DE102014005847A1

DE102014005847A1 - Verfahren zum Steuern eines Formenwerkzeugs zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen

Info

Publication number: DE102014005847A1
Application number: DE102014005847.6A
Authority: DE
Inventors: David Roquette; Felix Diebold
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Formwerkzeugs zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen, wobei das Formwerkzeug zwei Formteile aufweist, die zueinander aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung des Formwerkzeugs bewegbar sind, wobei in der offenen Stellung in ein Formteil ein aus Fasern bestehendes Halbzeug eingelegt wird, die Formteile in eine fast geschlossene Stellung bewegt werden, in der in die Kavität eine Harzmasse mit Druck eingespritzt wird, bis die Kavität gefüllt und das Halbzeug vollständig benetzt ist, wonach die Formteile in die geschlossene Stellung bewegt werden und nach dem Aushärten der Harzmasse das fertige Bauteil aus der geöffneten Kavität entformt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schließgeschwindigkeit des Formwerkzeugs aus der offenen in die geschlossene Stellung und der Innendruck in der Kavität gemessen wird, und dass bei der Bewegung aus der fast geschlossenen Stellung in die geschlossene Stellung die Schließgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Innendrucks derart geregelt wird, dass ein die Kavität und/oder das herzustellende Bauteil schädigender Maximalwert des Innendrucks nicht überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Formwerkzeugs zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Faserverstärkte Bauteile werden in großem Umfang im Kraftfahrzeugbau umgesetzt. Diese werden nach dem sog. RTM-Verfahren hergestellt, wobei RTM für „Resin Transfer Moulding” steht.
Die hierzu verwendeten Formwerkzeuge bestehen aus zwei Formteilen, die relativ zueinander bewegbar sind und eine offene und eine geschlossene Stellung aufweisen. In der geschlossenen Stellung wird hierbei eine Kavität gebildet, die der Negativform des herzustellenden Bauteiles entspricht. In die Kavität wird ein aus einem Fasermaterial bestehendes Halbzeug, eine sog. Preform, eingelegt. Das Formwerkzeug weist zumindest eine in die Kavität führenden Anschluss auf zum Injizieren einer Harzmasse, der sog. Matrix, die das Halbzeug tränkt und vollständig umgibt. Nach Aushärten der Harzmasse bei geschlossenem Formwerkzeug werden die Formteile geöffnet und das fertige Bauteil entnommen.
Es gibt verschiedene Varianten des RTM-Prozesses, wobei bei allen Prozessen die Kavität wahlweise unter Unterdruck gesetzt werden kann, um das Injizieren der Harzmasse zu erleichtern. So ist es bekannt, die Harzmasse in das geschlossene Werkzeug zu injizieren, wobei dieses Injizieren bei einer niedrigen Presskraft der beiden Formteile erfolgt. Bei der Injektion entsteht im Werkzeug ein Innendruck, wobei die Kavität leicht geöffnet oder aufgebläht werden kann, um den Fließwiderstand der Kunststoffmasse zu erleichtern. Nach oder während der Injektion wird die Presskraft erhöht.
Nach der Injektionsphase muss die Kavität des Formwerkzeugs komplett geschlossen werden, um die Dimensionen des Bauteiles endgültig festzulegen. Beim Schließen der Kavität entstehen erhebliche Innendrücke in dem Formwerkzeug. Diese hohen Drücke können u. U. dazu führen, dass z. B. leichte Schaumkerne während der Schließphase kollabieren.
Aus der DE 10 2009 010 692 ist ein Formwerkzeug für einen RTM-Prozess bekannt, das mit einer Prozess-Steuerung ausgerüstet ist. Diese Prozess-Steuerung weist eine Sensorik zum Überwachen des Bauteiles während des Herstellungsprozesses, während der Injektionsphase und der Schließphase auf. Die Sensorik ist hierbei mit der Prozess-Steuerung gekoppelt und dient z. B. zur optischen Überwachung des Herstellungsprozesses mithilfe einer Kamera, wobei ebenfalls Thermofühler oder Abstands-Sensoren für den Abstand zwischen den Formteilen vorgesehen werden können.
Aus der DE 102 53 100 A1 ist ein Formwerkzeug bekannt, mit dem die Bauteile mit einem zentralen Schaumkern hergestellt werden, der als Träger für das Faserhalbzeug verwendet wird. Um die Kavität während des Injizierens und ggf. während der Überfüllung mit der Kunststoffmasse und bei einem erhöhten Pressdruck zu entlüften, wird diese Entlüftung durch den Schaumkern selbst ermöglicht. An diesem Schaumkern wird z. B. eine Unterdruckquelle angelegt, oder es werden innerhalb des Schaumkerns Entlüftungskanäle gebildet oder z. B. Schläuche eingelegt.
Für eine solche Entlüftung ist jedoch ein hoher Aufwand notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern des Formwerkzeuges anzugeben, mit dem ein Überdruck in der zu schließenden Kavität vermieden wird und damit weder die Kavität noch darin befindliche Halbzeuge beschädigt werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise weist ein Formwerkzeug zum Herstellen von Bauteilen zwei Formteile auf, die zueinander aus einer offenen Stellung in eine geschlossenen Stellung bewegbar sind, wobei sich zwischen den Formteilen eine Kavität bildet, die im geschlossenen Zustand der Negativform des herzustellenden Bauteiles entspricht. In der offenen Stellung wird in ein Formteil ein aus Fasern bestehendes Halbzeug, die sog. Preform, eingelegt, wonach die Formteile in eine fast geschlossene Stellung bewegt werden, in der eine Harzmasse mit Druck in die Kavität eingespritzt wird, bis die Kavität ausgefüllt und das Halbzeug vollständig benetzt ist. Anschließend werden die beiden Formteile in die geschlossene Stellung bewegt. Nach Aushärten der Harzmasse kann das fertige Bauteil aus der in die offene Stellung überführten Kavität entformt werden.
