DE102015119401A1

DE102015119401A1 - Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils

Info

Publication number: DE102015119401A1
Application number: DE102015119401.5A
Authority: DE
Inventors: Axel Siegfried Herrmann; Marc FETTE; Ingo Roth; Nicole Stöß; Markus Reiß
Original assignee: Polynt Composites Germany GmbH; Bayerische Motoren Werke AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Polynt Composites Germany GmbH; Bayerische Motoren Werke AG; Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils (1‘), wobei ein Sandwichhalbzeug (1) mit einer ersten und einer zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) aus einer Langfaserverstärkten Pressmasse mit duromerer Matrix und zwischen diesen einer Kernschicht-Halbzeuglage (7) in einer Pressvorrichtung (11) fließgepresst wird. Die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, wobei die Deckschicht-Halbzeuglagen und die Kernschicht-Halbzeuglage in einem einzigen Pressschritt verarbeitet werden kann und wobei eine möglichst große Vielfalt von Zusammensetzungen der Deckschicht-Halbzeuglagen verarbeitet werden kann, wird dadurch gelöst, dass die Pressvorrichtung (11) einen Abstandshalter (21) aufweist, der in der geschlossenen Stellung (17) den minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil (13, 15) definiert, und dass der Abstandshalter (21) derart eingestellt wird, dass der Pressdruck in der geschlossenen Stellung (17) zwischen einem minimalen Verarbeitungsdruck der ersten und/oder der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) und einem für die Kernschicht-Halbzeuglage (7) maximal zulässigen Grenzdruck liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils, insbesondere ein Pressverfahren, vorzugsweise ein Fließpressverfahren, zur Herstellung eines Sandwichbauteils mit Deckschichten aus einem faserverstärkten Kunststoff. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Zunächst wird eine Pressvorrichtung bereitgestellt. Die Pressvorrichtung weist ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil auf, die zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung relativ zueinander bewegt werden können. In der geschlossenen Stellung schließen das erste und zweite Werkzeugteil eine Kavität, das heißt einen Hohlraum ein. In der geöffneten Stellung ist die Kavität zur Umgebung geöffnet. Die relative Bewegung des ersten und zweiten Werkzeugteils zueinander zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung bedeutet, dass sich entweder beide Werkzeugteile gleichermaßen gegenübereinander bewegen oder dass sich nur eines der beiden Werkzeugteile gegenüber dem anderen bewegt. Die Form der Kavität in der geschlossenen Stellung der beiden Werkzeugteile entspricht der Form des herzustellenden Sandwichbauteils. Das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil sind beheizbar, vorzugsweise kontrolliert beheizbar, wobei das erste und/oder das zweite Werkzeugteil entweder eine eigen Heizvorrichtung aufweisen kann oder von außen mit einer separaten Heizvorrichtung beheizt werden kann.
Ferner wird ein Sandwichhalbzeug bereitgestellt. Das Sandwichhalbzeug weist eine erste Deckschicht-Halbzeuglage aus einer langfaserverstärkten Pressmasse mit duromerer Matrix, eine zweite Deckschicht-Halbzeuglage aus einer langfaserverstärkten Pressmasse mit duromerer Matrix und zwischen diesen eine Kernschicht-Halbzeuglage auf. Die erste Deckschicht-Halbzeuglage und die zweite Deckschicht-Halbzeuglage sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet. Die Langfasern der ersten und zweiten Deckschicht-Halbzeuglage weisen eine mittlere Faserlänge im Bereich zwischen 10mm und 79mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 25mm und 50mm auf. Bei den Langfasern handelt es sich um Kohle- oder Glasfasern, die als Wirrfasern, das heißt quasiisotrop, in eine Matrix basierend auf duromeren beziehungsweise duroplastischen Reaktionsharzen, wie zum Beispiel ungesättigten Polyester-, Vinylester-, Epoxid- oder Polyaryletheramidharzen, eingebettet sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage um Sheet Moulding Compound(SMC)-Halbzeuglagen oder um Bulk Moulding Compound(BMC)-Halbzeuglagen. BMC-Halbzeuglagen unterscheiden sich von SMC-Halbzeuglagen dadurch, dass sie auch in der Dickenrichtung eine wesentliche Ausdehnung aufweisen. Die Kernschicht-Halbzeuglage ist vorzugsweise aus Schaum, aus einer Honeycomb-Struktur oder aus Balsaholz gebildet, kann jedoch auch aus anderen Kernmaterialien gebildet sein, sofern sie druckbeständig sind und eine geschlossene Oberfläche aufweisen.
