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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigimprägnieranlage, einen Auswerfer, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Flüssigimprägnieranlage gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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STAND DER TECHNIK
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Flüssigimprägnieranlagen und Verfahren zum Betreiben solcher Anlagen finden bei der Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) und ähnlicher Kompositmaterialien und dergleichen vielfach Verwendung.
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Eine Herstellung eines Bauteils aus FVK beginnt in der Regel mit einem Halbzeug, insbesondere einem trockenen und zumindest zum Teil aus Fasern bestehenden Halbzeug, welches auch Preform genannt wird. Bekannte Flüssigimprägnierverfahren zur Imprägnierung des Halbzeugs sind ein Harzinfusionsverfahren (Resin infusion, RI) und ein Harzinjektionsverfahren, auch Spritzpressverfahren genannt (Resin Transfer Moulding, RTM).
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Mittels Imprägnieranlagen hergestellte Bauteile lassen sich grob in Bauteile mit Sandwich-Struktur und monolithische Bauteile unterteilen. Erstere erhalten im Imprägnierverfahren im Wesentlichen eine auf dem Preform aufliegende Materialschicht aus dem aufgetragenen Kunststoff, während letztere vom Kunststoff durchdrungen werden, wodurch das gefertigte Bauteil aus einem im Wesentlichen homogenen Werkstoff besteht.
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Gegenüber den bekannten Harzinfusions- bzw. Harzinjektionsverfahren ist in der
DE 101 57 655 ein verbessertes sogenanntes Spaltimprägnierverfahren offenbart, welches gegenüber den erstgenannten Verfahren zahlreiche Vorteile aufweist.
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In einer Spaltimprägnieranlage eingebaute Werkzeuge sowie eine Prozessführung eines Spaltimprägnierverfahrens erlauben eine hohe Automatisierbarkeit, kurze Prozessdauer bei gleichzeitig guter Oberflächenqualität und geringer Fertigungstoleranz der Bauteile. Spaltimprägnieranlagen bzw. das Spaltimprägnierverfahren erlauben sowohl die Herstellung von Bauteilen in Sandwich- als auch in monolithischer Bauweise.
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Das Spaltimprägnierverfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten Verfahren insbesondere durch zumindest einen Spalt, welcher nach dem Einlegen des Preforms zwischen letzterem und zumindest einer der Werkzeughälften gebildet ist. Das Werkzeug bzw. die Werkzeughälfte wird nach der Aufnahme des Preforms also nicht so nahe an letzteres herangeführt, dass das Werkzeug und das Preform im Wesentlichen einander aufliegen. Vielmehr wird bewusst ein Spalt zwischen Werkzeug und Preform eingestellt.
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Die Werkzeughälften werden, nachdem sie das Preform aufgenommen haben, dennoch insofern geschlossen, als ein von ihnen gebildeter Raum, umfassend das Preform und den zumindest einen Spalt, evakuiert werden kann.
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Sodann tritt der zum Imprägnieren verwendete Kunststoff, insbesondere ein Harz, in den zumindest einen Spalt zwischen Werkzeughälfte und Halbzeug ein. Ist ein vordefinierter Füllgrad erreicht, so wird zumindest eine der Werkzeughälften auf das Halbzeug zubewegt. Das Harz bzw. der Kunststoff wird hierduch aus dem Spalt verdrängt, bis der Spalt letztlich die vordefinierten Ausmasse erreicht hat oder ganz verschwunden ist. Im letzteren Fall liegt die zumindest eine Werkzeughälfte im Wesentlichen der Oberfläche des Halbzeugs auf. Durch die Bewegung der zumindest einen Werkzeughälfte wird der Kunststoff bzw. das Harz an alle Bereiche an dem Halbzeug und insbesondere auch in das vorzugsweise aus Fasern bestehende Halbzeug eingebracht. Nach einem Aushärten wird zumindest eine der Werkzeughälften vom Halbzeug wegbewegt, um dieses freizugeben.
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Mittels des Spaltimprägnierverfahrens gefertigte Bauteile sind vorteilhafterweise sehr leicht, wodurch sich das Verfahren beispielsweise für die Fertigung von Bauteilen zur Verwendung in Automobilen, beispielsweise von Motorhauben, eignet.
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Ferner können Bauteile hergestellt werden, die aus einem Halbzeug (Preform) bestehen, welches mehrere Werkstoffe, insbesondere mehrere Faserwerkstoffe umfasst. In Frage kommen hierbei beispielsweise Kohle- oder Glasfaserwerkstoffe, welche zum Beispiel einen Schaumstoffkern ummanteln. Durch die Kombination der Materialien kann minimales Gewicht des gefertigten Werkstücks mit hoher Stabilität des Werkstücks kombiniert werden.
