-
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Negativform für ein solches Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
-
Zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen sind aus dem Stand der Technik kontinuierliche Strangziehverfahren sowie diskontinuierliche Pressverfahren bekannt. Strangziehverfahren werden auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise beim Strangziehen von faserverstärkten Bauteilen ergibt sich aus 1. So zeigt 1, dass in einem ersten Schritt 10 auf Spulen 11 bereitgehaltene Fasern 12 von den Spulen 11 abgezogen und in einem nachfolgenden Schritt 13 mit einem Imprägnierwerkstoff 14, z. B. mit Harz, imprägniert werden. Die imprägnierten Fasern 15 werden in einem Schritt 16 mit einem Vorformwerkzeug 17 vorausgerichtet und in einem nachfolgenden Schritt 18 mithilfe eines eine Negativform für die herzustellenden Bauteile umfassenden Strangziehwerkzeugs 19 endgeformt, nämlich unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs.
-
Hierzu ist nach dem Stand der Technik die Negativform des Strangziehwerkzeugs 19 gemäß 1 vorzugsweise in zwei Zonen beheizbar, nämlich in einer ersten Zone, in welcher eine Temperatur T1 herrscht, und in einer zweiten Zone, in welcher eine Temperatur T2 herrscht. In der ersten Zone, in welcher die Temperatur T1 herrscht, werden die imprägnierten und vorausgerichteten Fasern endgeformt und in der zweiten Zone, in welcher die Temperatur T2 herrscht, wird dann der Imprägnierwerkstoff der endgeformten Fasern ausgehärtet.
-
Ein so hergestelltes Profil 21 wird gemäß dem Schritt 20 mithilfe einer Zugeinrichtung 22 durch die Bearbeitungsstationen der vorhergehenden Verfahrensschritte 10, 13, 16 und 18 gezogen und einem Schneidwerkzeug 23 zugeführt, um in einem nachfolgenden Schritt 24 vom stranggezogenen Profil 21 durch Schneiden Segmente 25 abzutrennen.
-
Nach dem Stand der Technik erfolgt das Aushärten des Imprägnierwerkstoffs beim Strangziehen unter Verwendung eines beheizbaren Strangziehwerkzeugs bzw. einer beheizbaren, metallischen Negativform desselben. Hierzu wird die metallische Negativform auf eine definierte Temperatur erhitzt, wozu nach dem Stand der Technik ein hoher Energieeintrag erforderlich ist. Dies ist von Nachteil.
-
Ein weiterer Nachteil der Erhitzung einer metallischen Negativform zum Aushärten des Imprägnierwerkstoffs besteht darin, dass die Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs relativ langsam erfolgt, wodurch relativ lange Prozesszeiten bewirkt werden. Dies ist dadurch begründet, dass nach dem Stand der Technik die Erhitzung des Imprägnierwerkstoffs zum Aushärten desselben ausschließlich über den Oberflächenkontakt zur erhitzen Negativform und demnach flächig erfolgt, sodass die Erhitzung und Aushärtung innerer Bereiche des Imprägnierwerkstoffs, die von der Oberfläche der erhitzen Negativform beabstandet sind und nicht unmittelbaren Kontakt zu derselben haben, längere Zeit benötigt.
-
Ähnliche Nachteile ergeben sich dann, wenn faserverstärkte Bauteile durch ein Pressverfahren hergestellt werden, da nach dem Stand der Technik auch bei Pressverfahren zum Aushärten des Imprägnierwerkstoffs der imprägnierten Fasern beheizte, metallische Negativformen zum Einsatz kommen.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges Werkzeug zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff, ein Verfahren zum Herstellen einer Negativform für ein solches Werkzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Negativform zumindest abschnittsweise mikrowellenpermeabel ausgebildet, sodass zur Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs Mikrowellenstrahlung durch die Negativform leitbar ist.
-
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine Negativform, die zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen durch Strangziehen oder durch Pressen zum Einsatz kommt, zumindest abschnittsweise mikrowellenpermeabel auszubilden, sodass zur Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs Mikrowellenstrahlung durch die Negativform leitbar ist. Die Aushärtung des Werkstoffs erfolgt demnach nicht oder nicht ausschließlich durch Erhitzen einer metallischen Negativform, sondern vielmehr zumindest teilweise durch Ausnutzung von Mikrowellenstrahlung, die durch den oder jeden mikrowellenpermeablen Abschnitt der Negativform in das auszuhärtende Bauteil hinein geleitet wird.
