DE102014201184A1

DE102014201184A1 - Presswerkzeug zum Herstellen von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102014201184A1
Application number: DE102014201184.1A
Authority: DE
Inventors: Jan Wessels
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-23

Abstract

Um Faserverbundbauteile aus einer ersten Faserlage mit einer unidirektionalen Faserstruktur (UD-Faserstruktur) und einer Deckschicht aus einem SMC Faserhalbzeug mit einer regellosen Faserstruktur herzustellen und hierbei sicherzustellen, dass die UD-Fasern sich während des Fließpressens nicht verschieben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in einer Formhälfte des Presswerkzeuges Elastomerblöcke mit metallenen Klemmleisten vorzusehen, die quer zur UD-Faserstruktur verlaufen und die beim Schließen des Presswerkzeuges und während des Fließpressens die UD Faserstruktur festklemmen und so Faserdesorientierungen verhindern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Presswerkzeug zum Herstellen von Faserverbundbauteilen aus einer ersten Faserlage mit einer unidirektionalen Faserstruktur, insbesondere einem ersten SMC Faserhalbzeug, die von einem zweiten SMC Faserhalbzeug mit relativ regellos orientierter Faserstruktur auf ihrer Ober- und/oder Unterseite bedeckt ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 199 49 318 A1 ist es bekannt, auf einer Förderstrecke als SMC Pressmasse eine Harzmatrix und eine regellos orientierte Faserstruktur aufzutragen, auf die eine unidirektional ausgerichtete Faserstruktur (UD-Fasern) aufgelegt wird. Anschließend wird diese UD-Faserstruktur wiederum von einer SMC Pressmasse bedeckt. Das so hergestellte Halbzeug wird dann in einem Fließpressvorgang zu einem Bauteil verpresst und ausgehärtet.
Beim Pressen der Faserschichten unter Wärmeeinwirkung kommt es zu Faserdesorientierungen der UD-Fasern, da sich diese wesentlich leichter verschieben lassen als die in der SMC Pressmasse. Dies wirkt sich nachteilig auf die Festigkeit des Bauteils aus, da die UD-Faserstruktur nicht mehr an ihrer vordefinierten Stelle in der vordefinierten Dichte bleibt. Dies gilt auch dann, wenn auf eine erste Faserlage mit einer UD-Faserstruktur eine SMC Pressmasse aufgelegt und beide zusammen verpresst werden.
Aus der DE 10 2011 005 219 A1 ist es bekannt, ein Faserhalbzeug mit einer UD-Faserstruktur vorzusehen, deren Randbereich von einem Faser-Matrix-Halbzeug gebildet wird, das ein SMC umfasst. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass sich beim Pressen und Erwärmen die UD-Fasern im Kernbereich verschieben können.
Weiterhin ist es allgemein bekannt, Faserstrukturen beim Fließpressen durch im Presswerkzeug verfahrbar angeordnete Nadeln oder durch bewegliche Stempel zu fixieren. Alternativ können auch die einzelnen UD-Fasern miteinander vernäht werden. Aufgrund der geringen Viskosität der Matrix kommt es jedoch zu einer Kontaminierung von Zwischenräumen an den beweglichen Stempelteilen oder Nadeln. Beiden Anordnungen haben weiterhin den Nachteil, dass sie kostenintensiv bzw. zeitintensiv sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Presswerkzeug für das Fließpressen eines SMC Bauteils vorzuschlagen, bei dem Faserdesorientierungen der UD-Fasern auf einfache Weise vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die elastisch nachgiebigen Druck-, insbesondere Gummiblöcke, die bevorzugt an den beiden Enden der UD-Faserstruktur angreifen, ein kostengünstiges und wartungsfreies Klemmelement geschaffen wird, das keinen eigenen Antrieb benötigt, sondern beim Zusammenfahren der beiden Formhälften selbsttätig wirkt. Selbstverständlich ist es auch möglich, je nach herzustellendem Bauteil, nur einen Druckblock zentral in einer der Formhälften vorzusehen, der dann im Zentrum der ersten Faserlage auf die UD-Faserstruktur einwirkt. Allgemein ist der Druckblock so dimensioniert und positioniert, dass er die UD-Faserstruktur klemmt, bevor die Matrix des zweiten SMC Faserhalbzeugs zu fließen beginnt und so die UD-Faserstruktur verschiebt.
