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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen hohler Formbauteile aus einem Faserverbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Polymere Faserverbundwerkstoffe gewinnen seit geraumer Zeit sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht zunehmend an Bedeutung. Die Ursachen hierfür liegen zum einen in den hohen mechanischen Festigkeiten und chemischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht und zum anderen in der guten Verfügbarkeit kostengünstiger Ausgangsstoffe sowie der Möglichkeit einer weitgehenden Automatisierung bei der Fertigung daraus hergestellter Produkte. Der Einsatz von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen erstreckt sich über ein weites Gebiet, wobei sie aufgrund ihrer hohen Festigkeiten und ihres geringen Gewichts vor allem für die Nutzung in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Automobilbau und in der Sportartikelindustrie prädestiniert sind.
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Das Faserverbundsystem derartiger Werkstoffe umfasst mindestens zwei Komponenten mit einer faserhaltigen Struktur als erste Komponente, die dem Bauteil die notwendige Steifigkeit und Festigkeit verleiht. Geeignete Fasern sind beispielsweise Glas- oder Karbonfasern, die als technische Textilien in Mattenform oder bereits vorgeformt als Preform erhältlich sind. Die zweite Komponente wird von einer viskosen reaktiven Polymermatrix gebildet, in die die Fasern eingebettet werden. Die Polymermatrix dient in erster Linie der Kraftüberleitung von einer Faser zur anderen, übernimmt aber auch Schutzfunktion vor mechanischer oder chemischer Beanspruchung der Fasern. Durch die Viskosität der Polymermatrix ist zudem eine komplexe Formgebung möglich. Die Polymermatrix besteht in der Regel aus einem Reaktionsgemisch aus Harz und Härter, das durch Polymerisation aushärtet, oder aus einem Elastomer, das durch eine Vulkanisationsreaktion seine endgültige Form erhält. Durch Zugabe bestimmter Additive zur Polymermatrix ist es möglich, die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs zu beeinflussen. Beispielsweise kann durch Zugabe von Kohlenstoff der E-Modul gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
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Zur Herstellung von Formbauteilen hat das Harzinjektionsverfahren (LCM-Verfahren) weite Verbreitung gefunden. Dabei wird eine vorbestimmte Menge Spritzgussmasse in ein Formwerkzeug injiziert. Nach Aushärten der Spritzgussmasse wird die Form geöffnet und das fertige Formbauteil entnommen. In Verbindung mit der Herstellung von Formbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen ist das Resin-Transfer-Molding-Verfahren (RTM-Verfahren) bekannt, bei dem in das untere Werkzeug eines zumeist zweischaligen Formwerkzeugs ein Faserhalbzeug eingelegt wird. Nach Schließen des Formwerkzeugs wird in die von unterem und oberem Werkzeug gebildete Kavität die Polymermatrix injiziert und nach erfolgter Aushärtung des Reaktionsgemisches das Formbauteil entnommen.
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Zur Herstellung von Formbauteilen mit einem Hohlraum ist das RTM-Verfahren weiterentwickelt worden. So offenbart die
DE 10 2004 006 615 A1 eine Kombination aus RTM-Verfahren und Schlauchblasverfahren, bei dem die Innenkontur des Hohlraums von einer schlauch- oder blasenförmigen, mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Innenform vorgegeben wird, während die Außenkontur wie bisher durch die Außenform bestimmt ist. Das Fasermaterial, das vorzugsweise als Vorformling (Preform) vorliegt, wird zunächst über die Innenform drapiert und anschließend als Einheit in die Außenform eingelegt. Durch anschließendes Aufblasen der Innenform dehnt sich die Innenform und drückt den die Kavität ausfüllenden Vorformling an die Außenform. Durch Injizieren der Polymermatrix in die Kavität wird der Vorformling von der Matrix durchtränkt und härtet unter Aufbringung von Druck und Wärme aus. Die auf diese Weise hergestellten Formbauteile zeichnen sich durch einen hohen Faservolumenanteil aus.
