DE102011056978A1

DE102011056978A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff¬material unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen und Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102011056978A1
Application number: DE102011056978A
Authority: DE
Inventors: Franz-Georg Kind
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (28) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen, wobei das Bauteil (28) wenigstens einen einseitig offenen Hohlraum (30), der von einer Innenfläche (32) begrenzt ist, und wenigstens eine Rippe (18) aufweist, die an der Innenfläche (32) angeformt ist, wobei das Formwerkzeug ein erstes und ein zweites Werkzeugteil (10, 16) aufweist, wobei das erste Werkzeugteil (10) wenigstens ein Formstück (12) und wenigstens einen Expansionskörper (14) aufweist, wobei wenigstens eine Expansionskörper-Seite (22) des Expansionskörpers (14) wenigstens einer Formstück-Fläche (20) des Formstücks (12) zugewandt ist, wobei durch Expandieren des Expansionskörpers (14) die Expansionskörper-Seite (22) wenigstens bereichsweise flächig an die Formstück-Fläche (20) anpressbar ist, wobei das Verfahren die Schritte A bis G umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Formwerkzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen, wobei das Bauteil wenigstens einen einseitig offenen Hohlraum, der von einer Innenfläche begrenzt ist, und wenigstens eine Rippe aufweist, die in dem Hohlraum angeordnet und an der Innenfläche angeformt ist.
Hintergrund der Erfindung
Bauteile der eingangs genannten Art, also Bauteile, die wenigstens einen einseitig offenen Hohlraum aufweisen, der von einer Innenfläche begrenzt ist, und wenigstens eine Rippe aufweisen, die in dem Hohlraum angeordnet und an der Innenfläche angeformt ist, lassen sich in der Regel nur aufwendig durch ein Spritzgießverfahren herstellen. Es ist auch bekannt, ein derartiges Bauteil auch durch Formpressen herzustellen, jedoch ist hierfür in der Regel der Einsatz eines aufwendig zu konstruierenden Formwerkzeugs, das in der Regel mehr als zwei Werkzeugteile umfasst, erforderlich.
Zugrundeliegende Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen anzugeben, das auf einfache und praktische Weise die Herstellung eines Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ermöglicht, welches wenigstens einen einseitig offenen Hohlraum, der von einer Innenfläche begrenzt ist, und wenigstens eine Rippe aufweist, die in dem Hohlraum angeordnet und an der Innenfläche angeformt ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Formwerkzeug weist ein erstes Werkzeugteil auf, welches wenigstens ein Formstück und wenigstens einen Expansionskörper aufweist. Wenigstens eine Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche des Expansionskörpers ist wenigstens einer Formstück-Fläche des Formstücks zugewandt. Durch Expandieren des Expansionskörpers ist die Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche wenigstens bereichsweise oder zur Gänze flächig an die Formstück-Fläche anpressbar und durch den wenigstens einen Expansionskörper und das wenigstens eine Formstück können gemäß Schritt D des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache und praktische Weise eine oder mehrere Rippen ausgebildet werden, und zwar ohne den Einsatz aufwendiger Formwerkzeuge bzw. Formwerkzeuggeometrien.
Zum Anformen der Rippe an die Innenfläche wird das verformbare Kunststoffmaterial der Formteile – die nach dem Anordnen gemäß Schritt B wenigstens bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite und der Formstück-Fläche angeordnet sind – gemäß Schritt F mit dem verformbaren Kunststoffmaterial des Geleges stoffschlüssig verbunden, und zwar durch das verformende Anpressen des Geleges an das Formstück und den expandierten Expansionskörper in Schritt E. In dem Schritt E erfolgt durch das verformende Anpressen des Geleges die Ausbildung des einseitig offenen Hohlraums, wobei hierbei das Formstück und der expandierte Expansionskörper zusammen die Vaterform des einseitig offenen Hohlraums bilden.
