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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils mit einer solchen Vorrichtung.
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Es ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 105 145 A1 bekannt, ein Faserverbund-Bauteil bestehend aus mit Harz getränktem Fasermaterial in eine relativ flache Form mit Innenkontur einzubringen, die aus zwei Teilformen besteht. Diese werden dann zum Zweck des Temperns zum Aushärten des Harzes durch ein Bad mit erhitztem Öl geführt. So soll wertvolle Zeit zum Aushärten des Harzes in einer Pressvorrichtung odgl. selbst eingespart werden können.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung sowie ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, mit denen Probleme des Stands der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, Faserverbund-Bauteile sehr schnell in gleichbleibend hoher und genauer Qualität herzustellen mit möglichst geringem Maschineneinsatz.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Vorrichtung oder nur für das Verfahren genannt und beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Vorrichtung als auch für das Verfahren selbständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Vorrichtung weist mindestens eine erste Teilform und eine zweite Teilform auf, die gemeinsam die Form für das Faserverbund-Bauteil bilden. Es können auch noch mehr Teilformen als nur diese zwei vorgesehen sein, vorteilhaft sind es aber zwei. Die beiden Teilformen weisen Innenseiten mit jeweils einer Innenkontur auf, die zueinander hin weisen bei Herstellung des Faserverbund-Bauteils. Die Innenkonturen bilden einen Innenraum der Form bestehend aus den beiden Teilformen, wobei dieser Innenraum vorteilhaft relativ flach ist bzw. besonders vorteilhaft eine relativ geringe Dicke aufweist, die 10 mm oder maximal 20 mm nicht überschreiten sollte. Dies bedeutet, dass das herzustellende Faserverbund-Bauteil gewölbt sein kann bzw. eine sonstige von der ebenen Form abweichende Form aufweisen kann, aber keine allzu große Dicke, auch wenn diese nur bereichsweise gegeben sein sollte. Zum einen wird dafür nämlich sehr viel Material benötigt. Zum anderen ist dies mit einem Faserverbund-Bauteil nur suboptimal herstellbar. Der durch die Innenkonturen der Innenseiten der Teilformen definierte Innenraum der Form entspricht der gewünschten Außenkontur des Faserverbund-Bauteils im fertigen Zustand. Mit Kernen, insbesondere verlorenen Kernen beispielsweise aus geschäumtem Material, lassen sich auch Hohlformen oder Sandwichbauteile herstellen.
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Im zusammengesetzten Zustand der Form sind die Innenseiten der Teilformen eben einander zugewandt. Dabei liegen die Teilformen ringsum umlaufend und weitgehend schließend bzw. geschlossen aneinander an. Verbunden sind sie mit Verbindungsmitteln, auf die später noch genauer eingegangen wird. Des Weiteren ist eine Harzzufuhr vorgesehen, die von außen in den Innenraum hineinführt. Es ist auch mindestens eine Harzabfuhr aus dem Innenraum heraus vorgesehen, die zum einen natürlich Luft und zum anderen überschüssiges Harz aus dem Innenraum entweichen lässt. Vorteilhaft sind Harzzufuhr und Harzabfuhr die einzigen Abschnitte oder Teile, die den ansonsten geschlossenen Zustand der Form bzw. der beiden Teilformen unterbrechen.
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Erfindungsgemäß bestehen die Teilformen aus Kunststoff bzw. sind Kunststoffbauteile. Vorteilhaft können es Spritzgussteile sein, die aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt werden können. Besonders bevorzugt sind es Einwegteile, die nur zur einmaligen Verwendung gedacht sind und dann entsorgt werden. Das Kunststoffmaterial kann ggf. recycelt werden.
