DE102016219912A1 - 3D-Spritzpressvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils - Google Patents

3D-Spritzpressvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Spritzpressvorrichtung (1) zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils (2) aus einem schmelzfähigen Werkstoff (3). Die 3D-Spritzpressvorrichtung (1) weist eine Extrusionsvorrichtung (4) zum Aufschmelzen sowie zum Fördern des Werkstoffs (3) in eine Extrusionsrichtung (E), eine in Extrusionsrichtung (E) hinter der Extrusionsvorrichtung (4) angeordnete Matrize (5) zum Durchströmen sowie zur Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs (3) und eine in Extrusionsrichtung (E) hinter der Matrize (5) angeordnete Führungsvorrichtung (6) zum Führen des die Matrize verlassenden Werkstoffs (3)auf. Die Matrize (5) und/oder die Führungsvorrichtung (6) sind zur 3D-Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs (3) um mindestens eine erste Schwenkachse (7) relativ zur Extrusionsvorrichtung (4) verschwenkbar. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils (2) aus einem schmelzfähigen Werkstoff (3) mittels einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung (1)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Spritzpressvorrichtung zu Herstellung eines 3D-Hohlprofils, wie z.B. eines 3D-Rohrs, insbesondere eines 3D-Hohlprofils für ein Kraftfahrzeug, aus einem schmelzfähigen Werkstoff. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils, wie z.B. eines 3D-Rohrs, insbesondere eines 3D-Hohlprofils für ein Kraftfahrzeug, aus einem schmelzfähigen Werkstoff mittels einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung.
  • Hohlprofile sind strangförmige Halbzeuge mit einer Profilwand, die mindestens einen Hohlraum seitlich umgibt. Bekannte Hohlprofile weisen beispielsweise einen runden bzw. ringförmigen, rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt auf. Da Hohlprofile im Gegensatz zu Vollprofilen bei gleichem Materialeinsatz wesentlich höhere Flächenträgheitsmomente aufweisen, kommen diese insbesondere als Strukturbauteile im Leichtbau, wie z.B. dem Flugzeugbau oder Automobilbau, zunehmend zum Einsatz.
  • Für die Herstellung von Hohlprofilen sind Strangpressverfahren bekannt, bei denen ein schmelzfähiger Werkstoff in einer Extrusionsvorrichtung aufgeschmolzen und zur Erzeugung des Hohlprofils durch eine starre Matrize gepresst wird. Mittels derartiger Verfahren sind strangförmige Hohlprofile mit einer axialen Erstreckung erzeugbar. Als Werkstoff werden insbesondere Stahl, Aluminium oder thermoplastische Kunststoffe verwendet.
  • Ferner ist die Herstellung von 3D-Hohlprofilen mittels Formspritzverfahren bekannt. 3D-Hohlprofile unterscheiden sich von herkömmlichen Hohlprofilen in einer geometrischen Erstreckung. Während sich herkömmliche Hohlprofile linear erstrecken, weisen 3D-Hohlprofile auch eine Erstreckung in weitere Richtungen auf. Bei bekannten Formspritzverfahren wird der schmelzfähige Werkstoff in einer Extrusionsvorrichtung aufgeschmolzen und zur Erzeugung des 3D-Hohlprofils in eine geschlossene Form mit einem Formkern zur Ausbildung des Hohlraums gespritzt. Nach dem Spritzvorgang sowie einem Abkühlen des Werkstoffs wird die Form geöffnet und das 3D-Hohlprofil aus der Form ausgeworfen. Eine mögliche 3D-Geometrie derartig hergestellter 3D- Hohlprofile ist stark eingeschränkt, da das Auswerfen des 3D-Hohlprofils nur bei relativ einfachen Formkerngeometrien möglich ist. Ferner haben Formspritzverfahren den Nachteil, dass für alle jede spezielle 3D-Geometrie ein eigene Form bereitzustellen ist. Hierdurch werden Komplexität sowie Herstellungskosten der 3D-Hohlprofile erhöht. Dies ist insbesondere bei geringen Stückzahlen, wie z.B. dem Prototypenbau, von großem Nachteil.
