matrix material mainly the fiber semifinished product in the same direction or normal to the fiber direction impregnated, and that excess matrix material flows through said opened injection lines and / or evacuation lines,
g) curing of the matrix material, optionally by heating, and
h) removal of the molding from the injection mold.

Dieses Verfahren gestattet eine einfache und kostengünstige Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen, da nach dem Stand der Technik erforderliche umfangreiche Reinigungsarbeiten an der Spritzgießform, insbesondere infolge an der Spritzgießform anhaftenden Matrixmaterials, weitestgehend vermieden sind.This method allows a simple and cost-effective production of molded articles made of fiber-reinforced plastics, as required by the prior art extensive cleaning work on the injection mold, in particular due to adhering to the injection mold matrix material, are largely avoided.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.

So kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt a) vorgesehen sein, dass die trockenen Preformen und/oder Preform-ZSB's aus einer oder mehreren trockenen und gegebenenfalls vorgeformten Einzellagen aus Fasermaterial, wie Kohlefasern o. a., gebildet werden, wobei die Einzellagen Fasergewebe und/oder Faservliese sein können und unterschiedliche Faserorientierungen aufweisen können. Durch diese Maßnahme kann vorteilhaft auf die Festigkeit des herzustellenden Formkörpers Einfluss genommen werden. Im Hinblick auf den Verfahrensschritt b) kann als zumindest abschnittsweise flexible Membran vorteilhaft eine Membran aus einem Kunststoff, einem Metall, einem Elastomer oder einem anderen geeigneten flexiblen Werkstoff verwendet werden. Weiter vorteilhaft kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt e) als fließfähiger Matrixwerkstoff ein aushärtbares Harz-Härter-Gemisch verwendet werden. Ferner kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt f) zum Aufbringen eines Gegendruckes „P₂” gegen die nach außen gewölbte Membran ein gasförmiges oder flüssiges Druckmedium verwendet wird.Thus, with regard to method step a), provision may be made for the dry preforms and / or preform CSBs to be formed from one or more dry and possibly preformed individual layers of fibrous material, such as carbon fibers, where the individual layers are fibrous webs and / or nonwoven webs can and have different fiber orientations. By this measure can be advantageously taken on the strength of the molded body influence. With regard to method step b), a diaphragm made of a plastic, a metal, an elastomer or another suitable flexible material can advantageously be used as the at least partially flexible diaphragm. Further advantageously, in view of the process step e) as a flowable matrix material, a curable resin-hardener mixture can be used. Furthermore, with regard to method step f), a gaseous or liquid pressure medium may be used to apply a back pressure "P ₂ " to the outwardly curved diaphragm.

Des Weiteren kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt g) die gegebenenfalls vorgesehene Erwärmung des Matrixwerkstoffes zweckmäßigerweise mittels eines oder mehrerer erwärmter Formwerkzeuge der Spritzgießform erfolgen. Schließlich kann im Hinblick auf den Verfahrensschritt h) sich an diesen ein Ablösen der Formteile vom faserverstärkten Kunststoff des Formkörpers anschließen. Es besteht somit die Möglichkeit, entweder die besagten Formteile vom faserverstärkten Kunststoff des Formkörpers zu lösen und für weitere Spritzgießzyklen zu verwenden oder als verlorene Formteile einzusetzen, indem dieselben die Außenhaut des faserverstärkten Kunststoffs des Formkörpers ausbilden. Das Verfahren bietet sich insbesondere zur Herstellung von Formkörpern in Form von Strukturbauteilen und/oder Oberflächenbauteilen und/oder Sichtcarbonbauteilen an Fahrzeugen an.Furthermore, with regard to method step g), the optionally provided heating of the matrix material can expediently be effected by means of one or more heated molds of the injection mold. Finally, with regard to method step h), this can be followed by detachment of the molded parts from the fiber-reinforced plastic of the molded article. It is therefore possible either to release said moldings from the fiber-reinforced plastic of the shaped body and to use them for further injection molding cycles or to use them as lost moldings by forming the outer skin of the fiber-reinforced plastic of the shaped body. The method is particularly suitable for the production of moldings in the form of structural components and / or surface components and / or visible carbon components on vehicles.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe fernerhin durch die in Patentanspruch 9 widergegebene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The object is solved further by the reproduced in claim 9 apparatus for performing the method.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the embodiment schematically illustrated in the drawings. Show it:

