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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Bauteils sowie ein FVK-Bauteil.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 108157 A1 sind ein Formwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundkunststoff-Bauteilen bekannt, wobei das Formwerkzeug zumindest ein Werkzeugbauteil mit einer Formoberfläche aufweist, und wobei das Formwerkzeug eine Mehrzahl von Induktionsvorrichtungen umfasst. Ferner ist zumindest die Formoberfläche des Werkzeugbauteils elektrisch isolierend ausgebildet.
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Aus der
US 5,483,043 ist es bekannt, eine induktive Heizung zur Erhitzung einer Polymermatrix, welche elektrisch leitfähige Fasern aufweist, zu benutzen.
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Problematisch an den bisher bekannten Verfahren ist, dass die induktive Heizung beziehungsweise die induktiv eingebrachte Heizenergie inhomogen in das Bauteil eingebracht wird, sodass es zu Delaminierungen, das heißt zu einer Trennung von Fasern und Kunststoffmatrix kommt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Bauteils sowie ein FVK-Bauteil zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den im nachfolgenden genannten Ausführungsbeispielen und Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Werkzeug zur Herstellung eines FVK-Bauteils geschaffen wird, wobei das Werkzeug eine längliche Werkzeugkavität aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein FVK-Bauteil aufzunehmen, das elektrisch leitfähige Fasern aufweist, wobei das Werkzeug in eine erste Werkzeughälfte und in eine zweite Werkzeug hälfte entlang einer Ebene parallel zu einer Erstreckung der Werkzeugkavität aufgeteilt ist, wobei sich in jeder Werkzeughälfte ein Teil der Werkzeugkavität befindet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkzeug entlang der Erstreckung der Werkzeugkavität einen vollflächigen Induktionskörper aufweist, wobei der Induktionskörper entlang der Ebene parallel zur Erstreckung der Werkzeugkavität aufgeteilt ist, wobei ein erster Induktionskörperteil des aufgeteilten Induktionskörpers in der ersten Werkzeughälfte und ein zweiter Induktionskörperteil des aufgeteilten Induktionskörpers in der zweiten Werkzeughälfte angeordnet ist, und wobei der erste Induktionskörperteil und der zweite Induktionskörperteil des Induktionskörpers durch mindestens ein Kontaktelement, vorzugsweise Kontaktfedern, elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, dass eine volumetrische, homogene und effiziente Erwärmung über kürzeste Taktzeit über einen Querschnitt des FVK-Bauteils stattfindet. Im Stand der Technik, insbesondere der
US 5,483,043 , wird dagegen ein mehrwindiger mäanderförmiger Induktor von zwei Seiten an das zu beheizende FVK-Bauteil herangeführt, weswegen mit einem ungerichteten und nicht speziell auf den Anwendungsfall abgestimmten Eintrag von Wärmeenergie aus Induktion gearbeitet wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß bevorzugt der Vorteil erzielt, dass hochpräzise eine lokal homogene Erwärmung auch von komplexen Strukturen möglich ist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Werkzeugkavität an die Bauteil-End-Maße des FVK-Bauteils angepasst ist, wobei vorzugsweise die Bauteil-End-Maße durch das FVK-Bauteil vorgegeben sind.
