DE102013005176A1

DE102013005176A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE102013005176A1
Application number: DE102013005176.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Werum; Felix Diebold; Thomas Wurl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: DE102013005176B4

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Herstellung von Bauteilen (2) aus Faserverbundwerkstoffen weist zwei gegeneinander bewegliche Werkzeugteile (3, 4), zwischen denen mehrere Schichten des Fasermaterials einbringbar sind, einen Bereich (6) zur Aufnahme eines Einsatzteils (7) aus einem von einem Faserverbundwerkstoff unterschiedlichen Werkstoff und ein im geschlossenem Zustand der beiden Werkzeugteile (3, 4) in das Einsatzteil (7) eingreifendes Positionierelement (8) zum Positionieren des Einsatzteils (7) gegenüber einem der Werkzeugteile (3, 4) auf. Das Positionierelement (8) ist so ausgebildet, dass es bei einer nicht in Richtung der Längserstreckung des Positionierelements (8) verlaufenden Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile (3, 4) gegeneinander bricht oder sich derart biegt, dass die Verbindung des Einsatzteils (7) mit dem Werkzeugteil (3, 4) über das Positionierelement (8) gelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen, mit zwei gegeneinander beweglichen Werkzeugteilen, zwischen denen mehrere Schichten des Faserverbundwerkstoffes einbringbar sind, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen mit einer derartigen Vorrichtung.
Aus der EP 1 447 205 A2 ist eine Krafteinleitungsvorrichtung zur Fixierung an einem Strukturbauteil sowie eine Vorrichtung bzw. ein Werkzeug, mit der diese Krafteinleitungsvorrichtung hergestellt werden kann, bekannt. Solche in der EP 1 447 205 A2 als Krafteinleitungsvorrichtung bezeichneten Einsatzteile werden beispielsweise zum Anbringen unterschiedlicher Anbauteile an ein Faserverbundbauteil bzw. eine Faserverbundstruktur genutzt, da übliche Verbindungstechniken bei Faserverbundstrukturen meist nicht angewendet werden können. Zur Fixierung bzw. Positionierung des Einsatzteils in dem Werkzeug kann ein Positionierelement verwendet werden, das nach der Herstellung des Faserverbundbauteils wieder aus dem Einsatzteil entnommen werden muss. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch nur möglich, wenn die Richtung, in welcher die beiden Werkzeugteile beim Öffnen des Werkzeugs relativ zueinander bewegt werden, parallel zu der Längserstreckung des Positionierelements liegt. Wenn jedoch in ein Faserverbundbauteil mehrere Einsatzteile eingebracht werden sollen, so liegen diese üblicherweise nicht in einer Ebene oder in mehreren parallelen Ebenen, so dass die Öffnungsrichtung des Werkzeugs nicht parallel zu der Längserstreckung sämtlicher Positionierelemente verlaufen kann. Um dieses Problem zu umgehen, wäre es grundsätzlich möglich, einen oder mehrere Schieber in einem der Werkzeugteile einzusetzen. Dies ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen zu schaffen, bei denen es mit einfachen Mitteln möglich ist, insbesondere die Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile auch dann problemlos durchführen zu können, wenn diese nicht in Richtung der Längserstreckung eines in ein Einsatzteil eingreifenden Positionierelements verläuft.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Positionierelements, welches bei einer nicht in Richtung der Längserstreckung desselben verlaufenden Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile gegeneinander bricht oder sich biegt und damit die Verbindung des Einsatzteils über das Positionierelement mit dem Werkzeugteil löst, ist es möglich, mehrere beliebig zueinander angeordnete Positionierelemente in ein und derselben Vorrichtung anzuordnen, sodass im Prinzip an beliebigen Stellen des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Faserverbundbauteils Einsatzteile angebracht werden können. Mit anderen Worten, das Einsatzteil kann mittels des Positionierelements innerhalb der Vorrichtung an einer bestimmten Position gehalten werden, ohne dass das Positionierelement zwangsweise in Öffnungsrichtung des Werkzeugs liegen muss.
Auf diese Weise lassen sich die grundsätzlichen Vorteile eines derartigen Einsatzteils, nämlich das Umgehen der Schwierigkeit, in einem Faserverbundbauteil ein Gewinde oder eine ähnliche Schnittstelle einzubringen, nutzen, um die Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen zu vereinfachen.
Eine sehr gute Positionierung des Einsatzteils kann erreicht werden, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung das Positionierelement als länglicher Positionierstift ausgebildet ist.
Eine sehr einfach realisierbare Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Positionierelement aus einem beim Überschreiten einer bestimmten Kraft brechenden Kunststoffmaterial besteht.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Positionierelement aus einem elastischen Material besteht. Dies ermöglicht ein Biegen des Positionierelements, um dieses bei der Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile gegeneinander aus dem Einsatzteil zu entfernen.