1 bis 4 äußerst schematische Schnittdarstellungen der Ausbildung eines luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeugs (Faser-Halbzeug-Paket), 1 to 4 extremely schematic cross-sectional views of the formation of an airtight enclosed semi-finished fiber product (fiber-semifinished product package),

5 eine äußerst schematische Schnittdarstellung bzgl. der Überführung des luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeug-Pakets in eine Spritzgießform, 5 an extremely schematic sectional view with respect to the transfer of the airtight-enclosed fiber semifinished product package into an injection mold,

6 die mit dem luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeug-Paket bestückte Spritzgießform nach 5 im geschlossenen Zustand, 6 The injection mold fitted with the airtight semi-finished fiber package 5 when closed,

7 die mit dem luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeug-Paket bestückte Spritzgießform nach 6 im Teilschnitt mit vorteilhaften Detaillösungen an derselben, 7 The injection mold fitted with the airtight semi-finished fiber package 6 in partial section with advantageous detail solutions on the same,

8 bis 11 äußerst schematische Schnittdarstellungen zu fortgeschritten Zeitpunkten der Injektion eines fließfähigen Matrixwerkstoffes in das Faser-Halbzeug, 8th to 11 extremely schematic sectional views of advanced times of injection of a flowable matrix material into the fiber semifinished product,

10a–10d Einzelheiten nach 10 zu fortgeschrittenen Zeiten, 10a - 10d Details after 10 at an advanced age,

12 eine äußerst schematische Schnittdarstellung bzgl. der Entnahme des fertigen Formkörpers aus der Spritzgießform, 12 an extremely schematic sectional view with respect to the removal of the finished molded article from the injection mold,

13 eine äußerst schematische Schnittdarstellung des Formkörpers während einer Befreiung desselben von diesem umschließenden Formteilen, und 13 a highly schematic sectional view of the molding during a liberation of the same of this enclosing moldings, and

14 eine äußerst schematische Schnittdarstellung des von besagten Formteilen befreiten Formkörpers. 14 an extremely schematic sectional view of the freed from said moldings molding.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen zeichnet sich dadurch aus, dass gemäß den 1 bis 4 zunächst ein Faser-Halbzeug 1 ausgebildet wird. Das Faser-Halbzeug 1 besteht aus einer oder mehreren trockenen Preformen 2 und/oder Preform-ZSB's (ZSB = Zusammenbau), die ihrerseits jeweils aus einer oder mehreren trockenen und gegebenenfalls vorgeformten Einzellagen 3 aus Fasermaterial, wie beispielsweise an sich bekannten Kohlefasern, gebildet werden (vgl. insbes. 1 und 2). In das Faser-Halbzeug 1 können dabei an sich bekannte Verstärkungs-, Träger-, Beschlagelemente, Waben, Schäume, Folien, Bleche und/oder Formelemente, wie z. B. Hilfskörper, die sich gegebenenfalls aufblasen lassen, und/oder an sich bekannte Elemente, die die beabsichtigte Kunststoffdurchtränkung des Faser-Halbzeugs 1 erleichtern, eingearbeitet sein oder derartige Teile können dem Faser-Halbzeug 1 zugeordnet sein. Ferner können Einzellagen 3 untereinander fixiert sein, beispielsweise mittels thermisch schmelzender Bindertypen und/oder durch Vernähen, Sticken, Taften und/oder dgl. mehr (nicht näher dargestellt).The inventive method for the production of moldings from fiber-reinforced Plastics is characterized by the fact that according to the 1 to 4 first a fiber semi-finished product 1 is trained. The fiber semi-finished product 1 consists of one or more dry preforms 2 and / or preform ZSB's (ZSB = assembly), which in turn each consist of one or more dry and optionally preformed individual layers 3 from fiber material, such as carbon fibers known per se, are formed (see. 1 and 2 ). In the fiber semi-finished product 1 can be known per se reinforcing, carrier, fitting elements, honeycomb, foams, films, sheets and / or mold elements, such as. B. auxiliary body, which can optionally inflate, and / or known per se elements, the intended plastic impregnation of the fiber-semifinished product 1 facilitate, be incorporated or such parts can the semi-finished fiber 1 be assigned. Furthermore, individual layers can 3 be fixed to each other, for example by means of thermally melting binder types and / or by sewing, embroidering, Taften and / or the like. More (not shown).