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Trotz der Vorteile dieses Verfahrens bleibt eine Problematik ungelöst. Da der Vorformling die Kavität vollständig ausfüllt und im Zuge des Aufblasens der Innenform verdichtet wird, behindert der dadurch bedingte hohe Strömungswiderstand den Fluss der einströmenden Polymermatrix. Der dabei auftretende Druckabfall ist bestimmend für den Fließfrontfortschritt und die maximale Injektionsstrecke. Hinzu kommt, dass der Verlauf der Fließfront nur in Grenzen beeinflussbar ist, was ungünstigstenfalls zu Lufteinschlüssen führt.
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Diese Problematik kommt bei der Verwendung hochviskoser Harze verstärkt zum Tragen, da dort im Zusammenwirken von Viskosität und Strömungswiderstand bereits nach kurzer Fließstrecke ein starker Druckabfall zu beobachten ist. Die Beimengung von Additiven zur Erzielung besonderer mechanischer, elektrischer oder chemischer Eigenschaften sowie die Verwendung hochviskoser Harze zur Herstellung von Bauteilen hoher Schlagfestigkeit ist bei diesem Verfahren wenn überhaupt, dann nur eingeschränkt möglich. Die Anwendung des Schlauchblas-RTM-Verfahrens ist daher im Wesentlichen auf niedrig viskose Reaktionsgemische als Polymermatrix beschränkt.
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Aus der den Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs bildenden
DE 10 2008 049 359 A1 ist ein Herstellungsverfahren für Hohlbauteile unter Verwendung eines Folienschlauchs und eines Formwerkzeugs bekannt. Der Folienschlauch besitzt eine wellenartige Schlauchwand mit Aus- und Einbuchtungen, die ein Verformen des Folienschlauchs erlauben. Der Folienschlauch ist zum Einlegen in das Formwerkzeug bestimmt, an dessen Innen-Oberfläche bereits ein Kunststoff-Werkstoff angeordnet ist. Der Kunststoff-Werkstoff ist also zwischen dem starren äußeren Formwerkzeug und dem verformbaren innen liegenden Folienschlauch positioniert. Durch Erzeugen eines Innendrucks im Folienschlauch ist es möglich, den Werkstoff gegen die Innen-Oberfläche des Formwerkzeugs zu pressen, wobei infolge Temperaturbeaufschlagung der Kunststoff-Werkstoff in einen flüssigen oder fließfähigen Zustand gebracht wird, in dem er die Innenkontur des Formwerkzeuges annimmt.
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In der
EP 1 537 980 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff beschrieben, der eine erste Faserhalbzeuglage und eine zweite Faserhalbzeuglage aufweist, die an ihrer Oberfläche luftdicht versiegelt sind. Zwischen den beiden Faserhalbzeuglagen ist zur Schaffung eines Hohlraums eine Kernstruktur mit durch Druckluftbeaufschlagung expandierbaren Kernelementen eingefügt. Im nicht expandierten Zustand bilden die Kernelemente mit ihren gegenseitigen Abständen Strömungskanäle, in denen die Polymermatrix durch Erzeugung eines Unterdrucks in den Hohlraum gelangt. Durch anschließende Expansion der Kernelemente werden die Kanäle geschlossen und dabei die Polymermatrix aus dem Hohlraum verdrängt und in die Faserhalbzeuglagen gepresst.
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Gegenstand der
DE 10 2008 056 017 A1 ist die Herstellung einer rohrförmigen Niederdruckturbinenwelle aus einem Faserverbundmaterial. Das dort offenbarte Innenwerkzeug wird von einem rohrförmigen Wickelkern gebildet, der in radialem Abstand von einem Außenwerkzeug umgeben ist. Das auf den Wickelkern aufgebrachte Fasermaterial wird unter hohem Druck mit Harz infiltriert. Durch nachfolgendes Erzeugen eines Innendrucks in dem rohrförmigen Wickelkern weitet sich dieser radial in Richtung des Außenwerkzeugs und verdrängt überschüssiges Harzmaterial aus dem Faserverbund.