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Die Verwendung von Formen aus Kunststoff zur Herstellung von Faserverbund-Bauteilen weist den Vorteil auf, dass diese Formen relativ günstig hergestellt werden können, insbesondere mit einem vorgenannten Spritzgussverfahren. Dieses ist verfahrensmäßig gut beherrschbar und lässt eine kostengünstige und schnelle Herstellung solcher Formen bzw. der entsprechenden Teilformen zu. Eine Ausgestaltung der Teilformen als Einwegteile weist den großen Vorteil auf, dass die Formen bzw. Teilformen dann nicht mehr aufwändig gereinigt werden müssen nach Entnehmen der fertigen Faserverbund-Bauteile. Das Vorsehen von Verbindungsmitteln an den Teilformen ermöglicht es, dass nach einem Pressen der Teilformen zusammen zur Formgebung des Faserverbund-Bauteils und einem Härten bzw. Erwärmen zum Härten des Harzes für das Fasermaterial die Formen nicht mehr in der Pressvorrichtung bleiben müssen bis zum Aushärten des Harzes, was einige Minuten in Anspruch nimmt, typischerweise 5 min bis zu 20 min. Vielmehr kann die Form mit dem Fasermaterial und Harz darin schon viel früher aus der Pressvorrichtung entnommen werden, beispielsweise auch schon wenn das Harz gerade zu gelieren beginnt. Nach dem Pressen in der Pressvorrichtung mit eingebrachtem Harz sollte sämtliche Luft aus dem Fasermaterial und aus der ganzen Form entfernt sein. Da das Fasermaterial selbst üblicherweise recht weich bzw. flexibel ist, gibt es keine größeren Kräfte bei noch nicht ausgehärtetem Harz, die auf die Form bzw. die Teilformen wirken und wieder eine Verformung bewirken könnten.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Teilformen in der Draufsicht auf ihre wesentliche Fläche im Wesentlichen viereckig ausgebildet. Vorteilhaft sind sie annähernd oder vollständig rechteckig ausgebildet, zumindest in dieser Draufsicht. Sie können aber auch rund bzw. oval sein oder eine Freiform aufweisen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann eine Verbindungslinie zwischen den beiden Teilformen im Wesentlichen in einer Ebene liegen, unter Umständen auch vollständig in einer Ebene liegen. Dies hängt aber von der Formgebung des Faserverbund-Bauteils ab. Die Teilformen können einen umlaufenden breiten Rand haben, vorteilhaft mit einer Breite von 1cm bis mindestens 2cm. Hier können unter Umständen auch Dichtmittel aus elastischem Material vorgesehen sein. Die Innenkonturen zur Bildung der Außenkontur des Faserverbund-Bauteils sind vorteilhaft ein Stück von den Rändern oder Randbereichen der Teilformen entfernt bzw. verlaufen mit Abstand davon innerhalb. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass diese Randbereiche genauso wie die vorgenannte Verbindungslinie zwischen den Teilformen in einer Ebene liegen. So ist eine leichtere Handhabung und insbesondere ein Zusammenfügen der Teilformen und Einbringen in eine Pressvorrichtung leichter möglich. Ein Abstand der Innenkontur zu den Randbereichen kann wenige Zentimeter betragen, beispielsweise 1cm bis 5cm.
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Vorteilhaft ist das Werkzeug bzw. die Form dicht bzw. sogar vakuumdicht. So können Lufteinschlüsse bei der Einbringung von Harz minimiert werden. Außerdem kann so auch ein Verpressen bzw. Zusammenpressen im Autoklav erfolgen. Dichtmittel bzw. eine Dichtung können umlaufend ausgebildet sein. Sie kann allgemein als separates Teil eingelegt werden in die Teilformen, alternativ kann sie angespritzt werden. Eine umlaufende Dichtung muss keine Dichtung im klassischen Sinne sein, also mit zusätzlichem elastischem bzw. elastischerem Material, sondern kann alternativ durch Verschweißen der beiden Teilformen geschaffen werden, welches natürlich auch ganz offensichtlich abdichtet. Dann liegt ein Einwegkonzept vor, da die Teilformen zur Entnahme des fertigen Bauteils zerstört werden müssen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann zur Herstellung eines flächigen und/oder flachen Verbund-Bauteils vorgesehen sein, dass die Innenseiten der Teilformen zueinander korrespondierend ausgebildet sind. Ein Abstand zwischen diesen Innenseiten kann zwischen 1 mm und 10 mm betragen im zusammengefügten Zustand der beiden Teilformen. Vorteilhaft liegt der Abstand in mindestens 50% der Innenseiten zwischen 1mm und 3mm, was dann die Dicke des fertigen Faserverbund-Bauteils ergibt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Teilform an einer Außenseite abstehende Rippen, Verstärkungen odgl. aufweist. Diese können im Wesentlichen rechtwinklig von der Außenseite abstehen und bilden eine Versteifung der Teilform. Die Rippen, Verstärkungen odgl. können von einem Außenrand bis zum gegenüberliegenden Außenrand der Teilform verlaufen. Besonders vorteilhaft verlaufen sie nur in einer Richtung, können aber auch in beide Richtungen, beispielsweise rechtwinklig zueinander, über die Außenseite der Teilform verlaufen. Grundsätzlich ist es möglich, dass beide Teilformen mit solchen Rippen oder Verstärkungen versehen sein können. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass sie an jeder Teilform nur in einer Richtung verlaufen, bei den beiden Teilformen insgesamt aber rechtwinklig zueinander. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur an der Teilform, die den überwiegenden Anteil an Wölbungen nach außen in Richtung weg von der anderen Teilform aufweist, solche Verstärkungen vorgesehen sind. Somit kann die Festigkeit der einen Teilform auch für die andere Teilform ausreichen.