Im Anschluss daran wird das Faser-Halbzeug 1 mittels zweier oder mehrerer, zumindest eine Kavität 4 ausbildender Formteile 5 bis 8 luftdicht umschlossen. Beispielgebend ist vorliegend ein unteres Formteil 5 vorgesehen, welches relativ formstabil ausgebildet ist und als Trägerform respektive Handlingshilfe fungiert und auf welchem die Einzellagen 3 Fasermaterial abgelegt werden. Des Weiteren sind die Kavität 4 seitlich begrenzende Formteile 6, 7 und ein die Kavität 4 nach oben begrenzendes Formteil 8 vorgesehen, wobei auch die Formteile 6 bis 8 mit Preformen 2 der vorstehend beschriebenen Art belegt sind. Die Formteile 5 bis 8 werden danach derart untereinander gefügt, dass diese das Faser-Halbzeug 1 luftdicht umschließen. Es ist sozusagen ein kompaktes Faser-Halbzeug-Paket geschaffen. Für zumindest eines der Formteile 6 bis 8, vorliegend für das obere Formteil 8, ist eine zumindest abschnittsweise flexible Membran 9 verwendet, welche aus einem Kunststoff, einem Metall, einem Elastomer oder einem anderen geeigneten flexiblen Werkstoff besteht. Die anderen Formteile 5 bis 7 bestehen vorliegend aus einem geeigneten relativ formstabilen Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall.Following this, the semi-finished fiber is 1 by means of two or more, at least one cavity 4 forming moldings 5 to 8th enclosed airtight. By way of example, a lower molded part is given here by way of example 5 provided, which is formed relatively stable shape and acts as a support shape respectively handling assistance and on which the individual layers 3 Fiber material are stored. Furthermore, the cavity 4 laterally delimiting molded parts 6 . 7 and one the cavity 4 upward limiting molding 8th provided, including the moldings 6 to 8th with preforms 2 of the type described above are occupied. The moldings 5 to 8th are then joined together in such a way that they are the semi-finished fiber 1 surround airtight. It is a compact fiber semi-finished package, so to speak. For at least one of the moldings 6 to 8th , present for the upper molding 8th , is an at least partially flexible membrane 9 used, which consists of a plastic, a metal, an elastomer or other suitable flexible material. The other moldings 5 to 7 in the present case consist of a suitable relatively dimensionally stable material, for example of plastic or metal.

Dem luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeug 1 respektive dem nunmehr gebildeten Faser-Halbzeug-Paket sind des Weiteren nicht näher dargestellte zu verschließende und zu öffnende Evakuierungsleitungen sowie Injektionsleitungen 10 zugeordnet, auf welche unten näher eingegangen wird. Die Evakuierungsleitungen gestatten es, die gebildete Kavität 4 des besagten Faser-Halbzeug-Pakets zu evakuieren bzw. in demselben ein Vakuum zu erzeugen.The airtight enclosed semi-finished fiber 1 In addition, the now-formed fiber-semifinished product package are also not shown in detail to be closed and opened evacuation lines and injection lines 10 assigned, which will be discussed in more detail below. The evacuation lines allow the formed cavity 4 to evacuate said fiber-semifinished product package or create a vacuum therein.

Ist dies geschehen und sind besagte Evakuierungsleitungen wieder geschlossen, wird das in 4 gezeigte luftdicht umschlossene sowie komfortabel transportierbare und umfassend geschützte Faser-Halbzeug 1 in Form eines Faser-Halbzeug-Paket in eine Spritzgießform 11 eingelegt und mittels an sich bekannter Befestigungsmittel 12 innerhalb derselben lösbar befestigt (vgl. 5 bis 7). Die Spritzgießform 11 besteht gemäß den 5 bis 11 aus einer Mehrzahl Formwerkzeuge, vorliegend aus einem Werkzeugunterteil 13 und zwei Werkzeugoberteilen 14, 15, welche im geschlossenen Zustand eine Druckkammer 16 ausbilden. Wie insbesondere der 7 zu entnehmen ist, verfügen die Formwerkzeuge, die benachbart zur flexiblen Membran 9 angeordnet sind, vorliegend die Werkzeugoberteile 14, 15, auf ihrer zur Membran 9 weisenden Innenmantelfläche über Distanzhalter 17 nach Art sogenannter Abstimmleisten, die ihrerseits vorliegend eine bestimmte Beabstandung 18 (vgl. insbes. 10a) der Innenmantelfläche der Werkzeugoberteile 14, 15 zur flexiblen Membran 9 bewirken.If this is done and said evacuation pipes are closed again, the in 4 shown hermetically sealed and comfortably transportable and comprehensively protected semi-finished fiber 1 in the form of a fiber semi-finished package in an injection mold 11 inserted and by means of known fasteners 12 releasably secured within it (cf. 5 to 7 ). The injection mold 11 exists according to the 5 to 11 from a plurality of molds, in this case from a tool lower part 13 and two tool tops 14 . 15 , which in the closed state, a pressure chamber 16 form. How the particular 7 As can be seen, have the molds adjacent to the flexible membrane 9 are arranged, in this case the tool shells 14 . 15 , on her to the membrane 9 facing inner lateral surface via spacers 17 in the form of so-called tuning strips, which in turn present a certain spacing 18 (see esp. 10a ) of the inner circumferential surface of the tool shells 14 . 15 to the flexible membrane 9 cause.

