DE102015011735B3 - Apparatus for producing a plastic molding and method for producing a plastic molding - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffformteils, mit einer von zumindest zwei Werkzeughälften (1, 3) begrenzten Werkzeugkavität (5), mit einer Injektionseinheit (37), mittels der in einem Injizierschritt (ΔtI) unter Druck und Wärme eine flüssige Kunststoff-Ausgangskomponente (45) in die Werkzeugkavität (5) injizierbar und aushärtbar ist, und zwar mit einer sich in der Werkzeugkavität (5) ausbreitenden Fließfront (47), und mit einer Evakuiereinheit (11) mittels der in einem Evakuierschritt (ΔtE) die Werkzeugkavität (5) auf einen Unterdruck evakuierbar ist, welche Evakuiereinheit (11) zumindest ein Vakuumventil (9) mit einer in die Werkzeugkavität (5) mündenden Absaugöffnung (23) aufweist, welches Vakuumventil (9) im Evakuierschritt (ΔtE) in einer Offenstellung die Absaugöffnung (23) öffnet, so dass ein Gasstrom aus der Werkzeugkavität (5) absaugbar ist, und in einer Geschlossenstellung die Absaugöffnung (23) fluiddicht schließt. Erfindungsgemäß ist der Evakuiereinheit (11) zumindest ein Sensorelement (27) zugeordnet, mittels dem im Injizierschritt (ΔtI) die Fließfront (47) der Kunststoff-Ausgangskomponente (45) unmittelbar vor Erreichen der Absaugöffnung (23) erfassbar ist.The invention relates to a device for producing a plastic molded part, comprising a tool cavity (5) delimited by at least two tool halves (1, 3) with an injection unit (37), by means of which in a injection step (ΔtI) under pressure and heat a liquid plastic Starting component (45) in the mold cavity (5) injectable and curable, with a in the mold cavity (5) propagating flow front (47), and with an Evakuiereinheit (11) by means of in an evacuation step (.DELTA.tE) the Werkzeugkavität ( 5) can be evacuated to a negative pressure, which evacuating unit (11) has at least one vacuum valve (9) with a suction opening (23) opening into the tool cavity (5), which vacuum valve (9) in an evacuation step (ΔtE) in an open position the suction opening ( 23) opens, so that a gas stream from the mold cavity (5) can be sucked, and in a closed position, the suction opening (23) closes fluid-tight. According to the Evakuiereinheit (11) is associated with at least one sensor element (27) by means of which in the Injizierschritt (.DELTA.tI) the flow front (47) of the plastic output component (45) is detected immediately before reaching the suction opening (23).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffformteils nach dem Patentanspruch 9.The invention relates to a device for producing a plastic molding according to the preamble of claim 1 and a method for producing the plastic molding according to
Im Fahrzeugbau kann für die Fertigung von Hochleistungsbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen der RTM-Prozess (Resin-Transfer-Molding) angewendet werden. Im RTM-Prozess wird in einer Prozessabfolge zunächst ein Vorformling aus noch trockenem Fasermaterial in eine Werkzeugkavität eines Injektionswerkzeuges eingelegt. Anschließend wird die Werkzeugkavität mit einer Presskraft geschlossen und erfolgt ein Injizierschritt, bei dem unter Druck und Wärme eine flüssige Ausgangskomponente der Kunststoffmatrix in die Werkzeugkavität injiziert wird und darin aushärtet. Während des Injizierschritts breitet sich die flüssige Kunststoff-Ausgangskomponente mit einer Fließfront in der Werkzeugkavität aus.In vehicle construction, the RTM process (resin transfer molding) can be used for the production of high-performance components made of fiber-reinforced plastics. In the RTM process, a preform made of dry fiber material is first inserted into a mold cavity of an injection tool in a process sequence. Subsequently, the mold cavity is closed with a pressing force and an injection step takes place, in which a liquid starting component of the plastic matrix is injected under pressure and heat into the mold cavity and hardens therein. During the injection step, the liquid plastic output component spreads with a flow front in the mold cavity.
Aus der
Aus der
Bei einer Anordnung des Vakuumventils an einem Fließwegende können gegebenenfalls der Evakuierschritt und der Injizierschritt teilweise überlappend gesteuert werden. Dadurch wird die Evakuierung wesentlich verbessert. Jedoch besteht bei dieser Prozesssteuerung die Gefahr, dass die Vakuumventile, die während des Injizierschrittes noch in ihrer Offenstellung sind, mit der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente geflutet werden.If the vacuum valve is arranged at a flow path end, the evacuation step and the injection step may optionally be controlled in a partially overlapping manner. This significantly improves evacuation. However, with this process control there is a risk that the vacuum valves, which are still in their open position during the injection step, will be flooded with the liquid plastic starting component.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise prozesssicherer durchführbar ist.The object of the invention is to provide a device and a method for producing a plastic molded part, which can be carried out more reliably in a simple manner compared with the prior art.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or claim 9. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.