  • 3D-Strukturbauteile mit komplexeren 3D-Geometrien sind als 3D-Hohlprofile nur sehr aufwendig herstellbar. Daher sind derartige Strukturbauteile oftmals als 3D-U-Profile mit u-förmiger Querschnittsfläche hergestellt. Zur Erzeugung von 3D-Hohlprofilen werden Stranggepresste Stahl- oder Aluminiumrohre mittels einer Umformvorrichtung zu dem 3D-Strukturbauteil umgeformt. Dieser Prozess ist sehr aufwendig und verursacht hohe Kosten. Gleichwohl sind endlosfaserverstärkte Kunststoffe für dieses Verfahren nicht geeignet.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer 3D-Spritzpressvorrichtung sowie einem Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine 3D-Spritzpressvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils zu schaffen, die auf eine einfache sowie kostengünstige Art und Weise die Erzeugung eines 3D-Hohlprofils mit komplexen 3D-Geometrien ermöglichen.
  • Voranstehende Aufgabe wird durch eine 3D-Spritzpressvorrichtung zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff mittels einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff gelöst. Die 3D-Spritzpressvorrichtung weist eine Extrusionsvorrichtung zum Aufschmelzen sowie zum Fördern des Werkstoffs in eine Extrusionsrichtung, eine in Extrusionsrichtung hinter der Extrusionsvorrichtung angeordnete Matrize zum Durchströmen sowie zur Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs und eine in Extrusionsrichtung hinter der Matrize angeordnete Führungsvorrichtung zum Führen des die Matrize verlassenden Werkstoffs auf. Erfindungsgemäß sind die Matrize und/oder die Führungsvorrichtung zur 3D-Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs um mindestens eine erste Schwenkachse relativ zur Extrusionsvorrichtung verschwenkbar.
  • Unter einem 3D-Hohlprofil wird im Rahmen der Erfindung ein Hohlprofil verstanden, dessen Verlauf sich zumindest zweidimensional entlang einer Ebene vorzugsweise dreidimensional innerhalb eines Raumes erstreckt. Demnach werden 2D-Hohlprofile im Rahmen der Erfindung als speziell ausgebildete 3D-Hohlprofile betrachtet, die sich lediglich zweidimensional entlang einer Ebene erstrecken.
  • Unter einer Extrusionsvorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, mittels der ein fließfähiger Werkstoff zur Erzeugung des 3D-Hohlprofils durch die Matrize förderbar ist. Vorzugsweise weist die Extrusionsvorrichtung eine Heizstrecke zum Aufschmelzen des Werkstoffs sowie eine entlang der Heizstrecke angeordnete Förderschnecke zum Fördern des Werkstoffs in Extrusionsrichtung durch die Matrize auf. Über eine Materialzufuhr ist der Werkstoff, z.B. in Granulatform, der Extrusionsvorrichtung zuführbar. Alternativ kann die Extrusionsvorrichtung zur Aufnahme von bereits geschmolzenem bzw. angeschmolzenem Werkstoff ausgebildet sein. Als Werkstoff können beispielsweise ein Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, oder ein thermoplastischer Kunststoff verwendet werden. Die 3D-Spritzpressvorrichtung weist vorzugsweise eine Steuervorrichtung zum Steuern der Extrusionsvorrichtung auf.
  • Eine Führungsvorrichtung ist ausgebildet, mit dem die Matrize verlassenden Werkstoff in Eingriff zu geraten, um diesen zu führen. Auf diese Weise ist ein gerichtetes Weiterleiten des erzeugten 3D-Hohlprofil auf der 3D-Spritzpressvorrichtung verbessert. Überdies kann durch ein Wechselspiel von Matrize und Führungsvorrichtung ein Formen des Werkstoffs zum 3D-Hohlprofil ermöglicht bzw. verbessert werden.