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Die Teilformen können beispielsweise aus Polyamid oder POM als Kunststoff bestehen, insbesondere PA6 oder POM-C. So ist eine gute Trennung von dem ausgehärteten Faserverbund-Bauteil gegeben. Es kann auch eine die Trennung unterstützende Trenn-Beschichtung vorgesehen werden.
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Alternativ können die Teilformen aus PMMA, also Polymethylmethacrylat, bestehen, beispielsweise aus PLEXIGLAS® GS der Fa. Evonik, alternativ auch aus Polycarbonat. Das Material sollte auf alle Fälle möglichst gut UV-durchlässig sein, unter Umständen auch klar sein. Damit ist es möglich, ein UV-härtendes Harz-System zu verwenden, da UV-Licht durch die Teilformen dringen kann zum Härten des Harzes. So kann auf eine aufwändige Erwärmung verzichtet werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass die Teilformen aus mikrowellenaktivem Material gefertigt werden zur Erhitzung durch Bestrahlung mit Mikrowellen von außen. Dazu können in das Material bzw. den Kunststoff der Teilformen elektrisch leitfähige Zusätze gegeben werden, insbesondere Ruß oder Kohlenstoff-basierte Zusätze. Durch nicht-homogene Konzentrationen oder durch zusätzlich eingebrachte Wärmeverteilungseinlagen, die vorteilhaft mindestens gut wärmeleitend sind oder sogar metallisch sind, können in bestimmten Bereichen höhere oder geringere Erwärmungen erreicht werden. Die Wärmeverteilungseinlagen sind besser wärmeleitend als das sonstige Grundmaterial der Teilformen. Vorteilhaft sind diese Zusätze und/oder diese Wärmeverteilungseinlagen homogen verteilt im Material der Teilformen, was ihre Verwendung erheblich vereinfacht. Zum Aushärten des Harzes kann dann die fertig verschlossene Form mit dem durchtränkten Fasermaterial durch eine Behandlungsstrecke gefahren werden mit Mikrowellen-Bestrahlung, beispielsweise als eine Art Aushärte-Tunnel mit einer Vielzahl von Mikrowellen-Generatoren. So kann eine Erwärmung und damit ein Aushärten sehr leicht, schnell und vor allem viel schneller variabel erreicht werden als im Vergleich mit Öfen oder Wärmeräumen, selbst im Vergleich mit Tauchbädern gemäß der
DE 10 2012 105 145 A1 . Dadurch können definierte Temperaturverläufe viel schneller, genauer und exakter erreicht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein Kanal für eine Harzzufuhr in die zusammengefügten Teilformen hinein vorgesehen sein, wobei für den Kanal in beiden Teilformen ein Teilkanal ausgebildet sein kann. Die Richtung des Kanals liegt in etwa in der Fläche des Innenraums, so dass einzubringendes Harz mit einer Richtung eingebracht wird, die einer wesentlichen Ausdehnung bzw. den wesentlichen Abmessungen des Faserverbund-Bauteils entspricht. Vorteilhaft ist ein vorgenannter Teilkanal in beiden Teilformen gleich groß bzw. gleich ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist ein Teilkanal in jeder Teilform halbrund, so dass sich insgesamt ein runder Kanal für die Harzzufuhr ergibt.