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In der
EP 1 170 117 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Faserverbundbauteils beschrieben. Die Innenform des dafür notwendigen Werkzeugs wird von einem rohrförmigen Harzverteilungskörper gebildet, das an seiner dem Fasermaterial zugewandten Mantelfläche mit Längsnuten und einer Vielzahl Umfangsnuten versehen ist. Die Längs- und Umfangsnuten dienen als Fließkanäle zur anfänglichen Verteilung des Harzes, von denen aus das Fasermaterial infiltriert wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der Erfindung darin, das Schlauchblas-RMT-Verfahren im Hinblick auf eine Verbesserung des Injektionsvorgangs weiter zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Anordnung von Fließkanälen in der Oberfläche des inneren Formwerkzeugs, die zur Kavität hin offen sind. In den Fließkanälen ist der Strömungswiderstand für die Polymermatrix aufgrund fehlender Strömungshindernisse und ausreichend großer Fließquerschnitte geringer als in der das Verstärkungstextil aufnehmenden Kavität. Auf diese Weise ist mittels der Fließkanäle eine Vorverteilung der Polymermatrix über große Strecken möglich. Der eigentliche Injektionsvorgang in die Kavität zur Tränkung des Verstärkungstextils mit der Polymermatrix beschränkt sich dank der Erfindung nur noch auf die verhältnismäßig kurzen Strecken zwischen den Fließkanälen.
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Daraus ergibt sich als erster Vorteil, dass der Anwendungsbereich der Erfindung gegenüber bekannten Verfahren enorm vergrößert ist. Durch das Vorsehen von Fließkanälen kann die tatsächliche Fließstrecke der Polymermatrix in der Kavität durch den gegenseitigen Abstand der Fließkanäle vorbestimmt werden und zwar unabhängig von der Größe des herzustellenden Formbauteils. Durch geeignete Anordnung der Fließkanäle kann sichergestellt werden, dass die tatsächliche Fließstrecke auch dann kleiner ist als die maximale Fließstrecke, wenn die Abmessungen des Formbauteils größer sind als die maximale Fließstrecke. Diese Möglichkeit eröffnet der Erfindung völlig neue Anwendungsfelder.
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Zudem kann durch die Anordnung der Fließkanäle der Verlauf der Fließfront innerhalb der Kavität in engen Grenzen vorgegeben werden, da die Fließfront stets von den Fließkanälen ausgeht. Durch geeignete Anordnung der Fließkanäle kann daher Einfluss auf den Verlauf der Fließfront genommen werden, um beispielsweise Lufteinschlüsse oder eine unvollkommene Durchtränkung des Verstärkungstextils zu vermeiden. Erfindungsgemäß hergestellte Formbauteile zeichnen sich folglich durch eine hervorragende Qualität aus.
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Das Vorsehen von Fließkanälen bringt ferner den Vorteil, dass der Injektionsvorgang aufgrund geringer Fließwiderstände äußerst rasch durchgeführt werden kann. Die sich daraus ergebende Verringerung der Zykluszeiten ermöglicht eine effiziente Fertigung von Formbauteilen.
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In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens ist das innere Formwerkzeug elastisch oder plastisch verformbar, um durch Aufbringung von Druck und/oder Wärmeenergie eine Volumenzunahme in Richtung der Kavität zu erzielen. Im Zuge der Volumenzunahme werden die Fließkanäle überdrückt, das heißt das innere Formwerkzeug liegt über seine ganze Länge und seinen ganzen Querschnittsumfang an dem in der Kavität liegenden Verstärkungstextil an. Die Fließkanäle sind in diesem Zustand nicht mehr vorhanden. Die mit der Volumenzunahme allmählich kleiner werdenden Fließkanäle erzeugen dabei eine Pumpwirkung, mit der die Polymermatrix in die Kavität gepresst wird. Vorteilhafterweise ist das Gesamtvolumen der Fließkanäle gleich oder größer dem Volumenanteil der zur Herstellung des Formbauteils benötigten Polymermatrix, so dass allein durch Überdrücken der Fließkanäle der Injektionsvorgang in die Kavität vorgenommen werden kann.
