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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Konsolidieren thermoplastischer Halbzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Betrachtet man die Trends in der Auslegung von Compositebauteilen, so kann beobachtet werden, dass die Faserverstärkungen gezielt lokal eingesetzt werden, wo diese benötigt werden. Durch den lokalen Einsatz der Verstärkungen ist effizienter und auch kostengünstiger Leichtbau möglich. Durch den lokalen Einsatz von Faserverstärkungen treten regelmäßig Wanddickensprünge im Halbzeug auf.
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Um ein Verfahren zu nennen, welches solche gezielt auf das Bauteil abgestimmten Halbzeuge herstellt, ist z. B. das Tape-Legen von thermoplastischen Tapes anzuführen. Hierbei werden Tapes von verschiedenen Längen, Breiten und Orientierungen, welche auch faserverstärkt sein können, aufeinander abgelegt, um die mechanischen Eigenschaften gezielt zu modifizieren. Durch die gezielte Modifizierung lassen sich Wanddickensprünge oftmals nicht vermeiden.
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Bei den verschiedenen Tapelegeverfahren gibt es unterschiedliche Ansätze, wie solche Tapes aufeinander befestigt werden. Auf der einen Seite gibt es Verfahren, welche die Tapes vollflächig miteinander verbinden und somit kein nachträgliches Konsolidieren des Halbzeugs benötigen. Auf der anderen Seite gibt es Verfahren, welche die Tapes partiell verschweißen oder verkleben und somit eine nachträgliche Konsolidierung notwendig machen.
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Zur Konsolidierung solcher Halbzeuge werden derzeit hauptsächlich Doppelbandpressen eingesetzt. Betrachtet man diese Doppelbandpressen etwas genauer, so sind drei Ausführungsvarianten für die Konsolidierung von thermoplastischen Composites zu benennen. Auf der einen Seite gibt es Doppelbandpressen, welche zum Transport der Halbzeuge PTFE Folien einsetzen, welche allerdings nur geringe Verpressdrücke und geringe Temperaturen zulassen.
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Weiters gibt es noch Doppelbandpressen, welche zur Halbzeugförderung Metallbänder einsetzen, mit diesen sind dann hohe Temperaturen und auch höhere Verpressdrücke möglich. Solche Doppelbandpressen arbeiten kontinuierlich. Das Halbzeug wird eingelegt und durchläuft eine gewisse Heizstrecke bis es auf Konsolidiertemperatur gebracht ist. Sobald diese Temperatur erreicht wird, lässt man einen Konsoldierdruck auf das Halbzeug wirken, um die einzelnen Schichten miteinander zu verbinden. Anschließend wird das Halbzeug in der Kühlstrecke wieder abgekühlt und kann anschließend aus der Presse entnommen werden.
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Es gibt aber auch Doppelbandpressen, welche diskontinuierlich arbeiten. Dabei wird das Halbzeug auf einem Förderband abgelegt und anschließend in einer ersten Presse auf eine Konsolidiertemperatur erhitzt, mittels Förderband in die Kühlpresse transportiert und abschließend unter einem bestimmten Konsolidierdruck verpresst und abgekühlt.
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Diese beiden Systeme funktionieren sehr gut, solange es sich um flächige Halbzeuge handelt. Hat man hingegen ein Halbzeug mit mehreren Wandstärken, so ist eine Konsolidierung mit solchen Pressensystemen deutlich aufwendiger. Um Halbzeuge mit mehreren Halbzeugstärken herzustellen, müssen Matrizen verwendet werden, welche diese Wanddickensprünge ausgleichen. Somit ist es zwar möglich, Halbzeuge mit verschiedenen Wandstärken herzustellen, allerdings verliert der Prozess an Wirtschaftlichkeit, weil zusätzlich die Matrizen immer wieder auf den Halbzeugen platziert werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Konsolidieren thermoplastischer Halbzeuge bereit zu stellen, wobei Halbzeuge mit Wanddickenänderungen auf einfachere Weise als im Stand der Technik konsolidiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dies geschieht durch zumindest ein Werkzeug, welches in der Heizstation und in der Temperierstation anordenbar ist und eine im Wesentlichen einer Form des Halbzeugs entsprechenden Kavität zur Aufnahme des Halbzeugs aufweist, und eine Werkzeugtransportvorrichtung, mittels welcher das zumindest eine Werkzeug aus der Heizstation in die Temperierstation und aus der Temperierstation in die Heizstation transportierbar ist.
