DE102011112137A1 - Molding device for manufacturing plate-shaped composite plastic part, has element connected with tool parts, where fiber semi-finished material positioned in cavity is immovably held relative to tool parts by element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Urformvorrichtung, insbesondere zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffteils, umfassend mindestens zwei Werkzeugteile, zwischen denen eine Kavität zur Aufnahme eines Faserhalbzeugs und eines Matrixmaterials ausgebildet ist, und mindestens ein Element, welches mit einem der Werkzeugteile verbunden ist.The invention relates to a primary shaping device, in particular for producing a fiber composite plastic part, comprising at least two tool parts, between which a cavity for receiving a semi-finished fiber product and a matrix material is formed, and at least one element which is connected to one of the tool parts.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffteils, bei dem in zumindest einem ersten Werkzeugteil ein Faserhalbzeug positioniert wird, zumindest ein weiteres Werkzeugteil eine Kavität bildend mit dem zumindest ersten Werkzeugteil verbunden wird und zugleich Elemente in der Kavität angeordnet werden, die Kavität weiterhin mit einem fließfähigen Matrixmaterial gefüllt wird, wobei sich während des Füllens eine Fließfront einstellt und das Element von dem Matrixmaterial turbulent umströmt wird, und nach Verfestigung des Matrixmaterials das Faserverbundkunststoffteil den Werkzeugteilen entnommen wird.Furthermore, the invention relates to a method for producing a fiber composite plastic part, in which at least one first tool part, a semi-finished fiber is positioned, at least one further tool part forming a cavity is connected to the at least first tool part and at the same time elements are arranged in the cavity, the cavity continues with a flowable matrix material is filled, wherein adjusts a flow front during filling and the element is surrounded by the matrix material turbulent, and after solidification of the matrix material, the fiber composite plastic part is removed from the tool parts.
Urformen umfasst ein breites Spektrum unterschiedlicher Herstellungsverfahren, beispielsweise Injektionsverfahren, Infusionsverfahren und/oder Pressverfahren, insbesondere Spritzpressen oder auch Resin-Transfer-Moulding. Allen gemein ist, dass ein fließfähiger Kunststoff in eine Kavität der Urformvorrichtung eingebracht wird und in dieser zumindest teilweise erstarrt. Die Kavität existiert bei geschlossener Urformvorrichtung, wenn alle Werkzeugteile aneinander anliegen.Archetypes encompass a wide range of different production methods, for example injection methods, infusion methods and / or pressing methods, in particular transfer molding or also resin transfer molding. All have in common that a flowable plastic is introduced into a cavity of the primary shaping device and at least partially solidifies in this. The cavity exists when the primary molding device is closed, when all tool parts abut each other.
Bei der Herstellung eines Faserverbundkunststoffteils werden zur Erhöhung der Festigkeit und der Steifigkeit Fasern in duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe, die sogenannte Matrix, eingebettet. Diese Einbettung ist während des Fertigungsvorgangs ein die Qualität des Faserverbundkunststoffteils bestimmendes Kriterium. Schon kleinste Fehlstellen wie Poren führen zu einer signifikanten Reduzierung der mechanischen Eigenschaften.In the manufacture of a fiber composite plastic part, fibers are embedded in thermosetting or thermoplastic plastics, the so-called matrix, in order to increase the strength and rigidity. This embedding is a criterion determining the quality of the fiber composite plastic part during the manufacturing process. Even the smallest defects such as pores lead to a significant reduction of the mechanical properties.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Matrixwerkstoffes in der Kavität zu erreichen, sind aus der Druckschrift
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Urformvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffteils der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass das Herstellen von Faserverbundkunststoffteilen bei geringem manuellen Aufwand, einer hohen Reproduzierbarkeit des Ergebnisses und zugleich geringem Ausschuss industriell, also mit großen Stückzahlen, möglich ist.Against this background, the invention has the object, a primary molding apparatus and a method for producing a fiber composite plastic part of the type mentioned in such a way that the manufacture of fiber composite plastic parts with low manual effort, high reproducibility of the result and at the same time low rejects industrial, ie with large Quantities, is possible.