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Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass das FVK-Bauteil ausschließlich elektrisch leitfähige Fasern aufweist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Fasern aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, aus Metall oder einer Metalllegierung besteht. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Fasern aus einer Kombination aus Fasern aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, aus Metall oder einer Metalllegierung bestehen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Induktionskörperteile jeweils in mindestens zwei Induktionskörpersegmente senkrecht zur Erstreckung der Werkzeugkavität aufgeteilt sind, und wobei die Induktionskörpersegmente getrennt voneinander ansteuerbar sind. Diesbezüglich ist bevorzugt vorgesehen, dass eine elektrische Trennung der einzelnen Induktionskörpersegmente durch eine Trennkavität aus einer temperaturbeständigen Keramik erzielt wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Induktionskörpersegmente an das FVK-Bauteil angepasst sind, insbesondere die Werkzeugkavität des Werkzeugs an die Form des FVK-Bauteils angepasst ist. Insbesondere durch die Funktion, dass die einzelnen Induktionskörpersegmente gezielt in Bezug auf die Stromstärke angepasst werden können, kann vorteilhaft eine lokal angepasste Leistungseinbringung erzielt werden, woraus eine homogene Erwärmung des FVK-Bauteils resultiert. Mit anderen Worten ist ein individueller Wärmeeintrag für jedes einzelne Induktionskörpersegment möglich.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Werkzeugkavität zumindest bereichsweise eine temperaturbeständige Keramik aufweist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die temperaturbeständige Keramik wärmeleitfähig und/oder nicht magnetisch und/oder nicht magnetisierbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die temperaturbeständige Keramik als elektrische Trennung zwischen dem Induktionskörper und dem in die Werkzeugkavität eingelegten FVK-Bauteil dient, wodurch ein definierter Kopplungsabstand, vorzugsweise zwischen dem Induktionskörper und den in dem FVK-Bauteil enthaltenen elektrisch leitfähigen Fasern, eingestellt werden kann. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest bereichsweise eine temperaturbeständige, wärmeleitfähige Keramik aufweisende Werkzeugkavität an die Bauteil-End-Maße des FVK-Bauteils angepasst ist, vorzugsweise die Bauteil-End-Maße durch das FVK-Bauteil vorgegeben sind. Mit anderen Worten weist die zumindest bereichsweise mit einer temperaturbeständigen Keramik ausgekleidete Werkzeugkavität im Inneren ein Volumen auf, welches den Bauteil-End-Maßen des FVK-Bauteils entspricht, wobei vorzugsweise die Bauteil-End-Maße durch das FVK-Bauteil vorgegeben sind.
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Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass das Werkzeug eine Temperier-Einrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Induktionskörper, insbesondere in Abhängigkeit von der Kunststoffmatrix, wie beispielsweise für Polyphthalamid (PPA), auf eine Temperatur von 130 °C bis 170 °C, vorzugsweise 140 °C bis 160 °C, besonders bevorzugt 150 °C, zu temperieren. Hierdurch wird erreicht, dass das FVK-Bauteil auf Entformungstemperatur heruntergekühlt wird. Ferner wird hierdurch erreicht, dass keine Delamination, das heißt, dass keine Trennung des Faser-Verbund-Kunststoffs eintritt. Oder mit anderen Worten ausgedrückt, durch zu hohe Temperaturen tritt keine Separation von polymerer Matrix und den Fasern des FVK-Bauteils auf.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Werkzeug eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des im Werkzeug befindlichen FVK-Bauteils aufweist. Besonders bevorzugt weist die Temperaturmesseinrichtung ein kurzwelliges Pyrometer auf. Weiterhin weist bevorzugt die Werkzeugkavität und vorzugsweise auch die in der Kavität enthaltene temperaturbeständige Keramik eine Durchbrechung, vorzugsweise je Induktionskörpersegment eine Durchbrechung, auf, sodass auf einfache Art und Weise die Temperatur des FVK-Bauteils bestimmt werden kann. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Durchbrechung mittels eines für die Wärmestrahlung durchlässigen Materials, insbesondere mit Quarzglas, verschlossen ist, besonders bevorzugt in der Form eines Inlays derart, dass eine Innenoberfläche der Werkzeugkavität oder der temperaturbeständigen Keramik an der Stelle der verschlossenen Durchbrechung keine Erhöhungen und keine Vertiefungen aufweist, sodass das in das Werkzeug eingelegte FVK-Bauteil an der Stelle des FVK-Bauteils, welche der verschlossenen Durchbrechung gegenüberliegt, eine glatte Oberfläche erhält. Mit anderen Worten wird vorzugsweise mit der Durchbrechung oder dem in die Durchbrechung eingebrachten Material eine Oberfläche des FVK-Bauteils nicht beschädigt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Temperaturmesseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Temperatur außen und bei einem FVK-Hohlprofilbauteil zusätzlich auch innen, insbesondere durch Hochtemperaturklebestreifen, zu messen.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die temperaturbeständige Keramik, welche die Werkzeugkavität zumindest bereichsweise aufweist, verschiedene lokale Dicken, auch manchmal als Schichtdicken bezeichnet, aufweist, vorzugsweise entlang der Erstreckung der Werkzeugkavität und/oder in Umfangsrichtung der Werkzeugkavität. Damit wird erreicht, dass durch die unterschiedliche Dicke der temperaturbeständigen Keramik eine Kopplung zwischen dem Induktionskörper, insbesondere den mindestens zwei Induktionskörpersegmenten, des Werkzeugs und dem FVK-Bauteil derart beeinflusst wird, dass an Stellen, an welchen die Werkzeugkavität einen Bogen aufweist und damit einhergehend die Induktionslinien auf der Innenseite des Bogens dichter angeordnet sind, durch eine erhöhte Dicke der temperaturbeständigen Keramik auf der Innenseite des Bogens die dichter angeordneten Induktionslinien kompensiert werden, da mittels der erhöhten Dicke der temperaturbeständigen Keramik eine Kopplung zwischen dem Induktionskörper und FVK-Bauteil reduziert wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass eine homogene Temperaturverteilung entlang der Erstreckung des FVK-Bauteils, insbesondere den elektrisch leitfähigen Fasern des FVK-Bauteils, aber auch eine homogene Temperaturverteilung in Bezug auf das Volumen des FVK-Bauteils oder des FVK-Hohlprofilbauteils erzielt wird. Ferner wird erreicht, dass durch die unterschiedliche Dicke der temperaturbeständigen Keramik eine Kopplung zwischen dem vollflächigen Induktionskörper des Werkzeugs und dem FVK-Bauteil derart beeinflusst wird, dass an Stellen, an welchen die Werkzeugkavität einen Bogen aufweist, die an dieser Stelle dichter angeordneten Induktionslinien, insbesondere in Bezug auf ihr Wirkung, kompensiert werden, sodass vorzugsweise eine homogene Temperaturverteilung entlang der Erstreckung des FVK-Bauteils aber auch eine homogene Temperaturverteilung in Bezug auf das Volumen des FVK-Bauteils oder des FVK-Hohlprofilbauteils erreicht wird. Mit anderen Worten ist hierbei bevorzugt vorgesehen, dass an Stellen mit dichter angeordneten Induktionslinien, insbesondere an einer Innenseite eines Bogens der Werkzeugkavität, die temperaturbeständige Keramik dicker ausgeführt ist, als im Vergleich zu Stellen, an welchen die Induktionslinien weniger dicht angeordnet sind.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil ein FVK-Hohlprofilbauteil in die Werkzeugkavität einlegbar ist, wobei das Werkzeug dazu eingerichtet ist, eine Innenkühlung des FVK-Hohlprofilbauteils zu verwirklichen, insbesondere mittels eines kalten Gasstroms, vorzugsweise mit einem turbulenten kalten Gasstroms, welcher durch das FVK-Hohlprofilbauteil geführt wird. Durch die erfindungsgemäß bevorzugt Innenkühlung wird erreicht, dass das FVK-Hohlprofilbauteil besonders effizient von Innen gekühlt wird, sodass keine Trennung von Fasern beziehungsweise Fasermaterial und der polymeren Kunststoffmatrix (Delaminierung) auftritt. Besonders vorteilhaft ist hieran, dass hierdurch Schäden vermieden werden, welche ansonsten nur unter erhöhtem Aufwand und/oder Zerstörung des FVK-Hohlprofilbauteils erkannt werden können. Insbesondere eine endoskopische Kamera ist zur Untersuchung auf derartige Fehlstellen beziehungsweise Schäden notwendig. Durch die aufwendige Untersuchung ist dies sehr zeit- und kostenintensiv.