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Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem in einem unter anderem Harz verarbeitenden Formwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, die zusammen einen Werkstückbereich vorsehen, wobei der Werkstückbereich von einer umlaufenden ersten Dichtung abgedichtet ist. Die Anwendung eines derartigen Dichtungssystems ist insbesondere geeignet für Formwerkzeuge zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels Nasstechnologie, insbesondere das aus der Technik bekannte RTM-Verfahren. Ein derartiges Formwerkzeug ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 024 985 A1 bekannt, wobei eine Unterform und eine Oberform eine aufeinander und auf die gewünschte Form des Faserverbundbauteils abgestimmte Kontur aufweisen. Zur Abdichtung nach außen ist vorgesehen, an der Unterform eine umlaufende Nut für die Dichtung und an der Oberform eine entsprechende Dichtfläche auszubilden.
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Auch ist bekannt, RTM-Werkzeuge mittels Metall-, Gummi- oder Kunststoffdichtungen gegen das Austreten von Harz abzudichten. Bei dem Formungsprozess gelangt regelmäßig Harz bis in den Bereich der Dichtung vor, wodurch es zu Harzanhaftungen an der Dichtung kommt, die intensive Reinigungsarbeiten notwendig machen, um das Werkzeugoberteil von dem Werkzeugunterteil trennen zu können. Die Stückzahlausbringung des Formwerkzeugs pro Zeit sinkt dabei deutlich. Auch bedingt dies, dass die Dichtung öfter gewechselt werden muss und Kosten für neue Dichtungen entstehen.
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Bei der Verwendung von Gummi- oder Kunststoffdichtungen ist die notwendige Standfestigkeit („Schusszahl”) bei höheren Werkzeugtemperaturen und aggressiven Harzen oder anderen Komponenten nicht gewährleistet, da es zu besonders starken Harzanhaftungen kommt.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dichtungssystem bereitzustellen, mit dem die Stückzahlausbringung des Formwerkzeugs erhöht wird, indem die notwendigen Wartungsarbeit und Wartungshäufigkeit an der bereits im Stand der Technik verwendeten Dichtung reduziert werden.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Dichtungssystem gemäß Anspruch 1, wobei eine zweite, sich um den Werkstückbereich herum erstreckende Dichtung vorgesehen ist, die durch einen umlaufenden Kanal im Werkzeugoberteil und/oder im Werkzeugunterteil gebildet ist, der auf eine derart erhöhte Temperatur gebracht ist, dass darin das im Formwerkzeug verarbeitete Harz verfestigt und selbst eine Dichtung bildet.
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Als „Werkstückbereich” ist dabei der Bereich definiert, in dem das zu fertigende Werkstück im Formwerkzeug angeordnet ist.
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Bei der Abdichtung des Formwerkzeugs sind mehrere Aufgaben zu erfüllen. Zum einen muss das Formwerkzeug abgedichtet werden, um die Kavität, d. h. den Hohlraum im Formwerkzeug, der später das Bauteil wiederspiegelt, unter Vakuum zu setzen. Zum zweiten muss das Formwerkzeug beim sogenannten Index-Closing dicht gehalten werden und zum dritten muss das Formwerkzeug gegen einen Austritt von Harz abgedichtet sein.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Dichtungssystems mit einer ersten bereits aus dem Stand der Technik bekannten Dichtung und einer zweiten zusätzlichen Dichtung ist es möglich, die Dichtungsaufgaben aufzuteilen, wobei das jeweils passendste Dichtungsmaterial und die jeweils passendste Dichtungsform verwendet werden können. Die im Stand der Technik bekannten Metall-, Gummi- oder Kunststoffdichtungen können als erste Dichtung die Aufgaben übernehmen, das Formwerkzeug abzudichten, um die Kavität unter Vakuum (üblicherweise ca. –1 bar) zu setzen. Ferner wird durch die erste Dichtung das Formwerkzeug beim Index-Closing dicht gehalten. Die Aufgabe, das Formwerkzeug gegen ein Austreten von Harz abzudichten (ca. +150 bar) wird gemäß der Erfindung von der zusätzlichen zweiten Dichtung erfüllt, so dass die erste Dichtung nicht mehr in Kontakt mit Harz kommen kann. Demzufolge ist es nicht mehr bzw. deutlich seltener notwendig, die erste Dichtung zu reinigen und/oder zu wechseln.
