DE102015214908A1

DE102015214908A1 - Verfahren zur Längeneinstellung und Stabilisierung von Blasformkernen für die Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile

Info

Publication number: DE102015214908A1
Application number: DE102015214908.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mersmann; Beniamin Lemko
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels Resin Transfer Moulding (RTM), wobei ein Kunststoff-Blasformkern mit Fasermaterial umwickelt in ein RTM-Werkzeug eingelegt und darin an beiden Enden seiner Längenerstreckung fixiert wird, wobei der Blasformkern zunächst eine Ursprungsgröße aufweist, die kleiner ist als eine für das RTM-Werkzeug nötige Sollgröße und vor dem Einlegen außerhalb des RTM-Werkzeugs durch Wärmeeinwirkung und eine daraus resultierende Materialausdehnung auf die Sollgröße gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffhohlbauteilen mittels Resin Transfer Moulding (RTM) unter Verwendung von Blasformkernen.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels Resin Transfer Moulding bekannt. Hierbei werden blasgeformte Hohlkerne aus thermoplastischem Kunststoff verwendet. Die Kerne werden mit Fasermaterial umwickelt und im nachfolgenden Prozess mit Wasser befüllt, um dem hohen Injektionsdruck des in das RTM-Werkzeug einströmenden Harzes standhalten zu können.
Die bekannten Blasformkerne aus thermoplastischem Kunststoff weisen an ihren Enden in Längsrichtung eine zumeist trichterförmige Adaptergeometrie auf, um innerhalb des RTM-Werkzeuges dicht mit Injektoren eines Wasserkreislaufs verbunden und mit Wasser befüllt zu werden. Dies hat zum Nachteil, dass der mit den Adaptergeometrien bzgl. der Wasserinjektoren wiederholgenau im Werkzeug zu positionierende Blasformkern ein mindestens doppeltes Festlager aufweist. Durch das doppelte Festlager sind die bezüglich der Länge stark temperaturabhängigen Kerne nicht geeignet über das Jahr gesehen bei Temperaturen in den Produktionshallen zwischen üblichen 15–35°C innerhalb der notwendigen Toleranz in das RTM-Werkzeug zu passen. Auch die Temperatur bei den Transporten von Kernen und daraus entstehenden Faserhalbzeugen ist entsprechend nachteilig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlbauteilen bereit zu stellen, das umgebungstemperaturunabhängig und mit höherem Teiledurchsatz pro RTM-Werkzeug ausführbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffhohlbauteils mittels Resin Transfer Moulding (RTM) vorgeschlagen, bei dem ein thermoplastischer Kunststoff-Blasformkern mit Fasermaterial umwickelt in ein RTM-Werkzeug eingelegt und darin an beiden Enden seiner Längenerstreckung fixiert wird. Der Blasformkern wird zunächst in einer Ursprungsgröße bereit gestellt, die bewusst kleiner ist als eine für das RTM-Werkzeug nötige Sollgröße. Vor dem Einlegen in das RTM-Werkzeug wird der hinsichtlich seiner Außenabmessung und insbesondere seiner Längserstreckung noch zu kleine Blasformkern außerhalb des RTM-Werkzeugs durch Wärmeeinwirkung und eine daraus resultierende Materialausdehnung des Kunststoffs auf seine Sollgröße gebracht. Die Sollgröße bestimmt sich nach der RTM-Werkzeugtoleranz.
Die Sollgröße des Blasformkerns wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von dem RTM-Werkzeug eingestellt, so dass Wartezeiten im Fertigungsprozess, bis der Blasformkern die nötige Länge erreicht hat, um im RTM-Werkzeug fixiert zu werden, überwunden sind. Die derzeitige Zykluszeit zur Fertigung eines Faserverbundbauteils im RTM-Werkzeug kann hierdurch halbiert werden. Zudem erfolgt die Herstellung der Sollgröße des Blasformkerns unabhängig von der Temperatur in der Fertigungshalle, da die Einstellung der Sollgröße bei geringen Umgebungstemperaturen, beispielsweise im Winter, lediglich etwas länger dauert als bei hohen Umgebungstemperaturen, beispielsweise im Sommer.
In einer Ausführungsvariante ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der Blasformkern in Sollgröße im RTM-Werkzeug unmittelbar fixiert wird, so dass seine Größe festgelegt ist. Dabei können am Blasformkern auch die aus dem Stand der Technik bekannten trichterförmigen Enden vorgesehen werden, die als Fixierpunkt dienen. Nach der Fixierung wird der Blasformkern mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser befüllt, um ihm eine hohe Widerstandskraft gegen den Harzinjektionsdruck des RTM-Werkzeugs zu verleihen.
In einem Ausführungsbeispiel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Flüssigkeit auf eine Temperatur eingestellt, die im Wesentlichen einer Materialtemperatur des Blasformkerns nach Erreichen der Sollgröße entspricht. Das Delta der Wärmeeinwirkung auf den Blasformkern innerhalb des RTM-Werkzeugs ist somit gering.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die durch die aktive Wärmeeinwirkung hervorgerufene Materialausdehnung des Blasformkerns mittels eines Sensors bis zur Sollgröße detektiert wird. Dabei ist günstig, wenn über eine Regelung die Wärmeeinwirkung beim Erreichen der Sollgröße des Blasformkerns reduziert wird, so dass der Blasformkern zumindest bis zum Einbau und seiner Fixierung in dem RTM-Werkzeug konstant bei seiner Sollgröße gehalten wird.
