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

The tool (10) has two tool elements, where the former tool element has a tool section and another tool section that is moved along the direction relative to the former tool section. The latter tool section is arranged in a support system area corresponding to the covering elements (18,20) that are provided for pressing. The latter tool section, on pressing, is moved away from the latter tool element relative to the former tool section and to the latter tool element. The latter tool section is movably supported by a supporting element, particularly spring element (36).

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 EP 0 894 611 B1 und aus der DE 10 2010 005 456 A1 bekannt. Das herzustellende Sandwichverbundbauteil umfasst wenigstens zwei Decksichtelemente und wenigstens ein zwischen den Deckschichtelementen angeordnetes Kernelement. Das Werkzeug zum Herstellen des Sandwichverbundbauteils umfasst zwei einander gegenüber angeordnete Werkzeugelemente, zwischen welchen beim Herstellen des Sandwichverbundbauteils die Deckschichtelemente und das zwischen den Deckschichtelementen angeordnete Kernelement zumindest teilweise angeordnet werden. Die Decksichtelemente und das Kernelement werden gepresst, indem die Werkzeugelemente entlang einer Richtung aufeinander zu bewegt werden und sich in zumindest bereichsweiser in Stützanlage mit den Deckschichtelementen befinden.Such a tool and such a method are from the EP 0 894 611 B1 and from the DE 10 2010 005 456 A1 known. The sandwich composite component to be produced comprises at least two cover visible elements and at least one core element arranged between the cover layer elements. The tool for producing the sandwich composite component comprises two tool elements arranged opposite one another, between which the cover layer elements and the core element arranged between the cover layer elements are at least partially arranged during the production of the sandwich composite component. The cover elements and the core element are pressed by the tool elements are moved toward each other along a direction and are in at least partially in support system with the cover layer elements.

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:

1 eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs zum kraftgesteuerten Herstellen eines Sandwichverbundbauteils; und 1 a schematic sectional view of a tool for force-controlled production of a sandwich composite component; and

2 eine schematische und teilweise geschnittene Draufsicht eines Sandwichverbundbauteils, welches kraftgesteuert und beispielsweise mittels des Werkzeugs gemäß 1 hergestellt ist. 2 a schematic and partially sectioned plan view of a composite sandwich component, which force controlled and, for example by means of the tool according to 1 is made.

1 zeigt ein Werkzeug 10 zum Herstellen eines Sandwichverbundbauteils 12. Das Werkzeug 10 umfasst ein erstes Werkzeugelement, welches als erste Werkzeughälfte 14 bezeichnet wird. Ferner umfasst das Werkzeug 10 ein zweites Werkzeugelement, welches als zweite Werkzeughälfte 16 bezeichnet wird. 1 shows a tool 10 for producing a sandwich composite component 12 , The tool 10 comprises a first tool element, which serves as a first tool half 14 referred to as. Furthermore, the tool includes 10 a second tool element, which serves as a second tool half 16 referred to as.

Das Sandwichverbundbauteil 12 umfasst ein erstes Deckschichtelement 18 und ein zweites Deckschichtelement 20, welche einander gegenüber angeordnet sind und zwischen welchen ein Kernelement 22 des Sandwichverbundbauteils 12 angeordnet ist. Die Deckschichtelemente 18, 20 und das Kernelement 22 bilden einen Sandwichverbund, welcher zu einer sehr hohen Steifigkeit des Sandwichverbundbauteils 12 sowie zur Realisierung eines nur sehr geringen Gewichts des Sandwichverbundbauteils 12 führt.The sandwich composite component 12 comprises a first cover layer element 18 and a second cover layer element 20 which are arranged opposite to each other and between which a core element 22 of the sandwich composite component 12 is arranged. The cover layer elements 18 . 20 and the core element 22 form a sandwich composite, which leads to a very high rigidity of the sandwich composite component 12 and for the realization of only a very small weight of the sandwich composite component 12 leads.