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Denn durch die Verwendung eines Werkzeugs, in welchem Halbzeuge diskontinuierlich in zwei Stationen konsolidiert werden, kann erreicht werden, dass Dickensprünge im Halbzeug bei der Konsolidierung keinen Einfluss haben. Durch die Werkzeugtransportvorrichtung kann die Erfindung außerdem einen hohen Automatisierungsgrad erreichen, wodurch sehr wirtschaftlich produziert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine erfindungsgemäße Anordnung sehr kompakt baut.
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Durch die Verwendung gesonderter Stationen für das Heizen und für das Abkühlen bzw. Temperieren kann eine Temperaturführung mit sehr kurzer Aufheizzeit realisiert werden, wodurch eine negative Einflussnahme auf die Zykluszeit einer weiterführenden Produktion vermieden wird.
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Der Transport zwischen der Heizstation und der Temperierstation muss nicht direkt vonstattengehen. Insbesondere beim Transport des zumindest einen Werkzeugs von der Temperierstation zur Heizstation können eine oder mehrere andere Stationen dazwischengeschaltet sein. Wichtig ist lediglich eine zumindest teilweise automatisierte Rückführung des Werkzeugs zur Heizstation. Beispiele für solche zwischengeschaltete Stationen sind Aufnahmestationen, Entnahmestationen und Bestückungsstationen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die Anordnung kann vorzugsweise zwei Presseneinheiten umfassen, wobei das Halbzeug in einer Presse auf die Konsolidiertemperatur aufgeheizt wird (Heizstation) und in einer Kühlpresse soweit abgekühlt wird (Temperierstation), dass es entformt werden kann.
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Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass zumindest zwei Werkzeuge vorgesehen sind. Insbesondere kann die Werkzeugtransportvorrichtung dazu ausgebildet sein, einen gleichzeitigen Positionswechsel der Werkzeuge zwischen der Heizstation und der Temperierstation zu ermöglichen (die Werkzeugtransportvorrichtung wird dann zu einer Werkzeugwechselvorrichtung).
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mehr als zwei Werkzeuge verwendet werden. Insbesondere kann die Zahl der Werkzeuge einer Zahl der verwendeten Stationen entsprechen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Werkzeug mittels der Werkzeugtransportvorrichtung von der Temperierstation in die Heizstation transportierbar ist.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das zumindest eine Werkzeug zumindest zwei Werkzeugteile aufweist, wobei die Kavität bei Anliegen der zumindest zwei Werkzeugteile aneinander vorliegt und das Werkzeug durch Auseinanderbewegen der Werkzeugteile öffenbar ist. Alternativ kann die Kavität schon vorliegen, wobei zwischen den Werkzeugteilen noch ein kleiner Abstand gegeben ist. Wichtig ist lediglich, dass die Kavität dafür sorgt, dass das Halbzeug beim Konsolidieren in der gewünschten Form bleibt.
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Die Kavität kann besonders bevorzugt in ihrer Form unveränderlich sein. Außerdem kann die Kavität bevorzugt zumindest eine Wanddickenänderung abbilden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Heizstation und/oder die Temperierstation zwei relativ zueinander bewegbare Platten zum Öffnen und Schließen der Heizstation und/oder der Temperierstation auf. Dies stellt eine besonders einfache Ausführungsform dar. Es ist aber auch möglich, dass Heiz- und/oder Temperierstation jeweils zwei Platten aufweisen, wodurch die beiden Stationen unabhängig voneinander betrieben werden können. Dadurch sind weitere Zykluszeitersparnisse möglich.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Temperierstation über zumindest ein Koppelelement verfügt, mittels welchem zumindest eines der zumindest zwei Werkzeugteile an zumindest eine der Platten koppelbar ist, wodurch das Werkzeug durch Öffnen der Temperierstation öffenbar ist. Dadurch kann die Temperierstation gleichzeitig zum Öffnen des Werkzeugs und zur Entnahme des konsolidierten Halbzeugs verwendet werden. Zykluszeittechnisch stellt dies normalerweise kein Problem dar, da typischerweise das Aufheizen in der Heizstation am meisten Zeit in Anspruch nimmt.
