DE102012002559A1 - Tool for use in method for manufacturing two covering elements and core element with sandwich composite component, has two tool elements, where former tool element has tool section and another tool section - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.The invention relates to a tool for producing a sandwich composite component according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing a sandwich composite component according to the preamble of patent claim 6.
Ein solches Werkzeug sowie ein solches Verfahren sind aus der
Durch das Pressen werden die Deckschichtelemente und das Kernelement miteinander verbunden und die Deckschichtelemente werden konsolidiert. Die Konsolidierung wird dabei mittels des Werkzeugs weggesteuert definiert. Dies bedeutet, dass die Werkzeugelemente bis auf einen vorgebbaren Abstand aufeinander zu bewegt, d. h. geschlossen werden. Dieser Abstand zwischen den Werkzeugelementen ist bei der Herstellung einer Mehrzahl von Sandwichverbundbauteilen mittels des Werkzeugs stets konstant. Dies bedeutet, dass die Werkzeugelemente in ihrem geschlossenen Zustand stets den gleichen Abstand in der Richtung, in der sie aufeinander zu bewegt werden, voneinander aufweisen.By pressing, the cover layer elements and the core element are joined together and the cover layer elements are consolidated. The consolidation is defined by means of the tool path controlled. This means that the tool elements moved towards each other to a predetermined distance, d. H. getting closed. This distance between the tool elements is always constant in the production of a plurality of sandwich composite components by means of the tool. This means that the tool elements in their closed state always have the same distance in the direction in which they are moved towards each other, from each other.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils bereitzustellen, welche die Realisierung besonders guter, mechanischer Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a tool and a method for producing a sandwich composite component, which enable the realization of particularly good mechanical properties of the sandwich composite component.
Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a tool for producing a sandwich composite component having the features of patent claim 1 and by a method for producing a sandwich composite component having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Zur Realisierung besonders vorteilhafter, mechanischer Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils umfasst erfindungsgemäß wenigstens ein erstes der Werkzeugelemente des Werkzeugs zumindest ein erstes Werkzeugteil und zumindest ein zweites Werkzeugteil. Das zweite Werkzeugteil ist relativ zum ersten Werkzeugteil entlang der Richtung bewegbar. Das zweite Werkzeugteil ist zumindest zum Pressen der Deckschichtelemente und des dazwischen angeordneten Kernelements in wenigstens bereichsweise Stützanlage mit einem korrespondierenden der Deckschichtelemente anordenbar und beim Pressen relativ zum ersten Werkzeugteil und relativ zum zweiten Werkzeugelement vom zweiten Werkzeugelement entlang der Richtung weg bewegbar.In order to realize particularly advantageous mechanical properties of the sandwich composite component, according to the invention at least one first of the tool elements of the tool comprises at least a first tool part and at least one second tool part. The second tool part is movable relative to the first tool part along the direction. The second tool part is at least for pressing the cover layer elements and the core element arranged therebetween in at least partially support system with a corresponding one of the cover layer arranged and movable during pressing relative to the first tool part and relative to the second tool element from the second tool element along the direction away.
Das erfindungsgemäße Werkzeug stellt ein kraftgesteuertes Werkzeugkonzept dar, mittels welchem im Gegensatz zum eingangs geschilderten, weggesteuerten Schließen der Werkzeugelemente ein kraftgesteuertes Schließen und damit Pressen erfolgt. Dadurch erfolgt die Konsolidierung der Deckschichtelemente beim Pressen nicht über den stets konstanten Abstand der aufeinander zu bewegten und geschlossenen Werkzeugelemente voneinander, sondern durch eine auf die Deckschichtelemente und das Kernelement, welche einen Sandwichverbund darstellen, vom zweiten Werkzeugteil wirkende Kraft bzw. einen auf den Sandwichverbund vom zweiten Werkzeugteil wirkenden Druck.The tool according to the invention represents a force-controlled tool concept, by means of which, in contrast to the above-described, path-controlled closing of the tool elements, a force-controlled closing and thus pressing takes place. As a result, the consolidation of the cover layer elements during pressing does not take place over the always constant distance of the mutually moved and closed tool elements from each other, but by a force acting on the cover layer elements and the core element, which form a sandwich composite, from the second tool part force or on the sandwich composite of second tool part acting pressure.
