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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Ein derartiges Werkzeug ist aus der
DE 20 2009 005 219 U1 bekannt. Das dort gezeigte Werkzeug zum Herstellen eines Kunststoffbauteils umfasst wenigstens einen temperierbaren, im Wesentlichen schalenförmigen Formeinsatz zum Abformen des faserverstärkten Kunststoffbauteils, welcher an einer Werkzeughälfte des Werkzeugs gelagert ist. Der schalenförmige Formeinsatz ist dabei in einem Randbereich mittels mehrerer Schrauben an der entsprechenden Werkzeughälfte befestigt und im Bereich einer Kavität auf Kugeln gelagert. Diese teilweise feste Fixierung des Formeinsatzes gegenüber der Werkzeughälfte führt bei einer Temperierung des schalenförmigen Formeinsatzes zu Spannungen beziehungsweise Form- und Winkelverzügen. Zudem kann die Lagerung auf den Kugeln lediglich nur Druckbelastungen zwischen dem Formeinsatz und der Werkzeughälfte abfangen, wohingegen Zugbelastungen zwischen dem Formeinsatz und der Werkzeughälfte durch die Kugeln nicht abgefangen werden können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem Spannungen und Formverzüge bei einer Temperierung des Formeinsatzes vermieden und herstellungsverfahrensbedingte Druckunterschiede zwischen dem Formeinsatz und der Werkzeughälfte gelagert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um das Entstehen von Verzügen und Spannungen bei einer Temperierung des Formeinsatzes zu verhindern sowie herstellungsbedingte Druckunterschiede zwischen dem Formeinsatz und der Werkzeughälfte lagern zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug vorgesehen, dass der Formeinsatz an einer Lagerstelle der Werkzeughälfte mittels eines Festlagers und an weiteren Lagerstellen der Werkzeughälfte mittels jeweiligen Gleitlagern beweglich gegenüber der Werkzeughälfte gelagert ist. Der Formeinsatz wird also an einem Hauptlagerungspunkt derart gelagert, dass der Formeinsatz an dieser Stelle gegenüber der Werkzeughälfte in allen drei Raumrichtungen fixiert ist. Alle weiteren Werkzeuglagerpunkte des Formeinsatzes sind dadurch gekennzeichnet, dass sie beweglich gestaltet sind. Bei einer Temperierung des Formeinsatzes und somit einer damit einhergehenden Wärmedehnung des Formeinsatzes bewirkt nun eine Verschiebung der beweglichen Lagerstellen, ohne dass Verzüge beziehungsweise Spannungen an dem Formeinsatz durch diese Wärmedehnung hervorgerufen werden. Durch das erfindungsgemäße Lagerprinzip können also auch unterschiedliche Wärmedehnungen am Formeinsatz und an der entsprechenden Werkzeughälfte problemlos ausgeglichen werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug einen zweiten temperierbaren Formeinsatz zum Abformen des Kunststoffbauteils umfasst, welcher an weiteren Lagerstellen einer gegenüberliegend zur Werkzeughälfte angeordneten zweiten Werkzeughälfte mittels jeweiligen Gleitlagern beweglich gegenüber der zweiten Werkzeughälfte gelagert ist. Somit ist auch die zweite, die Kavität ausbildende Werkzeughälfte mit einem beweglich gelagerten Formeinsatz versehen.
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Vorzugsweise ist der zweite temperierbare Formeinsatz an einer Lagerstelle der zweiten Werkzeughälfte mittels eines Festlagers gelagert. Mit anderen Worten kann der zweite Formeinsatz genauso wieder erste Formeinsatz an seiner Werkzeughälfte gelagert sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch die Gleitlager eine Bewegung des Formeinsatzes gegenüber der Werkzeughälfte ausschließlich entlang jeweiliger Verbindungslinien zwischen den jeweiligen Gleitlagern und dem an der Lagerstelle der Werkzeughälfte angeordneten Festlager ermöglicht ist. Für den Fall, dass der zweite Formeinsatz gegenüber seiner Werkzeughälfte sowohl mit einem Festlager und mit den Gleitlagern gelagert ist, ist vorzugsweise durch die Gleitlager eine Bewegung des zweiten Formeinsatzes gegenüber der zweiten Werkzeughälfte ebenfalls ausschließlich entlang jeweiliger Verbindungslinien zwischen den jeweiligen Gleitlagern und dem an der Lagerstelle der zweiten Werkzeughälfte angeordneten Festlager ermöglicht. Mit anderen Worten verläuft also die jeweils freie Bewegungsrichtung innerhalb der Gleitlager durch die je Werkzeughälfte jeweils als Hauptlagerpunkt dienende Lagerstelle, an welcher das jeweilige Festlager angebracht ist. Dadurch wird eine verzugsfreie und definierte Wärmeausdehnung der Formeinsätze bei ihrer Temperierung ermöglicht.