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Urformvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a primary shaping device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Urformvorrichtung vorgesehen, bei der mittels des Elements ein in der Kavität positioniertes Faserhalbzeug relativ zu den Werkzeugteilen unbeweglich gehalten ist. Dazu ist das Faserhalbzeug in der Kavität zwischen dem Element und einem Werkzeugteil oder einem anderen Element angeordnet. Dabei übt das Element zum Halten des Faserhalbzeugs eine Druckkraft auf das Faserhalbzeug aus. Hierdurch ist es möglich, dass während das Matrixmaterial in und durch die Kavität strömt, die Fasern des Faserhalbzeugs gehalten sind. Ein Verzug der Fasern durch die Strömungskräfte des Matrixmaterials wird minimiert. Das Erzeugen der Druckkraft wird insbesondere dadurch realisiert, dass das Element gegenüber der Kavität ein Übermaß hat. Das Element erhebt sich über das Werkzeugteil, an dem es befestigt ist, höher als die lichte Innenhöhe der Kavität an der Stelle ist.Thus, according to the invention, a primary shaping device is provided in which by means of the element a semifinished fiber product positioned in the cavity is held immovable relative to the tool parts. For this purpose, the semifinished fiber product is arranged in the cavity between the element and a tool part or another element. In this case, the element for holding the semifinished fiber product exerts a compressive force on the semifinished fiber product. This makes it possible that, while the matrix material flows into and through the cavity, the fibers of the semifinished fiber product are held. Warping of the fibers by the flow forces of the matrix material is minimized. The generation of the compressive force is realized in particular in that the element has an excess compared to the cavity. The element rises above the tool part to which it is attached, is higher than the inside clear height of the cavity in the place.
Weiterhin ermöglicht es das Element, dass das Faserhalbzeug prozesssicher vollständig durchtränkt wird. Das Element wird vorzugsweise in Bereichen der Kavität angeordnet, in denen das Matrixmaterial dazu neigt, zu schnell zu strömen. Da das Element hier als Barriere wirkt, wird das Faserhalbzeug im Nutzbereich vollständig und gleichmäßig durchtränkt. Das Element bildet für die Strömung des Matrixmaterials einen Widerstand, eine sogenannte Fließbremse. Das Element ist dazu aus einem elastischen Material gefertigt. Hierdurch wird der Durchfluss des Matrixmaterials durch die Kavität sowohl im Bereich des eingeklemmten Faserhalbzeugs als auch in Bereichen ohne Faserlagen verhindert. Hierdurch bildet sich eine gleichmäßige Fließfront aus, wodurch eine vollständige Durchtränkung des Faserhalbzeugs mit Matrixmaterial prozesssicher und reproduzierbar erfolgt. Im Bereich der Faserklemmung findet darüber hinaus keine Durchtränkung des Faserhalbzeugs statt. Dies ist jedoch für die Herstellung des Faserverbundkunststoffteils nicht weiter relevant, da das Element in einer Verschnittzone außerhalb des Nutzbereichs auf das Faserhalbzeug drückt.Furthermore, it allows the element that the semifinished fiber is completely saturated process reliable. The element is preferably arranged in regions of the cavity in which the matrix material tends to flow too fast. Since the element acts here as a barrier, the semifinished fiber product is completely and uniformly saturated in the working area. The element forms a resistance for the flow of the matrix material, a so-called flow brake. The element is made of an elastic material. As a result, the flow of the matrix material is prevented by the cavity both in the region of the clamped fiber semi-finished product and in areas without fiber layers. This forms a uniform flow front, whereby a complete impregnation of the semifinished fiber with matrix material is process-reliable and reproducible. Moreover, in the field of fiber clamping, there is no impregnation of the semifinished fiber product. However, this is not relevant for the production of the fiber composite plastic part, since the element presses in a blending zone outside the working area on the semi-finished fiber product.
Günstig ist es, dass zumindest eines der Werkzeugteile eine Nut aufweist, in der das Element befestigt ist. Hierdurch wird ein ungewolltes Verrutschen des Elements beim Öffnen und Schließen der Urformvorrichtung verhindert. Das Element ist dabei in der Nut form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Das Element kann als ein Profil beliebigen Querschnitts ausgeführt sein, vorzugsweise ist das Element als ein schlauch- oder stabförmiges Profil mit einem Kreis- oder Rechteckquerschnitt ausgeführt. Derartige Profile sind als Normteile leicht zu beziehen.It is favorable that at least one of the tool parts has a groove in which the element is fastened. As a result, an unwanted slippage of the element during opening and closing of the forming device is prevented. The element is positive and / or non-positive in the groove held. The element can be designed as a profile of any cross-section, preferably, the element is designed as a tubular or rod-shaped profile with a circular or rectangular cross-section. Such profiles are easy to obtain as standard parts.