  • Unter einem aufgeschmolzenen Werkstoff wird erfindungsgemäß ein Werkstoff in einem fließfähigen, insbesondere zähflüssigen, Zustand verstanden, so dass dieser mittels Spritzpressens zum 3D-Hohlprofil verarbeitbar ist. Vorzugsweise ist der Werkstoff derart zu wählen bzw. aufzuschmelzen, dass dieser beim bzw. nach dem Verlassen der Matrize eine ausreichende Festigkeit aufweist, die eine Grundformstabilität des Werkstoffs sicherstellt. Damit ist gemeint, dass das 3D-Hohlprofil beim bzw. nach dem Verlassen der Matrize nicht ohne Fremdeinwirkung kollabiert. Es kann gleichwohl vorgesehen sein, dass der Werkstoff nach dem Verlassen der Matrize mittels einer Umformvorrichtung plastisch verformbar ist. Vorzugsweise ist der aufgeschmolzene Werkstoff porenfrei bzw. zumindest im Wesentlichen porenfrei.
  • Die Matrize weist eine Durchlassöffnung für den aufgeschmolzenen Werkstoff auf, durch die der Querschnitt des zu erzeugenden 3D-Hohlprofils definiert ist. Matrize und Extrusionsvorrichtung sind relativ zueinander um mindestens eine erste Schwenkachse verschwenkbar, so dass der Verlauf des zu erzeugenden 3D-Hohlprofils durch ein derartiges Verschwenken steuerbar ist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Matrize zum Kühlen des Werkstoffs ausgebildet ist, um somit ein Verfestigen des Werkstoffs zu begünstigen. Ferner kann erfindungsgemäß eine Führungsvorrichtung zum Führen des die Matrize verlassenden, geformten Werkstoffs vorgesehen sein.
  • Mittels einer derartigen 3D-Spritzpressvorrichtung sind 3D-Hohlprofile mit komplexen geometrischen Ausbildungen auf eine einfache Art und Weise sowie kostengünstig erzeugbar. Die 3D-Spritzpressvorrichtung weist einen einfachen sowie wartungsfreundlichen Aufbau auf und ist kostengünstig herstellbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer 3D-Spritzpressvorrichtung vorgesehen sein, dass die Matrize und/oder Führungsvorrichtung um die mindestens eine erste Schwenkachse schwenkbar zur Extrusionsvorrichtung an der 3D-Spritzpressvorrichtung angeordnet sind. Die Extrusionsvorrichtung ist somit vorzugsweise ortsfest an einem Aufstellungsort der 3D-Spritzpressvorrichtung anordenbar. Vorzugsweise weist ist 3D-Spritzpressvorrichtung zum automatischen Verschwenken der Matrize und/oder Führungsvorrichtung eine Verschwenkvorrichtung auf. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit der 3D-Spritzpressvorrichtung auch zum Steuern der Verschwenkvorrichtung ausgebildet. Die Matrize und/oder die Führungsvorrichtung weisen relativ zur Extrusionsvorrichtung relativ kleine Abmessungen und ein relativ geringes Gewicht auf, so dass ein Verschwenken der Matrize bzw. der Führungsvorrichtung leicht sowie mit einfachen Mitteln möglich ist.
  • Erfindungsgemäß ist es bei einer 3D-Spritzpressvorrichtung bevorzugt, dass die Matrize und/oder Führungsvorrichtung zur 3D-Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs relativ zur Extrusionsvorrichtung um mindestens eine zweite Schwenkachse verschwenkbar an der 3D-Spritzpressvorrichtung angeordnet sind. Eine zweite Schwenkachse hat den Vorteil, dass die Erzeugung von 3D-Hohlprofilen mit einer Vielzahl weiterer unterschiedlicher 3D-Geometrien möglich ist.