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Ein weiterer Kanal kann für eine Harzabfuhr aus der Form heraus vorgesehen sein. Er kann grundsätzlich ähnlich ausgebildet sein wie der Kanal für die Harzzufuhr, unter Umständen kann er kürzer sein. Für den Kanal für die Harzzufuhr kann vorgesehen sein, dass er über mindestens 50% einer Längenerstreckung der Teilformen in eine Richtung geht. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Kanal für die Harzzufuhr in einen Bereich neben dem eigentlichen Innenraum zur Bildung des Faserverbund-Bauteils von außen mündet und über die wesentliche Länge der Form verläuft und dann in einem Bogen an einen Endbereich des Innenraums führt. Am anderen bzw. gegenüberliegenden Endbereich des Innenraums führt dann der Kanal für die Harzabfuhr heraus. Bei sehr kleinen Bauteilen, beispielsweise im Bereich von 10cm × 10cm, kann vorteilhaft wegen der geringen Abmessungen eine externe Mischerkartusche verwendet werden, die dann über ein Anschlussstück an das Werkzeug angedockt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können in offene Teilkanäle an den Teilformen, die dann eben im zusammengesetzten Zustand zusammen den geschlossenen Kanal für die Harzzufuhr bilden, schraubenförmige Mischerkonturen eingearbeitet, angebracht oder angespritzt sein. Diese schraubenförmigen Mischerkonturen wirken jeweils zusammen an den beiden Teilformen zur Bildung eines schraubenartig gedrehten Kanals für die Harzfunktion. Dieser schraubenartig gedrehte Kanal bewirkt eine Mischfunktion zur Vermischung eines mehrkomponentigen Harzes beim getrennten Einbringen der einzelnen Komponenten in die Form. Das Anspritzen solcher Mischerkonturen erspart den Schritt des nachträglichen Anbringens einer Mischerkontur. Der weitere Vorteil besteht darin, dass mehrkomponentige bzw. zweikomponentige Harze nicht vor dem Einspritzen vermischt werden müssen, sondern dies selbsttätig beim Einspritzen passiert. Durch das Verlagern der Mischfunktion in die Form hinein, die ja mit dem herzustellenden Faserverbund-Bauteil dann entfernt wird, entfällt der Schritt des Reinigens der externen Mischerkonturen bzw. an der Vorrichtung zum Einbringen der Komponenten, beispielsweise einer RTM-Maschine.
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Vorzugsweise kann eine Mischerkontur von einer Teilform nach Benutzung der Teilform abgenommen werden, wenn die Teilform bzw. die gesamte Form wiederverwendet werden soll. Die Mischerkontur kann dann entsorgt werden, weil sie nur schwer zu reinigen ist, während die Teilformen samt Kanälen leicht zu reinigen sind. In ähnlicher Form können Mischerkonturen in Kanaleinsätzen angeordnet sein, die in die Kanäle der Formen eingebracht werden, und die bis zu dem Innenraum bzw. den Innenkonturen für das Harz reichen können, so dass tatsächlich nur diese mit dem Harz in Berührung kommen.
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Eine Teilform kann mindestens einen Vorratsraum aufweisen um darin Harz und/oder Härter oder einen Zusatz für das Harz zum Infiltrieren des Fasermaterials unterzubringen. So kann dieses Infiltrations-Material samt dem Fasermaterial quasi fertig in der Form untergebracht sein, beispielsweise noch eingeschlossen in einen dichten Kunststoffsack odgl., der in den Vorratsraum eingelegt werden kann. Ein Vorratsraum weist vorteilhaft einen durch einen lösbaren oder entfernbaren Verschluss verschlossenen Vorratskanal zu dem Innenraum auf. Dann kann diese sozusagen fertig bestückte und zumindest teilweise verschlossene Form gelagert oder ausgeliefert werden und erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise Stunden, Tage oder Woche später, durch Einbringen des Harzes samt Zusatz bzw. Härter in das Fasermaterial weiter verwendet werden zur Herstellung des fertigen Faserverbund-Bauteils.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann eine Teilform mindestens einen Aufnahmeraum aufweisen zur Aufnahme von überschüssigem Harz nach dem Infiltrieren des Fasermaterials mit Harz, wobei der Aufnahmeraum separat ist vom Innenraum. Der Aufnahmeraum ist mit einem Aufnahmekanal mit dem Innenraum verbunden und sammelt überschüssiges Harz nach dem Infiltrieren auf. So braucht kein externes Auffangen vorgesehen zu werden, was das Infiltrieren erheblich einfacher und sauberer macht. Das aufgefangene Harz verbleibt in den Teilformen und wird ganz einfach mit diesen entsorgt.
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Zur leichteren Herstellung und Handhabung können die beiden Teilformen einteilig zusammenhängend hergestellt sein und zusammenklappbar sein zum Zusammensetzen nach Einlegen des Fasermaterials. Dazu sind vorzugsweise die beiden Teilformen mit mindestens einem Verbindungsbereich oder Verbindungssteg verbunden, die beim Zusammenklappen bzw. Zusammensetzen verbunden bleiben und so an einer Seite zumindest eine Art Vorfixierung bewirken können. Dies erleichtert auch das Anbringen oder Verbinden der Verbindungsmittel, die die Teilformen endgültig in der vorgesehenen geschlossenen Endstellung zum Aushärten des Harzes halten.