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Bei den unter anderem Harz verarbeitenden Formwerkzeugen wird dieses üblicherweise über einen Injektionsstutzen in den Werkstückbereich injiziert und verteilt sich über das in dem Werkstückbereich angeordnete Werkstück. Zumeist handelt es sich bei den Werkstücken um Faserverbundbauteile. Während der Injektionszeit verteilt sich das Harz im Werkstückbereich und fließt in alle Richtungen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen muss dieser Harzfluss durch die erste und einzige Dichtung aufgehalten werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Harzfluss mittels der zweiten Dichtung zu stoppen, so dass die erste Dichtung mit dem Harz nicht in Kontakt kommt. Die zweite Dichtung ist durch einen sich um das Werkstück herum erstreckenden Kanal in dem Formwerkzeug gebildet und auf eine erhöhte Temperatur gebracht, sodass das Harz, sobald es in den Kanal einfließt, verfestigt. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass die Harze im Ende der Injektionszeit kurz vor dem Gelierpunkt, d. h. dem Übergang von einem flüssigen zu einem festen Zustand stehen, und durch die lokal auf den Kanal begrenzte Temperatur zum schnellen Gelieren und somit zum Fließstillstand innerhalb des Kanals gebracht werden können. Das in dem Kanal verfestigte Harz bietet dann selbst eine Dichtung für das aus dem Werkstückbereich nachströmende flüssige Harz, so dass dieses in Umfangsrichtung nicht über die zweite Dichtung und mithin nicht zur ersten Dichtung hinausgelangt. Die Verfestigung des Harzes wird durch die Verwendung eines Gemisches aus Harz und Härter derart abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass es innerhalb der zweiten, als umlaufender Kanal gebildeten Dichtung zum Fließstopp durch Gelieren des Harzes kommt. Dies kann durch Versuche bei unterschiedlichen Harzzusammensetzungen und unterschiedlichen Temperaturen im Bereich der zweiten Dichtung gesichert werden.
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Zur Gewährleistung einer ausreichend hohen Temperatur im Bereich der durch den umlaufenden Kanal gebildeten zweiten Dichtung sind Mittel zum Heizen des Formwerkzeugs im Bereich der zweiten Dichtung vorgesehen. Derartige Mittel können beispielsweise als sich durch das Formwerkzeug erstreckende Heizelemente in Form von Heizstäben oder dergleichen ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist ferner vorgesehen, dass die durch den umlaufenden Kanal gebildete Dichtung in radialer Richtung ausreichend weit von dem Werkstückbereich beabstandet ist, damit die erhöhte Temperatur im Bereich der zweiten Dichtung keinen negativen Einfluss auf die Formgebung hat. In einer bevorzugten Ausführung ist jedoch vorgesehen um die Mittel zum Heizen eine Isolierung anzuordnen, welche den Bereich der zweiten Dichtung gegenüber den angrenzenden Bereichen des Formwerkzeugs thermisch isoliert. Somit ist ausgeschlossen, dass sich das Formwerkzeug insgesamt aufheizt.
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Bei der Formgebung des „Kanals” für die zweite Dichtung sind alle dem Fachmann naheliegenden Lösungen möglich. Günstig ist, wenn das Werkzeugoberteil den die zweite Dichtung bildenden umlaufenden Kanal aufweist und das Werkzeugunterteil eine Form bildet, die sich zumindest teilweise in den Kanal hinein erstreckt. Noch bevorzugter ist, die Schwerkraft während des Harzflusses zu nutzen und den umlaufenden Kanal in dem Werkzeugunterteil vorzusehen, wobei sich das Werkzeugoberteil zumindest teilweise in den Kanal erstreckt. Bei einer derartigen Ausführung läuft das Harz besonders leicht in den nach unten ausgebildeten Kanal hinein und verfestigt darin.