Eine Verstärkung der Klemmwirkung wird durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 erreicht. Eine bevorzugte Anbringung des Druckblocks in seiner Formhälfte beschreibt Anspruch 3.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Beispiels näher erläutert. Es stellen dar:
1 einen schematisierten Querschnitt durch das Presswerkzeug vor dem Presshub;
2 einen schematisierten Querschnitt durch das Presswerkzeug am Ende des Presshubes.
In den beiden Figuren wird nur das zum Verständnis der Erfindung notwendige Fließ-Presswerkzeug schematisiert dargestellt. Alle übrigen Anlagenteile sind bewusst nicht dargestellt.
1 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch das geöffnete Fließ-Presswerkzeug 1. Es besteht aus den beiden Formhälften 2 und 3. Beide Formhälften zusammen definieren den Formhohlraum.
Weiterhin ist in 1 sichtbar, dass in der oberen, verfahrbaren Formhälfte 3 an deren seitlichen Rändern je ein Druck- in Form eines Gummiblocks 4, 5 in Nuten 6, 7 angeordnet ist. Jeder Gummiblock 4, 5 füllt seine Nut 6 bzw. 7 im unkomprimierten Zustand aus. Damit bleibt kein Spalt übrig, in den sich beim Pressen Matrixmaterial festsetzen kann.
Jeder Gummiblock 4, 5 ragt zum Teil aus der Formhälfte 3 hinaus und trägt an seinem vorderen freien Ende je eine metallene Klemmleiste 8, 9.
In der unteren Formhälfte 2 ist in 1 ein erstes SMC 10 eingelegt, das die gesamte Breite der Formhälfte einnimmt. Dieses SMC 10 weist eine unidirektional ausgerichtete Faserstruktur auf. Im vorliegenden Beispiel verläuft die Faserlängsrichtung der UD-Faserstruktur parallel zur Bildebene.
Die Gummiblöcke 4, 5 mit ihren metallenen Klemmleisten 8, 9 sind so angeordnet, dass sie beide Endbereiche der UD-Faserstruktur vollständig festklemmen können, wenn sich die obere Formhälfte 3 absenkt. Dementsprechend verlaufen sie senkrecht zur Faserlängsrichtung über die gesamte Breite der UD-Faserstruktur und damit senkrecht zur Bildebene.
Weiterhin ist in 1 auf dem ersten SMC 10 mit der UD-Faserstruktur ein zweites SMC Faserhalbzeug 11 mit einer regellosen Faserorientierung aufgelegt. Dieses füllt den Formhohlraum nicht aus.
Wird nun die Formhälfte 3 herabgefahren, so gelangen als erstes die metallenen Klemmleisten 8 und 9 und dann auch die Gummiblöcke 4 und 5 mit der ersten Faserschicht 10 mit der UD-Faserstruktur in Kontakt und klemmen die UD-Faserstruktur fest (1).
Bei einer weiteren Schließbewegung der oberen Formhälfte 3 wird das zweite SMC 11 unter Wärmeeinwirkung in dem Formhohlraum verteilt und mit der UD-Schicht 10 verbunden. Das zweite SMC 11 verteilt sich bis zu den Gummiblöcken 4, 5 (2) und kann, je nach Elastizität der Gummiblöcke 4, 5 und deren Kompressionsvermögen sowie der Höhe des Pressdruckes, auch unter die Gummiblöcke 4, 5 weiter bis zum Rand des Formhohlraumes fließen.
Anschließend werden die beiden Faserschichten 10, 11 unter Nachdruck ausgehärtet. Nach dem Aushärten kann das fertige Bauteil entnommen werden.
Anstelle eines ersten SMC 10 kann auch nur eine trockene Faserstruktur vorgesehen werden, die dann mit dem Matrixmaterial aus dem zweiten SMC Faserhalbzeug 11 während des Fließpressens durchtränkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19949318 A1 [0002]
DE 102011005219 A1 [0004]

Claims

Presswerkzeug zum Herstellen von Faserverbundbauteilen aus einer ersten Faserlage mit einer unidirektionalen (UD-)Faserstruktur (10), insbesondere einem SMC Faserhalbzeug, die von einem zweiten SMC Faserhalbzeug (11) mit regellos orientierten Fasern bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Formhälften (2, 3) des Presswerkzeuges (1) quer zur Erstreckungsrichtung der UD-Faserstruktur (10) zumindest einen elastisch nachgiebigen Druckblock (4 bzw. 5) aufweist, der derart aus der Oberfläche der Formhälfte (2 bzw. 3) herausragt, dass er beim Pressvorgang in Wirkverbindung mit der UD-Faserstruktur (10) gelangt.
Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Druckblock (4 bzw. 5) an seiner der UD-Faserstruktur (10) zugewandten Oberfläche zumindest eine metallische Klemmleiste (8 bzw. 9) aufweist, die aus dem Druckblock (4 bzw. 5) herausragt.
Presswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckblock (4 bzw. 5) in einer Nut (6 bzw. 7) in der Formhälfte (2 bzw. 3) angeordnet ist.