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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie, eine Verwendung der Vorrichtung sowie ein Faserverbundbauteil.
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Faserverbundwerkstoffe finden heutzutage überall dort Anwendung, wo ein formstabiler und formsteifer Werkstoff mit geringem Eigengewicht eingesetzt werden soll, wie es beispielsweise im Kraftfahrzeugbau der Fall ist. Faserverbundwerkstoffe können durch unterschiedliche Verfahren, wie Laminieren, Nasspressverfahren, Injektionsgussverfahren und dergleichen hergestellt werden. Zur Vereinfachung der Integration und Verbaubarkeit von Faserverbundbauteilen, beispielsweise in eine Kraftfahrzeugkarosserie, ist es notwendig, Aufnahmepunkte, Fixierpunkte oder Ausrichtungspunkte an dem Faserverbundbauteil vorzusehen, die eine Positionierung und Zuordnung des Bauteils zu umliegenden Bauteilen ermöglicht bzw. erleichtert. Hierzu werden oftmals Gewindebolzen oder so genannte Inserts an den Faserverbundbauteilen befestigt. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und birgt Risiken der Bauteilschwächung durch Deformation oder Durchtrennen der Fasern des Faserverbundmaterials. Alternativ dazu können so genannte Reinharzgeometrien, also faserfreien Harzstrukturen, an dem Faserverbundwerkstoff angespritzt werden. Dies erfordert aber einen zusätzlichen Anspritzschritt, zwischen der Reinharzgeometrie und dem Faserverbundwerkstoff bzw. separate Fügeschritte, was häufig zu Anhaftungsproblemen oder Nähten an der Fügestelle führt, die einer dauerhaften Verbindung der Reinharzgeometrie und dem Faserverbundwerkstoff entgegenstehen. Zudem ist dieses Verfahren sehr aufwendig und lediglich schlecht in die oben genannten, üblichen Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, integrierbar.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie Verfahren bereitzustellen, so dass auf einfache Weise ohne hohen technischen wie auch kostentechnischen Aufwand ein Faserverbundbauteil mit daran angeordneter Reinharzgeometrie herstellbar ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung anzugeben und auch ein Faserverbundbauteil mit einer Reinharzgeometrie bereitzustellen, wobei die Reinharzgeometrie an dem Faserverbundbauteil nahtlos angeordnet ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie in einem Formwerkzeug erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Formwerkzeug ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug umfasst, die zwischen sich ein Kavität bilden, wobei das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug einen beweglichen Kolben umfasst, der in einem mit der Kavität in Verbindung stehenden Kolbenkanal verschiebbar ist. Das Formwerkzeug ist bis auf den Kolben in herkömmlicher Weise ausgebildet, beispielsweise insbesondere wie ein Presswerkzeug oder ein Nasspressformwerkzeug, wobei das die Kavität begrenzende Oberwerkzeug und Unterwerkzeug in Geometrie und Formgestaltung auf die finale Form des Faserverbundbauteils abgestimmt sind. Der Kolben kann in das Oberwerkzeug oder das Unterwerkzeug integriert oder daran angeordnet sein. Möglich ist auch die Anordnung von mehreren Kolben, in einem oder in beiden Werkzeugen, wodurch mehrere Reinharzgeometrien an unterschiedlichen Stellen des Faserverbundmaterials erzeugbar sind. Der oder die Kolben sind dabei so eingerichtet, dass sie durch ihr Verschieben im Kolbenkanal die Kavität vergrößern und Unterdruck im Kolbenkanal erzeugen können. Die Kavität ist, wie üblich, dazu vorgesehen, ein härtbares Faserverbundmaterial, wie beispielsweise geschichtete, laminatförmige Faserverbundmaterialien, SMCs (sheet molding compound) und SMCs (bulk molding compound) aufzunehmen und nach Schließen des Formwerkzeugs zu formen. Das Faserverbundmaterial ist mit einem härtbaren Harz (im Folgenden auch Reinharzmaterial genannt) getränkt. Durch Verschieben, beispielsweise durch Anheben eines Kolbens im Kolbenkanal, wird zum einen die Kavität in Richtung des Kolbenkanals vergrößert – der Kolben legt beim Anheben Teilbereiche des Kolbenkanals frei, die an die Kavität anschließen. Zum anderen wird durch das Verschieben des Kolbens im Kolbenkanal ein Unterdruck erzeugt. Durch den Unterdruck wird, insbesondere wenn das Formwerkzeug nicht vollständig geschlossen ist, so, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug zwischen sich einen Restspalt definieren, Reinharzmaterial aus dem getränkten Faserverbundmaterial in Richtung des durch den Kolben freigelegten