Da in Schritt B die Teilanzahl der Formteile – wobei die Teilanzahl insbesondere auch eins betragen kann – insbesondere auch nur bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche und der Formstück-Fläche angeordnet werden können, kann ein Teilbereich wenigstens eines Formteils der Teilanzahl nach dem Ausbilden des Geleges aus den weiteren Formteilen gemäß Schritt B einen Kontakt zu dem Gelege aufweisen, wodurch eine gute Anformung der wenigstens einen Rippe an die Innenfläche durch das stoffschlüssige Verbinden möglich ist. Die Anformung an die Innenfläche bzw. Hohlraumfläche kann erfindungsgemäß auch dadurch realisiert werden, dass beim verformenden Anpressen der Formteile sich wenigstens ein Materialstück aus dem faserverstärktem Kunststoffmaterial der Teilanzahl außerhalb des Bereichs bzw. Gebietes zwischen der Expansionskörper-Seite und der Formstück-Fläche ausbildet bzw. bei dem verformenden Anpressen in Schritt D aus diesem Bereich bzw. Gebiet herausgedrückt wird. Dieses Materialstück wird dann durch das verformende Anpressen in Schritt E mit dem Gelege zum Anformen der Rippe stoffschlüssig verbunden.
Insgesamt gesehen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache und praktische Weise die Herstellung eines Bauteils mit wenigstens einer an einer Innenfläche bzw. Hohlraumfläche des Bauteils angeformten Rippe durch Formpressen möglich. Im Unterschied zu den bekannten Lösungen kann bei einer Herstellung durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft von dem Einsatz von aufwendig konstruierten Formwerkzeugen zum Formpressen, die mehr als zwei Werkzeugteile umfassen können, abgesehen werden.
Durch die Benennung der Schritte mit den Buchstaben A bis G wird keine Bindung bzw. ausschließliche Bindung an eine zeitliche Reihenfolge verfolgt. Die Buchstaben dienen lediglich der Benennung bzw. Kennzeichnung der Schritte. So kann Schritt A vor Schritt B aber auch während des Schritts B vorgenommen werden. Das Schließen des Formwerkzeugs in Schritt C erfolgt nach Schritt B. Die Schritte D, E und F werden nach Schritt C vorgenommen, wobei Schritt E nach Schritt D erfolgt, und wobei Schritt F – also das Anformen der Rippen durch das stoffschlüssige Verbinden – einen sich beim Ausführen des Schritts E ergebenden Schritt bzw. Verfahrensschritt darstellt. Oder in anderen Worten: Bei dem Verformenden Anpressen des Geleges an das Formstück und den expandierten Expansionskörper wird Kunststoffmaterial der Formteile, die wenigstens bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite und der Formstück-Fläche angeordnet sind, mit Kunststoffmaterial des Geleges stoffschlüssig verbunden, und zwar zum Anformen der Rippe an der Innenfläche bzw. Hohlraumfläche.
In den Schritten D und E wird durch das verformende Anpressen der Formteile bzw. des Geleges das Kunststoffmaterial der Formteile verformt und ferner bilden sich durch das Verformen auch stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Formteilen bzw. zwischen den Kunststoffmaterialien der Formteile.
Nach den Schritten D, E und F erfolgt in Schritt G das Aushärten und/oder Erstarren lassen des Bauteils und die Entnahme des Bauteils aus dem Formwerkzeug. Das Aushärten und/oder Erstarren lassen kann insbesondere auch durch Abkühlen des Bauteils vorgenommen werden.
In Schritt B erfolgt insbesondere auch das Ausbilden des Geleges aus den weiteren Formteilen der Mehrzahl von Formteilen auf dem Formstück und dem Expansionskörper. Zum Ausbilden des Geleges können die flächigen Formteile aufeinandergelegt und/oder aneinander gelegt und/oder nebeneinandergelegt werden.
Neben dem Anpressen des oder der Formteile an die Formstück-Fläche kann durch Expandieren des Expansionskörpers auch eine Fixierung des oder der Formteile an dem wenigstens einen Formstück bereitgestellt werden, die insbesondere ein Ergreifen oder Aufnehmen des oder der Formteile ermöglicht, so dass das erste Werkzeugteil vorteilhaft auch als Greifarm eingesetzt werden kann.
Bevorzugt ist das Kunststoffmaterial der Formteile ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, und das thermoplastische Kunststoffmaterial der Formteile wird vor Schritt (B) oder vor Schritt (C) durch Erwärmen der Formteile in einen fließfähigen Zustand überführt. In dem fließfähigen Zustand ist das thermoplastische Kunststoffmaterial gut verformbar und es können stoffschlüssige Verbindungen zwischen den einzelnen Formteilen gut ausgebildet werden. Das Kunststoffmaterial der Formteile kann auch ein duroplastisches Kunststoffmaterial sein, wobei dem duroplastischen Kunststoffmaterial in Schritt G zum Aushärten des Bauteils ein Vernetzer bzw. ein Vernetzungsstoff zugeführt wird bzw. wobei das duroplastische Kunststoffmaterial mit dem Vernetzer in Kontakt gebracht wird.