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Die vorgenannten verbindbaren bzw. schließbaren Verbindungsmittel zum Verbinden der Teilformen miteinander sind bevorzugt zumindest in Eckbereichen und/oder in Randbereichen der Teilformen vorgesehen. Je nach Größe und notwendiger Haltekraft können sie auch entlang der Seiten vorgesehen sein.
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Vorteilhaft sind die Verbindungsmittel selbsttätig haltend ausgebildet bzw. für eine selbsttätig herstellbare Verbindung. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass sie nur unter Zerstörung gelöst werden können, wobei dies weniger ein Eigenzweck ist, sondern es gerade bei vorgenannten Einwegteilen für die Teilformen möglich macht, die Verbindungsmittel sehr einfach und sehr wirkungsvoll auszugestalten, dass aber für ihre Lösbarkeit zum Entnehmen der fertigen Faserverbund-Bauteile kein Aufwand und keine Nachteile in Kauf genommen werden müssen. So können die Verbindungsmittel beispielsweise einfache Klemmhaken oder Rasthaken in den vorgenannten Eckbereichen und/oder Randbereichen der Teilformen sein, so dass diese Verbindungsmittel direkt an den Teilformen angeformt sind. Vor allem für sie kann vorgesehen sein, dass sie, wenn sie einmal die beiden Teilformen fest miteinander verbunden haben. zerstört werden müssen, um sie wieder lösen zu können. Alternativ können die Verbindungsmittel separat vorgesehen sein, beispielsweise als Schrauben, Klemmbolzen, Rastbolzen oder Nieten. Zumindest Schrauben können lösbar sein. Die Verbindungsmittel, insbesondere Rasthaken oder Rastbolzen, können so ausgebildet sein an den Teilformen, dass sie sich beim Zusammenfügen der Teilformen automatisch verbinden bzw. diese zusammenhalten. Dies kann sogar in zwei oder mehr Stufen erfolgen, so dass sie die Teilformen in einer ersten Stufe noch nicht ganz fest zusammendrücken, aber ein Verrutschen des eingelegten Fasermaterials verhindern. In einer zweiten Stufe sind sie dann fest bzw. maximal zusammengedrückt. Durch die automatische Verbindung braucht kein manueller bzw. zusätzlicher Arbeitsschritt zu erfolgen, der beispielsweise in einer Pressvorrichtung schwer durchzuführen wäre. Somit können die Teilformen erst in der Pressvorrichtung in ihre endgültige Stellung zusammengedrückt werden.
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So ist ein sogenanntes ARTM-Verfahren anwendbar, bei dem ebenfalls ein dichtes bzw. vakuumdichtes Werkzeug mit den beiden Teilformen eingesetzt wird, welches jedoch, anders als beim RTM-Verfahren, nicht vollständig bis auf Bauteil-Endmaß geschlossen wird. Es verbleibt ein geringer Luftspalt, vorteilhaft zwischen 0,5 mm und 5 mm, in welchen das Harz mit relativ geringem Druck injiziert wird. Das Harz kann dabei über das Fasermaterial laufen und dabei schon eine Teilimprägnierung erreichen. Anschließend werden die beiden Teilformen vollständig bzw. bis auf Endmaß geschlossen und das Harz dabei durch das Fasermaterial gedrückt. Damit besteht ein wichtiger Vorteil im Vergleich zum Standard-RTM darin, dass das Harz nur einen relativ kurzen Weg in Dickenrichtung des Bauteils durchdringen muss. Dies erzeugt den nötigen bzw. relativ hohen Werkzeuginnendruck, welcher die Preform gleichzeitig vollständig imprägniert und kompaktiert. Insgesamt sind so bessere eine Bauteilqualität und eine deutlich geringere Zykluszeit bei geringeren Presskräften erreichbar.
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Ein Vorteil der Erfindung kann darin bestehen, dass die Pressvorrichtung eine horizontale Pressvorrichtung sein kann. Beim Einbringen der Form in die Pressvorrichtung ist vorteilhaft bereits das Harz in die Form und somit in das Fasermaterial eingebracht. Somit kann auch in horizontaler Richtung gepresst werden, was den Pressvorgang vereinfacht und beschleunigt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils mit einer vorbeschriebenen Vorrichtung werden folgende Schritte durchgeführt in der genannten Reihenfolge. Dies schließt aber zwischengeschaltete Schritte nicht aus.