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In einer weiteren Variante kann eine von der Heizstation und der Temperierstation gesonderte Entformstation vorgesehen sein, mittels welcher das Halbzeug aus dem zumindest einen Werkzeug entnehmbar ist, wobei das zumindest eine Werkzeug mittels der Werkzeugtransportvorrichtung von der Temperierstation in die Entformstation transportierbar ist. Natürlich kann auch die Entformstation zumindest ein entsprechendes Koppelelement aufweisen, um das Entformen besonders einfach durchzuführen.
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Weiters ist es auch vorstellbar, dass es eine eigene Aufnahmestation gibt, in der das Halbzeug eingelegt wird und vorzugsweise vortemperiert wird. Dazu kann die Aufnahmestation auch zumindest ein entsprechendes Koppelelement aufweisen, um das Werkzeug öffnen und schließen zu können, damit ein Halbzeug eingelegt werden kann.
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Die Werkzeugtransportvorrichtung kann besonders bevorzugt einen Riemenantrieb beinhalten. Dies stellt konstruktiv eine besonders einfache Ausführungsform dar, wobei gleichzeitig eine relativ hohe Flexibilität bei der Gestaltung der Konstruktion erreicht werden kann.
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Wird ein Riemenantrieb eingesetzt, kann eine Klinkvorrichtung vorteilhaft sein, mittels welcher das zumindest eine Werkzeug am Riemenantrieb einklinkbar und vom Riemenantrieb ausklinkbar ist. Das Werkzeug kann dann an das Niveau der Presse angepasst werden. Diese ermöglicht es, beide Züge eines Riemenantriebs gleichzeitig zu nutzen.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform dieser Art kann es vorgesehen sein, dass die Klinkvorrichtung über – vorzugsweise pneumatisch – bewegbare Stifte verfügt. Diese können zum Einklinken mit Öffnungen am Werkzeug zusammenwirken. Es ist aber auch möglich, dass keine Öffnungen vorhanden sind und die Stifte das Werkzeug kraftschlüssig halten. Dazu können die Stifte werkzeugseitig dornförmig ausgebildet sein und aus einem härteren Material als das Werkzeug gefertigt sein. Somit pressen sich die Dorne in das Werkzeug und können das Werkzeug aufnehmen.
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Der angesprochene Niveau-Ausgleich zwischen dem Riemenantrieb und den Stationen kann durch Hebevorrichtungen gelöst werden, mittels welcher das zumindest eine Werkzeug anhebbar ist, wobei zum Anheben vorzugsweise zumindest zwei Hydraulikzylinder vorgesehen sind. Es kann aber auch nur ein Hydraulikzylinder vorgesehen sein, der unterhalb des Massenschwerpunktes des Werkzeugs wirkt. Ebenso kann es vorgesehen sein, mit einem Hydraulikzylinder zwei, drei, vier oder mehr Stangen anzutreiben, welche das Werkzeug heben und senken können. Eine Hebevorrichtung kann auch bei Ausgestaltungen der Werkzeugtransportvorrichtung ohne Riementrieb zum Einsatz kommen.
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Die Werkzeugtransportvorrichtung kann aber auch einen Drehtisch und/oder einen Handlingroboter beinhalten.
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Eine Formgebungsmaschine kann ebenfalls Teil der Anordnung sein. Bevorzugt kann zum Transport der Halbzeuge zur Formgebungsmaschine ebenfalls die Werkzeugtransportvorrichtung vorgesehen sein. Es kann aber auch eine gesonderte Transportvorrichtung verwendet werden, die bereits entformte Halbzeuge zur Formgebungsmaschine transportiert. Hierzu kann, wie erwähnt, eine gesonderte Entformstation verwendet werden oder die Entformung kann in der Temperierstation erfolgen.
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Beispiele für angesprochene Formgebungsmaschinen sind Spritzgießmaschinen, Pressen, Spritzpressen und dergleichen.
