DE102015110208A1

DE102015110208A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102015110208A1
Application number: DE102015110208.0A
Authority: DE
Inventors: Carina Hader
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), insbesondere aus GFK- oder FVK-Material, wobei ein Vorformling (2) erzeugt wird, welcher in einem Werkzeug (6) in ein Gelege (4) von Faserrohlingen (5) eingelegt wird, wobei bei geschlossenem Werkzeug (6) Kunststoff- oder Harzmaterial (7) injiziert wird und die Faserrohlinge ((5) durchtränkt, wobei der Vorformling (2) geschmolzen wird und das geschmolzene Material des Vorformlings (2) abgeführt wird, wobei der Vorformling (2) aus einem Salzmaterial bestehend in das Werkzeug (6) eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere von Bauteilen für Kraftfahrzeuge.
Bei der Herstellung von Bauteilen für ein Kraftfahrzeug sind verschiedenste Verfahren bekannt geworden. So sind beispielsweise Umformverfahren zur Bearbeitung von Metallblechwerkstoffen bekannt geworden. Auch sind Spritzgussverfahren zur Bearbeitung von Kunststoffmaterialien bekannt geworden.
Auch sind Gussverfahren bekannt geworden, bei welchem Wachskerne verwendet werden, welche bei Hitzeeinfluss schmelzen und so einen Hohlraum entstehen lassen.
Hohlkörper aus Faserverbundwerkstoff werden auch mit einem Wachskern als Vorformling in einem Pressformwerkzeug hergestellt. Dazu wird der Vorformling in ein geöffnetes Werkzeug eingelegt, in welchem bereits zuvor Faserrohlinge platziert sind. Dabei legen sich beim Schließen des Werkzeugs die Faserrohlinge um den Vorformling und werden dann in dem Werkzeug gepresst. Es wird Harz zugeleitet und in das Werkzeug injiziert. Dadurch werden die Faserrohlinge von dem Harz durchtränkt, so dass sich eine Faserverbund-Formmasse ergibt, welche den Vorformling als Kern umgibt. Anschließend wird die Faserverbund-Formmasse erhitzt und ausgehärtet und anschließend wird der Vorformling aus Wachs herausgeschmolzen, so dass ein Hohlkörper verbleibt. Ein solches Verfahren ist als RTM-Verfahren, als so genanntes Resin-Transfer-Molding-Verfahren, durch die EP 1 197 309 B1 bekannt geworden.
Das bekannt gewordene Verfahren ist sehr energieaufwändig in der Herstellung von CFK-Bauteilen, da der Vorformling aus Wachs üblicherweise nach seiner Herstellung abgekühlt werden muss, damit er die nötige Stabilität und Härte aufweist. Im nachfolgenden Verfahren wird dann das Wachs wieder erwärmt, um den Vorformling wieder flüssig entfernen zu können. Dabei ist auch die latente Wärme aufzuwenden, um das Wachs zu schmelzen.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen zu schaffen, das eine bessere Energieeffizienz aufzeigt und damit Bauteile hoher Qualität herstellbar sind.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Phasenwechselmedium bedeutet dass in Abhängigkeit der Temperatur der Aggregatzustand geändert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere aus GFK- oder FVK-Material, wobei ein insbesondere fester Vorformling erzeugt wird, welcher in einem Werkzeug in ein Gelege von Faserrohlingen eingelegt wird, wobei bei geschlossenem Werkzeug Kunststoff- oder Harzmaterial injiziert wird und die Faserrohlinge durchtränkt, wobei der Vorformling geschmolzen wird und das geschmolzene Material des Vorformlings abgeführt wird, wobei der Vorformling aus einem insbesondere Phasenwechselmedium auf Salzbasis bestehend in das Werkzeug eingesetzt wird. GFK- oder FVK-Material bedeutet dabei glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) bzw. faserverstärkter Kunststoff (FVK). Durch die Verwendung eines festen Salzes als Material für den Vorformling kann eine stabile Struktur geschaffen werden, die im Verfahren bei höheren Temperaturen als ein vergleichbares Wachselement eingesetzt werden kann. Dadurch wird weniger Energie benötigt, um später den Vorformling zu schmelzen.
Der Vorformling gibt durch den ausgelösten Phasenwechsel Wärme an seine Umgebung ab. Dadurch wird die thermische Energie des Herstellens des Vorformlings genutzt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn als Material für den Vorformling ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, welches in eine Form eingebracht wird, um anschließend den Phasenwechsel herbeizuführen, um einen vorgeformten Vorformling aus einem Phasenwechselmedium zu erzeugen. Dabei wird das in Form bringen durch ein Einfüllen in eine Form erreicht. Dadurch nimmt das flüssige Material die Form der bestehenden Form an und nach dem Erstarren behält es die vorher angenommene Form.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Phasenwechselmaterial eine Lösung aus Natriumacetat und Wasser ist oder solches umfasst. Dieses Material ist für die Zwecke sehr gut geeignet, weil die Kristallisation des Natriumacetats exotherm ist und dabei viel Energie frei wird, die später in dem Werkzeug genutzt wird.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Vorformling im Wesentlichen unmittelbar vor seinem Einsatz in dem Werkzeug zur Herstellung des Bauteils hergestellt wurde. Dadurch ist die Temperatur des Vorformlings noch relativ hoch und kann für den nachfolgenden Prozess genutzt werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Vorformling in dem Werkzeug oder außerhalb davon geschmolzen wird und das geschmolzene Material des Vorformlings aus dem Werkzeug abgeführt wird oder von dem Bauteil abgeführt wird. So kann das geschmolzene Material wiederverwendet werden, was einen kostengünstigen Kreisprozess darstellt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Vorformling in dem Herstellungsprozess des Bauteils oder in einem nachfolgenden Temperschritt geschmolzen wird. Dadurch kann der eigentliche Prozess oder nachfolgende Temperschritt genutzt werden, wenn dieser benötigt und durchgeführt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das geschmolzene Material des Vorformlings zur Herstellung eines weiteren Vorformlings wiederverwendet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schrittfolge zur Herstellung eines Bauteils 1.