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Für den Fall, dass nur der erste Formeinsatz mit Gleitlagern und einer Festlagerung gelagert und der zweite Formeinsatz ausschließlich mit Gleitlagern gelagert ist, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass durch die Gleitlager eine Bewegung der Formeinsätze gegenüber ihren Werkzeughälften ausschließlich entlang jeweiliger Verbindungslinien zwischen den jeweiligen Gleitlagern und dem an der Lagerstelle der Werkzeughälfte angeordneten Festlager ermöglicht ist. Dadurch wird ebenfalls eine verzugsfreie und definierte Wärmeausdehnung der Formeinsätze bei ihrer Temperierung ermöglicht.
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Vorzugsweise werden die Formeinsatze also derart gelagert, dass diese sich frei und ohne Wärmespannungen dehnen können, wobei sich die Formeinsätze aufgrund der Lagerung nur in ihrer Größe ändern jedoch ihre Formgebung und Proportionen in Form von Winkeln und dergleichen beibehalten. Speziell bei besonders großen und/oder besonders präzise herzustellenden Bauteilen sind diese Genauigkeiten hinsichtlich der Beibehaltung der Formgebung und Proportionen besonders wichtig.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Formeinsatz oder die Formeinsätze über jeweilige Stützelemente mit dem Festlager und/oder den Gleitlagern verbunden sind. Vorzugsweise weisen die mit den Gleitlagern verbundenen Stützelemente alle die gleiche Länge auf, wobei die Länge auch Null sein kann. Durch die gleiche länge kann ein Form- und Winkelverzug der Formeinsätze vermieden werden, falls die Stützelemente nicht mit temperiert werden beziehungsweise falls sie aus einem anderen Material als die Formeinsätze ausgebildet sind, welches einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Formeinsätze aufweist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Gleitlager jeweils eine Metallplatte mit einem Langloch und einer darin geführten, zumindest mittelbar an dem Formeinsatz befestigten Schraube umfassen. Dadurch wird auf besonders einfache Weise ein sehr robustes Gleitlager bereitgestellt, so dass eine entsprechende Wärmeausdehnung des Formeinsatzes und somit eine Relativbewegung gegenüber der entsprechenden Werkzeughälfte auf besonders zuverlässige Weise ermöglicht wird.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Seitenschnittansicht eines Werkzeugs zum Herstellen eines Kunststoffbauteils, mit zwei temperierbaren Formeinsätzen zum Abformen des Kunststoffbauteils;
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2 eine Seitenschnittansicht eines Gleitlagers zur Lagerung des Formeinsatzes gegenüber einer entsprechenden Werkzeughälfte des Werkzeugs, wobei das Gleitlager eine Metallplatte mit einem Langloch einer Führungshülse und einer darin geführten Schraube umfasst;
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3 eine Draufsicht auf die Metallplatte mit dem Langloch;
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4 eine schematische Seitenansicht auf einen Ausschnitt des Werkzeugs, wobei jeweilige Gleitbahnen dargestellt sind, entlang welchen die Gleitlager an der Oberfläche der Werkzeughälfte bewegbar sind;
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5 eine Perspektivansicht auf zwei Formeinsätze eines Halbmodells, zwischen welchen das faserverstärkte Kunststoffbauteil abgeformt wird, wobei an den jeweiligen Formeinsätzen jeweilige Stützelemente vorgesehen sind, über welche die Formhälften mit den jeweiligen Lagern verbunden sind;
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6 zwei schematische Seitenansichten auf einen Ausschnitt des Werkzeugs, wobei zwei alternative Möglichkeiten für jeweilige Bewegungsrichtungen der Gleitlager dargestellt sind.