Eine verfahrensgemäße Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 8 angegeben. Mit dem dort beschriebenen Verfahren lässt sich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff sehr einfach herstellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2 eine vergrößerte Darstellung gemäß der Linie II aus 1.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Bauteils 2 aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Vorrichtung 1 weist zwei gegeneinander bewegliche Werkzeugteile 3 und 4 auf, von denen das Werkzeugteil 3 nachfolgend als Werkzeugoberteil 3 und das Werkzeugteil 4 nachfolgend als Werkzeugunterteil 4 bezeichnet wird, obwohl die beiden Werkzeugteile 3 und 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel im Prinzip nebeneinander angeordnet sind.
Um das Bauteil 2 herzustellen, werden zwischen dem Werkzeugoberteil 3 und dem Werkzeugunterteil 4 mehrere Schichten 5 eines Fasermaterials eingebracht, wie dies in der vergrößerten Darstellung von 2 besser erkennbar ist. Bei dem Fasermaterial kann es sich beispielsweise um CFK handeln. Ein in die Vorrichtung 1 eingebrachtes Matrixmaterial, welches verwendet wird, um in an sich bekannter Weise aus den Schichten 5 des Fasermaterials das Bauteil 2 herzustellen, ist in den Figuren nicht dargestellt.
Eines der Werkzeugteile 3, 4, im vorliegenden Fall das Werkzeugunterteil 4, weist einen ausgesparten Bereich 6 zur Aufnahme eines Einsatzteils 7 auf, das aus einem von einem Faserverbundwerkstoff unterschiedlichen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Holz oder ähnlichem besteht und das zur Anbringung eines anderen, nicht dargestellten Bauteils an dem Bauteil 2 dient. Des Weiteren ist ein Positionierelement 8 vorgesehen, welches im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeugteile 3, 4 in das Einsatzteil 7 eingreift und dasselbe gegenüber einem der Werkzeugteile 3, 4, im vorliegenden Fall gegenüber dem Werkzeugunterteil 4, positioniert. Zur Aufnahme des Positionierelements 8 ist in dem Werkzeugunterteil 4 im vorliegenden Fall eine Bohrung 9 vorgesehen.
Auch das Einsatzteil 7 weist eine Bohrung 10 auf, in welche das Positionierelement 8 im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeugteile 3 und 4 eingreift. Diese Bohrung 10 kann beispielsweise als Vorbohrung eines Gewindes ausgeführt sein oder es kann sich um eine fertiggestellte Gewindebohrung handeln, die eine Schnittstelle zur Anbringung des oben erwähnten, anderen Bauteils an dem Bauteil 2 bilden kann. In beiden Fällen wird die Bohrung 10 durch das Positionierelement 8 verschlossen und es wird verhindert, dass das Matrixmaterial oder sonstige Fremdkörper in die Bohrung 10 gelangen können.
In 1 sind mehrere der Einsatzteile 7 dargestellt, die mittels jeweiliger Positionierelemente 8 in dem Werkzeugunterteil 4 gehalten sind. Dabei ist erkennbar, dass sich die im vorliegenden Fall jeweils als längliche Positionierstifte ausgebildeten Positionierelemente 8 nicht allesamt in einer mit ”X” bezeichneten Öffnungsrichtung der beiden Werkzeugteile 3 und 4 zueinander erstrecken. Dadurch lässt sich das Bauteil 2 nach seiner Fertigstellung, d. h. nachdem die Schichten 5 des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial verbunden und die Einsatzteile 7 in das Bauteil 2 integriert worden sind, nicht entformen. Daher ist das Positionierelement 8 im vorliegenden Fall so ausgebildet, dass es bei dieser nicht in Richtung der Längserstreckung des Positionierelements 8 verlaufenden Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile 3 und 4 gegeneinander bricht oder sich derart biegt, dass die Verbindung des Einsatzteils 7 mit dem Werkzeugunterteil 4 über das Positionierelement 8 gelöst wird.
Dies kann auf mehrere unterschiedliche Arten realisiert werden: Beispielsweise ist es möglich, das Positionierelement 8 aus einem Kunststoffmaterial herzustellen, das beim Überschreiten einer bestimmten Kraft bricht. Diese Kraft, bei der das aus dem Kunststoffmaterial bestehende Positionierelement 8 bricht, wird in Abhängigkeit der Kraft, mit welcher die Verbindung zwischen dem Einsatzteil 7 und dem Bauteil 2 belastet werden kann, bestimmt. Selbstverständlich haben auch der Durchmesser und der Winkel der Krafteinwirkung einen Einfluss auf diese Kraft.
