DE102017121020A1

DE102017121020A1 - Verfahren zur Herstellung einer Vakuumhaube und Vakuumhaube

Info

Publication number: DE102017121020A1
Application number: DE102017121020.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Kaden; Marvin Schneider
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumhaube (1) einer Vakuumhaubenvorrichtung zur gasdichten Abdeckung eines Oberflächenbereichs (64) eines Kunststoff-Werkstücks (60) um zu dessen Fertigung und/oder Reparatur Material (62) unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Oberflächenbereich (64) an das Kunststoff-Werkstück (60) zu fügen, wobei in einem ersten Schritt ein Flächenteil (10) der Vakuumhaube (1) zur gasdichten Abdeckung in einer dafür vorgesehenen Form durch ein vor der Aushärtung flüssiges und nach der Aushärtung elastisches Vakuumhauben-Material gespritzt und/oder gegossen wird und wobei in einem zweiten Schritt das Flächenteil (10) innerhalb einer Aushärtezeit zu dem elastischen Vakuumhauben-Material aushärtet. Eine sichere und lange haltbare Verbindung zwischen dem Flächenteil und einem Funktionsteil (20) ist dadurch erreichbar, dass während der Herstellung der Vakuumhaubenvorrichtung ein Funktionsteil (20) der Vakuumhaube (1) an der Oberseite (12), die bei Benutzung von dem Kunststoff-Werkstück abgewandt ist, mit dem Flächenteil (10) stoffschlüssig verbunden wird (Fig. 2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumhaube einer Vakuumhaubenvorrichtung zur gasdichten Abdeckung eines Oberflächenbereichs eines Kunststoff-Werkstücks, beispielsweise eines Formteils aus einem faserverstärkten Kunststoff, um zu dessen Fertigung und/oder Reparatur Material unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Oberflächenbereich an das Kunststoff-Werkstück zu fügen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vakuumhaube zur Verwendung bei einer Vakuumhaubenvorrichtung zur gasdichten Abdeckung eines Oberflächenbereichs eines Kunststoff-Werkstücks, beispielsweise eines Formteils aus einem faserverstärkten Kunststoff, um zu dessen Fertigung und/oder Reparatur Material unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Oberflächenbereich an das Kunststoff-Werkstück mittels der Vakuumhaubenvorrichtung zu fügen, mit einem Flächenteil aus elastischem Vakuumhauben-Material, der in seiner Peripherie an einer, dem Kunststoff-Werkstück bei Verwendung zugewandten, Unterseite einen Randbereich zur gasdichten Anlage um den Oberflächenbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Unterdruckbereich aufweist, innerhalb dessen zwischen dem Oberflächenbereich und der Vakuumhaube ein Unterdruckraum erzeugbar ist, wobei an einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Flächenteils ein Funktionsteil der Vakuumhaubenvorrichtung, z. B. ein Anschlusselement, angeordnet ist.
Eine derartige Vakuumhaube ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2016 209 487.4 der Anmelderin und der nicht vorveröffentlichten DE 10 2016 115 285.6 der Anmelderin bekannt. Bei der Herstellung einer solchen Vakuumhaube wird in der Regel ein flächiger Teil der Vakuumhaube aus elastischem, insbesondere biegeelastischem Kunststoffmaterial, z. B. einem Silikon, gespritzt oder gegossen. Der flächige Teil dient bei Verwendung zur gasdichten Abdeckung des Oberflächenbereichs des zu behandelnden (zu reparierenden oder zu fertigenden) Kunststoff-Werkstücks, das beispielsweise ein Formteil aus einem Faserverbundwerkstoff darstellt.
Eine weitere Vakuumhaube aus elastischem Material ist in der DE 20 2011 004 357 U1 angegeben.
Zur Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Vakuumhaube und dem Oberflächenbereich des Kunststoff-Werkstücks ist an der Vakuumhaube als Funktionsteil beispielsweise ein Anschluss angeordnet, an den eine Strömungsleitung angeschlossen wird, die wiederum mit einer Pumpe verbunden wird. Der Anschluss besteht in der Regel aus einem festen Kunststoff- oder Metallmaterial und wird bei der Herstellung der Vakuumhaube an dieser angeordnet, z. B. teilweise in das Material der Vakuumhaube eingegossen bzw. von diesem umspritzt. Jedoch hat sich herausgestellt, dass die Verbindung über die Lebensdauer der Vakuumhaube gesehen eine Art „Sollbruchstelle“ darstellt, die zu Rissbildung und Undichtigkeit neigt.
Der Erfindung liegt daher die Ausgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumhaube bereitzustellen, das eine verbesserte, langlebige Verbindung zwischen dem Funktionsteil und dem flächigen Teil der Vakuumhaube ermöglicht, sowie eine entsprechende Vakuumhaube bereitzustellen.
Die Erfindung wird für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für die Vakuumhaube mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein Flächenteil der Vakuumhaube zur gasdichten Abdeckung, insbesondere in einer dafür vorgesehenen Form, aus einem vor der Aushärtung flüssigen und nach der Aushärtung elastischen Vakuumhauben-Material gespritzt und/oder gegossen wird, dass in einem zweiten Schritt der Flächenteil innerhalb einer Aushärtezeit elastisch (d. h. zu einem elastischen Teil) aushärtet, und dass während einem der Schritte ein Funktionsteil der Vakuumhaube, der nach Herstellung an einer, bei Benutzung von dem Kunststoff-Werkstück abgewandten, Oberseite des Flächenteils angeordnet ist, insbesondere über dessen Oberseite hervorsteht, mit dem Flächenteil stoffschlüssig verbunden wird.