-
Die hierdurch ermöglichte Nutzung von Mikrowellenstrahlung zur Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs verfügt über den Vorteil, dass ein geringer Energieeintrag erforderlich ist, wodurch die Energieeffizienz von Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen erhöht werden kann. Weiterhin erfolgt das Aushärten durch Mikrowellenbestrahlung nicht lediglich flächig sondern volumetrisch und damit relativ schnell, wodurch relativ kurze Prozesszeiten gewährleistet werden können.
-
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Negativform vollständig mikrowellenpermeabel, insbesondere keramisch, ausgebildet. Eine derartige Negativform, die vollständig mikrowellenpermeabel ausgebildet ist, kann sowohl bei Strangziehverfahren als auch bei Pressverfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff genutzt werden, insbesondere zur Herstellung von Strukturbauteilen eines Kraftfahrzeugs, deren Oberflächenbeschaffenheit funktional nicht von Bedeutung ist.
-
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein erstes Segment, insbesondere eine obere Hälfte, der Negativform mikrowellenpermeabel, insbesondere keramisch, ausgebildet, wohingegen ein zweites Segment, insbesondere eine untere Hälfte, der Negativform nicht mikrowellenpermeabel, insbesondere metallisch, ausgebildet ist. Eine abschnittsweise mikrowellenpermeable Negativform ist insbesondere zur Verwendung in einem Pressverfahren bei der Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff geeignet. Hiermit sind insbesondere Exterieurbauteile eines Kraftfahrzeugs herstellbar, deren Oberflächenbeschaffenheit aus optischen Gründen von Bedeutung ist. Ein metallisches Segment der Negativform ermöglicht die Bereitststellung von Bauteiloberflächen in sogenannter Class A-Qualität.
-
Vorzugsweise ist das Werkzeug als gegenüber Mikrowellen geschlossenes Werkzeug ausgebildet ist und weist ein äußeres, nicht mikrowellenpermeables, insbesondere metallisches, Gehäuse auf. Dann, wenn das Werkzeug über ein nicht mikrowellenpermeables Gehäuse verfügt, kann sicher gestellt werden, dass bei der Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff keine Mikrowellenstrahlung nach außen gelangt. Dies ist aus Sicherheitsgründen bevorzugt.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der oder jeder Mikrowellengenerator vom jeweiligen mikrowellenpermeablen Abschnitt der Negativform thermisch entkoppelt. Dann, wenn der jeweilige mikrowellenpermeable Abschnitt der Negativform vom jeweiligen Mikrowellengenerator thermisch entkoppelt ist, kann sicher gestellt werden, dass der jeweilige Mikrowellengenerator keinen unzulässig hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Hierdurch kann eine Überhitzung des jeweiligen Mikrowellengenerators vermieden werden, was insbesondere bei kontinuierlich arbeitenden Strangziehverfahren von Vorteil ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Negativform für ein Werkzeug, welches dem Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff dient, ist in Patentanspruch 11 definiert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff ist in Patentanspruch 14 definiert.
-
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen im Strangziehverfahren;
-
2 eine schematisierte Darstellung eines ersten, beim Strangziehen einsetzbaren erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff;
-
3 eine schematisierte Vorgehensweise beim Herstellen einer Negativform für ein Werkzeug, welches dem Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff dient;
-
4 eine schematisierte Darstellung eines zweiten, beim Pressen einsetzbaren erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff; und
-
5 eine schematisierte Darstellung eines dritten, ebenfalls beim Pressen einsetzbaren erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff.
-
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff, welches insbesondere beim Strangziehen oder Pressen zum Einsatz kommen kann. Ein solches Werkzeug verfügt über eine Negativform für das herzustellende Bauteil, in welcher ein Werkstoff des Bauteils, zum Beispiel mit Harz imprägnierte Fasern wie zum Beispiel Glasfasern oder Kohlefasern, unter Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs formbar sind.