Alternativ dazu kann das Positionierelement 8 aus einem elastischen Material, zum Beispiel Elastomer, wie beispielsweise Gummi bestehen, sodass sich das Positionierelement 8 bei der in der Richtung ”X” erfolgenden Bewegung des Werkzeugoberteils 3 gegenüber dem Werkzeugunterteil 4 biegt. Ein solches Biegen des Positionierelements 8 kann auch erreicht werden, wenn dasselbe aus einem Federstahl besteht.
Im Falle des Abreißens des Positionierelements 8 kann dieses nach dem Entfernen des Bauteils 2 aus der Vorrichtung 1 aus dem Werkzeugunterteil 4 oder dem Einsatzteil 7 entfernt werden. Zum Entfernen des Positionierelements 8 aus der Bohrung 9 oder 10 können selbstverständlich auch Bohrwerkzeuge oder dergleichen eingesetzt werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen des Bauteils 2, das mittels der Vorrichtung 1 durchgeführt werden kann, wird zunächst wenigstens ein Positionierelement 8 in eines der Werkzeugteile 3, 4, im vorliegenden Fall in das Werkzeugunterteil 4, eingesetzt, woraufhin das Einsatzteil 7 an dem Positionierelement 8 angebracht wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Positionierelement 8 zuvor mit dem Einsatzteil 7 zu verbinden und anschließend in das Werkzeugunterteil 4 einzulegen. Anschließend werden die Schichten 5 des Fasermaterials in den Zwischenraum zwischen dem Werkzeugunterteil 4 und dem Werkzeugoberteil 3 eingelegt und das Werkzeugoberteil 3 und das Werkzeugunterteil 4 werden aufeinander zugefahren, d. h. die Vorrichtung 1 wird geschlossen. Daraufhin werden die Schichten 5 des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial vergossen und, nach dem Trocknen des Matrixmaterials, wird die Vorrichtung 1 geöffnet, d. h. das Werkzeugoberteil 3 wird in der Richtung ”x” gegenüber dem Werkzeugunterteil 4 verfahren. Dabei wird das Bauteil 2 aus der Vorrichtung 1 entfernt, wobei das Positionierelement 8 bzw. die Positionierelemente 8 abreißen oder sich verbiegen. Beim Biegen des Positionierelements 8 löst sich dasselbe aus der Bohrung 9 des Werkzeugunterteils 4 und/oder aus der Bohrung 10 des Einsatzteils 7, sodass in jedem Fall die Verbindung zwischen dem Einsatzteil 7 und dem Werkzeugunterteil 4 über das Positionierelement 8 gelöst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1447205 A2 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen, mit zwei gegeneinander beweglichen Werkzeugteilen, zwischen denen mehrere Schichten des Fasermaterials einbringbar sind, mit einem Bereich zur Aufnahme eines Einsatzteils aus einem von einem Faserverbundwerkstoff unterschiedlichen Werkstoff und mit einem im geschlossenem Zustand der beiden Werkzeugteile in das Einsatzteil eingreifenden Positionierelement zum Positionieren des Einsatzteils gegenüber einem der Werkzeugteile, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) so ausgebildet ist, dass es bei einer nicht in Richtung der Längserstreckung des Positionierelements (8) verlaufenden Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile (3, 4) gegeneinander bricht oder sich derart biegt, dass die Verbindung des Einsatzteils (7) mit dem Werkzeugteil (3, 4) über das Positionierelement (8) gelöst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) als länglicher Positionierstift ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) aus einem beim Überschreiten einer bestimmten Kraft brechenden Kunststoffmaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) aus einem elastischen Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) aus einem Elastomer besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) aus Federstahl besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (7) eine Bohrung (9) aufweist, in welche das Positionierelement (8) im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeugteile (3, 4) eingreift.
Verfahren zur Herstellung von Bauteilen (2) aus Faserverbundwerkstoffen mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in ein Werkzeugteil (3, 4) der Vorrichtung (1) ein Positionierelement (8) eingesetzt wird, wobei ein Einsatzteil (7) mit dem Positionierelement (8) verbunden wird, wobei in die Vorrichtung (1) Schichten (5) eines Fasermaterials eingelegt werden, wonach die Vorrichtung (1) geschlossen wird, wonach die Schichten (5) mit einem Matrixmaterial vergossen werden und wonach die Vorrichtung (1) geöffnet wird, wobei das Positionierelement (8) bei der Öffnungsbewegung der beiden Werkzeugteile (3, 4) gegeneinander bricht oder sich derart biegt, dass die Verbindung des Einsatzteils (7) mit dem Werkzeugteil (4) über das Positionierelement (8) gelöst wird.