Kolbenkanals angesaugt. Üblicherweise sind Vorrichtungen zur Herstellung eines Faserverbundmaterials, wie z. B. Nasspressvorrichtungen, mit einer Absaugeinrichtung oder Ablassvorrichtung ausgestattet. Diese Absaugeinrichtung oder Ablassvorrichtung schleust überschüssiges Reinharzmaterial, das durch den Pressvorgang oder Formgebungsvorgang aus dem Faserverbundmaterial freigesetzt wird, aus der Vorrichtung aus. Das ausgeschleuste Reinharzmaterial wird sodann verworfen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet das aus dem Fasermaterial angesaugte, noch flüssige, härtbare Harz (Reinharzmaterial) jedoch gezielt zur Erzeugung einer Reinharzgeometrie auf der Oberfläche eines Faserverbundmaterials. Da der Kolben beweglich ausgeführt ist, kann er auf verschiedene Höhen angehoben bzw. gesenkt werden, so dass die Größe des freizulegenden Kolbenkanals und damit die Höhe des erzeugten Unterdrucks und somit final auch die Größe und Ausgestaltung der erzeugten Reinharzgeometrie, gezielt steuerbar ist. Durch ein Absenken des Kolbens nach erfolgter Ansaugung von Reinharzmaterial in den durch den Kolben freigelegten Kolbenkanal, kann im Formwerkzeug, insbesondere wenn das Formwerkzeug in einem vorhergehenden Schritt geschlossen wurde, ferner ein Innendruck erzeugt werden, durch den die Reinharzgeometrie auf Fertigmaß gebracht wird. Durch einen sich an das Ansaugen von Reinharzmaterial anschließenden Schritt des Aushärtens, beispielsweise durch Einwirken von Temperatur, kann das Faserverbundmaterial in seiner finalen Form mit ausgebildeter Reinharzgeometrie verfestigt werden. Nach dem Öffnen des Formwerkzeugs im Anschluss an den Aushärtevorgang, insbesondere unter Absenkung des Kolbens im Kolbenkanal, ist das fertige Faserverbundbauteil leicht aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung entformbar. Da das Reinharzmaterial aus dem Faserverbundmaterial angesaugt wird, ist die sich bildende Reinharzstruktur bzw. Reinharzgeometrie integraler Bestandteil des entstehenden Faserverbundbauteils und mit diesem ohne eine Naht oder Fügestelle direkt und dauerhaft stabil verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit direkt angeordneter Reinharzgeometrie ohne dass eine separate Fügevorrichtung oder auch nur ein separater Fügeschritt vorgesehen werden muss. Die Vorrichtung integriert damit mehrere Einzelvorrichtungen in eine und ist damit nicht nur bauraum- sondern auch kostensparend.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kolben an einer der Kavität abgewandten Seite mit mindestens einem, vorzugsweise mit mindestens zwei Hubzylindern verbunden. Mittels der Hubzylinder kann ein definierter Hub des Kolbens ausgeführt werden, so dass bei jedem Gebrauch der Vorrichtung eine Reinharzgeometrie mit definierter Form und Größe erzeugt wird. Weiter vorteilhaft kann mindestens ein zweiter, insbesondere ein an den ersten Hubzylinder angeordneter Hubzylinder, zur Erleichterung des Entformens, also z. B. des Auswerfens oder Entnehmens des Faserverbundbauteils aus dem Formwerkzeug, vorgesehen sein. Insbesondere kann auch ein dritter Hubzylinder vorgesehen sein, der weitere Funktionen integriert, wie z. B. einen Luftauswerfer zum Einbringen von Luft zwischen den Kolben und das gebildete Faserverbundbauteil, wodurch ein Entformen der, insbesondere an den Kolben anliegenden Reinharzgeometrie des Faserverbundbauteils, erleichtert wird.
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Die Erfindung betrifft ferner auch ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie in einem Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug umfasst, die zwischen sich ein Kavität bilden und wobei das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug einen beweglichen Kolben umfasst, der in einem mit der Kavität in Verbindung stehenden Kolbenkanal verschiebbar ist. Das erste erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
- – Einbringen eines mit einem härtbaren Harz getränkten Faserverbundmaterials in die Kavität,
- – Schließen des Formwerkzeugs bis das den Kolben umfassende Werkzeug auf der Oberfläche des Faserverbundmaterials aufliegt, so dass zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug ein Restspalt verbleibt,
- – Verschieben des Kolbens, wodurch die Kavität in Richtung des Kolbenkanals vergrößert, Unterdruck in dem Kolbenkanal erzeugt und härtbares Harz aus dem getränkten Faserverbundmaterial in den Kolbenkanal gesaugt wird,
- – vollständiges Schließen des Formwerkzeugs und
- – Härten des härtbaren Harzes.