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Während des Aushärtens der Polymermatrix übt das innere Formwerkzeug über seinen gesamten Umfang einen vollflächigen Druck auf die Innenkontur des Formbauteils aus.
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Dabei wird überschüssige Polymermatrix aus dem Textilgewebe gedrückt, was zu einem hohen Faservolumenanteil und geringem Gewicht führt. Da mit Beendigung des Injektionsvorgangs die Fließkanäle nicht mehr vorhanden sind, weist die Innenkontur des herzustellenden Formbauteils keine den Fließkanälen entsprechende Ansätze auf. Dies wirkt sich unmittelbar auf ein möglichst geringes Gewicht und ein ansprechendes optisches Erscheinungsbild aus.
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In ihrer Geometrie erstrecken sich die Fließkanäle vorzugsweise über die gesamte Länge des Formbauteils, wobei der in Fließrichtung abnehmende Bedarf an Polymermatrix durch einen konischen Verlauf der Fließkanäle berücksichtigt werden kann. Auch ist es möglich dass die Fließkanäle nur über einen Teilabschnitt zur Kavität hin offen sind, um Ort und Menge der zu injizierenden Polymermatrix beeinflussen zu können. Auf diese Weise lässt sich der Verlauf der Fließfront gezielt steuern.
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Der Querschnitt der Fließkanäle soll einerseits einen lediglich geringen Fließwiderstand auf die Polymermatrix ausüben und andererseits beim Überdrücken der Fließkanäle einer entsprechenden Verformung des inneren Formwerkzeugs wenig Widerstand entgegen setzen und zudem ein vollständiges Entweichen der Polymermatrix in die Kavität ermöglichen. Zu diesem Zweck ist ein Querschnitt bevorzugt, der sich in Richtung zur Kavität hin weitet, das heißt, dass die Breite des Fließkanals vom Grund des Fließkanals in Richtung zur Kavität zunimmt. Dies kann beispielsweise durch im Querschnitt stetig verlaufende Vertiefungen erreicht werden, wozu die Vertiefungen einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen können.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Das Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung eines rohrförmigen Formbauteils, beispielsweise eine Sattelstütze für Fahrräder, ohne sich jedoch darauf einzuschränken. Ebenso können in erfindungsgemäßer Art und Weise Behälter und dergleichen hergestellt werden.
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Es zeigt
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der in 2 dargestellten Linie I-I,
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2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie II-II,
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3 einen Längsabschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Innenwerkzeugs in einer Schrägansicht, die
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4 und 5 weitere Ausführungsformen des inneren Formwerkzeugs jeweils im Querschnitt, und
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6 einen Teilquerschnitt der in 2 gezeigten Vorrichtung während des Erhärtens der Polymermatrix.
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Aus 1 und 2 geht der allgemeine Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, wobei in 2 ein im Vergleich zu 1 deutlich größerer Maßstab gewählt ist.
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Die sich entlang einer Achse 1 erstreckende Vorrichtung besitzt ein äußeres Formwerkzeug 2 mit einem Unterwerkzeug 3 und einem Oberwerkzeug 4, die in der Ebene 5 aufeinander gelegt sind. Die die Ebene 5 bildenden Flächen 6, 7 des Unterwerkzeugs 3 und Oberwerkzeugs 4 besitzen entlang der Achse 1 sich jeweils gegenüberliegende Höhlungen 8 und 9, deren Oberflächen zusammen die Außenkontur des herzustellenden Formbauteils ergeben. Dessen Innenkontur ist mit der gestichelten Linie 10 angedeutet. Im vorliegenden Beispiel besitzen die Höhlungen 8 und 9 halbkreiszylindrische Gestalt, die zusammen einen durchgehenden vollkreiszylindrischen Hohlraum ergeben. Andere, von der Kreisform abweichende Querschnittsformen wie zum Beispiel Rechtecke, Ovale und dergleichen sind mit entsprechend geformten Höhlungen ohne weiteres möglich.