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Die Heizstation kann über Heizplatten zum Heizen des zumindest eines Werkzeugs verfügen. Die Temperierstation kann über Temperierplatten zum Temperieren, insbesondere Kühlen, des zumindest einen Werkzeugs verfügen.
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Dabei kann zumindest eine Dichtung zum im Wesentlichen luftdichten Abdichten eines Raumes zwischen dem zumindest einen Werkzeug einerseits und den Heizplatten und/oder den Temperierplatten andererseits sowie eine Absaugvorrichtung vorgesehen sein, wobei die Dichtung so flexibel ausgeführt ist, dass das zumindest eine Werkzeug die Heizplatten und/oder die Temperierplatten kontaktiert, wenn der Raum mittels der Absaugvorrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Die Dichtung kann dabei an dem zumindest einen Werkzeug oder den Heiz- bzw. Temperierplatten angeordnet sein. Die Dichtung kann beispielsweise in einer Nut oder dergleichen teilweise versenkt sein. Eine solche Ausführungsform kann zum Vorteil haben, dass ein flächiger Kontakt bzw. eine Flächenpressung zwischen Werkzeug und Heiz- bzw. Temperierplatten sichergestellt ist.
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Ebenfalls Schutz begehrt wird für ein Verfahren zum Konsolidieren thermoplastischer Halbzeuge, wobei eine erfindungsgemäße Anordnung verwendet wird.
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Besonders bevorzugt kann ein Verfahren sein, bei dem zunächst faserverstärkte Streifen, welche ein thermoplastisches Material beinhalten (Tapes), aufeinander gelegt werden, um das Halbzeug herzustellen.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, das Halbzeug in der Temperierstation vorzuwärmen, bevor es in der Heizstation aufgeheizt wird. Durch Optimieren der Vorwärmzeit in der Temperierstation und der Heizzeit in der Heizstation kann eine besonders kurze Zeitspanne für das Konsolidieren erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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2 eine schematische Seitenanschicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugtransportvorrichtung,
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4 eine Detaildarstellung eines Werkzeugs,
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5 ein optionaler Aspekt zur Anpressung des zumindest einen Werkzeugs an die Heiz- und/oder Temperierplatte,
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6a, 6b zwei Darstellungen von Koppelelementen an der erfindungsgemäßen Anordnung
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7 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Drehtisch und
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8 eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Handlingroboter.
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1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung. Sie verfügt über eine Heizstation 2 und eine Temperierstation 4. Die beiden Stationen verfügen jeweils über relativ zueinander bewegbare Platten 9. Die Stationen 2, 4 können bevorzugt als Pressen ausgebildet sein.
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Die Heizstation 2 verfügt über zwei Heizplatten 21, welche über jeweils an einer der Platten 9 angeordnet sind.
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Die Temperierstation 4 verfügt über zwei Temperierplatten 22, welche jeweils an einer der Platten 9 befestigt sind. Die Temperierplatten 22 werden auf einer bestimmten Temperatur gehalten, welche geringer ist, als jene Temperatur, welche die Heizplatten 21 haben. Die Temperierstation 4 kann nicht nur zum Abkühlen der Halbzeuge 3, welche in der Heizstation 2 aufgeheizt wurden, dienen, sondern auch zum Vorwärmen von Halbzeugen 3, bevor sie in die Heizstation 2 befördert werden.
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Es sind zwei Werkzeuge 5 vorgesehen, welche beide in der Heizstation 2 und der Temperierstation 4 anordenbar sind.
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Die Werkzeuge 5 verfügen jeweils über zwei Werkzeugteile 8. Im geschlossenen Zustand liegt zwischen den Werkzeugteilen 8 die Kavität 6 vor.
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Die Kavität 6 stellt sicher, dass das Halbzeug 3 auch im erhitzten Zustand in der gewünschten Form bleibt.
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Zum Transport der Werkzeuge 5 von der Heizstation 2 in die Temperierstation 4 bzw. umgekehrt ist die Werkzeugtransportvorrichtung 7 vorgesehen.