Die Faserverstärkung des Kunststoffmaterial kann bevorzugt bereichsweise oder vollständig aus Endlosfasern bestehen, welche unidirektional ausgerichtet oder als Gewebe ausgebildet sein können. Die Faserverstärkung kann durch Glasfasern, Karbonfasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Mineralfasern, Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen, Metallfasern und/oder durch Polymerfasern gebildet sein. Das thermoplastische Kunststoffmaterial kann Polyamid (PA), insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), POM (Polyoxymethylen), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethylenterephthalat (PET), vergleichbare Technische- oder Hochtemperatur-Kunststoffmaterialien oder Kombinationen der vorgenannten Kunststoffmaterialien umfassen. Ein duroplastisches Kunststoffmaterial kann Aminoplaste, Phenoplaste, Epoxidharze, vernetzte Polyacrylate, Polyurethane und weitere vernetzbare Polymere umfassen.
Es kann insbesondere eine Anordnung von Formstücken und eine Anordnung von Expansionskörpern vorgesehen sein, wobei die Anordnung von Formstücken ein oder mehrere Formstücke umfasst, wobei die Anordnung von Expansionskörpern einen oder mehrere Expansionskörper umfasst, und wobei die Anordnung von Formstücken zum Ausbilden einer Mehrzahl von Rippen eine Mehrzahl von Formstück-Flächen aufweist, wobei jeweils eine der Formstück-Flächen jeweils einer Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche der Anordnung von Expansionskörpern zugewandt ist.
Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zum Ausbilden eines Verrippungselements aus wenigstens zwei miteinander verbundenen und zueinander geneigten Rippen (bzw. winkelig zueinander angeordneten Rippen) wenigstens zwei im wesentlichen ebene Formstück-Flächen bzw. wenigstens zwei ebene Formstück-Flächen vorgesehen, die zueinander geneigt sind (bzw. winkelig zueinander angeordnet sind), wobei die Formstück-Flächen an wenigstens einem oder mehreren Formstücken ausgebildet sind, und wobei zum Ausbilden des Verrippungselements wenigstens ein Expansionskörper mit wenigstens zwei Expansionskörper-Seiten bzw. Expansionskörper-Flächen vorgesehen ist, wobei jeweils eine Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche einer der Formstück-Flächen zugewandt ist. Mit dieser praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf einfache und praktische Weise die Herstellung eines Bauteils mit einem an einer Innenfläche bzw. Hohlraumfläche angeformtem Verrippungselement möglich.
Zum Ausbilden eines zickzackförmigen Verrippungselements aus drei oder vier oder mehr miteinander verbundenen Rippen – wobei bei dem zickzackförmigen Verrippungselement jeweils zwei aneinander angrenzende Rippen zueinander geneigt bzw. winkelig zueinander angeordnet sind – können bei dieser praktischen Ausführungsform drei oder vier oder mehr im wesentlichen ebene Formstück-Flächen vorgesehen sein, wobei jeweils zwei benachbarte oder aneinander angrenzende Formstück-Flächen zueinander geneigt bzw. winkelig zueinander angeordnet sind und eben bzw. im wesentlichen eben ausgebildet sind, und wobei jeweils eine Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche einer der Formstück-Flächen zugewandt ist.
Besonders bevorzugt wird bei dieser praktischen Ausführungsform in Schritt B zwischen den Expansionskörper-Seiten und den Formstück-Flächen ein Formteil angeordnet, das vor dem Anordnen zwischen den Expansionskörper-Seiten und den Formstück-Flächen zu einem Vorformling geformt wird, der eine an die Form des Verrippungselements angepasste Vorform aufweist. Dies ist insbesondere bei der Herstellung einer Vielzahl baugleicher Bauteile von Vorteil, da dadurch dass Anordnen in Schritt B – wobei hier nur ein Formteil in Form des Vorformlings wenigstens bereichsweise zwischen den Expansionskörper-Seiten bzw. Expansionskörper-Flächen und den Formstück-Flächen angeordnet wird, so dass die Teilanzahl hier eins beträgt – infolge der Formanpassung mit nur sehr geringem Aufwand und daher auch sehr schnell durchgeführt werden kann, einhergehend mit einer vorteilhaften Reduzierung der Prozesszeit bzw. Herstellungszeit.
Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform ist das wenigstens eine Formstück beheizbar und Wärme des durch Beheizung erwärmten Formstücks ist auf die Formteile übertragbar. Diese weitere praktische Ausführungsform macht eine sehr wirksame und praktische Erwärmung der Formteile durch Wärmeübertragung auf die Formteile möglich. Insbesondere wenn das Kunststoffmaterial der Formteile ein thermoplastisches Kunststoffmaterial ist, kann das thermoplastische Kunststoffmaterial der Formteile vor Schritt (B) oder vor Schritt (C) durch Erwärmen des wenigstens einen Formstücks sehr gleichmäßig und auch schnell in einen fließfähigen Zustand überführt werden.
Das Beheizen des wenigstens einen Formstücks kann z.B. über ein Wärmeträger-Fluid oder Heizspulen oder auf induktivem Wege erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Expansionskörper eine mit einem Fluid befüllbare elastische Blase, vorzugsweise eine elastische Silikonblase, verwendet. Mir einer mit einem Fluid befüllbaren elastischen Blase kann in Schritt D zum Ausbilden der wenigstens einen Rippe auf praktische Weise ein verformendes Anpressen vorgenommen werden. Eine elastische Blase kann sich ferner vorteilhaft sehr gut an vorgegebene feste Strukturen anpassen. Dies gilt insbesondere z.B. auch für die Anpassung an feste Strukturen des zweiten Werkzeugteils.
Für die Faserverstärkung des Kunststoffmaterials der Formteile sind Kurzfasern und/oder Langfasern und/oder Endlosfasern vorgesehen. Die Faserverstärkung des Kunststoffmaterials bzw. der Formteile wird vorzugsweise durch Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder Carbonfasern, und/oder Aramidfasern und/oder polymeren Fasern, und/oder synthetischen Fasern und/oder aus Fasern von nachwachsenden Rohstoffen gebildet. Ferner kann das faserverstärkte Kunststoffmaterial insbesondere auch ein unidirektionalfaserverstärktes Kunststoffmaterial sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Formwerkzeug zum Formpressen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem ersten und einem zweiten Werkzeugteil, die im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs einander gegenüberliegen, wobei das erste Werkzeugteil wenigstens ein Formstück und wenigstens einen Expansionskörper aufweist, wobei wenigstens eine Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche des Expansionskörpers wenigstens einer Formstück-Fläche des Formstücks zugewandt ist, wobei durch Expandieren des Expansionskörpers die Expansionskörper-Seite bzw. Expansionskörper-Fläche wenigstens bereichsweise oder zur Gänze flächig an die Formstück-Fläche anpressbar ist. Mit dem Formwerkzeug ist vorteilhaft die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, welches auf einfache und praktische Weise die Herstellung eines Bauteil mit wenigstens einer an einer Innenfläche bzw. Hohlraumfläche des Bauteils angeformten Rippe durch Formpressen ermöglicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines ersten Werkzeugteils eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,
2 eine schematische Draufsicht auf das Werkzeugteil der 1,
3 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Werkzeugteils des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,
4 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial,
5 eine schematische Draufsicht auf das Bauteil der 4,
6 eine schematische Schnittdarstellung des Schnitts A-A durch das erste Werkzeugteil (vgl. 2), wobei der Schnitt ein Schnitt durch einen expandierten Expansionskörper und ein Formstück ist, und
7 eine Darstellung des Schnitts A-A (vgl. 2), zusammen mit zwei Formteilen zwischen dem nicht expandierten Expansionskörper und dem Formstück und einem aufgelegten Gelege aus einer Mehrzahl von Formteilen.
Das in 1 und 2 dargestellte erste Werkzeugteil 10 des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs weist ein Formstück 12 und vier Expansionskörper 14 auf. Das Formstück 12 besteht auch einem metallischen Material und jeder der Expansionskörper 14 ist in Form einer mit einem Fluid befüllbaren elastischen Silikonblase ausgebildet. Die 3 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung des zweiten Werkzeugteils 16 des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs. Das erste und das zweite Werkzeugteil 10, 16 des Formwerkzeugs liegen im geschlossen Zustand des Formwerkzeugs einander gegenüber.