Das Vakuumhauben-Material weist nach dem Aushärten bestimmte Eigenschaften auf. Beispielsweise ist es elastisch, insbesondere biegeelastisch, so dass es sich an eine Oberflächenform des Kunststoff-Werkstücks zur umlaufenden Anlage anpassen kann. Weiterhin ist es gut trennbar von dem Kunststoff-Werkstück, das beispielsweise aus einem Faserverbundwerkstoff, umfassend ein Harzmaterial, gebildet ist. Weiterhin ist das Vakuumhauben-Material vorzugsweise temperaturstabil bis zu einer Temperatur von z. B. 200 °C. Derartige Eigenschaften weisen einige Elastomere, z. B. /oder Silikone, auf.
Das Funktionsteil-Material weist vorzugsweise derart ähnliche Eigenschaften, zumindest bezüglich der Elastizität, und erforderlichenfalls der Temperaturstabiliät, auf wie das Vakuumhauben-Material. Bei einer Elastizität in der gleichen Größenordnung wie das Vakuumhauben-Material können sich elastische Verformungen z. B. bei Kräftebeaufschlagung und/oder Bewegung des Funktionsteils von dem Flächenteil in den Funktionsteil fortsetzen. So können Kraftspitzen innerhalb des Vakuumhauben-Materials in einem Übergangsbereich von dem Funktionsteil zu dem Flächenteil verringert bzw. vermieden werden, was zu einer langlebigeren Verbindung führt. Vorzugsweise wird als Funktionsteil-Material das gleiche Material verwendet wie als Vakuumhauben-Material. In das Funktionsteil-Material können weitere Materialien, beispielsweise Metall- und/oder Faserstrukturen, etwa als Verstärkungselemente, eingebracht, insbesondere eingegossen, werden. Dabei wird vorzugsweise zumindest in dem Übergangsbereich zwischen dem Funktionsteil und dem Flächenteil eine gleiche oder ähnliche Elastizität der beiden Teile aufrechterhalten.
Der zweite Schritt, innerhalb dessen der Flächenteil aushärtet, schließt sich naturgemäß direkt an den ersten Schritt mit dem Gieß- bzw. Spritzvorgang des Flächenteils an.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Vakuumhaube vorteilhaft einstückig, mit stoffschlüssiger Verbindung zwischen dem Flächenteil und dem Funktionsteil, hergestellt. Auf diese Weise ist eine hohe Dichtigkeit unter Vermeidung von bevorzugten Bruchstellen über die Lebensdauer der Vakuumhaube erreichbar und somit eine langlebige Vakuumhaube bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird zur stoffschlüssigen Verbindung der Funktionsteil nach dem ersten Schritt, während des zweiten Schritts, innerhalb der Aushärtezeit, an den Flächenteil, insbesondere an dessen Oberseite, angegossen. Durch eine derartige zweistufige Herstellung der Vakuumhaube, wobei die Herstellung des Flächenteils separiert ist von der Herstellung und Verbindung des Funktionsteils, lässt sich vorteilhaft eine höhere individuelle Anpassbarkeit der Vakuumhaube an eine bestimmte Anwendung erreichen. Beispielsweise kann der Funktionsteil bei verschiedenen Vakuumhauben, falls zweckmäßig, an unterschiedlicher Stelle platziert werden.
Eine präzise Ausbildung des Funktionsteils bei gleichzeitig effizienter Herstellbarkeit ist dadurch erreichbar, dass der Funktionsteil während des zweiten Schritts an den Flächenteil angegossen wird, wobei ein Werkzeug, insbesondere ein Gießwerkzeug, auf dem Flächenteil aufgesetzt wird, welches den Flächenteil nach dem Aufsetzen mit einer Flächenteil-seitigen Auflagefläche kontaktiert, und dass das Funktionsteil-Material in das Werkzeug eingegossen wird. Dabei kann das Werkzeug auch in das - noch nicht vollständig ausgehärtete - Vakuumhauben-Material einsinken. Vorzugsweise sinkt das Werkzeug jedoch nicht bis zur Unterseite des Flächenteils ein, sondern maximal soweit, dass neben einer sicheren stoffschlüssigen Verbindung im Verbindungsbereich eine ausreichende, für das Flächenteil mindestens benötigte Materialstärke unterhalb der Auflagefläche sichergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das Werkzeug aufgesetzt, nachdem die Aushärtung derart bis zu einer Erhöhung der Viskosität fortgeschritten ist, dass bei dem Gießvorgang des Funktionsteils ein Austritt von Funktionsteil-Material aus dem Werkzeug in das Vakuumhauben-Material verhindert wird, jedoch der Aushärtevorgang noch nicht abgeschlossen ist, sodass eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch Vernetzung, des Vakuumhaube-Materials und des Funktionsteil-Materials möglich ist. Dies ist beispielsweise vorteilhaft bei einem Vernetzungsgrad des Vakuumhauben-Materials zwischen 40% und 80%, insbesondere zwischen 60% und 75% bezüglich des Vernetzungsgrads nach vollständiger Aushärtung der Fall.