Das Sandwichhalbzeug wird nun in der geöffneten Stellung der Pressvorrichtung in die Kavität eingefügt, wobei die Deckschicht-Halbzeuglagen und die Kernschicht-Halbzeuglage entweder einzeln in die Kavität eingefügt und erst dort zu dem Sandwichhalbzeug zusammengefügt werden oder bereits vor dem Einfügen in die Pressvorrichtung zusammengefügt werden und dann als das Sandwichhalbzeug in die Kavität eingefügt werden können. Dabei können die Deckschicht-Halbzeuglagen und die Kernschicht-Halbzeuglage vor dem Einfügen in die Kavität einzeln oder zusammen in eine bestimmte Form gebracht werden, zum Beispiel geschnitten werden, welche an die Kavität angepasst ist.
Anschließend werden das erste und das zweite Werkzeugteil relative zueinander in die geschlossene Stellung bewegt und zusammengedrückt, so dass das Sandwichhalbzeug einen bestimmten Pressdruck von vorzugsweise über 70 bar, besonders bevorzugt zwischen 80 und 120 bar, erfährt. Gleichzeitig wird das erste und/oder zweite Werkzeugteil beheizt, so dass das Sandwichhalbzeug eine bestimmte Verarbeitungstemperatur erfährt, die vorzugsweise im Bereich zwischen 140°C und 150°C liegt. Auf diese Weise wird das Sandwichhalbzeug in der Kavität zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil geformt und ausgehärtet, so dass ein Sandwichbauteil gebildet wird, welches eine erste und eine zweite Deckschicht aus faserverstärktem Kunststoff und zwischen den Deckschichten eine Kernschicht aufweist. Das fertiggestellte Sandwichbauteil kann nach dem Öffnen der Pressvorrichtung entnommen werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenen Verfahren zum Herstellen von SMC-Sandwichbauteilen bekannt. SMC-Bauteile haben den Vorteil, dass sie aufgrund der Faserverstärkung eine höhere Festigkeit aufweisen als unverstärkte Kunststoffbauteile, aufgrund der vergleichsweise kurzen und ungerichteten Fasern jedoch wesentlich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können und in wesentlich komplexere Formen gebracht werden können als Faserverbundbauteile, die mit gerichteten Endlosfasern verstärkt sind. Daher sind SMC-Bauteile besonders einfache und kostengünstige und dabei vergleichsweise feste Strukturen. SMC-Bauteile werden üblicherweise aus SMC-Halbzeuglagen in einem Fließpressverfahren hergestellt, das heißt, unter Einfluss von Druck und Temperatur in eine beabsichtigte Form gepresst. Dabei sind relativ beliebige Formen möglich, denn anders als bei mit gerichteten Endlosfasern verstärkten Bauteilen muss im Falle von SMC-Bauteilen bei der Form auf die Faser keine Rücksicht genommen werden.
Bauteile, die einer hohen Querkraftschubbelastung ausgesetzt sind und daher eine gewisse Dicke aufweisen müssen, werden, um ihr Gewicht gleichzeitig so gering wie möglich zu halten, üblicherweise in Sandwichbauweise ausgebildet, wobei zwei vergleichsweise dünne Deckschichten aus einem Material mit vergleichsweise hoher Dichte zur Aufnahme der Längs- und Biegelasten eine vergleichsweise dicke Kernschicht aus einem Material mit vergleichsweise geringer Dichte zur Aufnahme der Querlasten einschließen. Aufgrund der oben genannten Vorteile, insbesondere der hohen Festigkeit, der einfachen und günstigen Herstellung und der guten Verformbarkeit, eignen sich SMC-Bauteile grundsätzlich gut als Deckschichten für Sandwichbauteile. Problematisch ist jedoch die Herstellung solcher Sandwichbauteile mit SMC-Deckschichten, da der für die Verarbeitung der SMC-Halbzeuglagen erforderliche Pressdruck so hoch ist, dass die dazwischenliegende Kernschicht oftmals zerstört oder beschädigt wird.