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Ein solches Halbzeug wird zur Herstellung von Bauteilen verwendet, welche an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Stellen verstärkt sein, welche grosse Kräfte aufnehmen müssen, während andere Stellen weicher bzw. flexibler ausgebildet sind. Dies ist beispielsweise bei Motorhauben der Fall, welche sowohl weichere Stellen aufweisen, um einen Passanten im Falle eines Aufpralls möglichst nicht zu verletzen, als auch verstärkte Stellen, welche einer Aufnahme von Kräften dienen.
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In Flüssigimprägnieranlagen sind teilweise Fixierstifte vorgesehen, welche das Halbzeug lagernd aufnehmen. Weiterhin sind teilweise Auswerfer vorgesehen, welche einer Entnahme des imprägnierten bzw. bearbeiteten Halbzeugs, welches nach dem Fertigungsprozess auch als Werkstück bezeichnet werden kann, dienen. Derartige Auswerfer sind im einfachsten Fall bewegbare Bolzen, welche das Werkstück zum Zweck der Entnahme ein Stück weit aus dem Werkzeug herausbewegen.
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Nachteilig an derartigen Fixierstiften und Auswerfern ist jedoch, dass sie, insbesondere bei empfindlichen bzw. leicht zu beschädigenden Werkstücken, leicht zu einer Beschädigung des Werkstücks führen können.
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Es ist nun insbesondere bei einem Bauteil mit weichen Stellen wünschenswert, dieses aus der Spaltimprägnieranlage bzw. dem Werkzeug zu entfernen, ohne dass hierbei eine Gefahr der Beschädigung des Bauteils oder dessen Oberfläche, beispielsweise durch Auswerfer oder Fixierstifte, besteht.
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AUFGABE
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Flüssigimprägnieranlage und ein Auswerfer für eine Flüssigimprägnieranlage, eine Verwendung des Auswerfers sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Flüssigimprägnieranlage bereitgestellt werden, die ein schonendes Herauslösen und Entnehmen des Bauteils aus der Anlage bzw. dem Werkzeug erlauben, wobei der Auswerfer bzw. die Anlage möglichst wartungsarm und robust ausgebildet sein soll.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
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Eine Flüssigimprägnieranlage gemäss der vorliegenden Erfindung ist bevorzugterweise eine Spaltimprägnieranlage, die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf Spaltimprägnieranlagen begrenzt sein. Vielmehr kann auch an beispielsweise Harzinjektions oder Harzinfusionsanlagen gedacht sein, welche gemäss der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind.
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Eine erfindungsgemässe Flüssigimprägnieranlage bzw. Spaltimprägnieranlage umfasst eine Werkzeughälfte sowie einen Auswerfer. Die Werkzeughälfte bildet einen Aufnahmebereich, welcher einer Aufnahme eines Halbzeugs dient. Sowohl der Auswerfer als auch die Werkzeughälfte sind mit einer Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung verbunden. Von der vorliegenden Erfindung sollen Antriebs- bzw Steuerungseinrichtungen umfasst sein, welche entweder elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder durch eine Kombination dieser Prinzipien betrieben werden.
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Die Werkzeughälfte und der Auswerfer sind hierbei einander zugeordnet. Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel folgend sind die Werkzeughälfte und der Auswerfer einander derart koaxial zugeordnet, dass der Auswerfer die Werkzeughälfte durchdringt. Die Werkzeughälfte weist hierzu bevorzugt eine Ausnehmung auf, in welcher der Auswerfer beweglich geführt ist.
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Einends verfügt der Auswerfer über einen funktionellen Endbabschnitt, welcher dem Auswerfen eines bearbeiteten Halbzeugs (Werkstück) dient. Andernends ist der Auswerfer mit einer Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung konnektiert.
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Ein dem funktionellen Endbabschnitt des Auswerfers zugeordnetes Ende der Werkzeughälfte ist als geformte Kontur bzw. Hohlform ausgestaltet. Andernends ist die Werkzeughälfte ebenso mit einer Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung konnektiert.
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Einem Ausführungsbeispiel folgend sind die Werkzeughälfte und der Auswerfer sowohl unabhängig voneinander als auch gemeinsam bewegbar. Vorzugsweise erfolgt diese Bewegung beider Elemente koaxial zueinander.