Das Element ist aus einem elastischen Material hergestellt. Als besonders praktikabel hat sich die Verwendung von Silikon erwiesen, da an diesem Werkstoff nur wenige Arten des Matrixmaterials haften. Die Befestigung des Elements an dem Werkzeugteil ist vorzugsweise lösbar gestaltet. Hierdurch ist es möglich, das Element, insbesondere hinsichtlich Material und/oder Profilform, an das verwendete Faserhalbzeug anzupassen. Auch ein Materialwechsel oder vereinzelt eingebrachte Verstärkungen können ohne einen Wechsel der Elemente erfolgen. Als Faserhalbzeug kommen unter anderem Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Basalt-, Metall- und/oder Textilfasern zum Einsatz. Die Fasern sind beispielsweise lose, gewirkt, gestrickt und/oder gelegt. Als Matrixmaterial bieten sich duroplastische und thermoplastische Kunststoffe wie Epoxidharze, Polyurethane, ungesättigte Polyesterharze, Polyamide und andere an.The element is made of an elastic material. The use of silicone has proven to be particularly practical since only a few types of matrix material adhere to this material. The attachment of the element to the tool part is preferably designed releasably. This makes it possible to adapt the element, in particular with regard to material and / or profile shape, to the semi-finished fiber used. Also, a change of material or occasionally introduced reinforcements can be done without a change of elements. Carbon fiber, glass, aramid, basalt, metal and / or textile fibers are used, inter alia, as semi-finished fiber products. The fibers are, for example, loose, knitted, knitted and / or laid. Thermoplastic and thermoplastic plastics such as epoxy resins, polyurethanes, unsaturated polyester resins, polyamides and others can be used as the matrix material.
Um eine hohe Dichtwirkung zu erzielen, ist es günstig, dass das Element beidseitig an den Werkzeugteilen dichtend anliegt. Dabei wird das Faserhalbzeug gegen ein Werkzeugteil gedrückt und in der Position gehalten. Hierdurch entfällt der Einsatz von Klebebändern zur Fixierung des Faserhalbzeugs an dem Werkzeugteil. Dies hat zum Vorteil, dass der Aufwand für die Reinigung der Werkzeugteile reduziert wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, dass das Element einerseits an einem Werkzeugteil und andererseits an einem weiteren Element dichtend anliegt. Hierdurch ist es möglich, das Faserhalbzeug zwischen zwei Elementen und somit beabstandet von den Oberflächen der Werkzeugteile in der Kavität zu halten.In order to achieve a high sealing effect, it is favorable that the element rests sealingly on both sides of the tool parts. The semi-finished fiber is pressed against a tool part and held in position. This eliminates the use of adhesive tapes for fixing the semi-finished fiber to the tool part. This has the advantage that the cost of cleaning the tool parts is reduced. An advantageous development of the invention is that the element rests sealingly on the one hand on a tool part and on the other hand on a further element. This makes it possible to hold the semifinished fiber product between two elements and thus spaced from the surfaces of the tool parts in the cavity.
Das Matrixmaterial durchströmt die Kavität in der Regel von einer Schmalseite zur anderen Schmalseite. Das Element ist dabei nur über einen Teil der Breite der Kavität erstreckt. Vorzugsweise ist das Element am Rand der Kavität, insbesondere im Verschnittbereich außerhalb des Nutzbereichs angeordnet. Hierdurch können besonders gut die in den Randbereichen mit wenig Faseranteil üblichen Runner, vorlaufende Strömungsfronten des Matrixmaterials, gemindert oder gänzlich verhindert werden.The matrix material usually flows through the cavity from one narrow side to the other narrow side. The element is only over a part of the width of the cavity extends. Preferably, the element is arranged on the edge of the cavity, in particular in the waste area outside the working area. As a result, the runners, leading flow fronts of the matrix material, which are usual in the edge regions with a low proportion of fibers, can be reduced or prevented altogether.