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Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils ist in einer schematischen Schnittansicht in 1 dargestellt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Werkzeug 10 um ein Spritzpresswerkzeug zum sogenannten Resin Transfer Molding (RTM), bei welchem trockene Faserverstärkungen in das hier geschlossen dargestellte Werkzeug 10 eingelegt werden. Anschließend wird ein hier nicht dargestelltes Harz in das Werkzeug 10 initiiert, um den aus den Faserverstärkungen ausgebildeten Vorformling zu benetzen und anschließend das fertige faserverstärkte Kunststoffbauteil 12 auszuhärten.
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Zur verbesserten Prozessführung umfasst das Werkzeug 10 temperierbare, im Wesentlichen schalenförmige Formeinsätze 14, 16 zum Abformen des faserverstärkten Kunststoffbauteils 12. Die Formeinsätze 14, 16 sind dabei an jeweiligen Werkzeughälften 18, 20 gelagert.
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Die temperierbaren Formeinsätze 14, 16 sind an jeweiligen Lagerstellen 22 der zugehörigen Werkzeughälften 18, 20 mittels eines Festlagers gelagert. Zudem sind die Formeinsätze 14, 16 an weiteren Lagerstellen 26 der jeweiligen Werkzeughälften 18, 20 mittels Gleitlagern 28 beweglich gegenüber den Werkzeughälften 18, 20 gelagert.
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Dadurch, dass lediglich die Formeinsätze 14, 16 während der Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils 12 beheizt werden müssen, kann eine besonders zügige Temperierung erfolgen. Die Formeinsätze 14, 16 und die jeweiligen Werkzeughälften 18, 20 können dabei unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und unterschiedliche Temperaturen aufweisen, so dass bei der Temperierung der Formeinsätze 14, 16 diese eine andere Ausdehnung als die jeweiligen Werkzeughälften 18, 20 aufweisen, an welchen diese gelagert sind.
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Dadurch, dass die Formeinsätze 14, 16 lediglich an der jeweils einen Lagerstelle 22 mittels des Festlagers 24 an den Werkzeughälften 18, 20 gelagert sind, kann eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den Formeinsätzen 14, 16 und den Werkzeughälften 18, 20 über die beweglichen Gleitlager 28 ausgeglichen werden.
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In 2 ist in einer Seitenschnittansicht eine mögliche Ausführungsform der Gleitlager 28 dargestellt. Die Gleitlager 28 umfassen jeweils eine Metallplatte 30 mit einem hier nicht bezeichneten Langloch 32 und einer darin geführten und an dem Formeinsatz 14 befestigten Schraube 34, welche innerhalb einer Hülse 31 geführt ist. Die Hülse 31 dient als Abstandshalter und ermöglicht eine freie Bewegung in Richtung des Langlochs 32.
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In 3 ist nochmals die Metallplatte 30 dargestellt, wobei das Langloch 32 gut zu erkennen ist. Somit weist ein derartiges Gleitlager 28 lediglich einen translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad in der Längserstreckungsrichtung des Langlochs 32 auf.
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In 4 ist in einer schematischen Seitenansicht ein Ausschnitt der oberen Werkzeughälfte 18 mit dem daran gelagerten Formeinsatz 14 dargestellt. Des Weiteren ist der gegenüberliegend zu dem Formeinsatz 14 angeordnete Formeinsatz 16 ebenfalls dargestellt. Wie zu erkennen, ist der Formeinsatz 14 über jeweilige Stützelemente 38 mit dem Festlager 24 beziehungsweise den Gleitlagern 28 verbunden. Die Stützelemente 38 weisen im vorliegenden Fall im Wesentlichen die gleiche Länge auf.
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An den jeweiligen, hier nicht näher bezeichneten Lagerstellen des Festlagers 24 beziehungsweise der Gleitlager 28 sind mittels gestrichelter Linien 40 jeweilige Gleitbahnen eingezeichnet, entlang welchen sich die Gleitlager 28 bewegen können, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Formeinsatz 14 und der Werkzeughälfte 18 ausgleichen zu können.