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Den stirnseitigen Abschluss des äußeren Formwerkzeugs 2 bildet auf der einen Seite eine Vorderkappe 11 und auf der gegenüberliegenden Seite eine Hinterkappe 12, die jeweils die gesamte Stirnseite des äußeren Formwerkzeugs 2 überdecken und mittels nicht dargestellter Schrauben mit diesem verspannt sind. In die Vorderkappe 11 ist in der Kontaktfuge zum Unterwerkzeug 3 und Oberwerkzeug 4 eine zur Achse 1 konzentrische kreisscheibenförmige Ausnehmung 13 eingeformt. Zusätzlich ist die Vorderkappe 11 von einem zur Achse 1 koaxialen Zuführkanal 14 durchsetzt, über den der von den Höhlungen 8 und 9 gebildete Hohlraum mit einem Druckmedium 15 wie zum Beispiel Luft oder eine Flüssigkeit beaufschlagt werden kann. Über ein nicht weiter dargestelltes Regelorgan sind dabei Durchflussrate und Druck des Druckmediums 15 einstellbar.
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Die Hinterkappe 12 schließt den durch die Höhlungen 8 und 9 gebildeten Hohlraum auf der gegenüberliegenden Seite ab. An seiner dem Unterwerkzeug 3 und Oberwerkzeug 4 zugeordneten Seite weist die Hinterkappe 12 einen zur Achse 1 konzentrischen Ringkanal 16 auf, dessen Außendurchmesser dem Verlauf der Höhlungen 8 und 9 entspricht. In den Ringkanal 16 mündet ein zur Achse 1 paralleler Zuführkanal 17, über den eine reaktive Polymermatrix 18 injizierbar ist.
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Unterwerkzeug 3, Oberwerkzeug 4, Vorderkappe 11 und Hinterkappe 12 ergeben somit das äußere Formwerkzeug 2, das in seinem Inneren den von den Höhlungen 8 und 9 gebildeten zylindrischen Hohlraum umschließt, dessen Mantelfläche der Außenkontur des herzustellenden Formbauteils entspricht. Im achsnahen Bereich kann dabei der Hohlraum über den Zuführkanal 14 mit einem Druckmedium 15 beaufschlagt werden und im umfangsnahen Bereich über den Zuführkanal 17 und Ringkanal 16 mit einer reaktiven Matrix 18.
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Der von den Höhlungen 8 und 9 gebildete Hohlraum dient zur Aufnahme eines inneren Formwerkzeugs 20, das sich koaxial zur Achse 1 über dessen gesamte Länge erstreckt. Das Formwerkzeug 20 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einem schlauchförmigen Hohlkörper, bei anderen Formbauteilen kann es auch von einem blasenförmigen Hohlkörper gebildet sein.
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Das in den 1 und 2 dargestellte innere Formwerkzeug 20 besteht aus einem Material mit ausreichender Eigenfestigkeit, um im unbelasteten Zustand formstabil seine bestimmungsgemäße Lage innerhalb des äußeren Formwerkzeugs 2 einnehmen zu können. Gleichzeitig ist das Material in der Lage, sich elastisch oder plastisch zu verformen, um bei Beaufschlagung mit Druck oder Wärme eine Volumenzunahme zu erfahren. In diesem Sinne geeignete Materialien sind beispielsweise Elastomere wie Silikone, Kautschuke und dergleichen, die ein elastisches Verformungsverhalten zeigen, oder Thermoplaste, die eine plastische Verformung ermöglichen. Zur Verstärkung oder besonderen Formgebung kann das innere Formwerkzeug 20 in bestimmten Bereichen durch ein Gewebe, Fasern oder Materialaufdopplung verstärkt sein. Bei dünnwandiger Ausbildung der Hohlkörperwand liegt die Wanddicke beispielsweise in einem Bereich von 0,6 mm bis 1,4 mm, vorzugsweise bei 1,0 mm.