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Es kann zwar an Flüssigimprägnieranlagen bzw. Spaltimprägnieranlagen gedacht sein, welche nur ein Werkzeug bzw. nur eine Werkzeughälfte und einen Auswerfer aufweisen. Bevorzugterweise verfügt die Flüssigimprägnieranlage bzw. Spaltimprägnieranlage jedoch über zwei im Wesentlichen spiegelbildlich angeordnete vorstehend beschriebene Kombinationen aus Werkzeughälfte und Auswerfer. Die jeweiligen Werkzeughälften bzw. Auswerfer sind somit aufeinanderzu- bzw. voneinander wegbewegbar. Zumindest eine der Werkzeughälften weist hierbei eine Hohlform bzw. geformte Kontur auf, so dass die Werkzeughälften durch Aufeinanderzubewegen in eine Position bringbar sind, in welcher die zumindest eine Hohlform einen Aufnahmebereich für ein Halbzeug bzw. Preform bildet. Der Form bzw. den Ausmassen des zu bearbeitenden Halbzeugs bzw. Preforms entsprechend können sowohl beide als auch nur eine der Werkzeughälften eine Hohlform aufweisen. Weiterhin kann die Hohlform bzw. geformten Kontur entsprechend der Form bzw. den Ausmassen des zu bearbeitenden Halbzeugs verschiedenartig ausgeformt sein.
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Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel folgend umfasst die Flüssigimprägnieranlage bzw. Spaltimprägnieranlage für jede Kombination aus Werkzeughälfte und Auswerfer je eine Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung. Es kann jedoch auch daran gedacht sein, jedem zu bewegenden Element der Anlage eine separate Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung zuzuordnen.
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Vorteilhaft an einer gemeinsamen Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung für Werkzeughälfte und Auswerfer ist jedoch, dass die Lagerung dieser Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung an nur einem Lagerelement, beispielsweise einer Lagerplatte, erfolgen kann. Dennoch sind durch unterschiedliche Antriebs- bzw. Steuerungseinheiten innerhalb der Antriebs- bzw. Steuerungseinrichtung für das Werkzeug und den Auswerfer separat und im Wesentlichen unabhängig voneinander bewegbar. Zusätzlich kann an eine weitere Antriebs- und Steuerungseinrichtung gedacht sein, welche die gleichzeitige Bewegung von Werkzeug und Auswerfer ermöglicht.
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Jedoch soll auch von der vorliegenden Erfindung umfasst sein, die Anlage und insbesondere Werkzeughälften und Auswerfer derart auszugestalten, dass ihre Bewegungen nicht oder nur teilweise unabhängig voneinander erfolgen. Beispielsweise kann daran gedacht sein, dass an einem der vorstehend genannten sich bewegenden Elemente, beispielsweise am Auswerfer oder der Werkzeughälfte, ein Anschlag als Begrenzung für die Bewegung des anderen Elements vorgesehen ist.
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Der Auswerfer ist gemäss der vorliegenden Erfindung bevorzugt als Luftauswerfer ausgestaltet. Ein Arbeitsprinzip eines Luftauswerfers ist, ein Herausnehmen eines bearbeiteten Werkstücks zu erleichtern, indem das Werkstück an jenen Bereichen, an denen es mit dem Auswerfer in Kontakt steht, mit Luft beaufschlagt wird. Im Gegensatz hierzu ist das Arbeitsprinzip eines Auswerferstifts, das Herausnehmen des bearbeiteten bzw. gefertigten Werkstücks aus dem Werkzeug zu erleichtern, indem das Werkstück durch Bewegung des Stifts ein Stück weit aus dem Werkzeug herausbewegt wird.
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Ein Auswerfer gemäss der vorliegenden Erfindung weist hierbei Merkmale auf, welche ein Entnehmen eines bearbeiteten bzw. gefertigten Werkstücks, insbesondere eines mit Harz behandelten bzw. imprägnierten Halbzeugs, erlauben, wobei die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch die Auswerfer minimiert ist. Zum einen sind Luftauswerfer geeignet, das Werkstück mit einer Kraft zu beaufschlagen, ohne es zu beschädigen. Unter Beschädigung sei hierbei auch das Hinterlassen von Spuren, insbesondere auf der Oberfläche, verstanden. Das Werkstück sollte mit einer möglichst ebenen und gleichmässigen Oberfläche versehen werden, beispielsweise, um es in einem nachfolgenden Prozess weiter zu bearbeiten.
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Einem Ausführungsbeispiel folgend besteht der Auswerfer hierbei aus einem Auswerferzylinder und einem Auswerferkolben. Der Auswerferzylinder dient der Aufnahme und Führung des Auswerferkolbens. Der Auswerferkolben ist hierbei im Auswerferzylinder bewegbar angeordnet.