Zum Herstellen des Sandwichverbundbauteils 12 werden die einander gegenüber angeordneten Werkzeughälften 14, 16 voneinander weg bewegt, d. h. geöffnet. Anschließend werden die Deckschichtelemente 18, 20 und das dazwischen angeordnete Kernelement 22 in eine Werkzeugkavität 24 der zweiten Werkzeughälfte 16 eingelegt. Die Werkzeugkavität 24 ist dabei durch eine Matrize 26 der zweiten Werkzeughälfte 16 gebildet, wobei die Matrize 26 mit einer Fußplatte 28 der zweiten Werkzeughälfte 16 fest verbunden ist.For producing the sandwich composite component 12 become the opposing tool halves 14 . 16 moved away from each other, ie open. Subsequently, the cover layer elements 18 . 20 and the interposed core element 22 into a tool cavity 24 the second tool half 16 inserted. The tool cavity 24 is by a die 26 the second tool half 16 formed, with the die 26 with a foot plate 28 the second tool half 16 is firmly connected.

Die erste Werkzeughälfte 14 umfasst eine Kopfplatte 30 und einen fest bzw. starr mit der Kopfplatte 30 verbundenen Stempelrahmen 32. Darüber hinaus umfasst die erste Werkzeughälfte 14 einen Stempel 34, welcher über ein Federelemente 36 umfassendes Federsystem 38 an der Kopfplatte 30 relativ zur Kopfplatte 30 und relativ zum Stempelrahmen 32 bewegbar abgestützt ist und auf dem Stempelrahmen 32 aufliegt. Darüber hinaus sind Führungsbolzen 40 der ersten Werkzeughälfte 14 vorgesehen, welche eine vertikale Führung des Stempels 34 relativ zur Kopfplatte 30 und relativ zum Stempelrahmen 32 ermöglicht.The first tool half 14 includes a top plate 30 and a fixed or rigid with the top plate 30 connected stamping frame 32 , In addition, includes the first tool half 14 a stamp 34 , which has a spring elements 36 comprehensive spring system 38 on the top plate 30 relative to the top plate 30 and relative to the stamp frame 32 is movably supported and on the stamp frame 32 rests. In addition, guide bolts 40 the first tool half 14 provided, which is a vertical guide of the punch 34 relative to the top plate 30 and relative to the stamp frame 32 allows.

Nach Anordnen der Deckschichtelement 18, 20 und des Kernelements 22 zwischen den Werkzeughälften 14, 16 werden die Werkzeughälften 14, 16 entlang einer Richtung relativ zueinander aufeinander zu bewegt, d. h. geschlossen, indem die erste Werkzeughälfte 14 relativ zur zweiten Werkzeughälfte 16 auf diese zu bewegt wird. Dadurch werden die Deckschichtelemente 18, 20 und das Kernelement 22 gepresst, wobei die Deckschichtelemente 18, 20, welche vorliegend textile Deckschichtelemente 18, 20 sind, konsolidiert und mit dem Kernelement 22, welches vorliegend eine Papierwabenstruktur aufweist, verbunden werden.After arranging the cover layer element 18 . 20 and the core element 22 between the tool halves 14 . 16 become the tool halves 14 . 16 along a direction relative to each other moves towards each other, ie closed by the first mold half 14 relative to the second tool half 16 is moved towards this. As a result, the cover layer elements 18 . 20 and the core element 22 pressed, wherein the cover layer elements 18 . 20 , Which present textile cover layer elements 18 . 20 are, consolidated and with the core element 22 , which in the present case has a paper honeycomb structure can be connected.