Alternativ oder zusätzlich kann auf dem Flächenteil eine Zwischenschicht als Zwischenlage zu dem Werkzeug, insbesondere eine Folie, platziert werden, die eine Aussparung aufweist, deren Flächenausdehnung zumindest einem Verbindungsbereich zwischen dem Flächenteil und dem Funktionsteil und vorzugsweise maximal einer kleineren Flächenausdehnung als die Auflagefläche entspricht. Innerhalb des Verbindungsbereichs besteht die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Flächenteil und dem Funktionsteil. Durch die Aussparung dieses Bereichs erlaubt die Zwischenschicht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Funktionsteil und dem Flächenteil. Wenn die Flächenausdehnung kleiner ist als die Auflagefläche des Werkzeugs, wird vorteilhaft die Zwischenschicht von dem Werkzeug in Position gehalten. Die Zwischenschicht wirkt vorzugsweise einem Austreten von flüssigem Funktionsteil-Material in das Vakuumhauben-Material beim Gießen entgegen. Zu diesem Zweck bringt die Zwischenschicht vorzugsweise einen ausreichend hohen Gegendruck auf, wobei sie z. B. zusätzlich gespannt werden kann und/oder ein gewisses Eigengewicht aufweist, um dem Austreten des Funktionsteil-Materials entgegenzuwirken. Dadurch kann vorteilhafterweise das Gießen des Funktionsteils an den Flächenteil bereits bei einer geringeren Aushärtung oder, nahezu, ohne Aushärtung, unmittelbar im Anschluss an den ersten Schritt, vorgenommen werden. Nach der Aushärtung wird die Zwischenschicht entfernt.
Für eine definierte Positionierung des Werkzeugs und damit des Funktionsteils, insbesondere auch bei einem noch geringen Aushärtegrad, kann das Werkzeug während des Gieß- und Aushärtevorgangs von einer, insbesondere nicht mit dem Flächenteil in Kontakt stehenden, Haltevorrichtung gehalten werden. Vorzugsweise ist dabei die Haltevorrichtung zunächst (vor Beginn des Gieß- und Aushärtevorgangs) flexibel positionierbar, um eine unterschiedliche Positionierung des Werkzeugs und damit des Funktionsteils bei unterschiedlichen Vakuumhauben zu ermöglichen.
Eine besonders vorteilhafte Vakuumhaube ergibt sich, wenn als Funktionsteil ein Anschlusselement stoffschlüssig mit dem Flächenteil verbunden wird, das einen über die Oberseite vorstehenden Stutzen und einen von dem Stutzen umschlossenen Kanalabschnitt aufweist. Der Stutzen und/oder der Kanalabschnitt können dabei z. B. mit ihrer Längsachse rechtwinklig zu der Oberfläche oder auch in einem spitzeren Winkel dazu ausgerichtet sein. Durch die ebenfalls elastische Ausbildung des Anschlusselements mit der stoffschlüssigen Verbindung werden an dem Anschlusselement angreifende Kräfte, beispielsweise beim Anbringen einer und/oder im Betrieb durch eine Strömungsleitung, gleichmäßiger in den Flächenteil eingeleitet als bei einem festen Anschlusselement. Kraftspitzen, die zu vorzeitigen Bruchstellen führen können, können dadurch verringert bzw. vermieden werden. Weitere Beispiele für Funktionsteile können etwa Griffe oder Halter bilden.
Vorzugsweise wird das Werkzeug derart platziert, dass der Kanalabschnitt des Anschlusselements nach Herstellung - gegebenenfalls über einen weiteren Abschnitt des Kanals - in einen Unterdruckbereich an einer, bei Auflage an dem Kunststoff-Werkstück werkstückseitigen, Unterseite des Flächenteils mündet und darüber bei Verwendung mit einem Unterdruckraum in Fluidverbindung steht. Hierbei bildet definitionsgemäß der Unterdruckbereich bei Verwendung eine Seite eines Unterdruckraums, der zwischen dem Werkstück und der Vakuumhaube entsteht. Der Unterdruckbereich ist umgrenzt von einem in der Peripherie der Vakuumhaube angeordnetem Randbereich, der gasdicht an dem Kunststoff-Werkstück aufliegt. Der Unterdruckbereich kann dabei beispielsweise auch eine Kanalstruktur aufweisen, in welcher der Kanalabschnitt bzw. der Kanal mündet. Durch die Verbindung des Anschlusselements erst in dem zweiten Schritt des Verfahrens kann das Werkzeug auch bei unterschiedlichen Kanalstrukturen unterschiedlicher Vakuumhauben präzise an einer geeigneten Position platziert werden. Bei einer auf diese Weise hergestellten Vakuumhaube ist im Betrieb eine Strömungsleitung an das Anschlusselement angeschlossen, die über den Kanalabschnitt und gegebenenfalls einen weiteren Kanalabschnitt, die einen Kanal bilden, mit dem Unterdruckbereich bzw. dem dadurch gebildeten Unterdruckraum in Strömungsverbindung steht. Dadurch lässt sich mit einer Unterdruckerzeugungseinrichtung, insbesondere einer Pumpe, die wiederum mit der Strömungsleitung verbunden ist, ein Unterdruck in dem Unterdruckraum erzeugen und aufrechterhalten.
In einer Variante des Verfahrens ist nach dem Gießen während des Aushärtens eine Materialschicht, insbesondere an Vakuumhaube-Material, zwischen dem Kanalabschnitt und dem Unterdruckbereich vorhanden, die nach dem zweiten Schritt, d.h. nach Aushärten des Vakuumhaube-Materials und des Funktionsteil-Materials, entfernt wird, wodurch die Fluidverbindung zu dem Unterdruckbereich hergestellt wird. Durch diesen nachgeschalteten Schritt kann für Vakuumhauben unterschiedlicher Dicken ein einheitliches Werkzeug verwendet werden. Alternativ könnte das Werkzeug derart ausgestaltet sein, dass bereits beim Gießen ein bis an den Unterdruckbereich reichender Kanalabschnitt gebildet wird.