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Der untere Formeinsatz 16 ist genauso an der unteren Werkzeughälfte 20 gelagert, wobei die Gleitbahnen 40 im Wesentlichen wie an der oberen Werkzeughälfte 18 verlaufen. Wie durch die weiteren gestrichelten Linien 40 gekennzeichnet, kann also eine entsprechende Verformung der Formeinsätze 14, 16 durch die Gleitlagerung der Formeinsätze 14, 16 an den Werkzeughälften 18, 20 auf einfache Weise ausgeglichen werden, so dass es zu keinen Verspannungen an den Formeinsätze 14, 16 beziehungsweise an den Werkzeughälften 18, 20 kommt, wenn die Formeinsätze 14, 16 temperiert werden.
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In 5 sind in einer Perspektivansicht lediglich die Formeinsätze 14, 16 dargestellt, wobei zudem noch die Stützelemente 38 eingezeichnet sind, über welche die Formeinsätze 14, 16 mit den Gleitlagern 28 beziehungsweise dem jeweiligen Festlager 24 verbunden sind. Bis auf die als die Fixpunkte dienenden Lagerstellen 22, an welchen die Formeinsätze 14, 16 mittels des Festlagers 24 an den Werkzeughälften 18, 20 befestigt sind, sind die Stützelemente 38 verschwenkar ausgebildet. Verschwenkbar bedeutet, dass die Stützelemente 38 einen oder mehrere Freiheitsgrade rotatorischer Art aufweisen.
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Durch die Verschiebbarkeit der an den Gleitlagern 28 befestigten Stützelemente 38 wird sichergestellt, dass die Gleitlager 24 eine Ausdehnung beziehungsweise eine partielle Bewegung der Formeinsätze 14, 16 gegenüber den jeweiligen Werkzeughälften 18, 20 ausschließlich entlang einer jeweiligen Verbindungslinie zwischen dem betreffenden Gleitlager 28 und dem Festlager 24 ermöglicht wird. Mit anderen Worten ist also die jeweilige Gleitrichtung der Gleitlager 28 durch die als Fixpunkt dienende Lagerstelle 22 fest definiert.
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In 6 sind zwei unterschiedliche Möglichkeiten dargestellt, wie die Gleitlager 28 sich bewegen können. In der linken Abbildung ist der Fall dargestellt, dass nur der obere Formeinsatz 14 mittels des Festlagers 24 gegenüber seiner Werkzeughälfte 18 gelagert ist, wobei der unterer Formeinsatz 16 ausschließlich über die hier nicht näher bezeichneten Gleitlager 28 gegenüber seiner Werkzeughälfte 20 gelagert ist. In diesem Fall wird durch die Gleitlager 28 eine Bewegung der Formeinsätze 14, 16 gegenüber ihren Werkzeughälften 18, 20 ausschließlich entlang jeweiliger Verbindungslinien 42 zwischen den jeweiligen Gleitlagern 28 beziehungsweise zwischen den jeweiligen Stützelementen 38 und dem an der Lagerstelle 22 der Werkzeughälfte 18 angeordneten Festlager 24 ermöglicht. Mit anderen Worten sind die hier nicht eingezeichneten Gleitbahnen 40 jeweils in Richtung der jeweiligen Verbindungslinien 42 ausgerichtet.
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In der rechten Abbildung von 6 ist eine zweite Möglichkeit dargestellt, wie die hier ebenfalls nicht näher bezeichneten Gleitlager 28 sich bewegen können. Im hier gezeigten Fall sind beide Formeinsätze 14, 16 jeweils mittels einem der Festlager 24 gegenüber ihren Werkzeughälften 18, 20 gelagert. In dem Fall wird durch die Gleitlager 28 eine Bewegung der Formeinsätze 14, 16 gegenüber ihren jeweiligen Werkzeughälfte 18, 20 ausschließlich entlang jeweiliger Verbindungslinien 44 zwischen den jeweiligen Gleitlagern 28 beziehungsweise zwischen den Stützelementen 38 und den an den Lagerstellen 22 der Werkzeughälften 18, 20 angeordneten Festlagern 24 ermöglicht. Mit anderen Worten sind die hier nicht eingezeichneten Gleitbahnen 40 jeweils in Richtung der jeweiligen Verbindungslinien 44 ausgerichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009005219 U1 [0002]