Infolge des aufeinander zu Bewegens der Werkzeughälften 14, 16 trifft der Stempel 34 auf das korrespondierenden, erste Deckschichtelement 18 auf, d. h. der Stempel 34 wird in Stützanlage mit dem ersten Deckschichtelement 18 bewegt. Beim Auftreffen des Stempels 34 wird durch das vorgespannte Federsystem 38 eine Druckkraft über den Stempel 34 auf den Sandwichverbund ausgeübt und flächig auf den Sandwichverbund abgeleitet. Bei Bedarf eines mit dem Pressen des Sandwichverbunds einhergehenden Kantenverschlusses des Sandwichverbundbauteils 12 in Randbereichen der Deckschichtelemente 18, 20 kann ein fortschreitendes Schließen der Werkzeughälften 14, 16 im Bereich des beweglichen Stempels 34 durch eine zunehmende Stauchung der Federelemente 36 einen Druckkraftanstieg bewirken. Im Bereich des Stempelrahmens 32 knittert die Wabenstruktur des Kernelements 22 in Randbereichen des Sandwichverbundbauteils 12 vollkommen zusammen, bis eine umlaufende Pinchkante, mit welcher der Stempelrahmen 32 versehen ist, durch den hohen Druck den verblockten Sandwichverbund beschneidet.As a result of moving the tool halves towards each other 14 . 16 the stamp hits 34 to the corresponding, first cover layer element 18 on, ie the stamp 34 is in support system with the first cover layer element 18 emotional. When the stamp hits 34 is due to the preloaded spring system 38 a compressive force on the stamp 34 exerted on the sandwich composite and derived flat on the sandwich composite. If necessary, an edge closure of the composite sandwich component associated with the pressing of the sandwich composite 12 in edge regions of the cover layer elements 18 . 20 may be a progressive closing of the tool halves 14 . 16 in the area of the movable punch 34 by an increasing compression of the spring elements 36 cause a pressure force increase. In the area of the stamp frame 32 wrinkles the honeycomb structure of the core element 22 in edge regions of the sandwich composite component 12 perfectly together until a circumferential Pinchkante, with which the stamp frame 32 is provided by the high pressure pruned the blocked sandwich composite.

Bei Auslegung des Federsystems 38 ist zu berücksichtigen, dass ein wirkender Stempeldruck pST eine Druckfestigkeit der Papierwabenstruktur nicht übersteigt. Die Druckfestigkeit der Papierwabenstruktur wird vorliegend durch σC33 ausgedrückt, so dass sich ergibt: pST ≤ σC33 When designing the spring system 38 It should be noted that an effective stamping pressure p ST does not exceed a compressive strength of the paper honeycomb structure. The compressive strength of the paper honeycomb structure is expressed herein by σ C33 , giving: p ST ≤ σ C33

Unter Berücksichtigung einer projizierten Fläche Apr des Sandwichverbundbauteils 12 und der Druckfestigkeit der Papierwabenstruktur lässt sich eine Maximalkraft FSTmax des beweglichen Stempels 34 auf den Sandwichverbund durch folgende Gleichung bestimmen: FSTmax ≤ Apr·σC33 Taking into account a projected area A pr of the sandwich composite component 12 and the compressive strength of the paper honeycomb structure can be a maximum force F STmax of the movable punch 34 determine the sandwich composite by the following equation: F STmax ≤ A pr σ C33

Die auf die projizierte Fläche Apr wirkende Stempelkraft FST setzt sich dabei zusammen aus der Gewichtskraft GST des beweglichen Stempels 34 und der Summe der einzelnen, wirkenden Federkräfte FF der Federelemente 36 zusammen. Daraus ergibt sich: FST = GST + ΣFF The stamping force F ST acting on the projected area A pr is made up of the weight G ST of the movable punch 34 and the sum of the individual, acting spring forces F F of the spring elements 36 together. This results in: F ST = G ST + ΣF F

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.