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Wie bereits vorstehend für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben, ist das Verschieben eines in dem Formwerkzeug vorgesehenen Kolbens im Kolbenkanal wesentlich für die Erzeugung einer Reinharzgeometrie als integraler Bestandteil eines Faserverbundbauteils. Durch gezieltes Verschieben (Anheben oder Absenken) des mit der Kavität in Kontakt stehenden Kolbens im Kolbenkanal, wird an der Stelle, an der vormals der Kolben positioniert war, je nach Ausmaß des Anhebens/Absenkens des Kolbens, ein entsprechender Teilbereich des Kolbenkanals freigelegt, in den, aufgrund des im Kolbenkanal erzeugten Unterdrucks, Harzmaterial aus dem mit härtbarem Harz getränkten, in der Kavität befindlichen Faserverbundmaterial, angesaugt wird. Der Ansaugvorgang wird dadurch gefördert, dass zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug ein Restspalt verbleibt, so dass der Atmosphärendruck von außerhalb des Formwerkzeugs durch den Restspalt auf das härtbare Harz drückt. Hierzu ist es wichtig, dass das den Kolben umfassende Werkzeug auf der Oberfläche des Faserverbundmaterials aufliegt, dieses jedoch nicht zusammendrückt, sondern lediglich dessen harzgetränkte Oberfläche benetzt, da sonst Umgebungsluft mit angesaugt wird. Das Harz ist in dem Zustand vor dem später durchzuführenden Härteschritt noch flüssig oder zumindest so viskos, dass es an die Oberfläche des Faserverbundmaterials und vorzugsweise mindestens teilweise in den vom Kolben freigelegten Kolbenkanal einströmt bzw. einfließt. Nach Abschluss des Ansaugvorganges wird das Formwerkzeug vollständig geschlossen und ggf. abgedichtet und es erfolgt in einem weiteren Schritt das Härten des Harzes zur Fixierung der Endgeometrie des Faserverbundbauteils. Vorteilhafterweise kann vor dem Einleiten des Härtens zusätzlich ein Schritt des Verpressens des Faserverbundmaterials ausgeführt werden, wodurch eine Formgebung des Faserverbundmaterials, und vorzugsweise auch eine Verdichtung desselben, gefördert wird. So wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Faserverbundbauteil mit definierter, dauerhaft stabiler Endgeometrie erzeugt, an dem eine Reinharzgeometrie so angeordnet ist, dass sie ohne Fügestelle oder Nahtstelle in die Oberfläche des Faserverbundbauteils integriert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht damit die Herstellung stabiler Faserverbundbauteile mit Aufnahmegeometrien, Fixierpunkten oder Ausrichtungsstrukturen und dergleichen, ohne zusätzliche Fügeschritte anzuwenden oder separate Strukturformteile, wie Bolzen, Gewindebolzen, Anspritzpunkte, Inserts oder dergleichen, zu befestigen. Das Verfahren ist dabei zudem so schonend, dass es die Faserstruktur des Faserverbundmaterials unverändert lässt, was der Stabilität und Steifigkeit des Faserverbundbauteils zuträglich ist. Das Verfahren ist leicht ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig umsetzbar.
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Erfindungsgemäß wird auch ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie in einem Formwerkzeug beschrieben. Das zweite Verfahren unterscheidet sich von dem ersten Verfahren lediglich dadurch, dass zunächst ein Faserverbundmaterial in die Kavität eingebracht und erst in einem separaten Schritt dieses mit härtbarem Harz (Reinharzmaterial) getränkt wird. Die übrigen Verfahrensschritte sind identisch, so dass auch durch das zweite erfindungsgemäße Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise ein hochstabiles und formsteifes Faserverbundbauteil mit integrierter Reinharzgeometrie herstellbar ist. Auch das zweite, zu dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren alternative Verfahren, ist durch einen geringen technischen wie kostentechnischen Aufwand charakterisiert und eignet sich zur Herstellung von Faserverbundbauteilen in Serienfertigung mit hoher Taktung.