-
Im Sinne der Erfindung ist die Negativform eines solchen Werkzeugs zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff zumindest abschnittsweise mikrowellenpermeabel ausgebildet, sodass zur Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs Mikrowellenstrahlung durch die Negativform leitbar ist, um durch Mikrowellenbestrahlung den Imprägnierwerkstoff volumetrisch zu erhitzen und so auszuhärten. Die Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs eines herzustellenden Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff durch Mikrowellenstrahlen verfügt über den Vorteil, dass relativ wenig Energie zur Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs benötigt wird und dass die Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs relativ schnell erfolgt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug lässt sich demnach die Energieeffizienz bei der Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff steigern, weiterhin können Prozesszeiten verkürzt werden.
-
2 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs 26 zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei es sich bei dem in 2 gezeigten Werkzeug 26 um das Strangziehwerkzeug 19 der 1 handeln kann, welches also zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff über ein kontinuierliches Strangziehverfahren verwendet werden kann.
-
Gemäß 2 umfasst das Werkzeug 26 eine Negativform 27, die im Ausführungsbeispiel der 2 vollständig mikrowellenpermeabel ist, wobei außen anschließend an die mikrowellenpermeable Negativform 27 Mikrowellengeneratoren 28 positioniert sind. Über die Mikrowellengeneratoren 28 wird Mikrowellenstrahlung erzeugt, die durch die mikrowellenpermeable Negativform 27 hindurch in Richtung auf das herzustellende Profil 21 gerichtet werden kann, um so im Bereich des Werkzeugs 26 den Imprägnierwerkstoff volumetrisch zu erhitzen und so auszuhärten.
-
Dabei können die in 1 gezeigten Temperaturzonen T1 und T2 im Werkzeug 26 dadurch realisiert werden, dass über die axiale Erstreckung der Negativform 27 gesehen Mikrowellenstrahlung mit unterschiedlicher Leistung bereitgestellt wird.
-
Um eine Erwärmung bzw. Überhitzung der Mikrowellengeneratoren 28 im Betrieb zu vermeiden, werden die Generatoren 28 von der Negativform 27 thermisch entkoppelt, vorzugsweise können die Mikrowellengeneratoren 28 aktiv gekühlt werden, z. B. über eine Luftkühlung oder Wasserkühlung.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug 26 ein nicht mikrowellenpermeables Gehäuse 29 aufweist, um so ein gegenüber Mikrowellenstrahlung geschlossenes Werkzeug 26 auszubilden. Über den oder jeden Mikrowellengenerator 28 erzeugte Mikrowellenstrahlung erlangt demnach ausschließlich nach innen in Richtung auf den auszuhärtenden Imprägnierwerkstoff des durch Strangziehen herzustellenden Profils 21 und nicht nach außen in die Umgebung.
-
Das Gehäuse 29 ist vorzugsweise allseits geschlossen und verfügt beim Strangziehen lediglich über einen Einlass 30 für ein noch auszuhärtendes Profil 21 und einen Auslass 31 für das bereits ausgehärtete Profil 21.
-
Die mikrowellenpermeable Negativform 27 bzw. der oder jeder mikrowellenpermeable Abschnitt der Negativform 27 ist vorzugsweise auf Keramikbasis oder Hochtemperaturpolymerbasis. Die Negativform 27 ist demnach einerseits mikrowellenpermeabel und anderseits beständig gegenüber hohen Temperaturen. Ferner unterliegt dieselbe bei Temperaturänderungen nur einem minimalen Schrumpf bzw. einer minimalen Ausdehnung.
-
Vorzugsweise sind in eine Keramikmatrix oder die Polymermatrix des oder jedes mikrowellenpermeablen Abschnitts der Negativform 27 Verstärkungsfasern und/oder Nanopartikel eingebettet.
-
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Werkzeugs, in welcher der oder jeder mikrowellenpermeable Abschnitt der Negativform 27 aus einer Keramikmatrix besteht. Als keramischer Werkstoff kann dabei vorzugsweise Wollastonit zum Einsatz kommen.
-
In die Keramikmatrix, vorzugsweise Wollastonitmatrix, sind zur Verstärkung Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Kohlestofffasern, Aramidfasern oder Borfasern, eingebettet, um die mechanische Stabilität des oder jedes mikrowellenpermeablen Abschnitts der Negativform 27 zu erhöhen.