  • Besonders bevorzugt ist die zweite Schwenkachse quer zur ersten Schwenkachse angeordnet beziehungsweise verläuft. Vorzugsweise ist zwischen der ersten Schwenkachse und der zweiten Schwenkachse ein rechter Winkel ausgebildet. Mittels einer derartigen Anordnung der ersten Schwenkachse und der zweiten Schwenkachse ist die Erzeugung von 3D-Hohlprofilen mit einer Vielzahl unterschiedlicher 3D-Geometrien weiter verbessert.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Führungsvorrichtung der 3D-Spritzpressvorrichtung eine Walzvorrichtung mit mindestens einer Walze auf, wobei die Walzvorrichtung zum Führen und/oder Fördern des die Matrize verlassenden Werkstoffs ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Führungsvorrichtung als Walzvorrichtung ausgebildet. Die Matrize verlassender Werkstoff ist somit mit der Walzvorrichtung in Eingriff bringbar und von dieser führbar bzw. förderbar. Vorzugsweise weist die Walzvorrichtung mindestens ein Walzenpaar auf, wobei der Werkstoff zwischen den Walzen des Walzenpaares hindurchführbar ist. Somit ist eine Führung und/oder Förderung des Werkstoffs hinter der Matrize verbessert. Durch das Führen des Werkstoffs mittels der Walzvorrichtung ist eine 3D-Formgebung des Werkstoffs mit einfachen Mitteln verbessert.
  • Vorzugsweise weist die Führungsvorrichtung eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Führungsvorrichtung auf. Die Temperiervorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, insbesondere einen Teil der Führungsvorrichtung, der mit dem Werkstoff in Eingriff gerät, wie z.B. die mindestens eine Walze, zu temperieren. Die Temperiervorrichtung ist dabei vorzugsweise an der Walzvorrichtung angeordnet. Weiter bevorzugt weist die mindestens eine Walze einen oder mehrere Temperierkanäle zum Durchleiten eines Temperiermediums, insbesondere eines Temperierfluids, auf. Die Temperiervorrichtung ist erfindungsgemäß zum Kühlen und/oder Erwärmen der Führungsvorrichtung, insbesondere der Walze, ausgebildet. Ein Kühlen der Führungsvorrichtung hat den Vorteil, dass ein Verfestigen des geformten Werkstoffs somit beschleunigbar ist. Ein Erwärmen hat den Vorteil, dass somit ein weiteres Formen des Werkstoffs oder ein Aushärten des Werkstoffs verbesserbar ist.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtung relativ zur Matrize verschwenkbar ausgebildet ist. Dieses relative Verschwenken kann beispielsweise über die erste Schwenkachse und/oder zweite Schwenkachse erfolgen. Alternativ kann dieses relative Verschwenken auch über eine dritte Schwenkachse und/oder vierte Schwenkachse erfolgen, die von der ersten Schwenkachse und der zweiten Schwenkachse verschieden sind. Durch ein solches Verschwenken ist eine Formbarkeit des 3D-Hohlprofils verbessert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einer 3D-Spritzpressvorrichtung vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtung zum gemeinsamen Verschwenken mit der Matrize mit dieser mechanisch gekoppelt ist. Eine mechanische Kopplung kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass ein Verschwenken der Matrize um die erste Schwenkachse und/oder zweite Schwenkachse ein entsprechendes Verschwenken der Führungsvorrichtung um die erste Schwenkachse bzw. zweite Schwenkachse bewirkt. Eine etwaige relative Verschwenkbarkeit der Führungsvorrichtung zur Matrize, insbesondere um mindestens eine von der ersten Schwenkachse und der zweiten Schwenkachse verschiedene dritte Schwenkachse und/oder vierte Schwenkachse, bleibt von der mechanischen Kopplung von Matrize und Führungsvorrichtung unberührt. Die mechanische Kopplung kann erfindungsgemäß ausgebildet sein, dass beim Verschwenken der Matrize relativ zur Extrusionsvorrichtung ein relatives Verschwenken der Führungsvorrichtung zur Matrize über die mechanische Kopplung bewirkt wird. Mittels einer derartigen mechanischen Kopplung ist ein Steuerungsaufwand der 3D-Spritzpressvorrichtung reduzierbar.