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Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mit einer Reinharzgeometrie.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Restspalt eine Spaltbreite von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise von 0,3 mm bis 0,8 mm, aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass Atmosphärendruck durch den Restspalt zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug auf das Reinharzmaterial wirken kann, was ein Einsaugen von Reinharzmaterial in den durch den Kolben freigelegten Kolbenkanal erleichtert. Ferner ist der Spalt so klein, dass weder Reinharzmaterial ausfließen noch Luft in die Kavität einströmen kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Kolben nach dem vollständigen Schließen des Formwerkzeugs im Kolbenkanal in Richtung der Kavität verschoben wird, um in der Kavität, und damit auch im Formwerkzeug, einen Überdruck zu erzeugen. Durch den dadurch entstehenden Werkzeuginnendruck werden vorhandene Luftblasen durch Kompression verkleinert. Zusätzlich sind positive Effekte bei der Infiltrierung und der Benetzung der Faseroberfläche zu beobachten. Die Reinharzgeometrie kann zudem besonders gut auf Fertigmaß gebracht werden.
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Um das Entformen, und insbesondere ein Entnehmen oder ein Auswerfen des gehärteten Faserverbundbauteils nach einem erneuten Öffnen des Formwerkzeugs zu erleichtert, sind die Verfahren durch den Schritt des Senkens des Kolbens zum Auswerfen des Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie, gekennzeichnet. Das Absenken wird dazu vorzugsweise so ausgeführt, dass der Kolben im Kolbenkanal soweit vorgeschoben wird, dass der Kolben von dem Werkzeug, das den Kolben umfasst, hervorsteht.
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Durch die weitere vorteilhafte Weiterbildung, dass nach dem Ansaugen des härtbaren Harzes an die Oberfläche des Faserverbundmaterials ein Restluftgehalt aus der Kavität entfernt wird, wird verhindert, dass sich in der Oberfläche des Faserverbundbauteils Lufteinschlüsse bilden. Darüber hinaus kann somit nach Abschluss des Ansaugvorganges eine maximale Verdichtung des Faserverbundmaterials ausgeführt werden. Dies erhöht die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbundbauteils. Ein solcher Restluftgehalt liegt dabei oftmals als Luftpolster zwischen der Unterseite des Kolbens und dem angesaugten Reinharzmaterial vor und kann z. B. durch eine entsprechende Einrichtung über den Kolben abgesaugt werden. Alternativ dazu kann eine Teilmenge der Luft durch den entstehenden hohen Werkzeuginnendruck im Spalt zwischen dem Kolben und dem Kolbenkanal entweichen.
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Weiter erfindungsgemäß wird auch ein Faserverbundbauteil mit daran angeordneter Reinharzgeometrie, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird, beschrieben. Das Faserverbundbauteil zeichnet sich durch eine integrierte, also direkt ohne Nähte und Fügestellen an die faserhaltige Oberfläche angebundene Reinharzgeometrie oder Reinharzstruktur aus, was sich in einer hohen Stabilität der Gesamtstruktur und damit in vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten äußert. Insbesondere ist das Faserverbundbauteil eine Kraftfahrzeugkomponente, die mindestens einen als Reinharzgeometrie ausgebildeten Fixierpunkt, Zuordnungspunkt, Ausrichtungsstruktur und dergleichen umfasst.
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Des Weiteren ist auch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkomponente aus einem Faserverbundbauteil mit daran angeordneter Reinharzgeometrie Teil der Erfindung. Gerade zur Herstellung von Kraftfahrzeugkomponenten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut geeignet, da sie eine hoch präzise Ausformung und Anordnung der Reinharzgeometrie an der Fasermaterialoberfläche ermöglicht, was zur Herstellung von Kraftfahrzeugkomponenten mit Fixierpunkten, Ausrichtungspunkten, Aufnahmepunkten und dergleichen wichtig ist.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:
- – Die Vorrichtung hat einen einfachen strukturellen Aufbau und kann vielfältig eingesetzt werden.
- – Das Verfahren ist ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig auch zur Serienfertigung mit hoher Taktung anwendbar.
- – Das Faserverbundbauteil zeichnet sich durch eine direkt integrierte Reinharzgeometrie ohne zusätzliche Fügeelemente oder die Anwesenheit von Fügenähten aus.
- – Das Faserverbundbauteil hat eine einfache aber hoch funktionale Struktur.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Übersicht zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. In den Figuren sind nur die hier interessierenden Aspekte und Teile der Erfindung dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
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1 gibt in vier separaten Abschnitten A–D eine schematische Übersicht über die Herstellung eines Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie.