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das FVK-Bauteil, insbesondere das FVK-Hohlprofilbauteil, eine Drehstabfeder ist. Unter einer Drehstabfeder wird hier insbesondere ein typischerweise gebogenes, im Wesentlichen stabförmiges Teil verstanden, welches elastische Eigenschaften bei Torsion aufweist und vorzugsweise eingerichtet ist, um in einem Fahrzeug als Torsionsfederelement verwendet zu werden, insbesondere für eine Wankstabilisierung. Durch das erfindungsgemäße Werkzeug, sowie das im Folgenden noch beschriebene Verfahren ist es möglich eine Drehstabfeder deutlich leichter, wettbewerbsfähiger sowie großserientauglich herzustellen bei einer gleichzeitig guten Schwingungsdämpfung und einer hohen Schadenstoleranzeigenschaft.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die polymere Matrix des FVK-Bauteils einen Thermoplast, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer, aufweist. Unter einem Thermoplast wird insbesondere ein Kunststoff verstanden, der sich in einem bestimmten Temperaturbereich reversibel verformen lässt. Insbesondere wird der Begriff Thermoplast in Abgrenzung von den Begriffen Duroplast einerseits und Elastomer andererseits verwendet. Unter einem thermoplastischen Elastomer wird insbesondere ein Kunststoff verstanden, der sich bei Raumtemperatur in vergleichbarer Weise wie ein Elastomer verhält, jedoch unter Wärmezufuhrt plastisch verformbar ist und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigt. Es kann sich hierbei insbesondere um ein Copolymer oder um eine Elastomerlegierung handeln. Ein Copolymer kann insbesondere als statistisches Copolymer oder als Block-Copolymer vorliegen. Eine Elastomerlegierung wird auch als Polyblend bezeichnet und stellt insbesondere ein Gemenge von Polymeren dar.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das FVK-Bauteil als FVK-Hohlprofilbauteil in die Werkzeugkavität einlegbar ist, wobei das Werkzeug dazu eingerichtet ist, einen Innendruck, vorzugsweise durch ein Gas, in dem FVK-Hohlprofilbauteil zu erzeugen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Werkzeug dazu eingerichtet ist, einen Innendruck von 4 bar bis 8 bar, bevorzugt 5 bar bis 7 bar, besonders bevorzugt 6 bar, in dem FVK-Hohlprofilbauteil zu erzeugen. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass durch den Innendruck im FVK-Hohlprofilbauteil selbiges an die Werkzeugkavität, insbesondere an die temperaturbeständige Keramik, welche eine Innenwand der Werkzeugkavität auskleidet, angedrückt wird, sodass eine Konsolidierung einer Außenoberfläche des FVK-Hohlprofilbauteils erzielt wird. Darüber hinaus werden bevorzugt die einzelnen Faserlagen gestreckt, umgeformt und/oder nachkonsolidiert, und das Bauteil erhält über die Werkzeugkavität seine endgültige Kontur bzw. Abmessungen. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass durch den Innendruck ein Umformen, insbesondere ein Hochdruck-Umformen, des FVK-Hohlprofilbauteils erfolgt. Mit anderen Worten wird durch den im Inneren vorhandenen Druck (Innendruck) des FVK-Hohlprofilbauteils die Außenkontur - mit anderen Worten wird der Rohrdurchmesser des FVK-Hohlprofilbauteils zumindest lokal erhöht - des FVK-Hohlprofilbauteils an eine Innenwand der Werkzeugkavität, insbesondere an eine Innenwand der temperaturbeständigen Keramik, angedrückt und entsprechend die Form der Werkzeugkavität beziehungsweise der temperaturbeständigen Keramik auf das FVK-Hohlprofilbauteil übertragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht nur möglich, eine Konsolidierung des FVK-Hohlprofilbauteils zu erreichen, sondern im Zuge der Konsolidierung auch eine Imprägnierung - womit gemeint ist, dass die Fasern vollständig durch die Kunststoffmatrix benetzt sind - zu erzielen. Zusammengefasst kann somit in einem Schritt ein Aufheizen, ein Imprägnieren, ein Umformen sowie ein Konsolidieren eines FVK-Hohlprofilbauteils erzielt werden. Hierdurch kann eine deutliche Reduzierung der Fertigungszeit und des Energiebedarf erzielt werden.