Vorzugsweise wird während der Herstellung in den Flächenteil zumindest ein weiteres Element der Vakuumhaubenvorrichtung, beispielsweise Teile einer Heizvorrichtung und/oder Verstärkungsstrukturen, und/oder zumindest eine weitere Einformung, z. B. eine Kanalstruktur in dem Unterdruckbereich, eingebracht, die insbesondere während des ersten Schritts eingespritzt oder eingegossen werden. Insbesondere durch die zweistufige Herstellung des Flächenteils und des Funktionsteils ist die Position des Funktionsteils an derartige Elemente und/oder Einormungen bei der Herstellung flexibel anpassbar, was insbesondere bei unterschiedlichen Vakuumhaubenvorrichtungen vorteilhaft ist. Derartige weitere Elemente können, neben z. B. Teilen einer Heizvorrichtung, auch Sensoren, Verstärkungsstrukturen, beispielsweise aus einer Faserstruktur, eine Isolierungslage oder dergleich bilden. Beispiele für derartige Elemente und/oder Einformungen sind auch der nicht vorveröffentlichten DE 10 2016 209 487.4 der Anmelderin entnehmbar, die hiermit in Bezug genommen wird.
Zur Lösung der Aufgabe bezüglich der Vakuumhaube ist vorgesehen, dass der Funktionsteil an der Oberseite stoffschlüssig mit dem Flächenteil verbunden ist, wobei der Funktionsteil zumindest teilweise aus einem, ebenfalls, wie das Vakuumhauben-Material elastischen, Funktionsteil-Material gebildet ist. Der Funktionsteil kann Einschlüsse enthalten, beispielsweise aus eingegossenen Metall- und/oder Faserstrukturen. Diese sind vorzugsweise derart in den Funktionsteil und gegebenenfalls auch in den Flächenteil eingebracht, dass zumindest in dem Übergangsbereich zwischen dem Funktionsteil und dem Flächenteil eine gleiche oder ähnliche Elastizität der beiden Teile aufrechterhalten bleibt. Vorzugsweise weisen die Materialien des Funktionsteils und des Flächenteils gleiche oder ähnliche Materialeigenschaften auf, insbesondere hinsichtlich der Elastizität und erforderlichenfalls der Temperaturfestigkeit. So lassen sich Kraftspitzen zwischen dem Funktionsteil und dem Flächenteil in deren Übergang, die z. B. bei Belastung des Funktionsteils auftreten können, verringern bzw. vermeiden. Durch die stoffschlüssige Verbindung ergibt sich vorteilhafterweise ein einteiliger Aufbau, bei dem der Funktionsteil einen Teil der Vakuumhaube bildet und mit dem eine langlebige, dichte Verbindung zwischen Funktionsteil und dem Flächenteil erreichbar ist.
Dabei ist es zur Erreichung dieser Wirkung besonders vorteilhaft, wenn das Funktionsteil-Material dem Vakuumhauben-Material entspricht. Dieses kann beispielsweise durch ein Silikonmaterial gebildet sein, das die geforderten Eigenschaften Elastizität, Temperaturstabilität und Antihafteigenschaften aufweist.
Vorzugsweise ist der Funktionsteil durch ein Anschlusselement zum Anschließen einer Unterdruckerzeugungseinrichtung gebildet, das einen Stutzen und einen von dem Stutzen umgebenen Kanalabschnitt umfasst, wobei der Stutzen, insbesondere an seinem oberen, von dem Flächenteil wegweisenden, Ende, zum Anschluss einer Strömungsleitung an den Kanalabschnitt ausgebildet ist und wobei der Kanalabschnitt zumindest einen Teil eines Kanals bildet, der, insbesondere mit seinem unteren, in Richtung Unterseite weisenden Ende, in den Unterdruckbereich mündet und so mit dem Unterdruckraum in Fluidverbindung bringbar ist. Im Betrieb kann so die Unterdruckerzeugungseinrichtung über die Strömungsleitung und den Kanal mit dem Kanalabschnitt zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Unterdruckraum wirken. Der Stutzen kann z. B. einen runden oder eckigen Außenquerschnitt aufweisen. Der Stutzen mit dem Kanalabschnitt kann z. B. in seinem Verlauf senkrecht auf dem Flächenteil stehen oder, falls für eine Anwendung zweckmäßig, auch in einem spitzeren Winkel dazu angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist der Stutzen eine minimale Wandungsdicke von 2 mm auf. Durch eine derartige Wandungsdicke ist eine gute Stabilität auch bei dem elastischen Material des Stutzens erreichbar. Eine stabile und druckdichte Verbindung des Kanalabschnitts mit der Strömungsleitung ist z. B. erreichbar, wenn die Strömungsleitung nicht über den Stutzen aufgestülpt, sondern in den Kanalabschnitt eingesteckt wird.
Eine gleichmäßigere Kräfteeinleitung zwischen dem Anschlusselement und dem Flächenteil z. B. bei Belastung des Anschlusselements, ist dadurch erreichbar, dass zwischen dem Stutzen und der Oberseite des Flächenteils eine Fase oder eine Abrundung vorhanden ist. Dies kann einer Rissbildung vorbeugen.
Vorzugsweise können in den Flächenteil zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein Teil einer Heizvorrichtung und/oder Verstärkungsstrukturen, und/oder zumindest eine weitere Einformung, z. B. eine Kanalstruktur in dem Unterdruckbereich, eingebracht sein. Vorteilhafterweise ist die Position des Funktionsteils auf die Position der zusätzlichen Elemente und/oder Einformungen abgestimmt.