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In Abschnitt A ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in ihrer Grundstellung gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3. Das Oberwerkzeug 2 umfasst einen Kolben 4, der in einem Kolbenkanal 5 verläuft, wobei der Kolben 4 so in das Oberwerkzeug 2 integriert ist, dass er innerhalb eines Kolbenkanals 5 im Oberwerkzeug 2 verschiebbar, also translatorisch bewegbar ist, und damit angehoben und/oder abgesenkt werden kann, jedoch mit dem Oberwerkzeug 2 vorzugsweise dicht abschließt, und im Wesentlichen weder Luft aus der Umgebung über den Kolbenkanal 5 in das Innere der Vorrichtung 1 hinein noch aus dem Inneren der Vorrichtung 1 in die Umgebung der Vorrichtung 1 gelangt.
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Das Oberwerkzeug 2 und das Unterwerkzeug 3 bilden zwischen sich eine Kavität 6 aus. In der Kavität 6 ist beispielhaft ein mehrlagiges Faserverbundmaterial 7, das z. B. Fasern und ein härtbares Harz, also ein Reinharzmaterial 16 umfasst, angeordnet.
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In der in Abschnitt A gezeigten Grundstellung ist das Formwerkzeug geöffnet und der Kolben 4 ist im Kolbenkanal 5 soweit in das Oberwerkzeug 2 eingeschoben, dass eine Unterseite des Kolbens 8 bündig mit einer Unterseite des Oberwerkzeugs 9 abschließt. Die Vorrichtung 1 befindet sich in der Startposition für die Herstellung eines Faserverbundbauteils, in der in der Kavität 6 der normale Umgebungsluftdruck herrscht.
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Abschnitt B in 1 veranschaulicht den Ansaugvorgang von Reinharzmaterial 16 aus dem Faserverbundmaterial 7. Hierzu wurde das Oberwerkzeug 2 soweit abgesenkt, dass es die Oberfläche des mit härtbarem Harz getränkten Faserverbundmaterials benetzt und darauf aufliegt. Das Formwerkzeug wurde nicht vollständig geschlossen. Zwischen dem Oberwerkzeug 2 und dem Unterwerkzeug 3 ist ein Restspalt 10 vorhanden, der eine maximale Spaltbreite von 2 mm, vorzugsweise von 0,3 mm bis 0,8 mm, aufweist.
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Der Kolben 4 ist im Kolbenkanal 5 angehoben worden. Dadurch, dass der Kolben 4 dicht mit dem Oberwerkzeug 2 abschließt, ist im Inneren der Vorrichtung 1, genauer gesagt im Kolbenkanal 5, ein Unterdruck entstanden. Durch diesen Unterdruck sowie den über den Restspalt 10 aus der Umgebung des Formwerkzeugs auf das Reinharzmaterial 16 drückenden Atmosphärendruck, wird Reinharzmaterial 16 aus dem Faserverbundmaterial 7 angesaugt und über den Restspalt 10 in den nun durch den Kolben 4 freigelegten Kolbenkanal 5 eingeströmt. Je nach Hubhöhe des Kolbens 4 wird ein entsprechender Unterdruck erzeugt, der das Reinharzmaterial 16 bis auf eine vorgesehene Höhe im Kolbenkanal 5 ansteigen lässt.
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Aufgrund der Zähflüssigkeit des Reinharzmaterials 16 ist es möglich, dass sich zwischen dem Reinharzmaterial 16 und der Unterseite des Kolbens 8 ein Luftpolster 12 bildet. Dieses kann jedoch durch eine entsprechende Einrichtung (nicht gezeigt) abgesaugt werden.
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Abschnitt C in 1 veranschaulicht den Schritt des Härtens der Reinharzmaterials 16 unter Bildung des Faserverbundbauteils mit daran angeordneter, nun auch verfestigter Reinharzgeometrie. Das Formwerkzeug ist dazu komplett geschlossen und ggf. abgedichtet worden. Zudem wurde der Kolben 4 vorgeschoben, so dass er auf dem Reinharzmaterial 16 zu liegen kommt. Hierdurch wird im Inneren der Vorrichtung 1 ein Überdruck erzeugt. Etwaig vorhandene Luftbläschen werden durch Kompression verkleinert. Zur Verdichtung des Faserverbundbauteils und zur Unterstützung der Formgebung, kann nun zusätzlich Druck auf die Werkzeuge 2, 3 und den Kolben 4 ausgeübt werden, so dass das Faserverbundmaterial 7 gepresst wird.