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Bevorzugterweise verfügt der Auswerferkolben über eine Fluidzuleitung, welche in seinem Inneren im Wesentlichen entlang einer gedachten Längsachse verläuft. Die Fluidzuleitung wird zumeist mit einem Gas, hauptsächlich mit Luft beaufschlagt sein. Von der Erfindung soll jedoch umfasst sein, neben Gasen oder Gasgemischen auch andere Fluide, also Flüssigkeiten oder Gas-Flüssigkeitsgemische wie Aerosole und dergleichen zu verwenden.
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Nahe dem funktionellen Endbabschnitt des Auswerfers verzweigt sich die Fluidzuleitung vorzugsweise, um ein Fluid im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse dem Auswerferzylinder zuzuführen. Es kann jedoch auch daran gedacht sein, eine Fluidzuleitung anders zu gestalten.
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Am funktionellen Endbabschnitt des Auswerfers ist dem Auswerferzylinder ein Innenkegel und dem Auswerferkolben ein komplementär geformter Aussenkegel angeformt. Der Auswerferkolben ist im Wesentlichen zwischen zwei Positionen verfahrbar bzw. bewegbar, einer geschlossenen und einer geöffneten Position. In der geschlossenen Position ist der Auswerferkolben derart innerhalb des Auswerferzylinders positioniert, dass im Wesentlichen ein Formschluss zwischen den komplementär geformten Innen- und Aussenkegeln erreicht ist. Somit kann kein Fluid die Fluidzuleitung passierend den Auswerferkolben in Richtung auf das Werkstück zu verlassen. In der geöffneten Position besteht am funktionellen Endbabschnitt des Auswerferkolbens kein Formschluss zwischen Innen- und Aussenkegel. Ein die Fluidzuleitung passierendes Fluid kann somit aus der Fluidzuleitung in den Auswerferzylinder übertreten und durch eine Öffnung am funktionellen Ende des Auswerfers letzteren in Richtung des Werkstücks verlassen.
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Um ein empfindliches bzw. leicht zu beschädigendes Werkstück, welches beispielsweise aus einem leicht deformierbaren Halbzeug gefertigt ist, möglichst sanft aus dem Werkzeug entnehmen zu können, ist der Auswerfer und insbesondere die Öffnung des Auswerferzylinders am funktionellen Ende des Auswerfers derart dimensioniert, dass eine möglichst grosse Menge Fluid dem zu entnehmenden Werkstück zugeführt wird. Hierzu ist zweckmässigerweise die Querschnittsfläche der Öffnung gross gegenüber den Ausmassen des Werkzeugs bzw. des Aufnahmebereichs. Bevorzugterweise misst ein Durchmesser einer Öffnung des Auswerfers, welcher der Beaufschlagung des Werkstücks mit Fluid dient, 5% bis 50% des Durchmessers des Aufnahmebereichs. Bevorzugter misst jedoch der Durchmesser der Öffnung des Auswerfers 10% bis 40% des Durchmessers des Aufnahmebereichs, noch bevorzugter ist ein Verhältnis von 15% bis 30% und noch bevorzugter ein Verhältnis von 17,5% bis 25%. Durch ein solches Grössenverhältnis wird gewährleistet, dass ein Fluid aus einer relativ zu den Abmessungen des Werkstücks grossen Öffnung auf das Werkstück auftrifft, um eine Beschädigung des Werkstücks durch das Auswerfen zu vermeiden.
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Durch den Formschluss der komplementär geformten Innen- und Aussenkegel ist weiterhin ein Anpassen des Auswerfers an die Ausgestaltung der Werkzeughälfte derart möglich, dass sich das funktionelle Ende des Auswerfers im geschlossenen Zustand möglichst an die geformte Kontur des Werkzeugs anpasst. So wird beispielsweise Anguss vermieden.
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Insbesondere in einer Spaltimprägnieranlage bietet ein erfindungsgemässer Auswerfer zahlreiche Vorteile.
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Zum einen ist ein separat von der Werkzeughälfte beweglicher Auswerfer geeignet, das zwecks Bearbeitung in das Werkzeug eingebrachte Halbzeug sicher zu fixieren. Diese Fixierung erfolgt hierbei zweckmässigerweise durch direkte Kontaktaufnahme, das heisst der Auswerfer liegt mit seinem funktionellen Ende direkt an das Halbzeug an. Das Fixieren ist hierbei einerseits unmittelbar nach einem Einbringen des Halbzeugs in die Anlage nötig, um das Halbzeug in einer gewünschten Position zu halten, um von der Werkzeughälfte bzw. den Werkzeughälften umschlossen werden zu können. Andererseits ist ein Fixieren, insbesondere in einer Spaltimprägnieranlage, auch während des Bearbeitungsprozesses bzw. Imprägnierprozesses wichtig, um das Halbzeug derart zu positionieren, dass zwischen Werkzeug und Halbzeug der charakteristische Spalt entsteht, welcher mit Harz gefüllt werden kann. Weiterhin ist die Fixierung während des darauffolgenden Schliessens der Werkzeughälften wichtig, um ein Werkstück mit hoher Oberflächenqualität zu erhalten.