Das Formstück 12 und die vier Expansionskörper 14 sind für die Ausbildung von acht Rippen 18 bzw. acht Bauteilelementen 18 (vgl. 4 und 5) des Bauteils 28 (vgl. 4 und 5) vorgesehen, und zwar mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des Formwerkzeugs. Das Formstück 12 weist acht ebene bzw. im Wesentlichen ebene Formstück-Flächen 20 auf, wobei jeweils eine Expansionskörper-Seite 22 bzw. Expansionskörper-Fläche 22 eines der Expansionskörper 14 jeweils einer der Formstück-Flächen 20 zugewandt ist.
Nach dem Schließen des Formwerkzeugs gemäß Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in Schritt D des erfindungsgemäßen Verfahrens das Ausbilden der acht Rippen 18 des Bauteils durch verformendes Anpressen der Teilanzahl von flächigen Formteilen 24 aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial – die zuvor in Schritt B hier bereichsweise zwischen den Expansionskörper-Seiten 22 und den diesen zugewandten Formstück-Flächen 20 angeordnet worden sind – an die jeweiligen Formstück-Flächen 20 durch Expandieren der Expansionskörper 14, wobei die Expansionskörper 14 zum Expandieren mit Fluid bzw. weiterem Fluid aufgefüllt werden (in den Figuren nicht näher veranschaulicht).
Das Ausbilden des einseitig offenen Hohlraums 30 des Bauteils 28 erfolgt gemäß Schritt E des erfindungsgemäßen Verfahrens durch verformendes Anpressen des Geleges – das Gelege wurde zuvor in Schritt B auf dem Formstück 12 und den Expansionskörpern 14 aus den weiteren Formteilen 24 der in Schritt A des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellten Mehrzahl von flächigen Formteilen 24 ausgebildet – an das Formstück 12 und die expandierten Expansionskörper 14 durch das in 3 dargestellte zweite Werkzeugteil 16, welches in Form einer Matrize bzw. Mutterform ausgebildet ist. Das Formstück 12 und die expandierten Expansionskörper 14 bilden hierbei zusammen die Vaterform für den einseitig offenen Hohlraum 30 des Bauteils. Zum Ausbilden des Geleges in Schritt B wurden die Formteile 24 aufeinandergelegt und aneinander gelegt.
Die 4 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Bauteils 28, und zwar unter Verwendung des Formwerkzeugs, welches das erste Werkzeugteil 10 (vgl. 1 und 2) und das zweite Werkzeugteil 16 (vgl. 3) umfasst. Das in Form eines Kreuzes ausgebildete Bauteil 28 aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial weist einen einseitig offenen Hohlraum 30 auf, der von einer Innenfläche 32 bzw. einer Hohlraumfläche 32 begrenzt ist. Ferner weist das Bauteil 28 acht Rippen 18 bzw. acht Bauteilelemente 18 auf, wobei jeweils zwei Rippen 18 miteinander verbunden sind und ein Verrippungselement 34 ausbilden. Die 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf das in 4 dargestellte Bauteil 28.
Die 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Schnitts A-A durch das erste Werkzeugteil 10 (vgl. 2), wobei der Schnitt ein Schnitt durch einen expandierten Expansionskörper 14 und ein Formstück 12 ist. Die 7 zeigt den Schnitt A-A zusammen mit zwei Formteilen 24 zwischen dem nicht expandierten Expansionskörper 14 und dem Formstück 12 und einem aufgelegten Gelege 26 aus einer Mehrzahl von Formteilen 24.
Die 6 und 7 und dienen der Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen der Schritte B und D bis F des erfindungsgemäßen Verfahrens. So zeigt die 7 den Zustand nach der Durchführung des Schritts B des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel von zwei Formteilen 24, die in Schritt B bereichsweise zwischen dem Formstück 12 und dem Expansionskörper 14 bzw. zwischen der Formstück-Fläche 20 und der Expansionskörper-Seite 22 bzw. der Expansionskörper-Fläche 22 angeordnet wurden und am Beispiel eines Geleges 26 aus mehreren Formteilen 24, das auf dem Formstück 12 und unter anderem auch auf dem in dieser Schnittdarstellung gezeigten Expansionskörper 14 ausgebildet bzw. ausgebildet und aufgelegt wurde.