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Unter einem Konsolidieren des FVK-Bauteils, insbesondere des FVK-Hohlprofilbauteils, wird insbesondere verstanden, dass die einzelnen Fasern, insbesondere die elektrisch leitfähigen Fasern, und/oder Lagen des FVK-Bauteils miteinander verbunden, insbesondere benetzt, werden.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kunststoff - manchmal auch als Matrix oder Polymermatrix bezeichnet - des FVK-Bauteils oder des FVK-Hohlprofilbauteils ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Polyphthalamid (PPA), Polyamid-410 (PA410), Polyamid-6 (PA6), Polyamid-6.6 (PA6.6), Polyetheretherketon (PEEK), PEAK und Polyetherketonketon (PEKK). Die Verwendung dieser Hochleistungspolymere wird möglich, da durch die Anwendung des Innendrucks zur Konsolidierung und weiterhin einer Abdichtung von Rohrenden des FVK-Hohlprofilbauteils, um einen Innendruck aufbauen zu können, keine weiteren Hilfsmittel entlang des Rohres des FVK-Hohlprofilbauteil benötigt werden, weswegen es verfahrenstechnisch keine Temperaturbegrenzung gibt. Im Vergleich hierzu muss die Temperatur beim Schlauchblasverfahren deutlich unter 250 °C liegen, entsprechend der Dauergebrauchstemperatur des Schlauchmaterials.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Bauteils geschaffen wird, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, wobei das Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- a) Öffnen des zumindest zweiteiligen Werkzeugs,
- b) Einlegen eines FVK-Bauteils in die Werkzeugkavität des Werkzeugs,
- c) Schließen des Werkzeugs beziehungsweise der Werkzeugkavität,
- d) induktive Erwärmung des FVK-Bauteils durch den Induktionskörper, insbesondere durch die mindestens zwei Induktionskörpersegmente, wobei der Induktionskörper, insbesondere die mindestens zwei Induktionskörpersegmente, derart angesteuert werden, dass sich im FVK-Bauteil, insbesondere bei einer Beaufschlagung des FVK-Bauteils mit einem Innendruck, vorzugsweise durch ein Gas, eine homogene Temperaturverteilung ergibt,
- e) Abkühlen des FVK-Bauteils,
- f) Erhalten des FVK-Bauteils.
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Es ergeben sich insbesondere die schon in Bezug auf das Werkzeug genannten Vorteile.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als FVK-Bauteil ein FVK-Hohlprofilbauteil verwendet wird, wobei zeitlich nach dem Verfahrensschritt d), nämlich nach einem Erwärmen, oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt d), d.h. während des Erwärmens, ein Innendruck, vorzugsweise durch ein Gas, in dem FVK-Hohlprofilbauteil aufgebaut wird, sodass eine Außenschicht des FVK-Hohlprofilbauteils an einer Innenwand des Werkzeugs konsolidiert wird, insbesondere an der Innenwand der in der Werkzeugkavität angeordneten temperaturbeständigen Keramik. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zugleich mit dem Konsolidieren des FVK-Bauteils durch den Innendruck auch ein Umformen und Imprägnieren erzielt wird. Es ergeben sich insbesondere die schon in Bezug auf das Werkzeug genannten Vorteile.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil ein FVK-Hohlprofilbauteil in die Werkzeugkavität eingelegt wird, und eine Kühlung gemäß dem Verfahrensschritt e) durch eine Innenkühlung des FVK-Hohlprofilbauteils bewirkt wird. Es ergeben sich die schon in Bezug auf das Werkzeug und eine Innenkühlung des FVK-Hohlprofilbauteils genannten Vorteile.