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Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Spaltimprägnieranlage vorzugsweise zwei im Wesentlichen spiegelbildlich angeordnete Werkzeughälften aufweist, denen jeweils ein Auswerfer zugeordnet ist. Es kann selbstverständlich auch daran gedacht sein, zwei Werkzeughälften vorzusehen, wobei nur einer dieser Werkzeughälften ein Auswerfer zugeordnet ist. Dies ist beispielsweise denkbar, wenn das bearbeitete Werkstück nach der Bearbeitung in einer Spaltimprägnieranlage bzw. Flüssigimprägnieranlage im Wesentlichen in der Werkzeughälfte ohne Auswerfer verbleiben soll. Ferner kann natürlich auch daran gedacht sein, die zweite Werkzeughälfte durch ein nicht bewegliches Element der Flüssigimprägnieranlage zu ersetzen. Dieses nicht bewegliche Element ist in diesem Ausführungsbeispiel ein auf beliebige Weise integral mit der Spaltimprägnieranlage ausgestaltetes Gegenlager für die bewegliche Werkzeughälfte. Hierbei würde sich somit nur eine Werkzeughälfte relativ zu dem nicht beweglichen Element bewegen. Beide Elemente würden dennoch den Aufnahmeraum für das zu bearbeitende Halbzeug bilden.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1a eine geschnittene Teilansicht zweier Werkzeughälften einer Spaltimprägnieranlage S in einer im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage,
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1b eine Ansicht nach 1a in einer teilweise geöffneten Gebrauchslage,
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1c eine Ansicht nach 1b mit eingelegtem Preform 28,
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2a eine geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S nach 1a,
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2b eine geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S nach 1b,
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3a eine geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S nach 2a mit geöffneten Luftauswerfern 1.1, 1.2,
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3b eine Detailansicht nach 3a,
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3c eine Detailansicht nach 2a,
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4 eine geschnittene Ansicht einer Spaltimprägnieranlage S,
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5a eine schematische geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage vor Aufnahme eines Preforms 28,
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5b eine Ansicht nach 5a mit eingebrachtem Preform 28,
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5c eine Ansicht nach den 5a, 5b, wobei sich die Werkzeughälfte 4.1 in teilweise geöffneter Gebrauchslage befindet,
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5d eine Ansicht nach den 5c zu Beginn des Harzeintrags,
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5e eine Ansicht nach den 5d mit beinahe geschlossenem Spalt,
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5f eine Ansicht nach 5e, wobei sich die Werkzeughälften 4.1, 4.2 in einer im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage befinden und
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5g eine Ansicht nach 5f am Ende des Spaltimprägnierprozesses.
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In 1a ist ein eine geschnittene Teilansicht zweier Werkzeughälften 4.1, 4.2 in der im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage dargestellt. Die den Werkzeughälften 4.1, 4.2 zugeordneten Luftauswerfer 1.1, 1.2 befinden sich in geschlossener Position. Die Luftauswerfer 1.1, 1.2 bestehen aus einem Auswerferzylinder 5.1, 5.2 und einem Auswerferkolben 6.1, 6.2. Im Inneren des Auswerferzylinders 5.1, 5.2 verläuft eine Luftzuleitung 16.1, 16.2. Nahe einem funktionellen Endabschnitt 12.1, 12.2 geht die Luftzuleitung 16.1, 16.2. in Verzweigungen 17 über.
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Einander zugewandte geformte Konturen 14.1, 14.2 der Werkzeughälften 4.1, 4.2 bilden einen Aufnahmebereich 9.
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1b eine Ansicht nach 1a in teilweise geöffneter Gebrauchslage, welche sich im Wesentlichen dadurch von 1a unterscheidet, dass die Werkzeughälften 4.1, 4.2 einer Richtung eines Pfeils 11.1, 11.2 folgend relativ zu den Luftauswerfern 1.1, 1.2 verschoben sind. Wie die Preform 28 in dieser teilweise geöffneten Gebrauchslage im Aufnahmebereich positioniert ist, zeigt 1c.
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2a zeigt eine geschnittene Teilansicht nach 1a, wobei alle der Werkzeughälfte 4.1 zugeordneten Einrichtungen der Spaltimprägnieranlage S dargestellt sind. Die Werkzeughälften 4.1, 4.2 befinden sich in der im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage, die Luftauswerfer 1.1, 1.2 in geschlossener Position.