Die Vakuumhaubenvorrichtung, bei der die Vakuumhaube verwendet wird, kann weitere Elemente, beispielsweise eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Regelung des Unterdrucks in dem Unterdruckraum und/oder einer Temperatur der Vakuumhaubenvorrichtung umfassen, mit der das Kunststoff-Werkstück in dem Oberflächenbereich beaufschlagt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumhaube mit einem Flächenteil und einem mit dem Flächenteil stoffschlüssig verbundenen Funktionsteil in Form eines Anschlusselements in perspektivischer Ansicht,
2 eine schematische Darstellung einer Vakuumhaube in Verwendung bei einer Vakuumhaubenvorrichtung zur Reparatur eines Kunststoff-Werkstücks in seitlicher Schnittdarstellung,
3 ein Werkzeug, das zum Gießen eines Funktionsteils verwendbar ist, in perspektivischer Ansicht und
4A, B Einzelteile des Werkzeugs gemäß 3 in seitlicher Schnittdarstellung.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vakuumhaube 1, wie sie bei einer Vakuumhaubenvorrichtung verwendet wird. Eine Verwendung der Vakuumhaubenvorrichtung ist schematisch in 2 dargestellt, wobei zusätzliche Elemente der Vakuumhaubenvorrichtung, wie z. B. Sensoren, Heizelemente, Steuer- und/oder Regeleinrichtung etc. nicht gezeigt sind. Die Vakuumhaube 1 weist einen flächig ausgebildeten Flächenteil 10 auf, der aus einem elastischen, insbesondere biegeelastischen, Vakuumhauben-Material besteht. Durch diese Ausbildung kann sich der Flächenteil 10 an die Oberflächenformgebung auch unebener Auflageflächen anpassen. In den Flächenteil 10 können weitere Elemente und/oder Einformungen integriert oder angeordnet sein, beispielsweise zumindest ein Teil einer Heizvorrichtung, Verstärkungsstrukturen, beispielsweise Faserstrukturen, und/oder Einformungen. Die Einformungen befinden sich insbesondere auf einer Unterseite 14, die bei Verwendung in Richtung eines Kunststoff-Werkstückes 60 (vgl. 2) weist, und bilden beispielsweise eine Kanalstruktur. Wie auch 2 verdeutlicht, weist der Flächenteil 10 in seiner Peripherie einen Randbereich 18 auf, der um einen zu bearbeitenden, z. B. zu reparierenden oder zu fertigenden, Oberflächenbereich 64 (vgl. 2) gasdicht angelegt werden kann. Der Randbereich 18 umgibt einen Unterdruckbereich 19 des Flächenteils 10 (vgl. 2). Zwischen dem Unterdruckbereich 12 und dem Oberflächenbereich 64 ist, unter Abdichtung durch den Randbereich 18, bei Verwendung der Vakuumhaubenvorrichtung ein Unterdruckraum 66 (vgl. 2) erzeugbar.
Um zur Erzeugung des Unterdrucks eine, hier nicht gezeigte, Unterdruckerzeugungseinrichtung an die Vakuumhaube 1 anschließen zu können, ist an dem Flächenteil 10 ein Funktionsteil 20 in Form eines Anschlusselements 22 angeordnet. Erfindungsgemäß ist das Anschlusselement 22 vorliegend in einem Verbindungsbereich 26 stoffschlüssig mit dem Flächenteil 10 verbunden. Das Anschlusselement 22 weist einen vorliegend zylindrischen Stutzen 23 und einen mittig koaxial in dem Stutzen 23 verlaufenden, zylindrischen Kanalabschnitt 24 auf. Um eine ausreichende Stabilität des Stutzens 23 zu erhalten, weist dieser eine minimale Wandungsdicke, beispielsweise von 2 mm auf. Je nach Dimensionierung und/oder Material kann auch eine andere Wandungsdicke zum Erhalt eines ausreichend stabilen Anschlusselements 22 zur Erfüllung seiner Funktion erforderlich sein. Der Stutzen 23 und der Kanalabschnitt 24 erstrecken sich mit ihrer Längsachse orthogonal zu dem Flächenteil 10. Denkbar wäre auch eine beispielsweise schräge Anordnung mit einem geringeren Winkel als 90° zu dem Flächenteil 10. Das Anschlusselement 22 dient zum Anschließen einer Strömungsleitung 68 (vgl. 2) an den Unterdruckraum 66. Dabei ist der Kanalabschnitt 24 derart ausgelegt, dass die Strömungsleitung 68 in diesen gasdicht eingesteckt werden kann. Der Kanalabschnitt 24 bildet dabei zumindest einen Teil eines Kanals 28, der in den Unterdruckbereich 19 mündet. Auf diese Weise ist die Strömungsleitung 68 mit dem Unterdruckraum 66 in Fluidverbindung bringbar. Über eine an der Strömungsleitung 68 angeschlossene Unterdruckerzeugungseinrichtung, beispielsweise eine Pumpe, kann nun über die Strömungsleitung 68 und den Kanal 28 ein Unterdruck in dem Unterdruckraum 66 erzeugt werden.
Das Anschlusselement 22 ist zumindest teilweise ebenfalls aus einem elastischen Funktionsteil-Material gebildet, das eine zumindest ähnliche Elastizität aufweist wie das Vakuumhaube-Material. Vorzugsweise entspricht das Funktionsteil-Material dem Vakuumhauben-Material. Das Anschlusselement 22 und der Flächenteil 10 sind stoffschlüssig miteinander verbunden, sodass das Anschlusselement 22 einen Teil der Vakuumhaube 1 bildet. Durch die stoffschlüssige Verbindung und die elastische Ausbildung des Anschlusselements 22 wird eine langlebige, dichte Verbindung zwischen dem Anschlusselement 22 und dem Flächenteil 10 erreicht. Etwaige auf das Anschlusselement 22 wirkende Kräfte werden gleichmäßig, ohne bzw. mit geringen Kraftspitzen an ggf. vorhandenen Übergängen zwischen unelastischem und elastischem Material, in den Flächenteil 10 eingeleitet. So wird die Gefahr von Rissbildung an derartigen Übergangsstellen verringert bzw. vermieden.