Nunmehr kann die Injektion eines Matrixwerkstoffes 19, beispielsweise eines Harz-Härter-Gemisches, in die gebildete Kavität 4 des luftdicht umschlossenen Faser-Halbzeugs 1 respektive des Faser-Halbzeug-Pakets durch die bereits oben erwähnten und an demselben vorgesehenen Injektionsleitungen 10 vorgenommen werden. Die 8 bis 10d, insbesondere die 10a bis 10d, zeigen dabei den Eindring-Fortschritt des Matrixwerkstoffs 18 in die Kavität 4 des Faser-Halbzeug-Pakets.Now, the injection of a matrix material 19 , For example, a resin-hardener mixture in the cavity formed 4 of the airtight semi-finished fiber product 1 respectively of the fiber-semifinished product packet through the injection lines already mentioned above and provided thereon 10 be made. The 8th to 10d , especially the 10a to 10d , thereby show the penetration progress of the matrix material 18 into the cavity 4 of the fiber semi-finished package.

Wie dabei insbesondere den 10b und 10c zu entnehmen ist, fließt der Matrixwerkstoff 19 zunächst im Wesentlichen parallel zwischen den Einzellagen 3 der Preform 2. Infolge eines durch den Injektionsvorgang innerhalb der Kavität 4 sich ausbildenden Überdruckes, der dem herkömmlichen Injektionsdruck „P₁” entspricht, wird Matrixwerkstoff 19 auch oberhalb der Preform 2 eingeführt, da die flexible Membran 9 ein Ausbeulen derselben in die zwischen der Innenmantelfläche der Werkzeugoberteile 14, 15 und der Außenmantelfläche des oberen Formteils 8 ausgebildete spaltförmige Beabstandung 18 gestattet. Die flexible Membran 9 schmiegt sich gemäß 10c an die Innenmantelfläche der Werkzeugoberteile 14, 15 an.How in particular the 10b and 10c it can be seen, the matrix material flows 19 initially essentially parallel between the individual layers 3 the preform 2 , As a result of the injection process within the cavity 4 Forming overpressure, which corresponds to the conventional injection pressure "P ₁ ", becomes matrix material 19 also above the preform 2 introduced because the flexible membrane 9 a bulging of the same in between the inner circumferential surface of the tool shells 14 . 15 and the outer circumferential surface of the upper molding 8th formed gap-shaped spacing 18 allowed. The flexible membrane 9 nestles according to 10c to the inner circumferential surface of the tool shells 14 . 15 at.