Aus diesem Grund gibt es im Stand der Technik verschiedene Ansätze, SMC-Sandwichbauteile in einem 2-Schrittverfahren herzustellen, wobei zunächst die Deckschichten aus SMC-Halbzeuglagen alleine vorgepresst und ausgehärtet oder teilweise ausgehärtet werden und anschließend ein Schaumkern zwischen diese Deckschichten eingefügt wird. Solche Verfahren sind beispielsweise aus der DE 101 23 176 A1 und der EP 2 550 151 B1 bekannt. Nachteilhaft ist dabei jedoch, dass das Sandwichbauteil nicht in einem Schritt hergestellt werden kann, sondern die SMC-Deckschichten zunächst vorgepresst werden müssen und der Schaumkern erst in einem zweiten Schritt eingebracht beziehungsweise aufgebaut wird.
Ein anderer Ansatz zur Herstellung von Sandwichbauteilen mit SMC-Deckschichten in nur einem einzelnen Pressschritt wird in der DE 199 14 327 A1 beschrieben, wobei Deckschichten aus speziellen Niederdruck-SMC eingesetzt werden, die aufgrund ihrer speziellen Zusammensetzung bereits bei einem relativ niedrigen Pressdruck verarbeitet werden können, so dass die Kernschicht durch den Pressdruck nicht oder nicht so leicht zerstört wird. Solche Niederdruck-SMC haben jedoch den Nachteil, dass deren Faservolumengehalte sowie deren mechanische Eigenschaften eingeschränkt sind und dass sie auf bestimmte chemische Zusammensetzungen beschränkt sind.
Aus diesem Grund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils mit Deckschichten aus langfaserverstärktem Kunststoff bereitzustellen, wobei die Deckschicht-Halbzeuglagen und die Kernschicht-Halbzeuglage in einem einzigen Pressschritt verarbeitet werden und wobei eine möglichst große Vielfalt von Zusammensetzungen der Deckschicht-Halbzeuglagen verarbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Pressvorrichtung einen Abstandshalter aufweist, der in der geschlossenen Stellung den minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil definiert und damit die minimalen Abmessungen der Kavität und folglich den maximalen Pressdruck festlegt. Der Abstandshalter wird in Abhängigkeit von der Geometrie der Kavität, dem Material und Volumen der Deckschicht-Halbzeuglagen und der Kernschicht-Halbzeuglage sowie vorzugsweise der Schließgeschwindigkeit und -kraft der Pressvorrichtung derart eingestellt oder ausgewählt, dass der Pressdruck in der geschlossenen Stellung, das heißt, wenn der Abstandshalter den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil auf einen Mindestabstand beschränkt, zwischen einem minimalen Verarbeitungsdruck der ersten und/oder der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage und einem für die Kernschicht-Halbzeuglage maximal zulässigen Grenzdruck liegt. Mit anderen Worten gesagt, wird durch den Abstandshalter die geschlossene Stellung so festgelegt, dass der Pressdruck zwischen dem minimalen Verarbeitungsdruck und dem Grenzdruck liegt. Somit wird der maximale Pressdruck bestimmt durch das Zusammenspiel der Geometrie bzw. Position des Abstandshalters, der Form der Kavität, dem Material und Volumen der Deckschicht-Halbzeuglagen und der Kernschicht-Halbzeuglage sowie ggf. der Schließgeschwindigkeit und -kraft der Pressvorrichtung.