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Ferner ist die Antriebs- und Steuerungseinrichtung der Werkzeughälfte 4.1 und des Auswerfers 1.1 dargestellt. Diese ist an einer Lagerplatte 10 gelagert bzw. abgestützt. Antriebs- und Steuerungselemente 24 der Werkzeughälfte 4.1 sind gut erkennbar. Eine einends den Antriebs- und Steuerungselementen 24 zugeordnete Feder 23, welche andernends einem Lagerelement 26 anliegt, ist ebenfalls erkennbar.
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Ferner sind Antriebs- und Steuerungselemente 25 des Auswerferkolbens 1.1 dargestellt.
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2b zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S nach 1b, die sich im Wesentlichen dadurch von 2a unterscheidet, dass die Werkzeughälften 4.1, 4.2 sich in der teilweise geöffneten Gebrauchslage befinden. Die der teilweise geöffneten Gebrauchslage entsprechende Position der Antriebs- und Steuerungselemente 24 der Werkzeughälfte 4.1 ist ebenfalls ersichtlich.
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In 3a ist eine geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S nach 2a mit geöffnetem Luftauswerfern 1.1, 1.2 dargestellt. Die dem Auswerferkolben 6.1 zugeordneten Antriebs- und Steuerungselemente 25 sind gut erkennbar.
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3b zeigt eine vergrösserte Detailansicht nach 3a. Hierbei ist gut erkennbar, dass sich der geöffnete Zustand der Luftauswerfer 1.1, 1.2 im Wesentlichen dadurch vom geschlossenen Zustand der Luftauswerfer 1.1, 1.2 gemäss den 1 und 2 unterscheidet, dass die Auswerferkolben 6.1, 6.2 sich relativ zu den Auswerferzylindern 5.1, 5.2 in einer einem Pfeil 11.1 bzw. 11.2 folgendenden weiter aussen befindlichen Position befinden.
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In 4 ist eine geschnittene Ansicht einer Spaltimprägnieranlage S dargestellt. Eine gedachte Längsachse 15 ist eingezeichnet.
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Die 5a zeigt eine schematische geschnittene Teilansicht einer Spaltimprägnieranlage S.
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Bezugnehmend auf die 1–5 erklärt sich die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung folgendermassen:
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Zunächst wird ein zu bearbeitendes bzw. zu imprägnierendes Preform 28 in den Aufnahmebereich 9 der Spaltimprägnieranlage S eingebracht. Hierbei befindet sich zumindest einer der Luftauswerfer 1.1 sowie eine der Werkzeughälften 4.1 in einer Ausgangslage, in welcher der Aufnahmebereich 9 derart zugänglich ist, dass das Halbzeug 28 manuell oder maschinell in den Aufnahmebereich eingebracht werden kann. Die Luftauswerfer 1.1, 1.2, welche sich in der geschlossenen Position befinden, fixieren sodann das Halbzeug 28 in der Spaltimprägnieranlage S. In der Regel wird hierzu der in Ausgangslage befindliche Luftauswerfer 1.1 an das Halbzeug 28 heranbewegt, so dass eine Kontaktaufnahme erfolgt. Dies ist in 1c angedeutet. Wie in den 5c und 2b dargestellt, werden vor Beginn eines Harzeintrags die Werkzeughälften 4.1, 4.2, bzw. die zuvor in Ausgangslage befindliche Werkzeughälfte 4.1, ebenfalls in eine Gebrauchslage gebracht, wobei es sich hierbei zunächst um eine teilweise geöffnete Gebrauchslage handelt. In dieser teilweise geöffneten Gebrauchslage befindet sich zwischen Halbzeug 28 und Werkzeughälfte 4.1, 4.2 ein Spalt 30, wie in 1c erkennbar. Dies ist in 5c erkennbar und entspricht der Lage in den 1b und 2b. Um in die teilweise geöffnete Gebrauchslage zu gelangen, wird die Werkzeughälfte 4.1 entgegen einer Kraft einer Feder 23, welche andernends einem Lagerelement 26 aufliegt, bewegt.
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Mittels einer Harzeintragseinrichtung 29 wird sodann Harz 31 in den Aufnahmebereich 9 eingebracht. In 2a ist dies durch einen Pfeil 11.3 angedeutet. Hierbei wird das Harz 31 zunächst im Wesentlichen den Spalt 30 füllen. Das Halbzeug 28 ist währenddessen durch die Luftauswerfer 1.1, 1.2 sicher fixiert.