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In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Werkzeugtransportvorrichtung 7 aus einem Riemenantrieb 12 und jeweils einer Werkzeughebevorrichtung 16 in der Heizstation 2 und der Temperierstation 4. Die Hebevorrichtungen 16 verfügen dabei über jeweils vier Hydraulikzylinder 17. (In der Vorderdarstellung aus 1 sind nur zwei Hydraulikzylinder 17 erkennbar. Es sei auf 2 verwiesen).
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Durch Beaufschlagung der Hydraulikzylinder 17 können die Werkzeuge 5 über mit den Kolben der Hydraulikzylinder 17 verbundene Stangen auf das gewünschte Niveau gehoben bzw. gesenkt werden. Die Hydraulikzylinder 17 können auch als pneumatische Zylinder oder dergleichen ausgeführt sein.
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Außerdem verfügen die Werkzeuge 5 über Klinkvorrichtungen 13, mittels welcher die Werkzeuge 5 (genauer: die unteren Werkzeugteile 8) in den Riemenantrieb 12 einklinkbar sind. Natürlich können die Werkzeuge 5 durch die Klinkvorrichtungen 13 auch wieder ausgeklinkt werden (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Klinkvorrichtungen 13 mit Bezugszeichen versehen). Die Klinkvorrichtungen 13 sind in den 2 und 3 genauer dargestellt.
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Nicht dargestellt ist ein Werkzeughaltesystem für die Temperierstation 4. Dabei sind die Werkzeugteile 8 des Werkzeugs 5 so auszuführen, dass sie mit einem an der Temperierstation 4 befindlichen Greifsystem gegriffen werden können. Dies macht es möglich, das Werkzeug 5 mit Hilfe der Temperierstation 4 zu öffnen und zu schließen.
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2 zeigt eine Seitenansicht der Heizstation 2. Zusätzlich zu den bekannten Elementen aus 1 sind Holme 23 zur Führung der in der Darstellung oberen Platte 9 zu erkennen. Es ist zu bemerken, dass die Stationen 2, 4 in diesem Ausführungsbeispiel eine untere Grundplatte 9 und eine relativ dazu verfahrbare obere Platte 9 aufweisen. (Es handelt sich also um vertikale Pressen). In 2 sind außerdem die Klinkvorrichtungen 13 besser zu erkennen. Die Klinksysteme 13 sind aber auch in 3 noch einmal deutlicher herausgezeichnet.
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In 2 ist außerdem strichliert das in der Temperierstation 4 befindliche Werkzeug zusammen mit einem darin enthaltenden Halbzeug 3 dargestellt. Es versteht sich deshalb, dass die in der Abbildung oberen Klinkvorrichtungen 13 „weiter hinten” im Bild liegen, da sie das in der Temperierstation 4 befindliche Werkzeug 5 halten.
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In der Detaildarstellung aus 3 ist der Aufbau der Werkzeugtransportvorrichtung 7 zusammen mit den Klinkvorrichtungen 13 genau dargestellt.
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Basis der Konstruktion bildet ein Profilrohr 24. Dieses wird längs vom Riemenantrieb 12 umlaufen. Es sind Führungen 25 vorgesehen, sodass die durch die Klinkvorrichtungen 13 gehaltenen Werkzeuge 5 nicht nur durch die Spannung des Riemenantriebs 12 gehalten werden.
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Die Klinkvorrichtungen 13 verfügen über pneumatisch bewegbare Stifte 14.
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Werden die Stifte 14 ausgefahren, können sie mit Öffnungen 15 (siehe nochmals 2) in den Werkzeugen 5 zusammenwirken. Dadurch ergibt sich eine Verriegelung des Werkzeugs 5 relativ zu geführten Teilen der Führungen 25. Durch Einfahren der Stifte 14 können die Werkzeuge 5 wieder aus dem Riemenantrieb 12 ausgeklinkt werden.
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In den 1 und 2 ist das Werkzeug 5 jeweils nur schematisch dargestellt. Ein detaillierteres Beispiel für ein Werkzeug 5, welches bei der Erfindung zum Einsatz kommen kann, ist in 4 im Schnitt dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist das Halbzeug 3 Wanddickensprünge auf. Die Vertiefungen dafür sind im unteren Werkzeugteil 8 angeordnet.