Figure 00080001
Figure 00080001

Für die mechanische Beanspruchung des Kernelements 22 kann der Quotient aus wirkendem Stempeldruck und Druckfestigkeit der Papierwabenstruktur als Bewertungsgröße der Beanspruchung der Papierwabenstruktur betrachtet werden. Es ergibt sich:

Figure 00080002
wobei ηD die mechanische Beanspruchung des Kernelements 22 ausdrückt. Hierbei entspricht ein Druckverhältnis von 1 der theoretisch maximalen Druckbeanspruchung des Kernelements 22, wobei eine Beanspruchung größer als 1 zu einem Versagen des Kernelements 22 führt.For the mechanical stress of the core element 22 For example, the quotient of acting stamping pressure and compressive strength of the paper honeycomb structure can be considered as an evaluation value of the stress of the paper honeycomb structure. It follows:
Figure 00080002
where η D is the mechanical stress of the core element 22 expresses. Here, a pressure ratio of 1 corresponds to the theoretical maximum compressive stress of the core element 22 , wherein a stress greater than 1 to a failure of the core element 22 leads.

Bei der Herstellung des Sandwichverbundbauteils 12 mittels des Werkzeugs 10 gemäß 1 erfolgt der Schließvorgang der Werkzeughälften 14, 16 kraftgesteuert und nicht etwa weggesteuert. Beim kraftgesteuerten Schließvorgang wird im Gegensatz zu einem weggesteuerten Schließvorgang eine Konsolidierung der textilen Deckschichtelemente 18, 20 nicht durch einen über mehrere Herstellvorgänge hinweg konstanten Abstand zwischen den Werkzeughälften 14, 16, sondern durch den auf den Sandwichverbund wirkenden Druck definiert. Dies führt zur Realisierung besonders guter mechanischer Eigenschaften des Sandwichverbundbauteils 12 sowie zur Vermeidung eines Knitterns des Kernelements 22 im Bereich des beweglichen Stempels 34 beispielsweise durch variierende Dicken der mittels des Werkzeugs 10 herzustellenden Sandwichverbundbauteile 12.In the production of sandwich composite component 12 by means of the tool 10 according to 1 the closing process of the tool halves takes place 14 . 16 force controlled and not driven away. In the force-controlled closing process, in contrast to a path-controlled closing process, a consolidation of the textile cover layer elements 18 . 20 not by a constant distance between the tool halves across several manufacturing processes 14 . 16 , but defined by the pressure acting on the sandwich composite. This leads to the realization of particularly good mechanical properties of the sandwich composite component 12 and to avoid wrinkling of the core element 22 in the area of the movable punch 34 for example, by varying thicknesses of the tool 10 Sandwich composite components to be produced 12 ,

2 zeigt ein Sandwichverbundbauteils 12, welches mittels eines kraftgesteuerten Schließvorgangs der Werkzeughälften 14, 16 und somit beispielsweise mittels des Werkzeugs 10 gemäß 1 hergestellt ist. Bei dem Sandwichverbundbauteil 12 gemäß 2 handelt es sich beispielsweise um ein Innenverkleidungsteil eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das Kernelement 22 weist vorliegend eine Wabenstruktur mit einer bestimmten Wabendicke auf. Hierbei handelt es sich um hexagonale Waben. Die Deckschichtelemente 18, 20 sind als Hybridnadelvliese ausgebildet und zumindest im Wesentlichen aus Polypropylen und Glasfasern mit einem bestimmten Flächengewicht und einem 40%igen Fasermassenanteil sowie mit einer Polypropylenfolie mit einer bestimmten Dicke zur Steigerung der Deckschichtanbindung gebildet. Das Sandwichverbundbauteil 12 ist mit einer zyklischen Temperierung des Werkzeugs 10 und dem kraftgesteuerten Werkzeugschließvorgang hergestellt. Durch eine anschließende, manuelle Kaschierung können Abzeichnungen der Wabenstruktur des Kernelements 22 auf den Deckschichtelementen 18, 20 kaschiert werden. 2 shows a sandwich composite component 12 , which by means of a force-controlled closing operation of the tool halves 14 . 16 and thus for example by means of the tool 10 according to 1 is made. In the sandwich composite component 12 according to 2 it is, for example, an interior trim part of a motor vehicle, in particular a passenger car. The core element 22 In the present case, it has a honeycomb structure with a specific haunch thickness. These are hexagonal honeycombs. The cover layer elements 18 . 20 are formed as hybrid needle nonwovens and formed at least substantially of polypropylene and glass fibers having a certain basis weight and a 40% fiber mass fraction and with a polypropylene film having a certain thickness to increase the outer layer bond. The sandwich composite component 12 is with a cyclic temperature control of the tool 10 and the force controlled tool closing operation. By a subsequent, manual lamination can be the honeycomb structure of the core element 22 on the cover layer elements 18 . 20 be laminated.