  • Vorzugsweise weist die 3D-Spritzpressvorrichtung eine Faserzuführung auf, mittels der Verstärkungsfasern dem Werkstoff zuführbar sind. Die Faserzuführung ist vorzugsweise an der Extrusionsvorrichtung zum Zuführen der Verstärkungsfasern in die Extrusionsvorrichtung oder an einen Werkstoffauslass der Extrusionsvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist die Faserzuführung ausgebildet, die Verstärkungsfasern als Endlosfaser zuzuführen. Weiter bevorzugt ist die Faserzuführung ausgebildet, die Verstärkungsfasern als Gelege und/oder Geflecht zuzuführen. Mittels einer solchen 3D-Spritzpressvorrichtung sind somit 3D-Hohlprofile aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff mittels einer 3D-Spritzpressvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
    • - Aufschmelzen und Fördern des schmelzfähigen Werkstoffs in die Extrusionsrichtung mittels der Extrusionsvorrichtung der 3D-Spritzpressvorrichtung,
    • - Durchleiten des Werkstoffs durch die Matrize der 3D-Spritzpressvorrichtung,
    • - relatives Verschwenken der Matrize und/oder der Führungsvorrichtung der 3D-Spritzpressvorrichtung relativ zur Extrusionsvorrichtung um mindestens eine Schwenkachse zum Erzeugen einer 3D-Form des 3D-Hohlprofils aus dem extrudierten Werkstoff, und
    • - Abkühlen des 3D-Hohlprofils.
  • Beim Aufschmelzen und Fördern wird der schmelzfähige Werkstoff vorzugsweise entlang einer Heizstrecke der Extrusionsvorrichtung gefördert, z.B. mittels einer Förderschnecke, und dabei über die Heizstrecke derart erwärmt, dass der Werkstoff aufgeschmolzen wird. Der aufgeschmolzene Werkstoff ist vorzugsweise zähflüssig, so dass eine grundsätzliche Formstabilität des Werkstoffs nach dem Verlassen der Matrize gewährleistet ist.
  • Beim Durchleiten gerät der Werkstoff mit der Matrize in Eingriff und wird hierdurch zu einem Hohlprofil mit einem Hohlraum und einer den Hohlraum nach außen begrenzenden Profilwand geformt.
  • Beim Verschwenken werden die Matrize und/oder die Führungsvorrichtung relativ zur Extrusionsvorrichtung verschwenkt. Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass die Führungsvorrichtung und Matrize relativ zueinander verschwenkt werden, z.B. insbesondere durch ein Verschwenken der Matrize. Die Matrize und/oder Führungsvorrichtung können beispielsweise um die erste Schwenkachse und/oder zweite Schwenkachse verschwenkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verschwenken der Führungsvorrichtung um die dritte Schwenkachse und/oder vierte Schwenkachse erfolgen. Durch ein derartiges Verschwenken ist die Extrusionsvorrichtung verlassener Werkstoff umlenkbar und somit zu der 3D-Form des 3D-Hohlprofils formbar.
  • Durch das Abkühlen ist eine Verfestigung des Werkstoffs des Hohlbauteils beschleunigbar. Das Abkühlen kann aktiv mittels einer Kühlvorrichtung oder passiv, z.B. durch Auslagern, erfolgen.
  • Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer 3D-Spritzpressvorrichtung zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff den Vorteil, dass 3D-Hohlprofile mit komplexen geometrischen Ausbildungen auf eine einfache Art und Weise sowie kostengünstig erzeugbar sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass dem Werkstoff vor dem Durchleiten durch die Matrize mindestens eine Verstärkungsfaser beigemengt wird. Vorzugsweise werden mehrere Verstärkungsfasern beigemengt. Das Beimengen kann beispielsweise durch Erzeugung eines Geflechts und/oder Geleges aus der mindestens einen Verstärkungsfaser bzw. mehreren Verstärkungsfasern erfolgen. Vorzugsweise wird die mindestens eine Verstärkungsfaser als Endlosfaser beigemengt. Das Beimengen erfolgt vorzugsweise innerhalb der Extrusionsvorrichtung oder am Werkstoffauslass der Extrusionsvorrichtung. Weiter bevorzugt wird die mindestens eine Verstärkungsfaser derart beigemengt, dass diese vom Werkstoff ummantelt bzw. zumindest im Wesentlichen ummantelt wird. Durch das Beimengen von Verstärkungsfasern sind 3D-Hohlprofile mit besonders vorteilhaften physikalischen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften herstellbar, wie z.B. Hohlprofile mit einem geringen Gesamtgewicht bei hoher Festigkeit, Bruchzähigkeit und/oder hohem Elastizitätsmodul.
  • Eine erfindungsgemäße 3D-Spritzpressvorrichtung zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils aus einem schmelzfähigen Werkstoff wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung in einem ersten Zustand,
    • 2 in einer Seitenansicht die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung in einem zweiten Zustand, und
    • 3 in einer Seitenansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung.
  • Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung 1 in einem ersten Zustand schematisch in einer Seitenansicht gezeigt. Die 3D-Spritzpressvorrichtung 1 weist eine Extrusionsvorrichtung 4 mit einer Werkstoffzuführung 14 zum Zuführen von aufschmelzbarem Werkstoff 3 auf. Die Extrusionsvorrichtung ist zum Aufschmelzen des Werkstoffs 3 sowie zum Fördern des Werkstoffs 3 in Extrusionsrichtung E zu einem Werkstoffauslass 15 der Extrusionsvorrichtung 4 ausgebildet. In Extrusionsrichtung E hinter dem Werkstoffauslass 15 ist eine um eine erste Schwenkachse 7 sowie eine zweite Schwenkachse 8 verschwenkbare Matrize 5 an dem Werkstoffauslass 15 angeordnet. In Extrusionsrichtung E hinter der Matrize 5 ist eine Führungsvorrichtung 6 zum Führen des Werkstoffs 3 angeordnet. Die Führungsvorrichtung 6 ist als Walzvorrichtung 9 ausgebildet und weist ein zwei Walzen 10 aufweisendes Walzenpaar auf. Ferner weist die Führungsvorrichtung 6 eine Temperiervorrichtung 11 zum Temperieren mindestens einer der Walzen 10, vorzugsweise beider Walzen 10, auf. Vorzugsweise ist die Temperiervorrichtung 11 zum Kühlen des Werkstoffs 3 ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist die Führungsvorrichtung 6 ebenfalls um die erste Schwenkachse 7 und die zweite Schwenkachse 8 relativ zur Extrusionsvorrichtung 4 verschwenkbar angeordnet. In Extrusionsrichtung E hinter der Führungsvorrichtung 6 ist ein fertiger Teilbereich des zu erzeugenden 3D-Hohlprofils 2 erkennbar.
  • In 2 ist die 3D-Spritzpressvorrichtung 1 aus in einem zweiten Zustand schematisch in einer Seitenansicht gezeigt. In diesem zweiten Zustand sind Matrize 5 und Führungsvorrichtung 6 um die erste Schwenkachse 7 relativ zur Extrusionsvorrichtung 4 sowie relativ zueinander verschwenkt. Hierdurch wird eine 3D-Formgebung des Werkstoffs 3 zur Erzeugung des 3D-Hohlprofils 2 bewirkt.