-
Als Nanopartikel sind vorzugsweise nanoskalige Natriumsilikatpartikel in die Keramikmatrix eingebettet, wobei über die Nanopartikel das Gefüge der keramischen, mikrowellenpermeablen Negativform 27 bzw. des oder jedes mikrowellenpermeablen Abschnitts derselben verbessert werden kann. So kann durch die Zugabe bzw. Einbettung nanoskaliger Natriumsilikatpartikel in die Keramikmatrix eine homogene und porenfreie Struktur des oder jedes mikrowellenpermeablen Abschnitts der Negativform 27 gewährleistet werden, wodurch die Druckfestigkeit desselben verbessert werden kann. Gleichzeitig kann hierdurch die Rauigkeit der Oberfläche der Negativform 27 bzw. des oder jedes mikrowellenpermeablen Abschnitts derselben minimiert werden, wodurch die Entformbarkeit eines herzustellenden Bauteils aus der Negativform 27 verbessert werden kann.
-
Anstelle oder zusätzlich zu den nanoskaligen Natriumsilikatpartikeln können auch nanoskalige Kohlenstoffpartikel, Eisenoxidpartikel, Lithiumoxidpartikel, Aluminiumoxidpartikel, Siliziumpartikel oder Siliziumnitridpartikel in die Keramikmatrix aus Wollastonit eingebettet sein.
-
Insbesondere dann, wenn nanoskalige Aluminiumoxidpartikel in die mikrowellenpermeable Negativform 27 eingebettet sind, kann durch die Mikrowellenbestrahlung die Negativform 27 auch selbst erhitzt werden. In diesem Fall erfolgt dann eine volumetrische Erhitzung und Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs über die Mikrowellenstrahlung und zusätzlich eine flächige Erhitzung und Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs über Kontakt mit der Oberfläche der erhitzen Negativform. Eine solche Ausgestaltung der Negativform 27, in welcher dieselbe selbst mikrowellenaktiv ist, ist besonders bevorzugt.
-
In einem konkreten Ausführungsbeispiel weist der keramische, mikrowellenpermeable Negativform 27 bzw. der oder jeder mikrowellenpermeable Abschnitts derselben folgende Zusammensetzung auf: 50 Vol-% bis 95 Vol-%, vorzugsweise 70 Vol-%, Keramikmatrix aus Wollastonit mit eingebetteten, nanoskaligen Aluminiumoxidpartikeln; 50 Vol-% bis 5 Vol-% vorzugsweise 30 Vol-%, Glasfasern.
-
3 verdeutlicht schematisiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Negativform für ein Werkzeug, welches dem Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff dient, nämlich ein Verfahren zur Herstellung einer mikrowellenpermeablen Negativform bzw. eines mikrowellenpermeablen Abschnitts einer Negativform.
-
Bei der Herstellung einer mikrowellenpermeablen Negativform 27 bzw. der Herstellung eines mikrowellenpermeablen Abschnitts einer Negativform werden zunächst gemäß der Schritte 32, 33, 34 und 35 die unterschiedlichen Bestandteile der herzustellenden Negativform bereitgestellt, wobei in einem nachfolgenden Schritt 36 die in den Schritten 32 bis 35 bereitgestellten Bestandteile vermischt werden.
-
In einem konkreten Ausführungsbeispiel sei davon ausgegangen, dass im Schritt 32 als erster Bestandteil für die herzustellende Negativform pulverförmiges Wollastonit bereitgestellt wird.
-
Im Schritt 33 wird als zweiter Bestandteil der Negativform Phosphorsäure und im Schritt 34 als dritter Bestandteil derselben eine nanoskalige Natriumsilikatlösung bereitgestellt.
-
Im Schritt 35 können als Verstärkungsfasern Glasfasern als Bestandteil für die herzustellende, mikrowellenpermeable Negativform bereit gestellt werden.
-
Wie bereits erwähnt, werden die in den Schritten 32 bis 35 bereitgestellten Bestandteile im Schritt 36 vermischt, wobei im Schritt 37 die flüssige, gießfähige Mischung in eine Gussform gefüllt und in der Gussform ausgehärtet wird. Vorzugsweise erfolgt das Mischen in Schritt 36, das Füllen der Gussform und Aushärten der Mischung in Schritt 37 unter Vakuum, um jeglichen Lufteinschluss ins Werkzeugmaterial zu vermeiden.
-
Das Mischen in Schritt 36 erfolgt vorzugsweise unter Vakuum im Vakuummischer für eine Zeitdauer zwischen 1 bis 5 Minuten.