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Es ist weiterhin zu erkennen, dass zwischen den Werkzeugteilen 8 auch im dargestellten geschlossenen Zustand noch ein kleiner Spalt besteht. Das Werkzeug 5 erfüllt trotzdem seinen Zweck, da sichergestellt ist, dass das Halbzeug 3 im erhitzten Zustand keine nennenswerte Deformierung erfährt.
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5 zeigt einen Aspekt der Erfindung, mittels welchem sichergestellt werden kann, dass ausreichender Kontakt zwischen einer Heizplatte 21 bzw. einer Temperierplatte 22 und dem Werkzeug 5 – insbesondere einem Werkzeugteil 8 – besteht. Dabei wird eine flexible Dichtung 26 bereitgestellt, welche einen Raum 27 zwischen der Heizplatte 21 bzw. der Temperierplatte 22 und dem Werkzeugteil 8 im Wesentlichen luftdicht abdichtet. Mittels einer nicht dargestellten Absaugvorrichtung wird der Raum 27 mit einem Unterdruck beaufschlagt. Die Dichtung 26 ist so flexibel ausgeführt, dass sie durch den Unterdruck so weit zu komprimieren ist, dass sich zwischen dem Werkzeugteil 8 und der Heizplatte 8 bzw. der Temperierplatte 22 ein Flächenkontakt bzw. eine Flächenpressung herstellt, der für einen optimalen Wärmetransfer zwischen Werkzeugteil 8 und der Heizplatte 21 bzw. der Temperierplatte 22 sorgt.
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Die Dichtung 26 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Heizplatte 21 bzw. der Temperierplatte 22 befestigt. Dazu ist die Dichtung 26 in einer Nut teilweise versenkt. Die Dichtung kann aber ebenso am Werkzeug 5 befestigt sein.
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Die 6a und 6b zeigen eine Ausführung von Koppelelementen, mittels welcher die Werkzeugteile 8 an die Platten 9 bewegungsgekoppelt werden. Dafür ist ein Aktuator 30 mittels eines Flansches 29 an der Platte 9 befestigt, wobei er natürlich auch an der Heizplatte bzw. der Temperierungsplatte 22 befestigt sein könnte.
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Der Aktuator 30 kann beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch ausgeführt sein. Er dient zum Verfahren eines Riegels 32, welcher in einer verschlossenen Stellung mit einer Ausnehmung 31 am Werkzeugteil 8 zusammenwirkt. Dadurch wird die Kopplung zwischen dem Werkzeugteil 8 und der Platte 9 hergestellt. Dies erlaubt es das zumindest eine Werkzeug 5 zu öffnen, indem die Platten 9 geöffnet werden.
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Natürlich kann der Aktuator 30 den Riegel 32 in einer geschlossenen Stellung des zumindest einen Werkzeugs 5 wieder zurückziehen. Dadurch werden die Platte 9 und das Werkzeugteil 8 wieder entkoppelt und das zumindest eine Werkzeug 5 kann als Einheit weitertransportiert werden.