Die Erfindung beruht auf der Problematik, dass im Stand der Technik der Herstellungsprozess des Kunststoffformteils lediglich mittels einer einfachen Maschinensteuerung ohne Rückkopplung über die aktuellen Gegebenheiten im Injektionswerkzeug erfolgt, wodurch die Qualitäts-Streuung insbesondere im RTM-Prozess groß ist. Eine solche große Streuung ergibt sich aufgrund der stark variierenden Zusammensetzung der Vorformlinge (aufgrund schwankender Webung, Zuschnitt, Einlageposition). Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem Patentanspruch 1 der Evakuiereinheit zumindest ein Sensorelement zugeordnet, mittels dem im Injizierschritt die Fließfront der Kunststoff-Ausgangskomponente unmittelbar vor Erreichen der Absaugöffnung erfassbar ist. Auf diese Weise kann das Vakuumventil bis kurz vor einem drohenden Kunststoffeintritt in die Absaugöffnung in seinem Offenzustand bleiben und rechtzeitig schließen, bevor der Kunststoff in die Absaugöffnung eintritt. Das Vakuumventil ist daher im Gegensatz zur oben angedeuteten Maschinensteuerung in einem Regelkreis eingebunden. Auf diese Weise kann der Evakuierschritt in prozesssicherer Weise solange andauern, bis im Injizierschritt das Sensorelement die Fließfront der Kunststoff-Ausgangskomponente unmittelbar vor der Absaugöffnung erfasst. Dadurch ist der Evakuierschritt wesentlich verbessert und gleichzeitig auch gewährleistet, dass die Vakuumventile nicht mit der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente geflutet werden.The invention is based on the problem that in the prior art, the manufacturing process of the plastic molding takes place only by means of a simple machine control without feedback on the current conditions in the injection mold, whereby the quality scattering, especially in the RTM process is great. Such a large dispersion results from the greatly varying composition of the preforms (due to fluctuating weaving, cutting, insertion position). Against this background, according to claim 1, the Evakuiereinheit assigned at least one sensor element by means of which in the Injizierschritt the flow front of the plastic output component is detected immediately before reaching the suction opening. In this way, the vacuum valve can remain in its open state until shortly before an impending entry of plastic into the suction opening and close in time before the plastic enters the suction opening. The vacuum valve is therefore involved in contrast to the above-indicated machine control in a control loop. In this way, the evacuation step can continue in a process-reliable manner until, in the injection step, the sensor element detects the flow front of the plastic starting component directly in front of the suction opening. This significantly improves the evacuation step while ensuring that the vacuum valves are not flooded with the liquid plastic output component.
Wie oben erwähnt, ist erfindungsgemäß das Sensorelement in einem Regelkreis eingebunden. Hierzu kann das Sensorelement in einer einfachen Systemarchitektur in Signalverbindung mit einem Steuergerät sein, mittels dem die Evakuiereinheit zur Durchführung des Evakuierschrittes und/oder die Injiziereinheit zur Durchführung des Injiziervorgangs ansteuerbar ist. Bei Erfassung der Fließfront der Kunststoff-Ausgangskomponente (das heißt bei erstmaligem Kontakt mit der Kunststoff-Ausgangskomponente) kann das Sensorelement ein entsprechendes Erfassungssignal generieren und dieses zum Steuergerät leiten. Das Steuergerät kann darauffolgend das Vakuumventil mit einem Schließsignal ansteuern, um das Vakuumventil in seine Geschlossenstellung zu betätigen, das heißt um den Evakuierschritt zu beenden.As mentioned above, according to the invention, the sensor element is integrated in a control loop. For this purpose, the sensor element in a simple system architecture can be in signal connection with a control device, by means of which the evacuation unit for carrying out the evacuation step and / or the injection unit for carrying out the injecting process can be controlled. Upon detection of the flow front of the plastic output component (that is, upon initial contact with the plastic output component), the sensor element can generate a corresponding detection signal and direct it to the control unit. The controller may subsequently actuate the vacuum valve with a closing signal to actuate the vacuum valve to its closed position, that is, to complete the evacuation step.