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Das der Vorderkappe 11 zugeordnete erste Ende des inneren Formwerkzeugs 20 geht monolithisch in einen Ringflansch 21 über, der formschlüssig in der Ausnehmung 13 der Vorderkappe 11 fixiert ist. Das gegenüberliegende Ende des inneren Formwerkzeugs 20 wird von einer Stirnwand gebildet, die den Hohlkörper dicht abschließt und in axialer Richtung an der Hinterkappe 12 anliegt.
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Der Außendurchmesser des inneren Formwerkzeugs 20 ist geringer als der Außendurchmesser des Hohlraums, so dass sich ein Ringspalt zwischen den Höhlungen 8 und 9 des äußeren Formwerkzeugs 2 und dem Außenumfang des inneren Formwerkzeugs 20 ergibt, der sich über die gesamte Länge des Unter- bzw. Oberwerkzeugs 3, 4 erstreckt und auf diese Weise eine Kavität erzeugt, die der Geometrie des herzustellenden Formbauteils entspricht.
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Aus 1 und insbesondere aus 2 geht hervor, dass entlang des Außenumfangs des inneren Formwerkzeugs 20 zur Achse 1 parallele Fließkanäle 22 verlaufen. Die Anzahl und Art der Anordnung der Fließkanäle 22 sowie deren Geometrie und Querschnittsabmessungen ist abhängig von der Viskosität der Matrix 18, der Länge der maximalen Fließstrecke beim Injektionsvorgang und der Geometrie des Formbauteils. Die erfindungsgemäßen Vorteile treten bereits durch Vorsehen eines Fließkanals 22 ein, bevorzugt ist jedoch die Anordnung von drei oder vier Fließkanälen 22, die gleichmäßig über den Umfang des inneren Formwerkzeugs 20 verteilt sind.
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Die Fließkanäle 22 sind durch einen entsprechenden Verlauf der Wände des inneren Formwerkzeugs 20 gebildet, der konkave Ausbuchtungen in der ansonsten konvex verlaufenden Umfangsgeometrie vorsieht. Im vorliegenden Beispiel besitzen die Ausbuchtungen die Form eines Kreissegments, können aber ebenso einen trapezförmigen oder V-förmigen Querschnitt besitzen. Zur Kavität hin sind die Fließkanäle 22 über ihre gesamte Länge oder einen Teil ihrer Länge offen. An ihrem der Vorderkappe 11 zugeordneten Ende sind die Fließkanäle 22 durch den Ringflansch 21 verschlossen, während sie am gegenüberliegenden Ende frei auslaufen und dort in den Ringkanal 16 münden.
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In Umfangsrichtung sind die Fließkanäle 22 in einheitlichem Umfangsabstand zueinander angeordnet, wodurch Umfangsbereiche entstehen, in denen das innere Formwerkzeug 20 im Wesentlichen der Kavität folgt und dazwischen liegende Umfangsbereiche, die zur Bildung der Fließkanäle 22 in radialem Abstand zur Kavität verlaufen, wodurch sich eine wechselnde Abfolge konvexer Umfangsabschnitte und konkaver Umfangsabschnitte ergibt. Dabei ist die Bogenlänge der konkav verlaufenden Umfangsabschnitte vorzugsweise gleich oder größer der Bogenlänge der konvex verlaufenden Umfangsabschnitte. Die Tangenten im Übergangsbereich zweier derartiger Abschnitte schließen vorteilhafterweise einen stumpfen Winkel ein, das heißt die Fließkanäle 22 besitzen einen gedrungenen Querschnitt, der einer Verformung weniger Widerstand entgegensetzt.