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Im Folgenden wird ein mögliches Betriebsverfahren für eine Ausführungsform nach den 1 bis 6b beschrieben:
Zu Beginn eines Zyklus wird von dem Werkzeughaltesystem das Werkzeug 5 in der Kühlpresse (Temperierstation 4) so gehalten, dass die Presse so geöffnet werden kann, dass sich an jeder Temperierplatte 22 ein Werkzeugteil 8 befindet. Ist das Werkzeug 5 geöffnet, kann ein Halbzeug 3 eingelegt werden. Enthält das Halbzeug 3 Wanddickensprünge, so sind diese im Werkzeug 5 auch zu realisieren. Vorzugsweise befinden sich die Vertiefungen in der unteren Werkzeughälfte (Werkzeugteil 8). Ist das Halbzeug 3 eingelegt, schließt die Temperierstation 4 (Kühlpresse) und das Werkzeug 5 ist geschlossen. Wenn das Werkzeug 5 geschlossen ist, gibt das Werkzeughaltesystem das Werkzeug 5 wieder frei. Die Hebevorrichtung 16 hebt das Werkzeug 5 aus, sodass das Werkzeug 5 an das Werkzeugwechselsystem (Werkzeugtransportvorrichtung 7) eingeklinkt werden kann. Sobald das Werkzeug 5 an die Werkzeugtransportvorrichtung 7 übergeben wurde, senkt sich die Hebevorrichtung 16 wieder ab. Somit wird das Werkzeug 5 nur mehr von der Werkzeugtransportvorrichtung 7 gehalten und kann somit die Positionen wechseln. In der Heizpresse (Heizstation 2) angekommen, fährt die Hebevorrichtung 16 aus, um das Werkzeug 5 zu übernehmen. Liegt das Werkzeug 5 auf der Hebevorrichtung 16, so wird die Klinkvorrichtung 13 ausgeklinkt und das Werkzeug 5 samt Halbzeug 3 kann abgesenkt werden. Nachdem das Werkzeug 5 mit der unteren Heizplatte 21 in Kontakt steht, wird die Heizstation 2 geschlossen, damit das Werkzeug 5 beidseitig in Kontakt mit den Heizplatten 21 steht.
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Die Heizplatten 21 sind so ausgeführt, dass sie schnellstmöglich ihre gespeicherte Wärmeenergie ins Werkzeug 5 und somit auch ins Halbzeug 3 übertragen können. Die Heizplatten 21 sind deshalb aus einem Material auszuwählen, welches vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von über 100 W/(m·K) besitzt. Weiters ist bei den Heizplatten 21 darauf zu achten, dass diese eine möglichst hohe Temperaturhomogenität besitzen und sehr schnell Wärmeenergie nachliefern können.
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Die Temperatur der Heizplatten 21 ist so zu wählen, dass sie schnellstmöglich die Konsolidiertemperatur erreichen. Als Konsolidiertemperatur ist eine Temperatur zu wählen, welche über dem Schmelzpunkt des Thermoplasten liegt. Weiters ist die Temperatur der Heizplatten 21 so zu wählen, dass die Temperaturdifferenz zwischen Halbzeugmitte und -oberfläche nicht zu groß wird. Einerseits ist diese Temperaturdifferenz polymerabhängig. Sie sollte einen Wert von 80°C nicht überschreiten. Die Temperaturführung bei der hier beschriebenen Variante wird über die Kontaktzeit zu den heißen Heizplatten 21 beschrieben, allerdings ist es auch vorstellbar, die Temperatur durch Messung des Istwertes der Halbzeugtemperatur zu regeln.
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Nach dem Ablauf der Heizzeit öffnet die Heizstation 2 und das Werkzeug 5 wird der Hebevorrichtung 16 angehoben.
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Da das Aufheizen normalerweise wesentlich mehr Zeit benötigt als das Abkühlen, wurde in der Zwischenzeit ein weiteres Halbzeug 3 in der Kühlpresse in ein zweites Werkzeug 5 eingelegt und befindet sich auch schon an der Hebevorrichtung 16. Dadurch entsteht keine zusätzliche Handlingszeit für das Einlegen und Entnehmen der Halbzeuge 3.
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Somit kann die Werkzeugtransportvorrichtung 7 jetzt die Werkzeuge mittels der Klinkvorrichtung 13 aufnehmen und die Hebevorrichtung 16 senkt sich ab. Nun können die Werkzeuge 5 ihre Position ändern. Das bedeutet, das Werkzeug 5 aus der Heizstation 2 kommt in die Temperierstation 4 und umgekehrt. Haben die Werkzeuge 5 die Position getauscht, fährt bei beiden Pressen die Hebevorrichtung 16 aus um das Werkzeug 5 zu übernehmen. Befinden sich die Werkzeuge 5 auf der Hebevorrichtung 16, wird die Verbindung zur Werkzeugtransportvorrichtung 7 gelöst und die Werkzeuge 5 können auf die Temperierplatte 22 bzw. die Heizplatte 21 abgelassen werden. Der Konsolidierungsdruck ist so zu wählen, dass es zu möglichst geringem „Faserschwimmen” im Halbzeug 3 kommt, bevorzugt wird ein Flächendruck von unter 10 bar gewählt. Bei der Kühlpresse ist die Kühlzeit vorzugsweise so zu wählen, dass das Halbzeug 3 möglichst heiß entformt werden kann. Dies hätte im Falle eines nachfolgenden Umformprozesses den Vorteil, dass die Temperaturdifferenz zur Umformtemperatur geringer gehalten werden könnte und somit der nachfolgende Aufheizprozess verkürzt werden würde.