Eine daraus resultierende, auf den Sandwichverbund wirkende Flächenlast bewirkt gegenüber der kraftgesteuerten Herstellung eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils durch eine erhöhte Konsolidierung der Deckschichtelemente. Des Weiteren werden Dickenschwankungen des Kernelements und der Deckschichtelemente durch eine kraft- bzw. druckgesteuerte Anpassung der Höhe des Sandwichverbundbauteils zwischen den Werkzeugelementen ausgeglichen.A resulting surface load acting on the sandwich composite causes an increase in the mechanical properties of the sandwich composite component compared with the force-controlled production due to increased consolidation of the cover layer elements. Furthermore, variations in thickness of the core element and the cover layer elements are compensated by a force- or pressure-controlled adjustment of the height of the sandwich composite component between the tool elements.
Bei einem Übermaß des Kernelements kann hierdurch ein Knittern oder Kollabieren des Kernelements verhindert werden.If the core element is oversized, wrinkling or collapse of the core element can thereby be prevented.
Das zweite Werkzeugteil ist beispielsweise über wenigstens ein Abstützelement, insbesondere ein Federelement, am ersten Werkzeugteil relativ zum ersten Werkzeugteil entlang der Richtung bewegbar abgestützt. Vorzugsweise ist das zweite Werkzeugteil beim Pressen relativ zum ersten Werkzeugteil und relativ zum zweiten Werkzeugelement so lange entlang der Richtung vom zweiten Werkzeugelement weg bewegbar, bis sich am zweiten Werkzeugteil ein Kräftegleichgewicht insbesondere selbständig lediglich infolge des Pressens einstellt, wobei das Kräftegleichgewicht zumindest eine von dem korrespondierenden Deckschichtelement auf das zweite Werkzeugteil entlang der Richtung vom zweiten Werkzeugelement weg wirkende, erste Kraft und eine vom Abstützelement auf das zweite Werkzeugteil entlang der Richtung auf das zweite Werkzeugelement zu wirkende und mittels des Abstützelements vorgebbare, zweite Kraft umfasst. Mit anderen Worten ist die auf das zweite Werkzeugteil wirkende, zweite Kraft und somit der vom zweiten Werkzeugteil auf das korrespondierende Deckschichtelement beim Pressen ausübbare Druck durch entsprechende Ausgestaltung des Abstützelements einstellbar. Dadurch lassen sich besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils infolge einer vorteilhaften Konsolidierung der Deckschichtelemente realisieren.The second tool part is supported, for example via at least one support element, in particular a spring element, movably on the first tool part relative to the first tool part along the direction. Preferably, during pressing, the second tool part is movable relative to the first tool part and relative to the second tool element along the direction away from the second tool element, until an equilibrium of forces, in particular independently, arises on the second tool part solely as a result of the pressing, wherein the equilibrium of forces is at least one of the corresponding one Covering layer element on the second tool part along the direction of the second Tool element away acting, first force and one of the support member on the second tool part along the direction of the second tool element to be acted upon and predetermined by the support member, second force. In other words, the second force acting on the second tool part, and thus the pressure exerted by the second tool part on the corresponding cover layer element during pressing, can be adjusted by a corresponding design of the support element. As a result, it is possible to realize particularly advantageous mechanical properties of the sandwich composite component as a result of advantageous consolidation of the cover layer elements.