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Nachdem die Füllhöhe 32 des Spaltes 30 mit Harz 31 einen voreingestellten Wert erreicht hat, werden die Werkzeughälften 4.1, 4.2 in eine im Wesentlichen geschlossene Gebrauchslage bewegt, wie sie in den 5f, 1a und 2a dargestellt ist. Durch eine Beaufschlagung der Werkzeughälfte 4.1 mit einer Federkraft einer Feder 23 ist die im Wesentlichen geschlossene Gebrauchslage gegenüber der teilweise geöffneten Gebrauchslage bevorzugt. Hierbei wird das Harz 31, wie in 5e dargestellt, sowohl das Preform 28 durchdringen bzw. in letzteres eingepresst, als auch eine solche Füllhöhe 32 erreichen, dass das gesamte Preform 28 mit dem Harz 31 imprägniert wird, was in 5f erkennbar ist. In der in 5f dargestellten im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage ist ebenfalls ein Trocknen bzw. Härten des imprägnierten Preforms bzw. Werkstücks möglich.
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Vorteilhaft für die Produkt- und insbesondere die Oberflächenqualität des aus dem Halbzeug 28 durch den Imprägnierprozess zu fertigenden Werkstücks 28 ist hierbei die erfindungsgemässe Anordnung der Werkzeughälften 4.1, 4.2 und Luftauswerfer 1.1, 1.2 sowie der zugehörigen Antriebs- und Steuerungselemente 24, 25. Durch die Lagerung der Antriebs- und Steuerungselemente 24, 25 an nur einer Lagerplatte 10 und die im Wesentlichen koaxiale Ausrichtung und Bewegung der Antriebs- und Steuerungselemente 24, 25 während des Imprägnierprozesses wird eine hohe und gleichbleibende Produkt- und Oberflächenqualität erreicht, da Fertigungstoleranzen minimiert sind. Diese im Wesentlichen koaxiale Ausrichtung ist in 4 im Vergleich zu einer gedachten Längsachse 15 gut erkennbar.
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Aus den 2a und 2b geht ferner hervor, dass sowohl eine unabhängige Bewegung von Luftauswerfern 1.1, 1.2 und Werkzeughälften 4.1, 4.2 mittels dafür vorgesehener Antriebs- und Steuerungseinrichtungen 24, 25, als auch eine gemeinsame Bewegung beider Elemente durch eine nicht gezeigte Antriebs- und Steuerungseinrichtung, welche sich unmittelbar an der Lagerplatte 10 befindet, denkbar ist. Somit können beispielsweise die einander zugeordnete Kombination aus Luftauswerfer 1.1 und Werkzeughälfte 4.1 gemeinsam von einer nicht dargestellten Ausgangslage nahe der Lagerplatte 10 in eine Gebrauchslage verfahren werden. Nach einem noch zu beschreibenden Öffnen der Luftauswerfer 1.1, 1.2 können andererseits auch letztere gemeinsam mit den Werkzeughälften 4.1, 4.2 in eine Ausgangslage gebracht werden. Diese gleichzeitige Bewegung minimiert weiterhin die Gefahr von Beschädigung des Werkstücks 28, da die ihm anliegenden Elemente Luftauswerfer 1.1, 1.2 und Werkzeughälfte 4.1, 4.2 gleichzeitig und in möglichst gleichmässiger Bewegung den Kontakt zum Werkstück 28 verlieren. Somit ist die Gefahr von auftretenden Spannungen oder Kraftspitzen minimiert.
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Um das durch Imprägnieren gefertigte Werkstück 28 aus der Spaltimprägnieranlage S entnehmen zu können, ohne dass die Gefahr von insbesondere Oberflächenbeschädigungen durch Auswerferbolzen und ähnliches besteht, sieht die vorliegende Erfindung einen Luftauswerfer 1.1, 1.2 vor. Am Ende des Imprägnierprozesses, wenn sich, wie in den 3a, 3b und 5f dargestellt die Werkzeughälften 4.1, 4.2 noch in der im Wesentlichen geschlossenen Position befinden, werden zwecks Freigabe bzw. Entnahme des Werkstücks 28 die Luftauswerfer 1.1, 1.2 geöffnet. Dies ist in 3b gut erkennbar. Über eine Luftzuleitung 16.1, 16.2 welche von einer Luftzuführung 8 gespeist und mit Luft beaufschlagt ist, wird dem Werkstück 28 Luft zugeleitet. Ein Öffnen der Luftauswerfer 1.1, 1.2 erfolgt hierbei durch eine Bewegung der Auswerferkolben 6.1, 6.2 in Richtung eines in 3b dargestellten Pfeils 11.1, 11.2. Dies wird bewerkstelligt durch die beispielsweise in 2a erkennbaren Antriebs- und Steuerungselemente 25, unter anderem das Luftauswerfer-T-Stück 3. Dieses kann beispielsweise pneumatisch betrieben werden, hierfür sind Luftzuführungen 2.1, 2.2 vorhanden.