In einer kostengünstigen Ausführung ist vorgesehen, dass die Wärmeeinwirkung durch Heißluft erfolgt. Dabei ist ferner vorteilhaft, wenn der Blasformkern im Wesentlichen vollflächig mit Heißluft von außen und/oder innen beblasen wird. Das Beblasen mit Heißluft von innen kann über mindestens eine Seitenöffnung erfolgen, die für das Befüllen mit Flüssigkeit vorgesehen ist. Insbesondere ist eine Ausführung günstig, bei der das Beblasen mit Heißluft von innen erfolgt, wobei durch eine Seitenöffnung heiße Luft eingeblasen wird, die durch eine gegenüberliegende Seitenöffnung wieder austritt.
Zur Fertigung ist ferner vorteilhaft, dass der Blasformkern bereits mit Fasermaterial umwickelt ist, wenn er auf die Sollgröße gebracht und anschließend in das RTM-Werkzeug eingelegt wird. Der Blasformkern kann dabei unter dem Fasermaterial wachsen.
Günstig ist eine Ausführung, bei die Ursprungsgröße des Blasformkerns in knapp unterhalb seines oder in seinem unteren Toleranzbereich von –10% bis –20% der Sollgröße liegt. Somit ist eine ausreichende Wachstumstoleranz auch für hohe Umgebungstemperaturen gegeben, bei denen sich der Blasformkern bereits ein Stück weit seiner Sollgröße annähert.
Die übrigen Verfahrensschritte zur Bauteilerzeugung im RTM-Prozess sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und werden entsprechend auf das vorliegende Verfahren angewandt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines RTM-Werkzeugs mit eingelegtem Blasformkern mir Ursprungsgröße;
2 eine schematische Ansicht eines Blasformkerns während der Wärmeeinwirkung außerhalb vom RTM-Werkzeug;
3 eine schematische Ansicht eines RTM-Werkzeugs mit eingelegtem Blasformkern mit Sollgröße.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch und dienen ausschließlich der Veranschaulichung des erfinderischen Verfahrens. Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.
In 1 ist eine RTM-Werkzeug 1 mit eingelegtem Blasformkern 2 zur Erzeugung der faserverstärkten Hohlbauteile dargestellt. Der Blasformkern 2 weist eine Ursprungsgröße U auf, die absichtlich kleiner ist als eine für das RTM-Werkzeug 1 benötige Sollgröße S (siehe 3). In dem RTM-Werkzeug 1 verbliebe beim Einlegen des derart zu kurzen Blasformkerns 2 eine zu große Kavität 3 der Länge B, so dass vor dem Einlegen die tatsächliche Länge des Blasformkerns 2 auf die Sollgröße S gebracht wird.
Zum Ausgleich der Länge B der Kavität 3 des RTM-Werkzeugs 1 wird der Blasformkern 2 gemäß 2 vor dem Einlegen außerhalb des RTM-Werkzeugs 1 mit Heißluft P durchblasen und mithin einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt, die den Thermoplasten des Blasformkerns 2 von seiner Ursprungslänge U auf die Sollgröße S ausdehnt. Das Fasermaterial kann dabei bereits auf dem Blasformkern 2 aufgebracht sein, so dass sich der Blasformkern 2 unter dem Fasermaterial der Länge nach ausdehnt.
Der vorstehend beschriebene Sensor zur Feststellung der Erreichung der Sollgröße S ist nicht dargestellt, wäre aber im Bereich der seitlichen Außenkanten des Blasformkerns 2 anzubringen. Auch die oben beschriebenen Injektoren zum Einbringen inkompressibler Flüssigkeiten in den Blasformkern sind nicht dargestellt, werden jedoch auf einer oder beiden Seiten des Blasformkerns 2 dichtend angebracht, um das Innere mit Flüssigkeit zu befüllen.
3 zeigt den auf seine Sollgröße S ausgedehnten Blasformkern 2 im RTM-Werkzeug 1 fixiert und Fasermaterial umwickelt, der bereit ist für die weiteren Fertigungsschritte des RTM-Verfahrens, u. a. Harzinjektion und Aushärten. Eine individuelle Anpassung der Länge des Blasformkerns innerhalb des RTM-Werkzeugs 1 und damit einhergehende Stillstandzeiten bzw. Wartezeiten bis zur Erreichung der benötigten Blasformkernlänge ist vermieden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann anstelle von Heißluft auch ein anderes Wärmemittel wie Wärmestrahlung eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels Resin Transfer Moulding (RTM), wobei ein Kunststoff-Blasformkern mit Fasermaterial umwickelt in ein RTM-Werkzeug eingelegt und darin an beiden Enden seiner Längenerstreckung fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasformkern zunächst eine Ursprungsgröße aufweist, die kleiner ist als eine für das RTM-Werkzeug nötige Sollgröße und vor dem Einlegen außerhalb des RTM-Werkzeugs durch Wärmeeinwirkung und eine daraus resultierende Materialausdehnung auf die Sollgröße gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasformkern in Sollgröße im RTM-Werkzeug unmittelbar fixiert wird, so dass seine Größe festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasformkern nach der Fixierung mit Flüssigkeit befällt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine Temperatur aufweist, die im Wesentlichen einer Materialtemperatur des Blasformkerns nach Erreichen der Sollgröße entspricht.
Verfahren nach Anspruch zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors die Materialausdehnung bis zur Sollgröße detektiert wird.
Verfahren nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Regelung die Wärmeeinwirkung beim Erreichen der Sollgröße des Blasformkerns reduziert wird, so dass der Blasformkern konstant bei seiner Sollgröße gehalten wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinwirkung durch Heißluft erfolgt.
Verfahren nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasformkern im Wesentlichen vollflächig mit Heißluft vom außen und/oder innen beblasen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasformkern mit Fasermaterial umwickelt auf die Sollgröße gebracht und anschließend in das RTM-Werkzeug eingelegt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ursprungsgröße des Blasformkerns in seinem unteren Toleranzbereich von –10% bis –20% liegt.