Das Sensorelement kann beispielhaft ein Drucksensor sein. In Abgrenzung dazu ist im Hinblick auf eine einfache Signalverarbeitung sowie eine prozesssichere Erfassung der Fließfront das Sensorelement bevorzugt ein Temperaturfühler, der die Temperatur in der Werkzeugkavität unmittelbar an der Absaugöffnung der Evakuiereinheit erfassen kann. Bei erstmaligem Kontakt mit der Fließfront der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente wird vom Temperaturfühler ein sprungartiger Temperaturanstieg erfasst. Bei Erfassung des sprunghaften Temperaturanstiegs kann der Temperaturfühler das Erfassungssignal generieren und zum Steuergerät weiterleiten. The sensor element can be a pressure sensor by way of example. In contrast to this, with regard to a simple signal processing and reliable detection of the flow front, the sensor element is preferably a temperature sensor which can detect the temperature in the tool cavity directly at the suction opening of the evacuation unit. Upon initial contact with the flow front of the liquid plastic starting component, the temperature sensor detects a sudden increase in temperature. Upon detection of the erratic temperature rise, the temperature sensor can generate the detection signal and forward it to the control unit.
Im Hinblick auf die Prozesssicherheit ist zu gewährleisten, dass der Temperaturfühler in Kontakt mit der Fließfront der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente kommt, noch bevor diese die Absaugöffnung der Evakuiereinheit erreicht. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn Maßnahmen für ein Fließverhalten getroffen werden, die eine zuverlässige Kontaktaufnahme zwischen dem Temperaturfühler und der Fließfront gewährleisten. Bevorzugt kann die Fließgeschwindigkeit der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente kurz vor Erreichen der Absaugöffnung reduziert werden. Auf diese Weise wird zusätzliche Zeit gewonnen, die für eine prozesssichere Erfassung der Fließfront durch den Temperaturfühler erforderlich ist.With regard to process reliability, it must be ensured that the temperature sensor comes into contact with the flow front of the liquid plastic starting component before it reaches the evacuation unit's suction opening. Against this background, it is preferred if measures for a flow behavior are taken, which ensure reliable contact between the temperature sensor and the flow front. Preferably, the flow rate of the liquid plastic starting component can be reduced shortly before reaching the suction opening. In this way, additional time is gained, which is required for a process-reliable detection of the flow front by the temperature sensor.
Für eine solche Beeinflussung des Fließverhaltens ist erfindungsgemäß an einer, an die Absaugöffnung grenzenden, der Werkzeugkavität zugewandten Formfläche ein ringförmiger Flutkanal eingearbeitet sein, der die Absaugöffnung mit radialem Abstand umzieht. Im ringförmigen Flutkanal ist – im Vergleich zu angrenzenden Kavitätsabschnitten die Kavitätshöhe erhöht, und zwar mit einer entsprechenden Reduzierung des Fließwiderstands oder einer Erhöhung der Permeabilität im Flutkanal. Aufgrund des reduzierten Fließwiderstands wird beim Injizierschritt zunächst der Flutkanal von der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente geflutet und fließt die flüssige Kunststoff-Ausgangskomponente erst zeitverzögert weiter zur Absaugöffnung. Bevorzugt kann die Temperaturerfassung unmittelbar im Flutkanal erfolgen. In diesem Fall kann der Temperaturfühler mit seiner Spitze in den Flutkanal einragen.For such an influencing of the flow behavior, according to the invention, an annular flow channel, which moves the suction opening at a radial distance, is incorporated on a molding surface which faces the suction opening and faces the mold cavity. In the annular flood channel - compared to adjacent Kavitätsabschnitten the cavity height is increased, namely with a corresponding reduction of the flow resistance or an increase in the permeability in the flood channel. Due to the reduced flow resistance, the flood channel is first flooded by the liquid plastic starting component during the injection step, and the liquid plastic starting component only flows with a time delay to the suction opening. Preferably, the temperature detection can take place directly in the flood channel. In this case, the temperature sensor can protrude with its tip into the flood channel.