Nach dem Schließen des Formwerkzeugs gemäß Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in Schritt D das Ausbilden der Rippen 18 des Bauteils 28, wobei die in der 4 hinterste Rippe durch verformendes Anpressen der beiden Formteile 24 (also einem Anpressen, bei dem die Formteile verformt werden) an die in 6 und 7 gezeigte Formstück-Fläche 20 durch Expandieren des in 6 und 7 gezeigten Expansionskörpers 14 ausgebildet wird. Der expandierte Zustand ist in 6 veranschaulicht.
In Schritt E erfolgt das Ausbilden des einseitig offenen Hohlraums 30 des Bauteils 28 durch verformendes Anpressen des Geleges 26 an das Formstück 12 und die Expansionskörper 14 durch das zweite Werkzeugteil 16 bzw. unter Verwendung des zweiten Werkzeugteils 16, mit welchem das Gelege 26 an das Formstück 12 und die Expansionskörper 14 unter Aufwendung einer Druckkraft gepresst wird. Das Anformen der Rippen 18 an die Innenfläche 32 bzw. Hohlraumfläche 32 erfolgt in Schritt F durch stoffschlüssiges Verbinden von Kunststoffmaterial der zwei Formteile 24 mit Kunststoffmaterial des Geleges 26, und zwar durch das verformende Anpressen des Geleges 26 an das Formstück 12 und die expandierten Expansionskörper 14 in Schritt E. Die zwei Formteile 24 sind hierfür bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite 22 bzw. Expansionskörper-Fläche 22 und der Formstück-Fläche 20 angeordnet, wobei Teilbereiche bzw. Endbereiche 35 der zwei Formteile 24 zum Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung einen Kontakt zu dem Gelege 26 aufweisen, wie in 7 veranschaulicht.
Alternativ kann die Anformung an die Innenfläche 32 bzw. Hohlraumfläche 32 auch dadurch realisiert werden, dass beim verformenden Anpressen der flächigen Formteile 24 sich wenigstens ein Materialstück aus dem faserverstärktem Kunststoffmaterial der beiden flächigen Formteile 24 außerhalb des Bereichs bzw. Gebietes zwischen der Expansionskörper-Seite 22 bzw. Expansionskörper-Fläche 22 und der Formstück-Fläche 20 ausbildet bzw. bei dem verformenden Anpressen in Schritt D aus diesem Bereich bzw. Gebiet herausgedrückt wird. Dieses Materialstück wird dann durch das verformende Anpressen in Schritt E mit dem Gelege 26 zum Anformen der Rippe 18 stoffschlüssig verbunden. Bei dieser alternativen Anformmöglichkeit wären die beiden Formteile 24 vor dem Anpressen nicht nur bereichsweise sondern zur Gänze zwischen der Expansionskörper-Seite 22 bzw. Expansionskörper-Fläche 22 und der Formstück-Fläche 20 angeordnet.
Bezugszeichenliste

10: erstes Werkzeugteil
12: Formstück
14: Expansionskörper
16: zweites Werkzeugteil
18: Rippe
20: Formstück-Fläche
22: Expansionskörper-Seite
24: Formteil
26: Gelege
28: Bauteil
30: Hohlraum
32: Innenfläche
34: Verrippungselement
35: Endbereich

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (28) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Formwerkzeugs zum Formpressen, wobei das Bauteil (28) wenigstens einen einseitig offenen Hohlraum (30), der von einer Innenfläche (32) begrenzt ist, und wenigstens eine Rippe (18) aufweist, die in dem Hohlraum (30) angeordnet und an der Innenfläche (32) angeformt ist, wobei das Formwerkzeug mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Werkzeugteil (10, 16) aufweist, die im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs einander gegenüberliegen, wobei das erste Werkzeugteil (10) wenigstens ein Formstück (12) und wenigstens einen Expansionskörper (14) aufweist, wobei wenigstens eine Expansionskörper-Seite (22) des Expansionskörpers (14) wenigstens einer Formstück-Fläche (20) des Formstücks (12) zugewandt ist, wobei durch Expandieren des Expansionskörpers (14) die Expansionskörper-Seite (22) wenigstens bereichsweise flächig an die Formstück-Fläche (20) anpressbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (A) Bereitstellen einer Mehrzahl von flächigen Formteilen (24), wobei jedes der Formteile (24) aus einem faserverstärktem Kunststoffmaterial besteht, (B) wenigstens bereichsweises Anordnen einer Teilanzahl der Formteile (24) zwischen der Formstück-Fläche (20) und der Expansionskörper-Seite (22), die der Formstück-Fläche (20) zugewandt ist, und Ausbilden eines Geleges (26) aus den weiteren Formteilen (24) der Mehrzahl von Formteilen (24) auf