Der kraftgesteuerte Schließvorgang der Werkzeughälften 14, 16 ermöglicht eine sehr hohe Deckschichtanbindung, einen sehr hohen Konsolidierungsgrad der Deckschichtelemente 18, 20 sowie einen Ausgleich von Materialschwankungen. Ferner ist ein werkzeugintegrierter Bauteilbeschnitt sowie eine Verlagerung von Deckschichtfügeflächen vom Scheitelpunkt der Bauteilkontur möglich.The force-controlled closing process of the tool halves 14 . 16 allows a very high cover layer connection, a very high degree of consolidation of the cover layer elements 18 . 20 as well as a compensation of material fluctuations. Furthermore, a tool-integrated component trim as well as a shift of cover layer joining surfaces from the vertex of the component contour is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102010005456 A1 [0002] DE 102010005456 A1 [0002]

Claims (6)

Werkzeug (10) zum Herstellen eines wenigstens zwei Deckschichtelemente (18, 20) und wenigstens ein zwischen den Deckschichtelementen (18, 20) angeordnetes Kernelement (22) umfassenden Sandwichverbundbauteils (12), mit zwei einander gegenüber angeordneten Werkzeugelementen (14, 16), zwischen welchen die Deckschichtelemente (18, 20) und das Kernelement (22) zumindest teilweise anordenbar sind und welche zum Pressen der Deckschichtelemente (18, 20) und des Kernelements (22) aufeinander zu bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes der Werkzeugelemente (14, 16) zumindest ein erstes Werkzeugteil (30, 32) und zumindest ein relativ zum ersten Werkzeugteil entlang der Richtung bewegbares, zweites Werkzeugteil (34) umfasst, welches zumindest zum Pressen in wenigstens bereichsweise Stützanlage mit einem korrespondierenden der Deckschichtelemente (18, 20) anordenbar und beim Pressen relativ zum ersten Werkzeugteil (30, 32) und relativ zum zweiten Werkzeugelement (16) vom zweiten Werkzeugelement (16) weg bewegbar ist.Tool ( 10 ) for producing at least two cover layer elements ( 18 . 20 ) and at least one between the cover layer elements ( 18 . 20 ) core element ( 22 ) sandwich composite component ( 12 ), with two opposing tool elements ( 14 . 16 ), between which the cover layer elements ( 18 . 20 ) and the core element ( 22 ) are at least partially locatable and which for pressing the cover layer elements ( 18 . 20 ) and the core element ( 22 ) are movable towards each other, characterized in that at least a first of the tool elements ( 14 . 16 ) at least a first tool part ( 30 . 32 ) and at least one relative to the first tool part along the direction movable, second tool part ( 34 ), which at least for pressing in at least partially support system with a corresponding one of the cover layer elements ( 18 . 20 ) and when pressing relative to the first tool part ( 30 . 32 ) and relative to the second tool element ( 16 ) of the second tool element ( 16 ) is movable away. Werkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugteil (34) über wenigstens ein Abstützelement (36) am ersten Werkzeugteil (30, 32) relativ zum ersten Werkzeugteil (30, 32) bewegbar abgestützt ist.Tool ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the second tool part ( 34 ) via at least one support element ( 36 ) on the first tool part ( 30 . 32 ) relative to the first tool part ( 30 . 32 ) is movably supported. Werkzeug (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeugteil (34) beim Pressen relativ zum ersten Werkzeugteil (30, 32) solange vom zweiten Werkzeugelement (16) weg bewegbar ist, bis sich am zweiten Werkzeugteil (34) ein Kräftegleichgewicht einstellt, welches zumindest eine von dem korrespondierenden Deckschichtelement (18) auf das zweite Werkzeugteil (34) vom zweiten Werkzeugelement (16) weg wirkende, erste Kraft und eine vom Abstützelement (36) auf das zweite Werkzeugteil (34) auf das zweite Werkzeugelement (16) zu wirkende und mittels des Abstützelements (36) vorgebbare, zweite Kraft (FF) umfasst.Tool ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the second tool part ( 34 ) during pressing relative to the first tool part ( 30 . 