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Zuerst werden eine oder mehrere Lagen aus einem flächigen Fasermaterial zwischen zwei Teilformen einer Form gelegt. Dabei werden sie besonders vorteilhaft auf eine im Wesentlichen eben platzierte Teilform aufgelegt, und zwar in die vorgenannte Innenkontur hinein, evtl. auch in jede Teilform Fasermaterial. Dann werden die Teilformen zusammengeführt, zusammengedrückt und mittels der beschriebenen Verbindungsmittel fest miteinander verbunden. Über die genannten Kanäle für die Harzzufuhr und die Harzabfuhr wird Harz mit Druck in die Form bzw. zwischen die Teilformen gepresst. Bei der Harzabfuhr kann sowohl Luft als auch überschüssiges Harz entweichen. Dann werden die Teilformen mit dem durchtränkten Fasermaterial dazwischen in eine vorgenannte Pressvorrichtung eingebracht. Darin werden die Teilformen noch stärker zusammengepresst, insbesondere in ihre endgültige Lage zueinander zur Bildung des Faserverbund-Bauteils in der gewünschten Form. Dabei kann noch einmal überflüssiges Harz austreten. Hierzu kann auch eine Absaugung von Harz vorgesehen sein, wie dies an sich bekannt ist.
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Entweder kann schon beim weiteren Zusammenpressen der Teilformen in der Pressvorrichtung eine Erwärmung des Harzes bewirkt werden, beispielsweise durch eine erwärmte Pressvorrichtung. Alternativ kann erst nach Entnehmen der zusammengepressten Teilformen aus der Pressvorrichtung eine Erwärmung des Harzes erfolgen zum Aushärten. Bei der erstgenannten Möglichkeit kann es vorgesehen sein, dass die Form solange in der Pressvorrichtung verbleibt, bis das Harz zu gelieren beginnt bzw. nicht mehr ganz dünnflüssig ist. Ab dann ist eine Verformungsgefahr für die Form bzw. die Teilformen relativ gering. Bei der zweiten Möglichkeit kann die Form sehr schnell wieder entnommen werden für ein anschließendes Aushärten.
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Zum Einbringen des Harzes in die Form kann diese Form entweder schon in die Pressvorrichtung eingebracht sein. Dabei kann auch schon eine gewisse Presskraft ausgeübt sein, die insbesondere 50% der gesamten Presskraft beträgt.
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Alternativ kann das Harz in die Form gepresst werden, bevor diese in der Pressvorrichtung ist. Dann erfolgt in der Pressvorrichtung das endgültige Zusammenpressen mit Herausdrücken von Harz. Entweder gleichzeitig damit oder nach Entnehmen aus der Pressvorrichtung wird das Harz erwärmt zum Aushärten wie vorbeschrieben, beispielsweise mit einer der vorgenannten Methoden.
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Sobald die Form aus der Pressvorrichtung entnommen worden ist, kann die nächste vorbereitete Form in die Pressvorrichtung eingebracht werden. Ein Aushärten des Harzes in der Pressvorrichtung ist nicht notwendig, was den gesamten Vorgang deutlich beschleunigt.
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Anschließend kann unter Lösen der Verbindungsmittel, eventuell unter zerstörendem Lösen, das fertige Faserverbund-Bauteil aus den beiden Teilformen entnommen werden. Das fertige Faserverbund-Bauteil kann dann wie üblich weiter bearbeitet werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in Zwischen-Überschriften und einzelne Abschnitte beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schrägansicht auf eine Innenseite einer Teilform,
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2 die Teilform aus 1 in geänderter Ansicht,
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3 eine schematische Darstellung des Einlegens von Fasermaterial zwischen zwei Teilformen,
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4 einen Schnitt durch eine zusammengesetzte Form nach dem Zusammensetzen gemäß 3,
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5 die Handhabung einer zusammengesetzten Form an einer Basis mit einem Roboterarm und
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6 das Einbringen einer zusammengesetzten Form mit dem Roboterarm in eine Presse.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Teilform 11a in Schrägansicht dargestellt. Sie besteht, wie zuvor dargelegt, vorteilhaft aus Kunststoff bzw. ist durch Kunststoffspritzguss hergestellt, besonders vorteilhaft aus einem Thermoplast wie POM oder PA6. Alternativ kann es ein vorgenannter UV-Licht durchlässiger Kunststoff sein. Die Teilform 11a weist eine Innenseite 13a auf, die beim späteren Zusammensetzen zu einer korrespondierenden Teilform 11b gemäß 3 weist. Die Innenseite 13a weist eine Innenkontur 15a auf, hier mit einer Vertiefung sehr einfach dargestellt, grundsätzlich aber in beliebiger Form. Die Innenkontur 15a ist hier im Wesentlichen rechteckig, kann aber natürlich auch andere Umrissformen aufweisen, abhängig vom zu fertigenden Faserbauteil sowie abhängig von der Art der Einbringung des Fasermaterials dafür. Außen an der Teilform 11a ist an der Innenseite 13a ein Randstreifen 16a vorgesehen, der eine gewisse Breite aufweist. Dieser Randstreifen 16a ist hier eben, so dass die korrespondierende Teilform 11b ebenso eben ist für eine gute, einfache und sichere Anlage der beiden Teilformen 11a und 11b aneinander.