Bei dem Abstützelement handelt es sich vorzugsweise um ein Federelement, über welches das zweite Werkzeugteil am ersten Werkzeugteil relativ zum ersten Werkzeugteil bewegbar abgestützt ist. Die vom Federelement auf das zweite Werkzeugteil beim Pressen wirkende Kraft kann somit beispielsweise durch Einstellen oder Auswahl der Federstärke bzw. der Federkonstante des Federelements bedarfsgerecht ausgestaltet werden.The support element is preferably a spring element, via which the second tool part is movably supported on the first tool part so as to be movable relative to the first tool part. The force acting on the second tool part by the spring element during pressing force can thus be configured as required, for example, by adjusting or selecting the spring strength or the spring constant of the spring element.
Infolge der Bewegbarkeit des zweiten Werkzeugteils relativ zum ersten Werkzeugteil des ersten Werkzeugelements und relativ zum zweiten Werkzeugelement vom zweiten Werkzeugelement weg und infolge der dadurch realisierten, kraftgesteuerten Herstellung des Sandwichverbundbauteils kann der Abstand zwischen den zum Pressen aufeinander zu bewegten, d. h. geschlossenen Werkzeugelemente bei einer Mehrzahl von Herstellvorgängen variieren. Diese Variation des Abstands resultiert beispielsweise aus insbesondere fertigungsbedingten Toleranzen der Deckschichtelemente und/oder des Kernelements, insbesondere hinsichtlich ihrer Höhe zwischen den Werkzeugelementen.Due to the movability of the second tool part relative to the first tool part of the first tool element and relative to the second tool element away from the second tool element and as a result of the force-controlled production of the sandwich composite component realized thereby, the distance between the moving towards each other for pressing, d. H. closed tool elements in a plurality of manufacturing operations vary. This variation of the spacing results, for example, in particular manufacturing tolerances of the cover layer elements and / or the core element, in particular with regard to their height between the tool elements.
Infolge der Bewegbarkeit des ersten Werkzeugteils relativ zum zweiten Werkzeugteil und insbesondere relativ zum zweiten Werkzeugelement können die Deckschichtelemente auch bei den geschilderten Toleranzen in einer sehr hohen Qualität und einer sehr hohen Reproduzierbarkeit vorteilhaft konsolidiert werden, was auch bei Auftreten der Toleranzen zu sehr guten mechanischen Eigenschaften der mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs hergestellten Sandwichverbundbauteile führt. Dabei kann insbesondere ein Knittern und/oder ein anderweitiges Stauchen oder Falten des Kernelements bei variierender Dicke bzw. Höhe des Kernelements und damit des Sandwichverbunds infolge der Stützanlage des zweiten Werkzeugteils am Sandwichverbund vermieden werden.Due to the mobility of the first tool part relative to the second tool part and in particular relative to the second tool element, the cover layer elements can be advantageously consolidated even with the described tolerances in a very high quality and a very high reproducibility, which also at the occurrence of tolerances to very good mechanical properties by means of the tool according to the invention produced sandwich composite components. In particular, creasing and / or otherwise compressing or folding the core element with varying thickness or height of the core element and thus of the sandwich composite as a result of the support system of the second tool part on the sandwich composite can be avoided.
Bei den Deckschichtelementen kann es sich um textile Deckschichtelemente handeln, welche beispielsweise ein Vlies, ein Gewebe oder anderweitige Textelemente aufweisen. Insbesondere können die Deckschichtelemente zumindest im Wesentlichen aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sein, wobei der Kunststoff beispielsweise ein Duroplast ist und als Matrix fungiert, in welcher Fasern aufgenommen sind. Der Kunststoff ist beispielsweise Polypropylen. Die Fasern sind beispielsweise als Glasfasern ausgebildet.The cover layer elements may be textile cover layer elements which comprise, for example, a fleece, a woven fabric or other text elements. In particular, the cover layer elements may be at least substantially formed of a fiber-reinforced plastic, wherein the plastic is, for example, a thermosetting plastic and acts as a matrix in which fibers are accommodated. The plastic is for example polypropylene. The fibers are formed, for example, as glass fibers.