In Schritt I wird ein Vorformling 2 in einer Form 3 erzeugt. Dazu wird das flüssige Material des Vorformlings 2 als Ausgangsmaterial in eine Form 3 eingefüllt und dort wird das Ausgangsmaterial zu einem harten Material verfestigt, so dass der Vorformling als hartes stabiles Element ausgebildet ist. Der Vorformling 2 kann dann aus der Form 3 entnommen werden und weiter zur Herstellung des Bauteils verwendet werden, siehe Schritt II.
In einem nachfolgenden Schritt III wird der Vorformling 2, insbesondere in einem Werkzeug, in ein Gelege 4 von Faserrohlingen 5 eingelegt, siehe Schritt IV.
Anschließend wird bei in dem Werkzeug 6 angeordnetem Verbund aus Vorformling 2 und Gelege 4 aus Faserrohlingen 5 bei geschlossenem Werkzeug ein Kunststoff- oder Harzmaterial 7 injiziert. Dadurch werden die Faserrohlinge von dem Kunststoffmaterial bzw. von dem Harzmaterial 7 durchtränkt. Das Kunststoff- oder Harzmaterial wird dann ausgehärtet, wie insbesondere unter Temperaturerwärmung. Dies ist in Schritt V gezeigt.
Bei dieser Temperaturerwärmung oder zu einem späteren Zeitpunkt oder bei einer weiteren Temperaturerhöhung wird der Vorformling 2 wieder geschmolzen. Das geschmolzene Material des Vorformlings 2 kann dann aus dem insbesondere ausgehärteten Bauteil abgeführt werden, siehe Schritt VI. Im Schritt VI wird das flüssige Material des Vorformlings ausgeschüttet und wieder der Herstellung eines Vorformlings 2 gemäß Schritt I zugeführt. Dadurch resultiert das Bauteil 1 als Hohlkörper, siehe Schritt VII.
Erfindungsgemäß ist der Vorformling 2 aus einem Phasenwechselmaterial hergestellt, das fest ist, um derart unverformbar zu sein, dass es als Formkern dienen kann, der ein definiertes Volumen aufweist.
Dabei wird aus energetischen Gründen der Vorformling 2 noch aus dem Herstellprozess zur Herstellung des Vorformlings 2 erwärmt gemäß Schritt I in das Werkzeug eingesetzt, so dass die Temperatur des Vorformlings 2 möglichst hoch ist, um anschließend schnell und energieeffizient wieder geschmolzen werden zu können.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung ist bei einem Ausführungsbeispiel als Material für den Vorformling 2 ein Phasenwechselmaterial verwendet, welches insbesondere flüssig in eine Form 3 eingebracht wird, um anschließend den Phasenwechsel herbeizuführen, um einen vorgeformten Vorformling 2 aus einem Phasenwechselmedium zu erzeugen.
Dabei kann das Phasenwechselmaterial beispielsweise Natriumacetat-Trihydrat sein oder ein solches Material umfassen.
Die 1 lässt erkennen, dass der Vorformling 2 im Wesentlichen unmittelbar vor seinem Einsatz in dem Werkzeug zur Herstellung des Bauteils 1 seinerseits erst hergestellt werden kann. Dadurch kann die Temperatur des Vorformlings 2 ausgenutzt werden. Alternativ kann der Vorformling auch vorher hergestellt und zwischengespeichert werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Vorformling 2 temperiert wird.
Gemäß der Darstellung der 1 kann der Vorformling 2 in dem Werkzeug 6 oder außerhalb davon geschmolzen werden und das geschmolzene Material des Vorformlings 2 kann aus dem Werkzeug 6 abgeführt werden oder von dem Bauteil 1 abgeführt werden.
Auch kann der Vorformling 2 in einem nachfolgenden Temperschritt geschmolzen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1197309 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1), insbesondere aus GFK- oder FVK-Material, wobei ein Vorformling (2) erzeugt wird, welcher in einem Werkzeug (6) in ein Gelege (4) von Faserrohlingen (5) eingelegt wird, wobei bei geschlossenem Werkzeug (6) Kunststoff- oder Harzmaterial (7) injiziert wird und die Faserrohlinge ((5) durchtränkt, wobei der Vorformling (2) geschmolzen wird und das geschmolzene Material des Vorformlings (2) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (2) aus einem Phasenwechselmaterial bestehend in das Werkzeug (6) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (2) durch den ausgelösten Phasenwechsel Wärme an seine Umgebung abgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Vorformling (2) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, welches in eine Form eingebracht wird, um anschließend den Phasenwechsel herbeizuführen, um einen vorgeformten Vorformling (2) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial Lösung aus Natriumacetat und Wasser ist oder solches umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (2) im Wesentlichen unmittelbar vor seinem Einsatz in dem Werkzeug (6) zur Herstellung des Bauteils (1) hergestellt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (2) in dem Werkzeug (6) oder außerhalb davon geschmolzen wird und das geschmolzene Material des Vorformlings (2) aus dem Werkzeug (6) abgeführt wird oder von dem Bauteil (1) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (2) in einem nachfolgenden Temperschritt geschmolzen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Material des Vorformlings (2) zur Herstellung eines weiteren Vorformlings (2) wiederverwendet wird.