Wie 2 zeigt, kann in dem Übergang zwischen dem Stutzen 23 und der Oberseite 12 eine Fase 40, alternativ eine Abrundung, vorhanden sein. Diese Ausbildung dient ebenfalls einer gleichmäßigeren Kräfteeinleitung bei Belastung des Anschlusselements 22, was Rissbildung vorbeugen kann.
Die Vakuumhaube 1 dient zur gasdichten Abdeckung des Oberflächenbereichs 64 des Kunststoff-Werkstücks 60, welches beispielsweise ein Faserverbund-Bauteil sein kann. In dem Oberflächenbereich 64 wird ein, z. B. duroplastisches oder thermoplastisches, Material 62, an das Kunststoff-Werkstück 60 gefügt, wobei durch die Vakuumhaubenvorrichtung ein Unterdruck in dem Oberflächenbereich 64 angelegt wird. In dem Oberflächenbereich 64 entsteht dabei ein Unterdruckraum 66 durch die Abdichtung über die Vakuumhaube 1 mittels deren Unterdruckbereich 19 und Randbereich 18.
Die 3 und 4A und B zeigen ein Werkzeug 30 in Form eines Gießwerkzeuges, durch welches das Anschlusselement 22 an den Flächenteil 10 angeformt, insbesondere angegossen, werden kann. 3 zeigt das zusammengesetzte Werkzeug 30 mit einem ersten Teil 32 zur Außenformgebung, das vorliegend aus einem Zylinder gebildet ist. An der Oberseite des Zylinders ist ein zweiter Teil 42 aufgesetzt, der mit einem Deckteil 44 das Werkzeug 30 nach oben hin begrenzt. In dem Deckteil 44 sind zwei Öffnungen 46 eingebracht, die, wie vorliegend, ein Gewinde aufweisen können. Durch eine der Öffnungen 46 kann über einen ggf. daran befestigten Anschluss und eine Leitung (hier nicht dargestellt) Funktionsteil-Material eingebracht werden, während gleichzeitig Luft aus der anderen Öffnung 46 aus der Form entweichen kann.
Wie 4A zeigt, weist der erste Teil 32 des Werkzeugs 30 im Inneren eine Bohrung 38 auf, die die Außenform des Stutzens 23 vorgibt. An der Unterseite der Bohrung ist eine Formung für die Fase 40 gebildet, die in eine Auflagefläche 41 zur Auflage des Werkzeugs 30 auf dem Flächenteil 10 bei Herstellung übergeht. An dem der Formung für die Fase 40 gegenüberliegenden Ende der Bohrung 38 ist ein Absatz 36 mit einem Anschlag 37 gebildet. Auf dem Anschlag 37 sitzt ein Aufsatz 48 des zweiten Teils 42 mit einer Gegenfläche 49 (vgl. 4B) auf. Durch diese Ausbildung wird eine definierte Positionierung des zweiten Teils 42 in dem ersten Teil 32 für den Gießvorgang erreicht und die Höhe des Anschlusselements 22 genau festgelegt.
An dem zweiten Teil 42 (vgl. 4B) erstreckt sich ausgehend von der Gegenfläche 49 ein Innenzylinder 50, der in der Länge z. B. der Länge der Bohrung 38 abzüglich des Absatzes 36 entspricht. Der Innenzylinder 50 gibt die Form des Kanalabschnitts 24 vor. Durch die Länge des Innenzylinders 50 verbleibt nach dem zweiten Schritt eine Materialschicht zwischen dem Kanalabschnitt 24 und dem Unterdruckbereich 19. Dieser wird nach Aushärtung der Vakuumhaube 1 durchtrennt, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kanalabschnitt 24 und dem Unterdruckbereich herzustellen. Möglich wäre auch, dass die Länge des Innenzylinders 50 z. B. der Länge der Bohrung 38 zuzüglich der Dicke des Flächenteils 10 entspricht. Auf diese Weise würde bei dem Aufsetzen des Werkzeugs 30 und Gießen des Anschlusses 22 während des zweiten Schritts bereits ein durchgängiger Kanal 28 entstehen.
Bei der Herstellung der Vakuumhaube 1 wird in einem ersten Schritt der Flächenteil 10 in einer dafür vorgesehenen, flächigen, vorzugsweise nach oben (zur Oberseite 12) hin offenen Form gespritzt und/oder gegossen. Das dabei verwendete Vakuumhauben-Material befindet sich zu diesem Zeitpunkt in einem derart flüssigen Zustand, dass es spritz- oder gießfähig ist. Ein geeignetes Material ist beispielsweise ein Silikonmaterial, das vor Einbringung in die Form z. B. aus zwei Komponenten gemischt werden kann oder als eine fertige Komponente vorliegt. Die Aushärtung erfolgt insbesondere durch Vernetzungsreaktionen der beiden vermischten Komponenten oder durch den Kontakt der einen Komponente mit Sauerstoff bei Umgebungstemperatur. Möglich wäre auch eine thermische Aushärtung.