-
Gemäß 3 erfolgt nachfolgend an das Aushärten in Schritt 37 in einem Schritt 38 ein Sintern bzw. Tempern der Negativform, um eine Gefügeverbesserung durch Verschmelzen über die feinen Korngrenzen im Gefüge der Negativform 27 zu gewährleisten. Ein möglicher Sinterschrumpf kann durch Variation des Anteils an nanoskaligem Natriumsilikat eingestellt werden.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können einfach und kostengünstig temperaturbeständige und druckbeständige Negativformen 27 mit hoher Mikrowellenpermeabilität bereitgestellt werden.
-
Das in 2 gezeigte Werkzeug 26 mit einer vollständig mikrowellenpermeablen Negativform 27 findet vorzugsweise beim Strangziehen Verwendung, wobei die Grundzüge des Strangziehens bereits unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden. Zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff erfolgt demnach beim Strangziehen eine volumetrische Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs im Werkzeug 26 unter Mikrowellenstrahlung durch die Negativform 27 hindurch, wobei gegebenenfalls zusätzlich eine flächige Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs durch Kontakt mit der erhitzten Negativform 27 erfolgt.
-
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs 39 zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff, das bei einem Pressverfahren zum Einsatz kommt. Gemäß 4 umfasst das Werkzeug 39 eine Negativform 40 aus zwei Segmenten, nämlich einem eine obere Hälfte 41 der Negativform 40 bereitstellenden Segment und einem eine untere Hälfte 42 der Negativform 40 bereitstellenden Segment, wobei in 4 beide Segmente bzw. Hälften 41, 42 der Negativform 40 mikrowellenpermeabel sind. Demnach ist außen zu beiden Seiten der beiden Hälften 41, 42 der Negativform 40 jeweils ein Mikrowellengenerator 43 positioniert, welcher der Erzeugung bzw. der Bereitstellung von Mikrowellenstrahlung dient, die durch die Negativform 40 hindurch in Richtung auf einen auszuhärten Imprägnierwerkstoff eines herzustellenden Bauteils 44 gerichtet bzw. geleitet werden kann. Die Hälften 41 und 42 der Negativform 40 zusammen mit dem jeweiligen Mikrowellengenerator 43 sind dabei von konventionellen Werkzeugträgern 45 aufgenommen, wobei das als Presse ausgebildete Werkzeug 39 wiederum über ein nicht mikrowellenpermeables Gehäuse 46 verfügt, um so zu vermeiden, dass Mikrowellenstrahlung nach außen gelangt. Beim Pressen des herzustellenden Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff erfolgt demnach die Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs im Werkzeug 39 unter Mikrowellenbestrahlung bzw. wobei in 1 Presskräfte durch Pfeile 47 gezeigt sind.
-
5 zeigt eine schematisierte Darstellung eines weiteren Werkzeugs 48, welches vorzugsweise beim Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff durch Pressen zum Einsatz kommt. In 5 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 eine Negativform 49 des Werkzeugs 48 nicht vollständig mikrowellenpermeabel ausgeführt, sondern vielmehr lediglich abschnittsweise mikrowellenpermeabel ausgebildet, wobei ein Segment 50 der Negativform 49, welches gemäß 5 eine obere Hälfte derselben bildet, mikrowellenpermeabel ist, wohingegen ein Segment 51 der Negativform 49, welches eine untere Hälfte derselben bildet, nicht mikrowellenpermeabel ausgebildet ist. Bei dem nicht mikrowellenpermeablen Segment 51 der Negativform 49 des Werkzeugs 48 der 5 handelt es sich vorzugsweise um eine metallische Hälfte der Negativform 49. Demnach ist in 5 ausschließlich benachbart zur mikrowellenpermeablen Hälfte 50 ein Mikrowellengenerator 52 angeordnet, dem nicht mikrowellenpermeablen Segment 51 der Negativform 59 ist kein derartiger Mikrowellengenerator 52 zugeordnet.
-
Beide Segmente bzw. Hälften 50, 51 der Negativform 49 sind wiederum an einem konventionellen Werkzeugträger 53 eines als Presse ausgebildeten Werkzeugs 48 aufgenommen, wobei das Werkzeug 48 wiederum ein nicht mikrowellenpermeables Gehäuse 54 aufweist.
-
Die mikrowellenpermeablen Segmente 41 und 42 der Negativform 40 des Ausführungsbeispiels der 4 und das mikrowellenpermeable Segment 50 der Negativform 49 des Ausführungsbeispiels der 5 sind in Übereinstimmung zu der Negativform 27 des Ausführungsbeispiels der 2 zusammengesetzt und hergestellt.