32 ) as long as the second tool element ( 16 ) is movable away until at the second tool part ( 34 ) adjusts a balance of forces, which at least one of the corresponding cover layer element ( 18 ) on the second tool part ( 34 ) of the second tool element ( 16 ) acting away, first force and one of the support element ( 36 ) on the second tool part ( 34 ) on the second tool element ( 16 ) and by means of the supporting element ( 36 ) predeterminable second force (F F ). Werkzeug (10) nach einem Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (36) ein einerseits am ersten Werkzeugteil (30, 32) und andererseits am zweiten Werkzeugteil (34) zumindest mittelbar abgestütztes Federelement (36) ist.Tool ( 10 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the supporting element ( 36 ) on the one hand on the first tool part ( 30 . 32 ) and on the other hand on the second tool part ( 34 ) at least indirectly supported spring element ( 36 ). Werkzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (36) beim Bewegen des zweiten Werkzeugteils (34) relativ zum ersten Werkzeugteil (30, 32) zu stauchen ist.Tool ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the spring element ( 36 ) when moving the second tool part ( 34 ) relative to the first tool part ( 30 . 32 ) is to compress. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens zwei Deckschichtelemente (18, 20) und wenigstens ein zwischen den Deckschichtelementen (18, 20) angeordnetes Kernelement (22) umfassenden Sandwichverbundbauteils (12) unter Verwendung eines Werkzeugs (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei einander gegenüber angeordneten Werkzeugelementen (14, 16), zwischen welchen die Deckschichtelemente (18, 20) und das Kernelement (22) zumindest teilweise angeordnet werden und welche zum Pressen der Deckschichtelemente (18, 20) und des Kernelements (22) aufeinander zu bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes der Werkzeugelemente (14, 16) zumindest ein erstes Werkzeugteil (30, 32) und zumindest ein zweites Werkzeugteil (34) umfasst, welches zumindest zum Pressen in wenigstens bereichsweise Stützanlage mit einem korrespondierenden der Deckschichtelement (18) angeordnet und infolge einer beim Pressen von dem korrespondierenden Deckschichtelement (18) auf das zweite Werkzeugteil (34) wirkenden Kraft relativ zu dem ersten Werkzeugteil (30, 32) und relativ zum zweiten Werkzeugelement (16) vom zweiten Werkzeugelement (16) weg bewegt wird.Method for producing at least two cover layer elements ( 18 . 20 ) and at least one between the cover layer elements ( 18 . 20 ) core element ( 22 ) sandwich composite component ( 12 ) using a tool ( 10 ), in particular according to one of the preceding claims, with two tool elements ( 14 . 16 ), between which the cover layer elements ( 18 . 20 ) and the core element ( 22 ) are at least partially arranged and which for pressing the cover layer elements ( 18 . 20 ) and the core element ( 22 ) are moved towards each other, characterized in that at least a first of the tool elements ( 14 . 16 ) at least a first tool part ( 30 . 32 ) and at least one second tool part ( 34 ), which at least for pressing in at least partially support system with a corresponding of the cover layer element ( 18 ) and due to a pressing of the corresponding cover layer element ( 18 ) on the second tool part ( 34 ) acting force relative to the first tool part ( 30 . 32 ) and relative to the second tool element ( 16 ) of the second tool element ( 16 ) is moved away.
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