Unmittelbar an den ersten Schritt schließt sich der zweite Schritt an, innerhalb dessen der Flächenteil 10 innerhalb einer Aushärtezeit elastisch aushärtet, d. h. nach der Aushärtung ergibt sich ein elastischer Flächenteil 10. Innerhalb der Aushärtezeit, während des zweiten Schritts, wird nun das Anschlusselement 22 an der Oberseite 12 des Flächenteils 10 angegossen und so mit dem Flächenteil 10 stoffschlüssig verbunden. Zu diesem Zweck wird das Werkzeug 30 auf der Oberseite 12 des Flächenteils 10 aufgesetzt. Dabei kontaktiert die Auflagefläche 41 des Werkzeugs 30 den Flächenteil 10 nach dem Aufsetzen. Die Auflagefläche 41 kann auch in den Flächenteil 10 zu einem gewissen Maße einsinken, jedoch vorzugsweise nur in derart geringem Maße, dass eine gewisse Materialstärke des Flächenteils 10 im Bereich des Anschlusselements bzw. der Auflagefläche 22 erhalten bleibt, um die Stabilität des Flächenteils 10 zu gewährleisten und nicht mit etwaigen weiteren eingebrachten Elementen und/oder Einformungen in Kontakt zu treten. Um einem zu tiefen Einsinken vorzubeugen und auch zu verhindern, dass bei dem Gießvorgang des Anschlusselements 22 dessen Material an der Unterseite des Werkzeugs 30 in das Vakuumhauben-Material eintritt, wird das Werkzeug 30 aufgesetzt, nachdem die Aushärtung bis zu einer ausreichenden Erhöhung der Viskosität fortgeschritten ist. Dies kann beispielsweise bei Vernetzungsgrad zwischen 40 % und 80 %, insbesondere zwischen 60 % und 75 % bezüglich des Vernetzungsgrads nach vollständiger Aushärtung der Fall sein.
Alternativ oder zusätzlich kann auch auf den Flächenteil 10 eine Zwischenschicht als Zwischenlage zwischen dem Werkzeug 30 und dem Flächenteil 10 platziert werden. Die Zwischenschicht weist dabei eine Aussparung auf, deren Flächenausdehnung zumindest der Flächenausdehnung des Verbindungsbereichs 26 zwischen dem Flächenteil 10 und dem Anschlusselement 22 entspricht. So können sich die beiden Elemente über den gesamten vorgesehenen Verbindungsbereich 26 miteinander stoffschlüssig verbinden. Vorzugsweise ist die Flächenausdehnung der Aussparung aber kleiner als die Ausdehnung der Auflagefläche 41, so dass die Zwischenschicht auch durch das Werkzeug 30 fixiert wird. Die Zwischenschicht wirkt einem Austreten von flüssigem Funktionsteil-Material beim Gießen entgegen. Dadurch kann der Gießvorgang auch bereits bei geringeren Aushärtungsgraden, auch unmittelbar anschließend an den ersten Schritt bzw. unmittelbar nach Aufbringen der Zwischenschicht, zu Beginn des zweiten Schritts, vorgenommen werden. Gegebenenfalls kann hierzu die Zwischenschicht entsprechend gestrafft werden oder ein entsprechendes Eigengewicht aufweisen, wodurch dem Austreten an Funktionsteil-Material effektiver entgegengewirkt werden kann. Nach dem Gieß- und Aushärtevorgang werden sowohl das Werkzeug 30 als auch die gegebenenfalls vorhandene Zwischenschicht entfernt.
Für eine definierte Positionierung des Werkzeugs 30 kann dieses auch von einer Haltevorrichtung gehalten werden, die vorzugsweise nicht mit dem Flächenteil 10 in Kontakt steht, um Einwirkung auf die Form der Vakuumhaube 1 zu vermeiden.
Wenn das Werkzeug 30 mit der Länge des Innenzylinders 50 derart ausgebildet ist, das Material zwischen dem Kanalabschnitt 24 und der Unterseite 14 bestehen bleibt, wird anschließend an den zweiten Schritt diese Materialschicht entfernt, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kanalabschnitt 24 und dem Unterdruckbereich 19 bzw. der Unterseite 14 der Vakuumhaube 1 herzustellen.
Falls zweckmäßig können auch mehrere Anschlusselemente 22 oder alternative oder zusätzliche Funktionsteile 20 mit der Vakuumhaube 1 stoffschlüssig verbunden, insbesondere angegossen werden.
Der Vorteil der hier beschriebenen Verfahrensvariante, bei der der Funktionsteil 20, hier das Anschlusselement 22, in einem separaten Schritt mit einem separaten Werkzeug 30 an den Flächenteil 10 angegossen wird, besteht insbesondere in einer flexiblen Positionierbarkeit des Werkzeugs 30. So kann die Position des Werkzeugs 30 bei verschiedenen Ausführungen Vakuumhaube 1 verwendet werden, bei denen z. B. unterschiedliche Einbauten und/oder Einformungen in den Flächenteil 10 eine unterschiedliche Positionierung des Anschlusselements 22 verlangen. Denkbar ist auch ein einstückiges Gießen der Vakuumhaube 1 mit einer Form, bei der sowohl der Flächenteil 10 als auch der Funktionsteil 20 vorgesehen sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Vakuumhaube 1 erhältlich, die auch mit einem oder mehreren an dem Flächenteil 10 angeordneten Funktionsteil/en 20, insbesondere einem oder mehreren Anschlusselementen, langlebig, insbesondere ohne zu Rissbildung und Undichtigkeit neigende Übergangsbereiche, ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209487 [0003, 0020]
DE 102016115285 [0003]
DE 202011004357 U1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Vakuumhaube (1) einer Vakuumhaubenvorrichtung zur gasdichten Abdeckung eines Oberflächenbereichs (64) eines Kunststoff-Werkstücks (60), um zu dessen Fertigung und/oder Reparatur Material (62) unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Oberflächenbereich (64) an das Kunststoff-Werkstück (60) zu fügen, wobei - in einem ersten Schritt ein Flächenteil (10) der Vakuumhaube (1) zur gasdichten Abdeckung aus einem vor der Aushärtung flüssigen und nach der Aushärtung elastischen Vakuumhauben-Material gespritzt und/oder gegossen wird, - in einem zweiten Schritt der Flächenteil (10) innerhalb einer Aushärtezeit elastisch aushärtet und - während einem der Schritte ein Funktionsteil (20) der Vakuumhaube (1), der nach Herstellung an einer, bei Benutzung von dem Kunststoff-Werkstück (60) abgewandten, Oberseite (12) des Flächenteils (10) angeordnet ist, mit dem Flächenteil (10) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung der Funktionsteil (20) nach dem ersten Schritt, während des zweiten Schritts, innerhalb der Aushärtezeit, an den Flächenteil (10) angegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil (20) während des zweiten Schritts an den Flächenteil (10) angegossen wird, wobei ein Werkzeug (30) auf dem Flächenteil (10) aufgesetzt wird, welches den Flächenteil (10) nach dem Aufsetzen mit einer vakuumhaubenseitigen Auflagefläche (41) kontaktiert, und wobei das Funktionsteil-Material in das Werkzeug (30) eingegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (30) aufgesetzt wird, nachdem die Aushärtung derart bis zu einer Erhöhung der Viskosität fortgeschritten ist, dass bei dem Gießvorgang des Funktionsteiles (20) ein Austritt von Funktionsteil-Material aus dem Werkzeug (30) in das Vakuumhauben-Material des Flächenteils (10) verhindert wird, jedoch der Aushärtevorgang noch nicht abgeschlossen ist, sodass eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch Vernetzung, des Vaukuumhauben-Materials und des Funktionsteil-Materials ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Flächenteil (10) eine Zwischenschicht als Zwischenlage zu dem Werkzeug (30), z. B. eine Folie, platziert wird, die eine Aussparung aufweist, deren Flächenausdehnung zumindest einem Verbindungsbereich (26) zwischen dem Flächenteil (10) und dem Funktionsteil (20) und vorzugsweise maximal einer kleineren Flächenausdehnung als die Auflagefläche (41) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (30) während des Gieß- und Aushärtevorgangs von einer, insbesondere nicht mit dem Flächenteil (10) in Kontakt stehenden, Haltevorrichtung gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktionsteil (20) ein Anschlusselement (22) stoffschlüssig mit dem Flächenteil (10) verbunden wird, das einen über die Oberseite (12) hervorstehenden Stutzen (23) und einen von dem Stutzen (23) umschlossenen Kanalabschnitt (24) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (30) derart platziert wird, dass der Kanalabschnitt (24) des Anschlusselements (22) nach der Herstellung in einen Unterdruckbereich (19) an einer, bei Auflage an dem Kunststoff-Werkstück (60) werkstückseitigen, Unterseite (14) des Flächenteils (10) mündet und darüber bei Verwendung mit einem Unterdruckraum (66) in Fluidverbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Gießen während des Aushärtens eine Materialschicht, insbesondere an Vakuumhauben-Material, zwischen dem Kanalabschnitt (24) und dem Unterdruckbereich (19) vorhanden ist, die nach dem zweiten Schritt entfernt wird, wodurch die Fluidverbindung hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung in den Flächenteil (10) zumindest ein weiteres Element der Vakuumhaubenvorrichtung, beispielsweise Teile einer Heizvorrichtung und/oder Verstärkungsstrukturen, und/oder zumindest eine weitere Einformung, z.B. eine Kanalstruktur in dem Unterdruckbereich (19), eingebracht wird, die insbesondere während des ersten Schritts umspritzt oder eingegossen wird.
Vakuumhaube (1) zur Verwendung bei einer Vakuumhaubenvorrichtung zur gasdichten Abdeckung eines Oberflächenbereichs (64) eines Kunststoff-Werkstücks (60), um zu dessen Fertigung und/oder Reparatur Material (62) unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Oberflächenbereich (64) an das Kunststoff-Werkstück (60) mittels der Vakuumhaubenvorrichtung zu fügen, insbesondere erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Flächenteil (10) aus elastischem Vakuumhauben-Material, der in seiner Peripherie an einer, dem Kunststoff-Werkstück (60) bei Verwendung zugewandten, Unterseite (14) einen Randbereich (18) zur gasdichten Anlage um den Oberflächenbereich (64) und einen von dem Randbereich (18) umgebenen Unterdruckbereich (19) aufweist, innerhalb dessen zwischen dem Oberflächenbereich (64) und der Vakuumhaube (1) ein Unterdruckraum (66) erzeugbar ist, wobei an einer der Unterseite (14) gegenüberliegenden Oberseite (12) des Flächenteils (10) ein Funktionsteil (20) der Vakuumhaubenvorrichtung, z. B. ein Anschlusselement (22), angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil (20) an der Oberseite (12) stoffschlüssig mit dem Flächenteil (10) verbunden ist, wobei der Funktionsteil (20) zumindest teilweise aus einem elastischen Funktionsteil-Material gebildet ist.
Vakuumhaube (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil-Material dem Vakuumhauben-Material entspricht.
Vakuumhaube (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil (20) durch ein Anschlusselement (22) zum Anschließen einer Unterdruckerzeugungseinrichtung gebildet ist, das einen Stutzen (23) und einen von dem Stutzen (23) umgebenen Kanalabschnitt (24) umfasst, wobei der Stutzen (23) zum Anschluss einer Strömungsleitung (68) an den Kanalabschnitt (24) ausgebildet ist und wobei der Kanalabschnitt (24) zumindest einen Teil eines Kanals (28) bildet, der in den Unterdruckbereich (19) mündet und so mit dem Unterdruckraum (66) in Fluidverbindung bringbar ist.
Vakuumhaube (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (23) eine minimale Wandungsdicke von 2 mm aufweist.
Vakuumhaube (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergang zwischen dem Stutzen (23) und der Oberseite (12) eine Fase oder eine Abrundung vorhanden ist.
Vakuumhaube (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flächenteil (10) zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein Teil einer Heizvorrichtung und/oder Verstärkungsstrukturen, und/oder zumindest eine weitere Einformung, z.B. eine Kanalstruktur in dem Unterdruckbereich (19), eingebracht ist.