-
Beim nicht mikrowellenpermeablen Segment 51 der Negativform 49 des Ausführungsbeispiels der 5 handelt es sich vorzugsweise um ein metallisches Segment. Mit einem solchen metallischen Segment 51 der Negativform 49 können dann Oberflächeneigenschaften bester Güte, so zum Beispiel der Class A-Qualität, bereitgestellt werden, um so Bauteile herzustellen, die in der Kraftfahrzeugtechnik zum Beispiel als Exterieurbauteile Verwendung finden können.
-
Das metallische Segment 51 der Negativform 49 des Ausführungsbeispiels der 5 kann auf konventionelle Art und Weise beheizt werden. In diesem Fall erfolgt dann einerseits ein volumetrisches Erwärmen und Aushärten des Imprägnierwerkstoffs des herzustellenden Bauteils 44 durch Mikrowellenstrahlung und andererseits ein flächiges Erwärmen und Aushärten des Imprägnierwerkstoffs über Kontakt mit dem metallischen Segment 51 der Negativform 49.
-
Wie bereits erwähnt, unterliegt die Negativform 27 bzw. 40 bzw. 49 des jeweiligen Werkzeugs 26 bzw. 39 bzw. 48 vorzugsweise selbst einer Erwärmung, wobei durch die Erwärmung der Negativform die Oberfläche des herzustellenden bzw. auszuhärtenden Bauteils erwärmt wird. Das Innere des herzustellenden bzw. auszuhärtenden Bauteils wird durch die Mikrowellenstrahlung volumetrisch erhitzt.
-
Als Mikrowellenstrahlung kommt insbesondere linear polarisierte Mikrowellenstrahlung zum Einsatz. Solche Mikrowellenstrahlen propagieren die zu härtende Struktur des herzustellenden Bauteils.
-
Es kann gepulste Mikrowellenbestrahlung zum Einsatz kommen mit einer Pulsdauer zwischen 5 Sekunden und 10 Minuten.
-
Als Imprägnierwerkstoffs des herzustellenden Bauteils kann insbesondere ein mikrowellenaktiver Imprägnierwerkstoff wie z. B. Imidazole zum Eisatz kommen.
-
Dann, wenn Pressen zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff zum Einsatz kommt, wird das Werkzeug 39 bzw. 48, insbesondere die Negativform 40 bzw. 49 desselben, mit einem vorzugsweise trockenen, noch nicht imprägnierten Faserbündel, einem sogenannten Faserroving, belegt und das Werkzeug geschlossen. Die Negativform 40 bzw. 49 wird dann vorzugsweise auf eine definierte Temperatur, vorzugsweise durch Mikrowellenbestrahlung und/oder konventionelle Erhitzung, gebracht, und bei dieser Temperatur wird der Imprägnierwerkstoff in das Faserbündel injiziert. Anschließend wird der Imprägnierwerkstoff durch Mikrowellenbestrahlung volumetrisch erhitzt ausgehärtet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schritt
- 11
- Spule
- 12
- Faser
- 13
- Schritt
- 14
- Imprägnierwerkstoff
- 15
- imprägnierte Faser
- 16
- Schritt
- 17
- Vorformwerkzeug
- 18
- Schritt
- 19
- Strangziehwerkzeug
- 20
- Schritt
- 21
- Profil
- 22
- Zugeinrichtung
- 23
- Schneidwerkzeug
- 24
- Schritt
- 25
- Segment
- 26
- Werkzeug
- 27
- Negativform
- 28
- Mikrowellengenerator
- 29
- Gehäuse
- 30
- Einlass
- 31
- Auslass
- 32
- Schritt
- 33
- Schritt
- 34
- Schritt
- 35
- Schritt
- 36
- Schritt
- 37
- Schritt
- 38
- Schritt
- 39
- Werkzeug
- 40
- Negativform
- 41
- Hälfte
- 42
- Hälfte
- 43
- Mikrowellengenerator
- 44
- Bauteil
- 45
- Werkzeugträger
- 46
- Gehäuse
- 47
- Presskraft
- 48
- Werkzeug
- 49
- Negativform
- 50
- Hälfte
- 51
- Hälfte
- 52
- Mikrowellengenerator
- 53
- Werkzeugträger
- 54
- Gehäuse