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Zur Stabilisierung des Querschnitts des inneren Formwerkzeugs 20 sind axial verlaufende, elastische Stege 23 vorgesehen, die den Grund bzw. Scheitel des Fließkanals 22 radial nach innen abstützen. Die Stege 23 unterteilen dabei den innerhalb der Wandung des inneren Formwerkzeugs 22 liegenden freien Querschnitt in Kammern 24. Die Kammern 24 erstrecken sich somit über die gesamte Länge des inneren Formwerkzeugs 20 und durchsetzen dabei den Ringflansches 21, so dass deren Beaufschlagung mit dem Druckmedium 15 über den Zuführkanal 14 möglich ist. Am gegenüberliegenden Ende des inneren Formwerkzeugs 20 sind die Kammern 24 durch die bereits erwähnte Stirnwand dicht verschlossen.
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In 3 ist ein Längsabschnitt einer weiteren Ausführungsform eines inneren Formwerkzeugs 20' in einer Schrägansicht dargestellt, wodurch Geometrie und Verlauf der Fließkanäle 22', die ebenfalls von konvexen kreissegmentförmigen Ausbuchtungen im Verlauf des Wandumfangs gebildet sind, deutlich werden. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Querschnitt sind hier nur drei Fließkanäle 22' in einheitlichem Winkelabstand von 120° angeordnet. Die Stege 23' laufen sternförmig vom Scheitel der Fließkanäle 22' zur Achse 1, wodurch eine Aufteilung des inneren freien Querschnitts in drei gleiche Kammern 24' erfolgt. Ansonsten besteht Übereinstimmung mit den Ausführungen zu den 1 und 2.
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In 4 erkennt man eine weitere Ausführungsform eines inneres Formwerkzeug 20'', bei dem im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen die radiale Tiefe der Fließkanäle 22'' kleiner ist als die radiale Dicke der Hohlkörperwand im Bereich ohne Fließkanal 22''. Die Fließkanäle 22'' werden lediglich durch Vertiefungen im Außenumfang des inneren Formwerkzeugs 20'' gebildet, während der vom Hohlkörper umschlossene Innenraum kreisförmige Gestalt besitzt. Somit verläuft der Innenumfang des inneren Formwerkzeugs 20'' unabhängig von dessen Außenumfang. Auf diese Weise variiert die Wanddicke des inneren Formwerkzeugs 20'' über den Umfang, wobei im Bereich der Fließkanäle 22'' durch eine verminderte Wanddicke Materialausdünnungen auftreten, die auf diese Weise Bereiche größerer Elastizität bilden und sich bei radialer Druckbeaufschlagung schneller und weiter dehnen. Hingegen weisen die sich seitlich anschließenden Bereiche eine größere Dicke auf und verleihen dem Querschnittsprofil dadurch insgesamt eine erhöhte Stabilität. Bei einer solchen Ausführungsform kann auf Verstärkungsstege entsprechend den Ausführungsformen gemäß der 1 bis 3 verzichtet werden.
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Bei der in 5 gezeigten alternativen Ausführungsform besitzt das innere Formwerkzeug 20'' einen Vollquerschnitt, das heißt, dass das innere Formwerkzeug 20'' keinen Hohlkörper darstellt. Die Fließkanäle 22'' sind durch Längsausnehmungen in der Umfangsfläche des inneren Formwerkzeugs 20'' gebildet, wie bereits unter 4 beschrieben. Das für das innere Formwerkzeug 20'' verwendete Material zeichnet sich durch einen hohen Temperaturkoeffizienten aus, so dass bei Beaufschlagung des inneren Formwerkzeugs 22'' mit Wärme eine radial nach außen gerichtete Weitung des Umfangs die Folge ist. Dabei werden die Fließkanäle 22'' überdrückt und das innere Formwerkzeug 20'' nimmt über seinen gesamten Umfang einen kreisförmigen Querschnitt an.