Der minimale Verarbeitungsdruck ist der Druck, der mindestens erforderlich ist, um das Matrixmaterial zum Fließen zu bringen und Poren oder andere Einschlüsse auszuschließen. Er wird üblicherweise vom Hersteller der Deckschicht-Halbzeuglage angegeben. Der maximal zulässige Grenzdruck ist der Druck, der nicht überschritten werden darf, um eine Zerstörung der Kernschicht-Halbzeuglage auszuschließen. Auch dieser wird üblicherweise vom Hersteller der Kernschicht-Halbzeuglage angegeben.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass einerseits die Deckschicht-Halbzeuglagen, insbesondere die SMC-Halbzeuglagen, ausreichend Druck erfahren, um mit hoher Qualität verarbeitet zu werden, und andererseits die Kernschicht-Halbzeuglage durch den Pressdruck nicht zerstört wird, auch wenn das erste und das zweite Werkzeugteil mit höherer Geschwindigkeit oder Kraft in die geschlossene Stellung gebracht werden und der Druck auf das Sandwichhalbzeug schnell erhöht wird. Dabei ist es nicht erforderlich, die Deckschicht-Halbzeuglagen vorzupressen. Auch kann über die Niederdruck-SMC hinaus eine große Vielfalt von Materialien der Deckschicht-Halbzeuglagen eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als Fließpressverfahren durchgeführt. Dabei wird durch den Pressdruck und die Verarbeitungstemperatur ein Fließen der Matrix der Deckschicht-Halbzeuglagen erreicht, wodurch Poren geschlossen und Einschlüsse vermieden werden. Bei einem hohen Faservolumengehalt der Deckschicht-Halbzeuglagen ist es auch möglich, dass die Matrix lediglich in Form gepresst wird, jedoch nicht zu fließen beginnt, so dass ein reines Pressverfahren durchgeführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pressvorrichtung als Tauchkantenwerkzeug ausgebildet, wobei das erste Werkzeugteil als Matrize gebildet ist und das zweite Werkzeugteil als Stempel gebildet ist. Dabei ist die Matrize vorzugsweise ortsfest und der Stempel beweglich ausgebildet. Die Relativbewegung zwischen Stempel und Matrize kann sowohl in vertikaler Richtung ausgeführt werden, wobei der Stempel vorzugsweise oberhalb der Matrize angeordnet ist, als auch in horizontaler Richtung erfolgen, wobei Stempel und Matrize nebeneinander oder voreinander angeordnet sind und in horizontaler Richtung aufeinander zubewegt werden.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder die zweite Deckschicht-Halbzeuglage als SMC-Halbzeuglage ausgebildet. Alternativ können diese auch als BMC-Halbzeuglagen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Deckschicht-Halbzeuglagen aus dem Material Polynt HUP 27/25 RB-9010, Polynt HUP 63/25 RB-1090, Polynt HUP CF 24/60 RB-1090 oder Polynt EPOPREG 90 CF-3K des Herstellers Polynt GmbH ausgebildet.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kernschicht-Halbzeuglage aus Schaummaterial gebildet, vorzugsweise aus ROHACELL^® RC 110S (PMI), ROHACELL^® RS 110 RIMA (PMI) oder ROHACELL^® RC 110 Hero-HT (PMI) des Herstellers Evonik Industries AG. Alternativ kann die Kernschicht-Halbzeuglage auch aus einer Honeycomb-Struktur oder aus anderen Materialien wie Balsaholz gebildet sein.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Kernschicht-Halbzeuglage vorgeheizt wird, bevor sie in die Kavität eingefügt wird. Auf diese Weise hat die Erwärmung durch die Werkzeugteile einen weniger starken Temperaturanstieg in dem Schaummaterial der Kernschicht-Halbzeuglage zur Folge, wodurch das Schaummaterial, das heißt die Struktur der Kernschicht-Halbzeuglage, geschont wird.
Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn das Volumen der Kernschicht-Halbzeuglage zwischen 70% und 90%, vorzugsweise ca. 80% des Volumens der Kernschicht des fertiggestellten Sandwichbauteils entspricht. Bis auf das Volumen des fertiggestellten Sandwichbauteils dehnt sich die Kernschicht-Halbzeuglage während des Pressens beziehungsweise bei der Verarbeitungstemperatur noch aus.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die Form der Kavität der Form des herzustellenden Sandwichbauteils. Dabei kann das in die Kavität eingefügt Sandwichhalbzeug entweder bereits vorgeformt, wie z.B. vorgeschnitten, in die Kavität eingefügt werden oder aber erst durch die Form der Kavität und den Druck der beiden Werkzeugteile in die endgültige Form des Sandwichbauteils gebracht werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Form der Kavität, das heißt die zur Kavität weisenden Oberfläche des ersten und/oder zweiten Werkzeugteils, eine derartige Struktur auf, dass an der Oberfläche des fertigen Sandwichbauteils Vorsprünge, wie beispielsweise Rippen, und/oder Aussparungen, wie beispielsweise Rillen, gebildet werden. Solche Oberflächenstrukturen lassen sich, insbesondere bei SMC-Bauteilen, leicht in das Sandwichbauteil integrieren, so dass besonders flexible Formen des Sandwichbauteils möglich sind.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Sandwichhalbzeug einen Sandwichabschnitt auf, in dem eine Kernschicht-Halbzeuglage zwischen der ersten und zweiten Deckschicht-Halbzeuglage angeordnet ist, und einen monolithischen Abschnitt auf, in dem die erste Deckschicht-Halbzeuglage direkt auf der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage liegt ohne eine Kernschicht-Halbzeuglage dazwischen. Auf diese Weise kann je nach dem Einsatz und der erwarteten Belastung des Sandwichbauteils die Dicke des Sandwichbauteils variiert werden, wobei an manchen dickeren Bereichen eine Kernschicht vorgesehen ist und andere dünne Bereiche in monolithische Weise gebildet sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, nachdem das fertiggestellte Sandwichbauteil aus der Pressvorrichtung entnommen wurde, ein Metalleinsatz in das Sandwichbauteil eingebracht. Ein solcher Metalleinsatz kann beispielsweise als Krafteinleitungselement dienen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn zum Einbringen des Metalleinsatzes eine Bohrung in das Sandwichbauteil eingebracht wird, anschließend der Metalleinsatz in die Bohrung eingefügt wird und danach eine Kernfüllmasse, wie zum Beispiel ein Schaum oder ein Klebstoff, in den Hohlraum zwischen der Kernschicht und dem Metalleinsatz eingespritzt wird. Dies kann zum Beispiel durch Löcher in den Metalleinsatz erfolgen. Die Kernfüllmasse dient zu einer festen Verankerung des Metalleinsatzes in dem Sandwichbauteil.
Nach noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zwischen die Kernschicht-Halbzeuglage und die erste und/oder die zweite Deckschicht-Halbzeuglage oder auf der Außenseite der ersten und/oder der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage eine Verstärkungs-Halbzeuglage aus vorimprägnierten gerichteten Endlosfasern, eine so genannte Tailored Fiber Placement(TFP)-Verstärkung, vorgesehen. Die Endlosfasern weisen eine mittlere Faserlänge von mindestens 80mm, üblicherweise jedoch deutlich mehr, auf. Mit einer solchen Verstärkungs-Halbzeuglage können die mechanischen Eigenschaften des Sandwichbauteils gezielt angepasst werden, insbesondere das Sandwichbauteil mit Hinblick auf bestimmte Belastungszustände verstärkt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstandshalter als ein Anschlagelement ausgebildet, welches zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Anschlagelement als Teil des ersten und/oder des zweiten Werkzeugteils ausgebildet, insbesondere als Teil der Matrize und/oder des Stempels. Auf diese Weise können die Werkzeugteile mit Hinblick auf die Form und das Material des herzustellenden Sandwichbauteils derart ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden, dass die Kavität und das Anschlagelement aufeinander abgestimmt sind, insbesondere das Anschlagelement auf die Form der Kavität abgestimmt ist.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, welche die relative Bewegung des ersten und des zweiten Werkzeugteils in die geschlossenen Stellung und/oder die Kraft, mit der das erste und/oder das zweite Werkzeugteil gegeneinander drücken, derart steuert, dass der Druck des ersten und/oder zweiten Werkzeugteils auf das Sandwichhalbzeug vor dem Anschlagen des Anschlagelements und Erreichen des Pressdrucks nur sehr langsam erhöht wird. Auf diese Weise kann eine starke Druckerhöhung, die die Kernschicht gegebenenfalls beschädigen könnte, verhindert werden. Durch eine solche sehr langsame und vorsichtige Druckerhöhung kann die Kernschicht-Halbzeuglage einem insgesamt höheren maximal zulässigen Grenzdruck ausgesetzt werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 eine schrittweise Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform und
2 eine Schnittdarstellung eines nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Sandwichbauteils.
In 1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils 1‘ gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Fließpressverfahren, welches die folgenden Schritte aufweist.