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Wie in 3c dargestellt, ist der Luftaustrittsabschnitt 7.1, 7.2 nicht freigegeben, wenn sich die Luftauswerfer 1.1, 1.2 im geschlossenen Zustand befinden. Es liegt dann keine Öffnung 20 vor, durch welche Luft den Luftauswerfer 1.1, 1.2 in Richtung Werkstück 28 verlassen kann.
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Durch ein in 3b im Vergleich zu 3c dargestelltes Zurückziehen der Auswerferkolben 6.1, 6.2 innerhalb der Auswerferzylinder 5.1, 5.2 in Richtung der Pfeile 11.1, 11.2 kann die Luft, einem angedeuteten Luftaustrittsweg 27 folgend, auf das Werkstück 28 aufgebracht werden. Da letzteres nach dem Imprägnierprozess der geformten Kontur 14.1, 14.2 der Werkzeughälften 4.1, 4.2 anliegt bzw. aufliegt, wird die den Luftauswerfer 1.1, 1.2 verlassende Luft notwendigerweise zwischen Werkstück 28 und Werkzeughälfte 4.1, 4.2 eingebracht. Somit wird das Werkstück von der geformten Kontur 14.1, 14.2 gelöst. Hierdurch kann eine leichte Entnahme des Werkstücks 28 erfolgen. Durch den im Vergleich zum Durchmesser des Aufnahmebereichs D(A) grossen Durchmesser der Öffnung D(Ö) wird eine Beschädigung des Werkstücks 28 weiter minimiert. Der Grund ist einerseits, dass der austretenden Luft eine grosse Querschnittsfläche zur Verfügung steht und somit keine punktuell wirkenden starken Kräfte auf das Werkstück 28 einwirken, welche zu einer Beschädigung führen können. Andererseits ist Luft geeignet, das Werkstück möglichst schonend von der geformten Kontur 14.1, 14.2 zu lösen, ohne dabei Spuren zu hinterlassen.
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Bezugnehmend auf
3c ist weiterhin zu beachten, dass in einer im Wesentlichen geschlossenen Gebrauchslage, in welcher die Luftauswerfer
1.1,
1.2 geschlossen sind, letztere gegenüber dem in den Aufnahmebereich
9 eintretenden Harz
31 abgedichtet sind. Hierfür sorgt der Formschluss von Innen- und Aussenkegel
18,
19 welcher am funktionellen Endabschnitt zwischen Auswerferkolben
6.1,
6.2 und Auswerferzylinder
5.1,
5.2 gebildet ist. Somit ist der zwischen Innen- und Aussenkegel
18,
19 gebildete Formschluss gleichermassen geeignet, sowohl die Luftauswerfer
1.1,
1.2 zu schliessen um keine Luft entweichen zu lassen, als auch um die Luftauswerfer
1.1,
1.2 gegenüber eintretendem Harz
31 abzudichten. Bezugszeichenliste
| 1 | Luftauswerfer | 34 | |
| 2 | Luftzuführung für Luftauswerfer-T-Stück | 35 | |
| 3 | Luftauswerfer-T-Stück | 36 | |
| 4 | Werkzeughälfte | 37 | |
| 5 | Auswerferzylinder | 38 | |
| 6 | Auswerferkolben | 39 | |
| 7 | Luftaustrittsabschnitt | 40 | |
| 8 | Luftzuführung für Luftaustrittsabschnitt | 41 | |
| 9 | Aufnahmebereich | 42 | |
| 10 | Lagerplatte | 43 | |
| 11 | Pfeil | 44 | |
| 12 | Funktioneller Endbabschnitt | 45 | |
| 13 | Ausnehmung | 46 | |
| 14 | Geformte Kontur | 47 | |
| 15 | Längsachse | | |
| 16 | Luftzuleitung | | Durchmesser Öffnung |
| 17 | Verzweigung | | Durchmesser Aufnahmebereich |
| 18 | Innenkegel | | |
| 19 | Aussenkegel | | |
| 20 | Öffnung | | |
| 21 | Verbindungsöffnung Vakuum | | |
| 22 | Einflussöffnung Harz | | |
| 23 | Feder | | |
| 24 | Antriebs- und Steuerungselemente | | |
| 25 | Antriebs- und Steuerungselemente | | |
| 26 | Lagerelemente | | |
| 27 | Luftaustrittsweg | | |
| 28 | Preform / Werkstück | | |
| 29 | Harzeintragseinrichtung | | |
| 30 | Spalt | | |
| 31 | Harz | | |
| 32 | Füllhöhe | | |
| 33 | | | |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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