Die Wirkung als Fließbremse ist besonders gut, wenn das Element quer zur Strömungsrichtung des Matrixmaterials orientiert ist. So ist es möglich, die Fließfront des Matrixmaterials gezielt zu steuern und damit eine vollständige Durchtränkung des Faserhalbzeugs sicherzustellen. Dies ist insbesondere bei komplexen Geometrien des Faserverbundkunststoffteils vorteilhaft. Bei einem Faserverbundkunststoffteil mit einer großen Längenausdehnung in Strömungsrichtung sind in Strömungsrichtung des Matrixmaterials mehrere Elemente hintereinander in der Kavität angeordnet. So werden ungetränkte Bereiche im Faserhalbzeug vermieden und der Ausschuss verringert.The effect as a flow brake is particularly good when the element is oriented transversely to the flow direction of the matrix material. Thus, it is possible to control the flow front of the matrix material targeted and thus ensure complete saturation of the semifinished fiber product. This is particularly advantageous for complex geometries of the fiber composite plastic part. In the case of a fiber composite plastic part with a large longitudinal extent in the flow direction, a plurality of elements are arranged behind one another in the cavity in the flow direction of the matrix material. Unwashed areas in the semi-finished fiber are thus avoided and the rejects reduced.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The object is further achieved by a method according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem beim Einbringen des Matrixmaterials in die Kavität das Faserhalbzeug mittels des Elements relativ zu den Werkzeugteilen unverschieblich gehalten wird. Durch die erfindungsgemäße Fließbremse, das Element, ist es einerseits möglich, das Faserhalbzeug, insbesondere beim Einbringen des Matrixmaterials, in Form und Position zu halten. Andererseits ermöglichen es die elastischen Elemente, dass die Fließfront des Matrixmaterials gezielt beeinflusst wird und so eine vollständige Durchtränkung und Einbettung des Faserhalbzeugs in das Matrixmaterial gewährleistet ist. Eines oder mehrere der Elemente werden dabei in Abhängigkeit der Anforderungen, insbesondere bezüglich der Geometrie der Werkzeugteile der Urformvorrichtung und der Eigenschaften der bei Matrixmaterial und Faserhalbzeug verwendeten Materialien, in den Werkzeugteilen angeordnet. Werden am Rand der Kavität mehrere Elemente hintereinander angeordnet, so ist es beispielsweise bei einer komplexen, langgestreckten Geometrie der Kavität möglich, die vor allem in den Randbereichen üblichen Runner zu unterdrücken. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Fließfront über die gesamte Breite der Kavität herbeigeführt. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Elemente hat sich als besonders effektiv erwiesen bei einer Urformvorrichtung, die als ein Plattenwerkzeug zur Herstellung von plattenförmigen Faserverbundkunststoffteilen ausgeführt ist.Thus, according to the invention, a method is provided in which the semifinished fiber product is held immovably relative to the tool parts by means of the element when the matrix material is introduced into the cavity. By means of the flow brake according to the invention, the element, it is possible, on the one hand, to hold the semi-finished fiber product in shape and position, in particular when introducing the matrix material. On the other hand, the elastic elements allow the flow front of the matrix material to be influenced in a targeted manner, thus ensuring complete saturation and embedding of the semifinished fiber product into the matrix material. One or more of the elements are arranged in the tool parts depending on the requirements, in particular with regard to the geometry of the tool parts of the primary shaping device and the properties of the materials used in matrix material and semifinished fiber products. If several elements are arranged one behind the other at the edge of the cavity, it is possible, for example, in the case of a complex, elongated geometry of the cavity, to suppress the runners that are usual in the peripheral areas. As a result, a more uniform flow front over the entire width of the cavity is brought about. The use of the elements according to the invention has proved to be particularly effective in a primary forming device, which is designed as a plate tool for the production of plate-shaped fiber composite plastic parts.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, some of them are shown in the drawing and will be described below. This shows in
An dem Werkzeugteil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Urformvorrichtungarchetype device
- 22
- Werkzeugteiltool part
- 33
- Verteilkanaldistribution channel
- 44
- Kavitätcavity
- 55
- Fließfrontflow front
- 66
- Austritt (Steiger)Exit (Steiger)
- 77
- Fließfrontflow front
- 88th
- Strömungsrichtungflow direction
- 99
- Elementelement
- 1010
- FaserhalbzeugSemi-finished fiber
- 1111
- Faserfreier BereichFiber-free area
- 1212
- Werkzeugteiltool part
- 1313
- ZoneZone
- 1414
- Nutgroove
- 1515
- Pfeilarrow
- 1616
- Breitewidth
- 1717
- Erhebungsurvey
- 1818
- Innenhöheinterior height
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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