Alternativ und/oder zusätzlich kann die Fließgeschwindigkeit in Richtung auf die Absaugöffnung auch mittels einer Formschwelle reduziert werden. Diese kann ebenfalls an der, an die Absaugöffnung grenzenden, der Werkzeugkavität zugewandten Formfläche eingearbeitet sein und sich ringförmig um die Absaugöffnung erstrecken. Die Formschwelle ragt unter Reduzierung der Kavitätshöhe in die Werkzeugkavität ein. Aufgrund der reduzierten Kavitätshöhe ergibt sich im Bereich der Formschwelle ein erhöhter Fließwiderstand bzw. eine reduziere Permeabilität, wodurch die Formschwelle erst mit einem Zeitversatz von der Fließfront der flüssigen Kunststoff-Ausgangskomponente überwindbar ist.Alternatively and / or additionally, the flow velocity in the direction of the suction opening can also be reduced by means of a forming threshold. This can also be incorporated at the, adjacent to the suction opening, the mold cavity facing mold surface and extend annularly around the suction opening. The forming threshold protrudes into the mold cavity while reducing the cavity height. Due to the reduced cavity height, an increased flow resistance or a reduced permeability results in the area of the forming threshold, whereby the forming threshold can only be overcome with a time offset from the flow front of the liquid plastic starting component.
Bevorzugt können sowohl die Formschwelle als auch der Flutkanal realisiert sein. in diesem Fall kann bevorzugt die ringförmige Formschwelle radial innerhalb, insbesondere konzentrisch, zum ringförmigen Flutkanal angeordnet sein.Preferably, both the forming threshold and the flood channel can be realized. In this case, the annular forming threshold may preferably be arranged radially inside, in particular concentrically, with respect to the annular flood channel.
Die obige Regelung des Vakuumventils ist insbesondere in einem RTM-Prozess von Vorteil, bei dem ein faserverstärktes Kunststoffbauteil hergestellt wird. Im RTM-Prozess wird in einer Prozessabfolge zunächst ein Vorformling aus noch trockenem Fasermaterial in die Werkzeugkavität eingelegt. Anschließend wird die Werkzeugkavität mit einer vorgegebenen Pressenkraft geschlossen und erfolgt der Evakuierschritt und zeitlich nachgelagert der Injizierschritt, in dem die flüssige Kunststoff-Ausgangskomponente als Matrix den Vorformling durchtränkt.The above regulation of the vacuum valve is particularly advantageous in an RTM process in which a fiber-reinforced plastic component is produced. In the RTM process, a preform made of dry fiber material is first inserted into the mold cavity in a process sequence. Subsequently, the mold cavity is closed with a predetermined pressing force and takes place the evacuation step and downstream of the Injizierschritt in which the liquid plastic starting component as a matrix soaks the preform.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and their advantages will be explained in more detail by way of example with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
In der
Zudem ist in unmittelbarer Nähe zum Vakuumventil
Im Bereich des ringförmigen Flutkanals
Im weiteren Verlauf radial nach innen weist die Formfläche
Wie aus der
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein RTM-Prozess zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffformteils beschrieben: So wird zunächst ein Vorformling
Zeitversetzt nach dem Evakuierschritt ΔtE erfolgt der Injizierschritt ΔtI, bei dem eine flüssige Ausgangskomponente
Um ausreichend Zeit zur Signalverarbeitung bzw. zur Temperatur-Erfassung bereitzustellen, kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fließfront
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- obere Werkzeughälfteupper mold half
- 33
- untere Werkzeughälftelower mold half
- 55
- Werkzeugkavitätmold cavity
- 77
- Montageausnehmungmounting recess
- 99
- Vakuumventilvacuum valve
- 1111
- Evakuiereinheitevacuation unit
- 1212
- Vakuumpumpevacuum pump
- 1313
- Ventilnadelvalve needle
- 1515
- Ventilkörpervalve body
- 1717
- Antriebseinheitdrive unit
- 1919
- Spitzetop
- 2121
- Ventilsitzvalve seat
- 2323
- Absaugöffnungsuction
- 2525
- Montageringmounting ring
- 2727
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 2929
- Flutkanalflood channel
- 3131
- Formflächeform surface
- 3333
- Formschwelleshape threshold
- 3535
- Steuergerätcontrol unit
- 3737
- Injektionseinheitinjection unit
- 3939
- Injektionskanalinjection channel
- 4141
- Vorformlingpreform
- 4343
- Vakuumkanalvacuum channel
- 4545
- Ausgangskomponentestarting component
- 4747
- Fließfrontflow front
- h1 h 1
- KavitätshöheKavitätshöhe
- h2 h 2
- KavitätshöheKavitätshöhe
- h3 h 3
- KavitätshöheKavitätshöhe
- ΔtI Δt I
- InjizierschrittInjizierschritt
- ΔtE Δt E
- Evakuierschrittthe evacuation
- ΔT.DELTA.T
- Temperaturanstiegtemperature rise
- SF S F
- Fließfront-SignalFlow front signal
Claims (10)
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Publications (1)
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