  • 3 zeigt eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen 3D-Spritzpressvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Diese zweite Ausführungsform weist vorzugsweise sämtliche Merkmale der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform auf. Zusätzlich weist die Extrusionsvorrichtung 4 eine Faserzuführung 12 zur Zuführung von Verstärkungsfasern 13 auf. Vorzugsweise ist die Faserzuführung 12 zur Zuführung von als Endlosfasern ausgebildeten Verstärkungsfasern 13 ausgebildet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    3D-Spritzpressvorrichtung
    2
    3D-Hohlprofil
    3
    Werkstoff
    4
    Extrusionsvorrichtung
    5
    Matrize
    6
    Führungsvorrichtung
    7
    erste Schwenkachse
    8
    zweite Schwenkachse
    9
    Walzvorrichtung
    10
    Walze
    11
    Temperiervorrichtung
    12
    Faserzuführung
    13
    Verstärkungsfaser
    14
    Werkstoffzuführung
    15
    Werkstoffauslass
    E
    Extrusionsrichtung

Claims (11)

  1. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils (2) aus einem schmelzfähigen Werkstoff (3), aufweisend eine Extrusionsvorrichtung (4) zum Aufschmelzen sowie zum Fördern des Werkstoffs (3) in eine Extrusionsrichtung (E), eine in Extrusionsrichtung (E) hinter der Extrusionsvorrichtung (4) angeordnete Matrize (5) zum Durchströmen sowie zur Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs (3) und eine in Extrusionsrichtung (E) hinter der Matrize (5) angeordnete Führungsvorrichtung (6) zum Führen des die Matrize verlassenden Werkstoffs (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) und/oder die Führungsvorrichtung (6) zur 3D-Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs (3) um mindestens eine erste Schwenkachse (7) relativ zur Extrusionsvorrichtung (4) verschwenkbar sind.
  2. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) und/oder Führungsvorrichtung (6) um die mindestens eine erste Schwenkachse (7) schwenkbar zur Extrusionsvorrichtung (4) an der 3D-Spritzpressvorrichtung (1) angeordnet sind.
  3. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) und/oder Führungsvorrichtung (6) zur 3D-Formgebung des aufgeschmolzenen Werkstoffs (3) relativ zur Extrusionsvorrichtung (4) um mindestens eine zweite Schwenkachse (8) verschwenkbar an der 3D-Spritzpressvorrichtung (1) angeordnet sind.
  4. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwenkachse (8) quer zur ersten Schwenkachse (7) angeordnet ist.
  5. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (6) der 3D-Spritzpressvorrichtung (1) eine Walzvorrichtung (9) mit mindestens einer Walze (10) aufweist, wobei die Walzvorrichtung (9) zum Führen und/oder Fördern des die Matrize (5) verlassenden Werkstoffs (3) ausgebildet ist.
  6. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (6) eine Temperiervorrichtung (11) zum Temperieren der Führungsvorrichtung (6) aufweist.
  7. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (6) relativ zur Matrize (5) verschwenkbar ausgebildet ist.
  8. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (6) zum gemeinsamen Verschwenken mit der Matrize (5) mit dieser mechanisch gekoppelt ist.
  9. 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Spritzpressvorrichtung (1) eine Faserzuführung (12) aufweist, mittels der Verstärkungsfasern (13) dem Werkstoff (3) zuführbar sind.
  10. Verfahren zur Herstellung eines 3D-Hohlprofils (2) aus einem schmelzfähigen Werkstoff (3) mittels einer 3D-Spritzpressvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: - Aufschmelzen und Fördern des schmelzfähigen Werkstoffs (3) in die Extrusionsrichtung (E) mittels der Extrusionsvorrichtung (4) der 3D-Spritzpressvorrichtung (1), - Durchleiten des Werkstoffs (3) durch die Matrize (5) der 3D-Spritzpressvorrichtung (1), - relatives Verschwenken der Matrize (5) und/oder der Führungsvorrichtung (6) der 3D-Spritzpressvorrichtung (1) relativ zur Extrusionsvorrichtung (E) um mindestens eine Schwenkachse (7, 8) zum Erzeugen einer 3D-Form des 3D-Hohlprofils (2) aus dem extrudierten Werkstoff (3), und - Abkühlen des 3D-Hohlprofils (2).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkstoff (3) vor dem Durchleiten durch die Matrize (5) mindestens eine Verstärkungsfaser (13) beigemengt wird.
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