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Zwar ist grundsätzlich vorgesehen, die Verfestigung des Harzes innerhalb der zweiten Dichtung durch Erhöhung der Temperatur zu erzielen, gleichwohl ist in einer besonderen Ausführung vorgesehen, innerhalb der zweiten Dichtung Mittel zur Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit des Harzes anzuordnen oder auszubilden. Derartige Mittel können beispielsweise in Form von Rippen an den Kanal-Wandflächen des Formwerkzeugs oder durch eine besondere Oberflächenrauigkeit erzielt werden.
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Neben dem Dichtungssystem betrifft die Erfindung ferner das Formwerkzeug selbst, an dem ein oben beschriebenes Dichtungssystem eingesetzt ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigen:
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1 eine schematische seitliche Ansicht eines Formwerkzeugs;
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2 eine seitliche schematische Ansicht eines Abschnitts des Formwerkzeugs aus 1; und
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3 eine schematische Draufsicht auf das Werkzeugunterteil des Formwerkzeugs aus 1.
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Die Figuren zeigen das erfindungsgemäße Dichtungssystem beispielhaft schematisch, wobei in allen Figuren gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
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In 1 ist ein Formwerkzeug 1 mit einem Werkzeugoberteil 2 und einem Werkzeugunterteil 3 gezeigt, zwischen denen im Werkstückbereich 12 ein Formteil (nicht gezeigt) gefertigt wird. Der Werkstückbereich 12 ist lediglich schematisch als Knick dargestellt, ohne weiterführende Details zu dem dort angeordneten Formteil zu zeigen. Im Randbereich des Formwerkzeugs 1 ist eine erste umlaufende Dichtung 4 vorgesehen, die wie im Stand der Technik aus Gummi oder Kunststoff gebildet sein kann. Hierbei können verschiedene Dichtungsquerschnitte, wie beispielsweise O-, X-, I-, Z-Querschnitte verwendet werden. Näher an dem Werkstückbereich 12 angrenzend ist die zweite Dichtung 5 durch einen in dem Werkzeugunterteil 3 geformten Kanal 6 gebildet.
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Bezugnehmend auf 2 ist dort die zweite Dichtung 5 vergrößert und detaillierter dargestellt. Während des Formungsprozesses wird eine gewisse Menge an Harz aus den Werkstückbereich 12 in Pfeilrichtung P zu der zweiten Dichtung 5 gedrückt. In dem Werkzeugunterteil 3 ist als zweite Dichtung 5 ein Kanal 6 vorgesehen, in den sich ein in der Form entsprechender Abschnitt des Werkzeugoberteils 2 hinein erstreckt. Zur Aufheizung des Werkzeugoberteils 2 und des Werkzeugunterteils 3 im Bereich der Dichtung 5 sind Heizmittel 7, 10 vorgesehen, mit deren Hilfe die Oberflächen im inneren des Kanals 6 eine Temperatur erreichen, dass das radial auswärts strömende Harz innerhalb der zweiten Dichtung 5 unmittelbar verfestigt und das verfestigte Harzmaterial eine Abdichtung für das nachströmende flüssige Harz bildet. Da durch die zweite Dichtung 5 das Austreten von Harz bereits vermieden ist und zur ersten Dichtung 4 kein Harz mehr gelangt, kann die Aufgabe der ersten Dichtung 4 darauf beschränkt werden, die Kavität des Formwerkzeugs 1 unter Vakuum zu setzen und dieses beim Index-Closing dicht zu halten. Zur Vermeidung der Aufheizung weiterer Teile des Werkzeugoberteils 2 und Werkzeugunterteil 3 sind thermische Isolierungen 8, 9 vorgesehen.
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Zur weiteren Veranschaulichung ist in 3 eine Draufsicht auf das Werkzeugunterteil aus 1 und 2 dargestellt, wobei im Werkstückbereich 12 das zu formende Bauteil 11 beispielhaft gezeigt ist. Um den durch das Werkstück 11 abgegrenzten Werkstückbereich 12 erstreckt sich die umlaufende zweite Dichtung 5. Im Randbereich des Werkzeugunterteils 3 ist die erste Dichtung 4 vorgesehen.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch macht. So ist beispielsweise möglich, innerhalb des Kanals der zweiten Dichtung Mittel zur Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit des Harzes vorzusehen, die beispielsweise als am Boden des Kanals angeordnete Rippen ausgebildet sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024985 A1 [0001]