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Das Härten unter Bildung des Faserverbundbauteils mit daran angeordneter Reinharzgeometrie kann beispielhaft durch Eintrag von Wärme erfolgen.
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Abschnitt D in 1 veranschaulicht den Schritt des Entformens, bspw. des Entnehmens oder Auswerfens des fertigen Faserverbundbauteils 13 mit daran angeordneter Reinharzgeometrie 11. Hierzu sind das Oberwerkzeug 2 und das Unterwerkzeug 3 auseinandergefahren, so dass die Kavität 6 freigelegt wird. Um ein besseres Ablösen des Faserverbundbauteils 13 von dem Oberwerkzeug 2 zu ermöglichen, wurde der Kolben 4 abgesenkt, so dass die Unterseite des Kolbens 8 von der Unterseite des Oberwerkzeugs 9 hervorsteht.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 weist wiederum ein Oberwerkzeug 2, ein Unterwerkzeug 3 und einen in einem Kolbenkanal 5 laufenden Kolben 4 auf.
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Der Kolben 4 ist an der der Kavität 6 abgewandten Seite mit einem ersten Hubzylinder 14 und einem zweiten Hubzylinder 15 verbunden. Der erste Hubzylinder 14 und der zweite Hubzylinder 15 sind in Reihe geschaltet. Der zweite Hubzylinder 15 dient dabei der Erzeugung eines Unterdrucks in der Kavität 6 zum Ansaugen von Reinharzmaterial durch Anheben des Kolbens 4 im Kolbenkanal 5. Der erste Hubzylinder 14 dient dem Absenken des Kolbens 4 zum Auswerfen bzw. Entformen des Faserverbundbauteils aus der Vorrichtung 1.
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Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über unterschiedliche Hubzylinderstellungen in Abhängigkeit von deren Funktion bzw. des jeweiligen Verfahrensschrittes. Dabei weist der erste Hubzylinder
14 einen maximalen Hub von 15 mm und der zweite Hubzylinder
15 einen maximalen Hub von 25 mm auf. Diese Werte sind nur beispielhaft. Je nach Größe und Geometrie des Formwerkzeugs können die Hubzylinder größer oder kleiner ausfallen.
| Abschnitt | erster Zylinder 14
(15 mm Hub) | zweiter Zylinder 15
(25 mm Hub) | Gesamthub
[mm] | Hub über Kavität
[mm] |
| | ein | aus | ein | aus | | |
| A | 0 | | | 25 | 25 | 0 |
| B | 0 | | 0 | | 0 | –25 |
| C | | 15 | 0 | | 15 | –10 |
| D | | 15 | | 25 | 40 | +15 |
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Aus vorstehender Tabelle ist ersichtlich, dass in der Grundstellung der Vorrichtung 1 (Abschnitt A in 1) die Unterseite des Kolbens 8 bündig mit der Unterseite des Oberwerkzeugs 9 abschließt. Der Hub über die Kavität ist damit 0. Während des Ansaugvorgangs (Abschnitt B in 1) wird der zweite Kolben 15 um 25 mm angehoben. Es ergibt sich ein Hub über die Kavität von –25 mm. Während des Härtens (Abschnitt C in 1) wird der Kolben 4 zum Verdichten des Faserverbundmaterials durch Betätigen des ersten Hubzylinders 14 abgesenkt. Es ergibt sich ein Hub über die Kavität von –10 mm. Zum Entformen des gehärteten Faserverbundbauteils (Abschnitt D in 1) werden beide Hubzylinder 14, 15 gesenkt. Es ergibt sich ein Hub über die Kavität 6 von +15 mm. Das bedeutet, dass die Unterseite des Kolbens 8 um 15 mm von der Unterseite des Oberwerkzeugs 9 hervorsteht. Somit wird das Faserverbundbauteil einfach vom Oberwerkzeug 2 abgelöst und kann entnommen werden, ohne dass die gebildete Reinharzgeometrie beschädigt wird.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Oberwerkzeug
- 3
- Unterwerkzeug
- 4
- Kolben
- 5
- Kolbenkanal
- 6
- Kavität
- 7
- Faserverbundmaterial
- 8
- Unterseite des Kolbens
- 9
- Unterseite des Oberwerkzeugs
- 10
- Restspalt
- 11
- Reinharzgeometrie
- 12
- Luftpolster
- 13
- Faserverbundbauteil
- 14
- erster Hubzylinder
- 15
- zweiter Hubzylinder
- 16
- Reinharzmaterial