Wie in 1a gezeigt, wird zunächst ein Sandwichhalbzeug 1 bereitgestellt, welches eine erste Deckschicht-Halbzeuglage 3, eine zweite Deckschicht-Halbzeuglage 5 und zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage 3, 5 eine Kernschicht-Halbzeuglage 7 aufweist. Die erste und die zweite Deckschicht-Halbzeuglage 3, 5 sind als SMC-Halbzeuglagen gebildet und weisen eine langfaserverstärkte Pressmasse mit duromerer Matrix auf, wobei Kohle- oder Glasfasern mit einer mittleren Faserlänge zwischen 25mm und 50mm als Wirrfasern in einem duromeren Reaktionsharz eingebettet sind. Die Kernschicht-Halbzeuglage 7 ist aus Schaummaterial gebildet.
Anschließend wird, wie in 1b gezeigt, das Sandwichhalbzeug 1 für den Pressvorgang vorbereitet, wobei das Sandwichhalbzeug 1 vorgeformt und zugeschnitten wird, um auf diese Weise an die Form der Kavität 9 einer Pressvorrichtung 11 angepasst zu werden. Dabei wird die Kernschicht-Halbzeuglage 7 aus Schaum vorgeheizt, so dass ihr Volumen beim Einfügen in die Kavität 9 ca. 80% des Volumens der Kernschicht 7‘ des fertiggestellten Sandwichbauteils 1‘ einnimmt.
Anschließend wird das vorbereitete Sandwichhalbzeug 1 in die Kavität 9 der Pressvorrichtung 11 eingelegt, wie in 1c dargestellt. Die Pressvorrichtung 11 weist ein erstes Werkzeugteil 13 und ein zweites Werkzeugteil 15 auf, die zwischen einer geschlossenen Stellung 17, in der sie die Kavität 9 einschließen, und einer geöffneten Stellung 19, in der die Kavität 9 zur Umgebung geöffnet ist, relativ zueinander bewegt werden können. Die Pressvorrichtung 11 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Tauchkantenwerkzeug ausgebildet, wobei das erste Werkzeugteil 13 als Matrize und das zweite Werkzeugteil 15 als Stempel gebildet ist. Das erste Werkzeugteil 13 ist unbeweglich und das zweite Werkzeugteil 15 bewegt sich von der geöffneten Stellung 19 in die geschlossene Stellung 17 in vertikaler Richtung von oben auf das erste Werkzeugteil 13 zu. Das erste Werkzeugteil 13 und das zweite Werkzeugteil 15 sind kontrolliert beheizbar. Die Form der Kavität 9 entspricht der Form des herzustellenden Sandwichbauteils 1‘.
Wie in 1d dargestellt, wird das zweite Werkzeugteil 15 nun auf das erste Werkzeugteil 13 zubewegt, so dass die Pressvorrichtung 11 in die geschlossene Stellung 17 gebracht wird. In der geschlossenen Stellung 17 wird das zweite Werkzeugteil 15 mit einer solchen Kraft auf das erste Werkzeugteil 13 gedrückt, dass das in der Kavität 9 befindliche Sandwichhalbzeug 1 einen bestimmten Pressdruck erfährt, der erforderlich ist, um das Sandwichhalbzeug 1 zu formen und auszuhärten. Gleichzeitig wird das erste und das zweite Werkzeugteil 13, 15 derart beheizt, dass das Sandwichhalbzeug 1 eine bestimmte Verarbeitungstemperatur, im vorliegenden Fall zwischen 140° und 150°C erfährt. Auf diese Weise wird das Sandwichhalbzeug 1 fließgepresst, das heißt, in die beabsichtigte Form, nämlich die Form der Kavität 9, gebracht, wobei die Matrix der Deckschicht-Halbzeuglagen 3, 5 in einen Fließzustand versetzt wird, und anschließend ausgehärtet wird.
Um den Schaum der Kernschicht-Halbzeuglage 7 durch den Pressdruck nicht zu zerstören, weist die Pressvorrichtung 11 einen Abstandshalter 21 auf, der in der geschlossenen Stellung 17 den minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil 13, 15 definiert und damit die minimale Abmessung der Kavität 9 und somit den maximalen Pressdruck festlegt. Der Abstandshalter 21 ist in Abhängigkeit von der Geometrie der Kavität 9 und den Materialien der Deckschicht-Halbzeuglagen 3, 5 und der Kernschicht-Halbzeuglage 7 derart eingestellt, dass der Pressdruck in der geschlossenen Stellung 17, wenn der Abstandshalter 21 den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil 13, 15 auf den Mindestabstand begrenzt, zwischen einem minimalen Verarbeitungsdruck der ersten und der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage 3, 5 und einem für die Kernschicht-Halbzeuglage 7 maximal zulässigen Grenzdruck liegt. Der Abstandshalter 21 ist in der voliegenden Ausführungsform als Anschlagelement 22 ausgebildet, welches an dem zweiten Werkzeugteil 15 seitlich der Kavität 9 vorgesehen ist und bei einer Bewegung in die geschlossene Stellung 17 an dem ersten Werkzeugteil 13 anschlägt, um auf diese Weise den minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil 13, 15 festzulegen.