Danach ist es angezeigt, einen im Hinblick auf den Injektionsdruck „P₁” höheren Gegendruck „P₂” gegen die nach außen gewölbte flexible Membran 9 aufzubringen. Dies erfolgt vorsorglich bei geöffneten Injektionsleitungen 10 und/oder Evakuierungsleitungen. In der Folge wird der fließfähige Matrixwerkstoff 19 bzw. das Harz-Härter-Gemisch in das Faser-Halbzeug 1 gepresst und zwar derart, dass der Matrixwerkstoff 19 vornehmlich das Faser-Halbzeug 1 in Dickenrichtung desselben respektive normal zur Faserrichtung durchtränkt und wird die flexible Membran 9 in eine Position überführt, die der gewünschten Endlage derselben entspricht (10c in Verbindung mit 10d). Überschüssiger Matrixwerkstoff 19 kann durch besagte Injektionsleitungen 10 und/oder Evakuierungsleitungen abfließen bzw. wird aus der Kavität 4 ausgepresst. Durch diese Maßnahme ergibt sich bei minimierter Injektionszeit ein hoher Durchtränkungsgrad des Faser-Halbzeugs 1. Das Aufbringen besagten Gegendruckes „P₂” kann vorteilhaft mittels eines an sich bekannten gasförmigen oder flüssigen Druckmediums durchgeführt werden.Thereafter, it is indicated, with respect to the injection pressure "P ₁ " higher back pressure "P ₂ " against the outwardly curved flexible membrane 9 applied. This is done as a precaution with the injection lines open 10 and / or evacuation lines. As a result, the flowable matrix material 19 or the resin-hardener mixture in the fiber semifinished product 1 pressed and in such a way that the matrix material 19 especially the fiber Workpiece 1 in the thickness direction of the same or normal to the fiber direction soaked and is the flexible membrane 9 transferred to a position corresponding to the desired end position thereof ( 10c combined with 10d ). Excess matrix material 19 can through said injection lines 10 and / or evacuation lines drain or is from the cavity 4 pressed. This measure results in a high degree of penetration of the fiber semifinished product with a minimized injection time 1 , The application of said back pressure "P ₂ " can be advantageously carried out by means of a known gaseous or liquid pressure medium.

Ist das Faser-Halbzeug 1 mit Matrixwerkstoff 19 durchtränkt, kann derselbe aushärten. Bevorzugt handelt es sich bei besagtem Matrixwerkstoff 19 um einen wärmereaktiven Matrixwerkstoff 19, insbesondere aus einem wärmereaktiven Harz-Härter-Gemisch. Im Hinblick darauf können ein oder mehrere Formwerkzeuge der Spritzgießform erwärmt sein und die erforderliche Reaktionswärme an den Matrixwerkstoff 19 abgeben.Is the fiber semi-finished product 1 with matrix material 19 soaked, it can harden. Preferably, said matrix material is 19 a heat-reactive matrix material 19 , in particular from a heat-reactive resin-hardener mixture. In view of this, one or more molds of the injection mold can be heated and the required heat of reaction to the matrix material 19 submit.

Ist der Matrixwerkstoff 19 ausgehärtet (11), kann gemäß 12 der noch mit Formteilen 5 bis 8 umschlossene Formkörper 20 der Spritzgießform 11 entnommen werden, indem vorliegend zunächst die beiden Werkzeugoberteile 14, 15 derselben abgehoben werden und danach der besagte Formkörper 20 vom Werkzeugunterteil 13 gelöst wird (12).Is the matrix material 19 hardened ( 11 ), according to 12 the still with moldings 5 to 8th enclosed moldings 20 the injection mold 11 be removed, in the present case, first the two tool shells 14 . 15 be lifted off the same and then said moldings 20 from the lower tool part 13 is solved ( 12 ).

Wie bereits oben ausgeführt, können die Formteile 5 bis 8 als sogenannte verlorene Formteile 5 bis 8 am Formkörper 20 verbleiben und bilden dann eine Außenhaut des faserverstärkten Kunststoffs des Formkörpers 20 aus (12). Demgegenüber kann es auch angezeigt sein, im Nachhinein die Formteile 5 bis 8 vom faserverstärkten Kunststoff abzulösen und dieselben für weitere Spritzgießzyklen zu verwenden (13 und 14). In diesem Fall kann es angezeigt sein, die Formteile 5 bis 8 mit einer nicht näher dargestellten Trennschicht, wie beispielsweis einer keramischen Trennschicht, einer Teflonschicht oder metallischen, z. B. aufgedampften Trennschicht zu versehen, um das Entformen des Formkörpers 20 zu erleichtern.As already stated above, the molded parts 5 to 8th as so-called lost moldings 5 to 8th on the molding 20 remain and then form an outer skin of the fiber-reinforced plastic of the molding 20 out ( 12 ). In contrast, it may also be appropriate, in retrospect, the moldings 5 to 8th from the fiber-reinforced plastic and to use it for further injection molding cycles ( 13 and 14 ). In this case, it may be appropriate to see the moldings 5 to 8th with a separating layer, not shown, such as a ceramic separating layer, a Teflon layer or metallic, z. B. vapor-deposited release layer to the demolding of the molding 20 to facilitate.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Faser-HalbzeugFiber semis
22: Preformpreform
33: Einzellagenindividual layers
44: Kavitätcavity
55: Formteilmolding
66: Formteilmolding
77: Formteilmolding
88th: Formteilmolding
99: flexible Membranflexible membrane
1010: Injektionsleitunginjection line
1111: Spritzgießforminjection mold
1212: Befestigungsmittelfastener
1313: WerkzeugunterteilTool part
1414: WerkzeugoberteilUpper die
1515: WerkzeugoberteilUpper die
1616: Druckkammerpressure chamber
1717: Distanzhalterspacer
1818: Beabstandungspacing
1919: MatrixwerkstoffMatrix material
2020: Formkörpermoldings
„P₁”"P ₁ ": Injektionsdruckinjection pressure
„P₂”"P ₂ ": Gegendruckbackpressure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/118923 A2 [0003, 0003]
EP 1013409 A2 [0004]
DE 200116817 U1 [0004]
DE 102005011977 A1 [0004]
DE 19906124 A1 [0004]