Das Kernelement weist beispielsweise eine Wabenstruktur auf. Das Kernelement kann aus Papier, zumindest im Wesentlichen aus Aluminium, aus Kevlar oder aus einem anderweitigen Werkstoff gebildet sein.The core element has, for example, a honeycomb structure. The core element can be made of paper, at least substantially of aluminum, of Kevlar or of another material.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zweite Werkzeugteil zumindest zum Pressen in die wenigstens bereichsweise Stützanlage mit dem korrespondierenden Deckschichtelement angeordnet und infolge einer beim Pressen von dem korrespondierenden Deckschichtelement auf das zweite Werkzeugteil wirkenden Kraft relativ zum ersten Werkzeugteil und relativ zum zweiten Werkzeugelement entlang der Richtung vom zweiten Werkzeugelement weg bewegt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.In the method according to the invention, the second tool part is arranged at least for pressing in the at least partially support system with the corresponding cover layer element and as a result of a force acting on the second tool part by the corresponding cover layer element during pressing force relative to the first tool part and relative to the second tool element along the direction of the second Tool element moved away. Advantageous embodiments of the tool according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
Das zweite Werkzeugteil wird dabei lediglich infolge der Kraft vom zweiten Werkzeugelement weg bewegt, wobei die Kraft eine Reaktionskraft ist infolge des Pressens. Mit anderen Worten wird das zweite Werkzeugteil nicht mittels eines aktiven Stellglieds vom zweiten Werkzeugelement weg bewegt sondern bewegt sich quasi selbstständig als Reaktion des Pressens der korrespondierenden Deckschicht über das zweite Werkzeugteil.The second tool part is thereby moved away only as a result of the force from the second tool element, wherein the force is a reaction force due to the pressing. In other words, the second tool part is not moved away from the second tool element by means of an active actuator, but moves virtually autonomously in response to the pressing of the corresponding cover layer over the second tool part.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Konsolidierung der Deckschichtelemente kraftgesteuert und nicht, wie es herkömmlicherweise vorgesehen ist, weggesteuert. Daraus resultieren besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils aufgrund einer verbesserten Konsolidierung der Deckschichtelemente insbesondere im Vergleich zum weggesteuerten Herstellen des Sandwichverbundbauteils. Darüber hinaus kann ein Knittern und/oder ein anderweitiges Stauchen des Kernelements durch Dickenausgleich des Sandwichverbundbauteils verhindert werden.In the method according to the invention, the consolidation of the cover layer elements is force-controlled and not, as conventionally provided, path-controlled. This results in particularly advantageous mechanical properties of the sandwich composite component due to improved consolidation of the cover layer elements, in particular in comparison to the path-controlled production of the sandwich composite component. In addition, wrinkling and / or otherwise upsetting of the core element by thickness compensation of the sandwich composite component can be prevented.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone, and Feature combinations can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
Das Sandwichverbundbauteil
Zum Herstellen des Sandwichverbundbauteils
Die erste Werkzeughälfte
Nach Anordnen der Deckschichtelement
Infolge des aufeinander zu Bewegens der Werkzeughälften
Bei Auslegung des Federsystems
Unter Berücksichtigung einer projizierten Fläche Apr des Sandwichverbundbauteils
Die auf die projizierte Fläche Apr wirkende Stempelkraft FST setzt sich dabei zusammen aus der Gewichtskraft GST des beweglichen Stempels
Unter Annahme eines proportionalen Verhaltens zwischen Federkraft FF und Federauslenkung ΔLF kann die Anzahl der Federn, die Wahl der jeweiligen Federkonstante DF sowie die erforderliche Federauslenkung berechnet werden.Assuming a proportional behavior between spring force F F and spring deflection .DELTA.L F , the number of springs, the choice of the respective spring constant D F and the required spring deflection can be calculated.
Für die mechanische Beanspruchung des Kernelements
Bei der Herstellung des Sandwichverbundbauteils
Der kraftgesteuerte Schließvorgang der Werkzeughälften
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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