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Die Teilform 11a weist eine eingangs erläuterte Harzzufuhr 17a auf sowie eine Harzabfuhr 19a. Beide sind relativ groß dimensioniert bzw. weisen einen großen Durchmesser auf. Bei der Harzzufuhr 17a erstreckt sich der sie bildende Kanal mit im Wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt nahezu über die gesamte Länge der Teilform 11a, um dann von hinten an die Innenkontur 15a heranzuführen. In dem großen Volumen kann, wie zuvor erläutert, auch Harz samt Härter deponiert werden, beispielsweise jeweils in getrennten Kunststoffsäckchen odgl.. Die Harzabfuhr 19a ist nur relativ kurz und führt direkt von der Innenkontur 15a nach außen. Auch ihr Durchmesser ist sehr groß, was zur Folge hat, dass dieses Volumen auch als eine Art Vorratsvolumen oder Depotvolumen wie zuvor erläutert verwendet werden kann. Hier kann aus dem Fasermaterial abgesaugtes überschüssiges Harz sozusagen verbleiben und anschließend entfernt werden.
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Der Randstreifen 16a weist auch eine umlaufende Runddichtung 21a auf, die an sich beliebigen Querschnitt haben kann. Diese ist auf alle Fälle in den ebenen Bereichen des Randstreifens 16a vorgesehen, um gegen den entsprechenden Randstreifen 16b der anderen Teilform 11b dichtend angelegt zu werden. Sie kann sich, wie hier dargestellt, auch durch Harzzufuhr 17a und Harzabfuhr 19a ziehen, dies muss aber nicht sein. In der anderen Teilform 11b braucht keine Dichtung vorgesehen zu sein.
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Ganz außen in den Eckbereichen sind Löcher 22a vorgesehen. Diese dienen Verbindungsmitteln in Form von Schrauben oder Bolzen. Alternativ könnten hier auch noch, wie eingangs erläutert, Verbindungsmittel wie Schrauben, Rastclips, Dübel odgl. vorgesehen sein.
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In der 2 ist die Teilform 11a aus 1 in etwas stärker gekippter Stellung dargestellt. Hier sind an deren Außenseite drei Rippen 23a vorgesehen, wie sie auch noch besser aus der 3 an der Außenseite der anderen Teilform 11b zu ersehen sind. Diese Rippen 23a und 23b dienen der Versteifung der Teilformen 11a und 11b, wozu sie ziemlich weit abstehen können. Durch die hier dargestellte Form der Innenkontur 15a in Längsrichtung der Teilform 11a sowie die Harzzufuhr 17a erfolgt eine gewisse Versteifung der Teilform 11a in die eine Achse. Die senkrecht dazu verlaufenden Rippen 23a bewirken eine Verstärkung in der anderen Richtung für ein insgesamt steifes Bauteil.
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In der 3 ist dargestellt, wie ein Mischer 25 in spiraliger Ausbildung herangeführt wird und in die Harzzufuhr 17 der unteren Teilform 11a eingelegt wird. Dieser Mischer sollte dabei nicht außen über die Teilform 11a oder die fertige Form 12 überstehen. Der Mischer 25 kann in entsprechender Form auch an den Teilformen 11 in der jeweiligen Harzzufuhr 17 selbst vorgesehen sein bzw. dort einteilig hergestellt sein, insbesondere angespritzt sein. Dies ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und keine besonders große Schwierigkeit. Das Vorsehen der Mischerkontur oder eines Mischers allgemein in der fertigen zusammengesetzten Form 12 weist den großen Vorteil auf, dass dann das zweikomponentige Matrixmaterial bzw. Harz getrennt zugeführt bzw. eingebracht werden kann und nicht vorgemischt werden muss. Somit ist dort ein Arbeitsaufwand bzw. Reinigungsaufwand sehr verringert. Der Mischer 25 als Einwegteil kann dann entsorgt werden. Die untere Teilform 11a ist hier mit Schraubbolzen oder sonstigen Befestigungsmitteln an einer Basis 24 gehaltert. Insbesondere ist sie dabei auch verzugfrei gehaltert.