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Zur Herstellung eines Formbauteils 10 mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst ein Verstärkungstextil 19 auf das innere Formwerkzeug 20 aufgebracht. Am einfachsten geschieht dies durch Verwendung eines schlauchförmigen Vorformlings, der auf das innere Formwerkzeug 20 aufgeschoben wird. In den 1, 2 und 6 ist das Verstärkungstextil 19 der deutlicheren Darstellung und dem besseren Verständnis wegen nur teilweise gezeigt. Die Einheit aus Verstärkungstextil 19 und innerem Formwerkzeug 22 kann dann in das Unterwerkzeug 3 des offenen äußeren Formwerkzeugs 2 eingelegt werden, das anschließend mit Hilfe des Oberwerkzeugs 4 sowie der Vorderkappe 11 und Hinterkappe 12 geschlossen wird. Dabei kommt der Ringflansch 21 in der Ausnehmung 13 zu liegen und dichtet die Fließkanäle 22 in axialer Richtung gegenüber dem äußeren Formwerkzeug 2 ab.
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Über den Zuführkanal 14 wird in einer ersten niedrigen Druckstufe ein Druckmedium 15, vorzugsweise Druckluft, in die Kammern 24 des inneren Formwerkzeugs 20 geleitet. Die damit einsetzende Weitung des inneren Formwerkzeugs 20 führt dazu, dass die konkaven Umfangsabschnitte des inneren Formwerkzeugs 20 das Verstärkungstextil 19 gegen die Höhlungen 8 und 9 des äußeren Formwerkzeugs 2 drücken. Der Fließquerschnitt der Fließkanäle 22 bleibt während dieser ersten Druckstufe offen. Dieser Zustand ist in den 1 und 2 dargestellt.
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Im nachfolgenden Arbeitsschritt wird über den Zuführkanal 17 die reaktive Polymermatrix 18 zunächst in den Ringkanal 16 injiziert, über den eine gleichmäßige Beschickung der Fließkanäle 22 mit der Matrix 18 erfolgt. Aufgrund des großen Fließquerschnitts der Fließkanäle 22 und des damit einhergehenden niedrigen Strömungswiderstands füllen sich zunächst die Fließkanäle 22, wobei der dabei aufgebrachte Injektionsdruck kleiner ist als der Druck in den Kammern 24 des inneren Formwerkzeugs 20.
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Anschließend wird das innere Formwerkzeug 20 in einer zweiten, höheren Druckstufe mit dem Druckmedium 15 beaufschlagt, was dazu führt, dass die Fließkanäle 22 überdrückt werden. Unter radialer Dehnung der Stege 23 nähern sich dabei auch die konkaven Umfangsabschnitte dem Verstärkungstextil 19 und liegen schließlich an diesem an.
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Infolge der dadurch erzielten Pumpwirkung wird die Polymermatrix 18 aus den Fließkanälen 22 in die Kavität eingepresst und überschüssiges Material in den Ringkanal 16 verdrängt, wodurch ein hoher Faservolumenanteil des fertigen Formbauteils erlangt wird. Wie aus 6 ersichtlich sind in diesem Zustand die Fließkanäle 22 nicht mehr existent.
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Die während des Injektionsvorgangs zu verdrängende Luft wird über Entlüftungsleitungen 25 aus der Kavität abgeleitet. Hierzu sind Stichkanäle durch das Unterwerkzeug 3 und Oberwerkzeug 4 geführt, deren Mündung in die Kavität jeweils in Umfangrichtung mittig zwischen zwei Fließkanälen 22 liegt (1 und 2). Zur Unterstützung des Injektionsvorgangs kann an die Entlüftungsleitungen 25 auch ein Unterdruck angelegt werden.
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Nach Aushärten der reaktiven Polymermatrix 18 kann die Druckbeaufschlagung des inneren Formwerkzeugs 20 beendet, das äußere Formwerkzeug 2 geöffnet und das fertige Formbauteil entnommen werden.