dem Formstück (12) und dem Expansionskörper (14), (C) Schließen des Formwerkzeugs, (D) Ausbilden der Rippe (18) des Bauteils durch verformendes Anpressen der Formteile (24), die wenigstens bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite (22) und der Formstück-Fläche (20) angeordnet sind, an die Formstück-Fläche (20) durch Expandieren des Expansionskörpers (14), (E) Ausbilden des einseitig offenen Hohlraums (30) des Bauteils (28) durch verformendes Anpressen des Geleges (26) an das Formstück (12) und den expandierten Expansionskörper (14) durch das zweite Werkzeugteil (16), (F) Anformen der Rippe (18) an der Innenfläche (32) durch stoffschlüssiges Verbinden von Kunststoffmaterial der Formteile (24), die wenigstens bereichsweise zwischen der Expansionskörper-Seite (22) und der Formstück-Fläche (20) angeordnet sind, mit Kunststoffmaterial des Geleges (26) durch das verformende Anpressen des Geleges (26) an das Formstück (12) und den expandierten Expansionskörper (14) in Schritt (E), (G) Aushärten und/oder Erstarren lassen des Bauteils (28) und Entnahme des Bauteils (28) aus dem Formwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Formteile (24) ein thermoplastisches Kunststoffmaterial ist, und dass das thermoplastische Kunststoffmaterial der Formteile (24) vor Schritt (B) oder vor Schritt (C) durch Erwärmen der Formteile (24) in einen fließfähigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Formteile (24) ein duroplastisches Kunststoffmaterial ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von Formstücken (12) und eine Anordnung von Expansionskörpern (14) vorgesehen sind, wobei die Anordnung von Formstücken (12) ein oder mehrere Formstücke (12) umfasst, wobei die Anordnung von Expansionskörpern (14) einen oder mehrere Expansionskörper (14) umfasst, und wobei die Anordnung von Formstücken (12) zum Ausbilden einer Mehrzahl von Rippen (18) eine Mehrzahl von Formstück-Flächen (20) aufweist, wobei jeweils eine der Formstück-Flächen (20) jeweils einer Expansionskörper-Seite (22) der Anordnung von Expansionskörpern (14) zugewandt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden eines Verrippungselements (34) aus wenigstens zwei miteinander verbundenen und zueinander geneigten Rippen (18) wenigstens zwei im wesentlichen ebene Formstück-Flächen (20) vorgesehen sind, die zueinander geneigt sind, wobei die Formstück-Flächen (20) an wenigstens einem oder mehreren Formstücken (12) ausgebildet sind, und wobei zum Ausbilden des Verrippungselements (34) wenigstens ein Expansionskörper (14) mit wenigstens zwei Expansionskörper-Seiten (22) vorgesehen ist, wobei jeweils eine Expansionskörper-Seite (22) einer der Formstück-Flächen (20) zugewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) zwischen den Expansionskörper-Seiten (22) und den Formstück-Flächen (20) ein Formteil (24) angeordnet wird, das vor dem Anordnen zwischen den Expansionskörper-Seiten (22) und den Formstück-Flächen (20) zu einem Vorformling geformt wird, der eine an die Form des Verrippungselements (34) angepasste Vorform aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Formstück (12) beheizbar ist, und dass Wärme des durch Beheizung erwärmten Formstücks (12) auf die Formteile (24) übertragbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Expansionskörper (14) eine mit einem Fluid befüllbare elastische Blase, vorzugsweise eine elastische Silikonblase, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Faserverstärkung des Kunststoffmaterials der Formteile (24) Kurzfasern und/oder Langfasern und/oder Endlosfasern vorgesehen sind.
Formwerkzeug zum Formpressen zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem ersten und einem zweiten Werkzeugteil (10, 16), die im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs einander gegenüberliegen, wobei das erste Werkzeugteil (10) wenigstens ein Formstück (12) und wenigstens einen Expansionskörper (14) aufweist,
wobei wenigstens eine Expansionskörper-Seite (22) des Expansionskörpers (14) wenigstens einer Formstück-Fläche (20) des Formstücks (12) zugewandt ist, wobei durch Expandieren des Expansionskörpers (14) die Expansionskörper-Seite (22) wenigstens bereichsweise flächig an die Formstück-Fläche (20) anpressbar ist.