Erfindungsgemäß wird die Schließgeschwindigkeit des Formwerkzeugs und der Innendruck in der Kavität gemessen und es wird bei der Bewegung aus der fast geschlossenen Stellung in die geschlossene Stellung die Schließgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Innendruckes derart geregelt, dass ein die Kavität und/oder das herzustellende Bauteil schädigender Maximalwert des Innendrucks nicht überschritten wird.
Somit ist erfindungsgemäß ein druckgesteuertes Schließen des Formwerkzeugs vorgesehen, d. h. die Schließgeschwindigkeit bei der Bewegung aus der fast geschlossenen in die geschlossene Stellung wird in Abhängigkeit des Innendrucks im Formwerkzeug aktiv geregelt, um einen vorgegebenen Druckwert im Formwerkzeug nicht zu überschreiten.
Diese Lösung ist Resultat der Erkenntnis, dass durch ein schnelles Schließen der Kavität höhere Werkzeuginnendrücke entstehen. Es hat sich herausgestellt, dass der Werkzeuginnendruck desto eher ansteigt, je schneller die Kavität geschlossen wird. Der Druckanstieg kann dann dazu führen, dass leichte Kernmaterialien während der Schließphase kollabieren.
Durch die erfindungsgemäße Kopplung der Schließgeschwindigkeit mit dem Werkzeuginnendruck kann dieser während der Schließphase gezielt gesteuert werden. Hierdurch ist u. a. der Einsatz von schnelleren Harzsystemen und Schaumkernen möglich. Beim Einsatz schnellerer Harzsysteme kann außerdem die Zykluszeit reduziert werden.
Die Schließgeschwindigkeit des Formwerkzeugs kann auf unterschiedliche Weise bestimmt werden, wie dieses in den Unteransprüchen angegeben ist, so z. B. indem die Schließgeschwindigkeit zwischen den beiden Formteilen über der Zeit bestimmt wird. Ebenso kann die Schließgeschwindigkeit durch den zurückgelegten Weg zumindest eines Formteils über der Zeit gemessen werden, oder durch den sich mit der Zeit verändernden Abstand zwischen den Formteilen.
Ebenso kann die Bewegung zumindest eines Formteiles gegenüber einem externen Referenzpunkt über der Zeit gemessen werden.
Die Messungen erfolgen an einem bzw. mehreren bestimmten Orten der Formteile und werden entsprechend kalibriert, um absolute Werte zu erhalten.
Der Innendruck in der Kavität kann an einer oder mehreren Orten der Formteile bestimmt werden, wobei ggf. Mitteilungen ausgeführt werden.
Die Druckmessungen können z. B. durch Druckdosen, Piezodetektoren, Membranelemente etc. vorgenommen werden. Natürlich ist es möglich, die Innendrücke auch an mehreren Orten über entsprechende Drucksensoren im Werkzeug zu messen.
Für alle Messungen können bekannte Messverfahren angewendet werden.
Gemäß der Erfindung wird somit die Schließgeschwindigkeit des Formwerkzeuges über die gesamte Injektionsphase und die sich anschließende Phase mit erhöhtem Pressdruck geregelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009010692 [0006]
DE 10253100 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Formwerkzeugs zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen, wobei das Formwerkzeug zwei Formteile aufweist, die zueinander aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung des Formwerkzeugs bewegbar sind, wobei in der offenen Stellung in ein Formteil ein aus Fasern bestehendes Halbzeug eingelegt wird, die Formteile in eine fast geschlossene Stellung bewegt werden, in der in die Kavität eine Harzmasse mit Druck eingespritzt wird, bis die Kavität gefüllt und das Halbzeug vollständig benetzt ist, wonach die Formteile in die geschlossene Stellung bewegt werden und nach dem Aushärten der Harzmasse das fertige Bauteil aus der geöffneten Kavität entformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließgeschwindigkeit des Formwerkzeugs und der Innendruck in der Kavität gemessen wird, und dass bei der Bewegung aus der fast geschlossenen Stellung in die geschlossene Stellung die Schließgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Innendrucks derart geregelt wird, dass ein die Kavität und/oder das herzustellende Bauteil schädigender Maximalwert des Innendrucks nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließgeschwindigkeit zwischen den Formteilen über die Zeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Schließgeschwindigkeit der zurückgelegte Weg zumindest eines Formteiles über der Zeit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Schließgeschwindigkeit der Abstand zwischen den Formteilen über die Zeit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Schließgeschwindigkeit die Bewegung zumindest eines Formteiles gegenüber einem externen Referenzpunkt über der Zeit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck des Formwerkzeugs an einer oder mehreren Orten der Formteile, ggf. nach entsprechender Mittelung, bestimmt wird.