Claims

Process for the production of moldings ( 20 ) of fiber-reinforced plastics, characterized by the following process steps: a) formation of one or more dry preforms ( 2 ) and / or preform ZSB's existing semi-finished fiber product ( 1 b) airtight enclosing the same by means of two or more, at least one cavity ( 4 ) forming moldings ( 5 . 6 . 7 . 8th ), wherein for at least one of the molded parts ( 8th ) an at least partially flexible membrane ( 9 ), c) evacuation of said cavity ( 4 ) via one or more to the cavity ( 4 ) connected evacuation lines and closing them after evacuation, d) inserting the airtight semi-finished fiber product ( 1 ) in a pressure chamber ( 16 ) formed injection mold ( 11 ), e) injection of a flowable matrix material ( 19 ) into the at least one through the molded parts ( 5 . 6 . 7 . 8th ) and the semifinished fiber product ( 1 ) receiving cavity ( 4 ) through to the cavity ( 4 ) connected injection lines ( 10 ) such that the flexible membrane ( 9 ) during the injection process with an injection pressure "P ₁ " due to provided spacers ( 17 ) of the injection mold ( 11 ) bulges outwards in limits, f) application of a back pressure "P ₂ " against the outwardly curved membrane ( 9 ) with opened injection lines ( 10 ) and / or evacuation lines such that the flowable matrix material ( 19 ) in the fiber semifinished product ( 1 ) is pressed by the matrix material ( 19 ) primarily the fiber semifinished product ( 1 ) in the thickness direction of the same or normal to the fiber direction, and that excess matrix material ( 19 ) through said opened injection lines ( 10 ) and / or evacuation lines, g) hardening of the matrix material ( 19 ), optionally by heating, and h) removal of the shaped body ( 20 ) from the injection mold ( 11 ).

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the process step a) the dry preforms ( 2 ) and / or preform ZSB's from one or more dry and optionally preformed individual layers ( 3 ) are formed from fibrous material, such as carbon fibers or the like, wherein the individual layers may be fibrous and / or fibrous nonwovens and may have different fiber orientations.

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the method step b) as at least partially flexible membrane ( 9 ) a membrane ( 9 ) is used from a plastic, a metal, an elastomer or other suitable flexible material.

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the method step e) as a flowable matrix material ( 19 ) a curable resin-hardener mixture is used.

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the method step f) for applying a back pressure "P ₂ " against the outwardly curved membrane ( 9 ) a gaseous or liquid pressure medium is used.

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the method step g) the optionally provided heating of the matrix material ( 19 ) by means of one or more heated molds of the injection mold ( 11 ) he follows.

A method according to claim 1, characterized in that with regard to the process step h) to this a detachment of the molded parts ( 5 . 6 . 7 . 8th ) of the fiber-reinforced plastic of the shaped body ( 20 ).

Method according to one of claims 1 to 7 for the production of moldings ( 20 ) in the form of structural components and / or surface components and / or visible carbon components on vehicles.

Device for the production of molded articles ( 20 ) made of fiber-reinforced plastics for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, characterized by at least one described in the description and / or claims for the invention and / or shown in at least one of the drawing figures to the invention feature.

Use of the device according to claim 9 for the production of moldings ( 20 ) in the form of structural components and / or surface components and / or visible carbon components on vehicles.