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Nach Ablauf der Kühlzeit wird das Werkzeug 5 vom Werkzeughaltesystem wieder gegriffen und die Presse kann geöffnet werden. Sobald die Presse geöffnet ist, kann das Halbzeug 3 entnommen werden und ein neues Halbzeug 3 kann eingelegt werden. Um das Entnehmen des Halbzeugs 3 aus dem Werkzeug 5 zu erleichtern, kann das Werkzeug mit einer dem Polymer abgestimmten Anti-Haft-Beschichtung veredelt sein und/oder Auswerfer verwendet werden. Da die Temperierstation 4 sehr geringe Zykluszeiten erzielt und das Halbzeug 3 möglichst heiß entnommen werden soll, ist es vorstellbar, die Temperierplatten 22 mit einer hohen Temperatur von bis zu über 100°C zu betreiben. Dies hätte in weiterer Folge den Vorteil, dass in der Kühlpresse das neu eingelegte Halbzeug 3 schon vorgeheizt werden könnte und somit die Zykluszeit in der Heizstation 2 reduziert würde. Durch das Vorheizen in der Temperierstation 4 wird eine geringere Temperaturdifferenz und somit weniger Energie benötigt. Allerdings muss die Temperatur der Temperierstation 4 bei einer zeitlichen Regelung der Aufheizzeit so gewählt werden, dass das Werkzeug 5 bzw. das Halbzeug 3 immer mit einem sehr ähnlichen thermischen Zustand in die Heizstation 2 gelangen.
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7 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem Drehtisch 18 als Werkzeugtransportvorrichtung 7 in einer Draufsicht. Wie in der schematischen Darstellung zu erkennen ist, liegt die Drehachse im Wesentlichen zwischen der Temperierstation 4 und der Heizstation 2. Durch Drehung des Drehtisches 18 können Werkzeuge 5 (zusammen mit Halbzeugen 3) aus der Heizstation 2 in die Temperierstation 4 (und umgekehrt) transportiert werden. Eine Hebevorrichtung 16 ist bei dieser Ausführungsform nicht unbedingt notwendig.
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Ähnliches gilt für die Ausführung gemäß 8 mit einem Handlingroboter 19. Der Handlingroboter 19 nimmt ein Werkzeug 5 samt Halbzeug 3 in einer Aufnahmestation 26 auf und transportiert es zur Heizstation 2. Nach dem Aufheizen transportiert der Handlingroboter der Werkzeug 5 samt Halbzeug 3 in die Temperierstation 4, um das Halbzeug 3 entsprechend abzukühlen.
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Nach diesem Schritt transportiert der Handlingroboter 19 das Werkzeug 5 samt Halbzeug 3 in eine Entformstation 20 oder eine Formgebungsmaschine 10 zur Weiterverarbeitung. Besonders in letzterem Fall kann das Halbzeug 3 auch schon in der Temperierstation 4 entformt werden und nur das Halbzeug 3 zur Formgebungsmaschine 10 transportiert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Beispielsweise kennen Fachleute andere Vorrichtungen, welche zum Transport von Werkzeugen dienen können. Vorteilhaft kann dabei eine gleichzeitige oder zeitnahe Auswechslung der Werkzeuge 5 zwischen den Stationen 2 und 4 vorgesehen sein. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass während des Aufheizvorgangs in der Heizstation 2 ein Unterdruck vorliegt, um die Konsolidierungsgüte zu erhöhen.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die Temperatur nahe am Halbzeug 3 im Werkzeug 5 gemessen wird. Nach Erreichen eines Schwellenwertes beginnt der Ablauf einer vorher definierten Durchwärmzeit. Nach Ablauf der Durchwärmzeit wird die Heizstation 2 wieder geöffnet.