Ferner ist eine Steuerungsvorrichtung 23 vorgesehen, welche die Bewegung des zweiten Werkzeugteils 15 auf das erste Werkzeugteil 13 zu in die geschlossene Stellung 17 oder die Kraft, mit der das zweite Werkzeugteil 15 auf das erste Werkzeugteil 13 drückt, derart steuert, dass der Druck des ersten und des zweiten Werkzeugteils 13, 15 auf das Sandwichhalbzeug 1 vor dem Anschlagen des Anschlagelements 22 und Erreichen des Pressdrucks nur sehr langsam erhöht wird.
Wie in 1e gezeigt, wird nachdem das Sandwichbauteil 1‘ fertig ausgehärtet ist, das zweite Werkzeugteil 15 von dem ersten Werkzeugteil 13 wegbewegt und in die geöffnete Stellung 19 gebracht, wonach das fertiggestellte Sandwichbauteil 1‘ aus der Pressvorrichtung 11 entnommen wird. Das Sandwichbauteil 1‘ weist eine Kernschicht 7‘ aus Schaum sowie eine erste und eine zweite Deckschicht 3‘, 5‘ aus faserverstärktem Kunststoff auf.
In 2 ist ein Sandwichbauteil 1‘ dargestellt, welches mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ähnlich wie zuvor beschrieben, hergestellt wurde. Das Sandwichbauteil 1‘ weist eine Kernschicht 7‘ aus Schaum, eine erste Deckschicht 3‘ aus SMC-Material und eine zweite Deckschicht 5‘ aus SMC-Material auf. Ferner weist das Sandwichbauteil 1‘ einen Sandwichabschnitt 25, einen monolithischen Abschnitt 27, mehrere Vorsprünge 29 sowie einen Metalleinsatz 31 auf. Die Vorsprünge 29 werden gebildet, indem die Form der Kavität 9, das heißt die zur Kavität 9 weisende Oberfläche des ersten oder des zweiten Werkzeugteils 13, 15, eine entsprechende Struktur, insbesondere entsprechende Aussparungen aufweist. Der Sandwichabschnitt 25 und der monolithische Abschnitt 27 können gebildet werden, indem das Sandwichhalbzeug 1 in dem Sandwichabschnitt 25 eine Kernschicht-Halbzeuglage 7 zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage 3, 5 aufweist und in dem monolithischen Abschnitt 27 keine Kernschicht-Halbzeuglage 7 aufweist, so dass die erste Deckschicht-Halbzeuglage 3 direkt auf der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage 5 liegt. Der Metalleinsatz 31 kann gebildet werden, indem in das fertiggestellte Sandwichbauteil 1‘ eine Bohrung 33 eingebracht wird, anschließend der Metalleinsatz 31 in die Bohrung 33 eingefügt wird, und danach eine Kernfüllmasse 35, insbesondere ein Schaum, in den Hohlraum 37 zwischen der Kernschicht 7‘ und dem Metalleinsatz 31 eingespritzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10123176 A1 [0008]
EP 2550151 B1 [0008]
DE 19914327 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils (1‘) mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen einer Pressvorrichtung (11) mit einem ersten Werkzeugteil (13) und einem zweiten Werkzeugteil (15), die zwischen einer geschlossenen Stellung (17), in der sie eine Kavität (9) einschließen, und einer geöffneten Stellung (19), in der die Kavität (9) zur Umgebung geöffnet ist, relativ zueinander bewegt werden können, wobei das erste Werkzeugteil (13) und/oder das zweite Werkzeugteil (15) beheizbar sind, (b) Bereitstellen eines Sandwichhalbzeugs (1) mit einer ersten Deckschicht-Halbzeuglage (3) aus einer Langfaserverstärkten Pressmasse mit duromerer Matrix, einer zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (5) aus einer Langfaserverstärkten Pressmasse mit duromerer Matrix und zwischen diesen einer Kernschicht-Halbzeuglage (7), (c) in der geöffneten Stellung (19) der Pressvorrichtung (11) Einfügen des Sandwichhalbzeugs (1) in die Kavität (9), (d) Bewegen des ersten und des zweiten Werkzeugteils (13, 15) relativ zueinander in die geschlossene Stellung (17), (e) Zusammendrücken des ersten und des zweiten Werkzeugteils (13, 15), so dass das Sandwichhalbzeug (1) einen bestimmten Pressdruck erfährt, und Beheizen des ersten und/oder des zweiten Werkzeugteils (13, 15), so dass das Sandwichhalbzeug (1) eine bestimmte Verarbeitungstemperatur erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressvorrichtung (11) einen Abstandshalter (21) aufweist, der in der geschlossenen Stellung (17) den minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil (13, 15) definiert und damit die minimalen Abmessungen der Kavität (9) festlegt, und dass der Abstandshalter (21) derart eingestellt wird, dass der Pressdruck in der geschlossenen Stellung (17) zwischen einem minimalen Verarbeitungsdruck der ersten und/oder der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) und einem für die Kernschicht-Halbzeuglage (7) maximal zulässigen Grenzdruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Fließpressverfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pressvorrichtung (11) als Tauchkantenwerkzeug ausgebildet ist, wobei das erste Werkzeugteil (13) als Matrize gebildet ist und das zweite Werkzeugteil (15) als Stempel gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und/oder die zweite Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) als SMC-Halbzeuglage gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kernschicht-Halbzeuglage (7) aus Schaummaterial gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Kernschicht-Halbzeuglage (7) vorgeheizt wird, bevor sie in die Kavität (9) eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Volumen der Kernschicht-Halbzeuglage (7) zwischen 70% und 90%, vorzugsweise 80% des Volumens der Kernschicht (7‘) des fertiggestellten Sandwichbauteils (1‘) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Form der Kavität (9) der Form des herzustellenden Sandwichbauteils (1‘) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Form der Kavität (9) eine derartige Struktur aufweist, dass an der Oberfläche des Sandwichbauteils (1‘) Vorsprünge (29) und/oder Aussparungen gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Sandwichhalbzeug (1) einen Sandwichabschnitt (25) aufweist, in dem eine Kernschicht-Halbzeuglage (7) zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) angeordnet ist, und einen monolithischen Abschnitt (27) aufweist, in dem die erste Deckschicht-Halbzeuglage (3) direkt auf der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (5) liegt ohne eine Kernschicht-Halbzeuglage (7) dazwischen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei nachdem das fertiggestellte Sandwichbauteil (1‘) aus der Pressvorrichtung (11) entnommen wurde, ein Metalleinsatz (31) in das Sandwichbauteil (1‘) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zum Einbringen des Metalleinsatzes (31) eine Bohrung (33) in das Sandwichbauteil (1‘) eingebracht wird, anschließend der Metalleinsatz (31) in die Bohrung (33) eingefügt wird, und danach eine Kernfüllmasse (35) in den Hohlraum (37) zwischen der Kernschicht (7‘) und dem Metalleinsatz (31) eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zwischen die Kernschicht-Halbzeuglage (7) und die erste und/oder die zweite Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) oder auf der Außenseite der ersten und/oder der zweiten Deckschicht-Halbzeuglage (3, 5) eine Verstärkungs-Halbzeuglage aus vorimprägnierten gerichteten Endlosfasern vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Abstandshalter (21) als ein Anschlagelement (22) ausgebildet ist, welches zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil (13, 15) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Steuerungsvorrichtung (23) vorgesehen ist, welche die relative Bewegung des ersten und des zweiten Werkzeugteils (13, 15) in die geschlossene Stellung (17) und/oder die Kraft, mit der das erste und das zweite Werkzeugteil (13, 15) gegeneinander drücken, derart steuert, dass der Druck des ersten und des zweiten Werkzeugteils (13, 15) auf das Sandwichhalbzeug (1) vor dem Anschlagen des Anschlagelements (22) und Erreichen des Pressdrucks nur sehr langsam erhöht wird.