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Aus der 3 ist zu ersehen, wie ein im Wesentlichen rechteckig ausgebildetes Gelege aus Fasermaterial 27 eingebracht wird. Es weist etwa die Größe der Innenkontur 15a auf, ist also rechteckig und reicht am vorderen und am hinteren Ende bis an die Harzzufuhr 17a und die Harzabfuhr 19a.
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Ist der Mischer 25 eingebracht und das Fasermaterial 27 eingelegt, wird die obere Teilform 11b herangeführt und passend an die untere Teilform 11a angesetzt. Nach dem Auflegen der oberen Teilform 11b auf die untere Teilform 11a werden vier Schrauben 26 als Verbindungsmittel durch die jeweiligen Löcher 22a und 22b hindurchgeführt und es erfolgt eine Vorfixierung der beiden Teilformen 11a und 11b aneinander, vorteilhaft mit etwas Abstand, so dass noch kein Pressdruck ausgeübt wird.
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Dann wird die Form 12 richtig geschlossen bzw. die Teilformen 11a und 11b werden richtig gegeneinander gedrückt, so dass die Randstreifen 16 voll aneinander anliegen, siehe die Schnittdarstellung in 4. Dann werden auch die Schrauben 26 fest verschraubt, so dass die Teilformen 11a und 11b nicht mehr auseinandergehen können. Dies kann vorteilhaft erfolgen, bevor gemäß 5 ein Roboterarm 29 die Form 12, ggf. mit Basis 24, greift, insbesondere an der Basis 24, und weiter transportiert. Dies kann gemäß 6 in eine Pressvorrichtung 31 mit zwei Pressbacken 32 sein. Die Pressvorrichtung 31 ist eine horizontale Presse, wodurch sie weniger aufwändig sein muss. In die Presse wird nur die Form 12 ohne Basis 24 eingebracht.
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Nach dem Zusammensetzen der Form 12 aus den beiden Teilformen 11a und 11b wird die vorbereitete Form 12 mit dem Fasermaterial 27 darin imprägniert bzw. das entsprechende Faserbauteil hergestellt. Dazu wird Harz oder ein anderes Matrixmaterial über die Harzzufuhr 17 eingebracht, unter Umständen mit einer Vermischung durch den Mischer 25. An der Harzabfuhr 19 wird das Harz abgesaugt. Dazu wird jeweils eine entsprechende Vorrichtung, vorzugsweise eine entsprechende RTM-Maschine, angeschlossen. Dies kann zwischen den Schritten der 5 und 6 erfolgen, wenn also die Form 12 noch an der Basis 24 befestigt ist, um ein Verziehen zu verhindern. Da dieses Imprägnieren gemäß dem Stand der Technik erfolgen kann braucht es nicht weiter dargestellt zu werden.
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Beim Pressen kann noch einmal Harz aus dem Fasermaterial gepresst werden, welches sich dann in der Harzabfuhr sammeln kann, damit es nicht austritt und die Pressvorrichtung verschmutzt. Nach dem Pressen in der Pressvorrichtung
31 kann die Form
12 entnommen werden, was sehr schnell erfolgen kann, beispielsweise schon nach 1 min. In dieser kurzen Zeit kann das Harz zwar schon beginnen auszuhärten bzw. zuerst zu gelieren, was schon die Verformbarkeit reduziert. Dies muss aber nicht sein, vorteilhaft kann die Form schon viel früher entnommen werden. Dies reduziert die Verweilzeit in der Pressvorrichtung
31 deutlich und erhöht deren Durchsatz enorm. Nach dem Entnehmen kann die Form
12 einer Erwärmung zugeführt werden, beispielsweise gemäß der eingangs genannten
DE 10 2012 105 145 A1 durch ein Ölbad, oder in eine zuvor erläuterte Mikrowellenanlage. Dazu weist das Kunststoffmaterial der Form
12 die vorgenannten Zusätze auf, die eine Erwärmung durch Bestrahlung mit Mikrowellen bewirken.
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Ist das Harz ausgehärtet, kann das fertige Faserverbund-Bauteil aus der Form 12 entnommen werden. Dazu werden die Teilformen 11a und 11b getrennt, unter Umständen mit Zerstörung der Verbindungsmittel,
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105145 A1 [0002, 0016, 0053]