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Zur Erfindung gehört auch ein FVK-Bauteil, das mithilfe eines Werkzeugs gemäß der Erfindung hergestellt beziehungsweise herstellbar ist, oder das durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt beziehungsweise herstellbar ist. Es ergeben sich insbesondere die schon in Bezug auf das Werkzeug und/oder das Verfahren genannten Vorteile.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Induktionskörpers, welchen ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs, insbesondere die längliche Werkzeugkavität, aufweist,
- 2 Kontaktfedern, mittels welcher vorzugsweise eine erste und eine zweite Werkzeughälfte, insbesondere den ersten und den zweiten Induktionskörperteil, miteinander elektrisch verbunden sind,
- 3 eine erste Hälfte eines Werkzeugs, wobei mehrere Induktionskörpersegmente gezeigt sind,
- 4 die erste und zweite Werkzeughälfte - in Seitenansicht -, wie die erste und die zweite Hälfte des Werkzeugs zusammenfügbar sind,
- 5 ein Beispiel, wie durch eine temperaturbeständige Keramik, welche die Werkzeugkavität zumindest bereichsweise aufweist, mittels verschiedener lokaler Dicken eine Kopplung zwischen dem Induktionskörper des Werkzeugs und dem FVK-Bauteil, insbesondere den elektrisch leitfähigen Fasern des FVK-Bauteils, beeinflusst wird,
- 6 ein Ausführungsbeispiel eines FVK-Hohlprofilbauteils, insbesondere einem Drehstab.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Werkzeugs 1 zur Herstellung eines FVK-Bauteils 3 (nur in 6 gezeigt) gezeigt, wobei das Werkzeug 1 eine längliche Werkzeugkavität 5 aufweist (wobei in 1 die längliche Werkzeugkavität nur zu einem Teil zu sehen ist), welche dazu eingerichtet ist, ein FVK-Bauteil 3 aufzunehmen. Weiterhin weist das FVK-Bauteil 3 elektrisch leitfähige Fasern auf (die Fasern sind in den Figuren nicht gezeigt). Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass das Werkzeug 1 in eine erste Werkzeug hälfte 7 und eine zweite Werkzeughälfte 9 entlang einer Ebene parallel zu einer Erstreckung 11 der Werkzeugkavität 5 aufgeteilt ist. In jeder Werkzeughälfte 7, 9 befindet sich ein Teil der Werkzeugkavität 5. Weiterhin ist 1 zu entnehmen, dass das Werkzeug 1 entlang der Erstreckung 11 der Werkzeugkavität 5 einen vollflächigen Induktionskörper 13 aufweist, wobei der Induktionskörper 13 entlang der Ebene parallel zur Erstreckung 11 der Werkzeugkavität 5 aufgeteilt ist, wobei ein erster Induktionskörperteil 15 des aufgeteilten Induktionskörpers 13 in der ersten Werkzeughälfte 7 und ein zweiter Induktionskörperteil 17 des aufgeteilten Induktionskörpers 13 in der zweiten Werkzeughälfte 9 angeordnet ist, und wobei der erste Induktionskörperteil 15 und der zweite Induktionskörperteil 17 des Induktionskörpers 13 durch Kontaktfedern elektrisch miteinander verbunden sind. Die die beiden Werkzeughälften 7, 9 verbindenden Kontaktfedern 19 sind in 2 gezeigt, da sie in 1 durch die beiden Werkzeughälften 7, 9 beziehungsweise die beiden Induktionskörperteile 15, 17 verdeckt sind.
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3 ist zu entnehmen, dass der Induktionskörper 13, insbesondere die beiden Induktionskörperteile 15, 17, jeweils in mindestens zwei Induktionskörpersegmente 21 senkrecht zur Erstreckung 11 der Werkzeugkavität 5 aufgeteilt sind, und wobei die Induktionskörpersegmente 21 getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind.
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Ferner sind in den 1, 3 und 4 Koaxialtransformatoren 41 gezeigt, wobei die Erwärmung des FVK-Bauteils 3, insbesondere eines FVK-Hohlprofibauteils 35, durch eine kontinuierliche Veränderung eines Magnetfelds durch die Koaxialtransformatoren 41 erzielt wird, wobei das veränderliche Magnetfeld durch den Induktionskörper 13 um das FVK-Bauteil 3 gelenkt wird. Durch die induktive Erwärmung der in dem FVK-Bauteil 3, insbesondere dem FVK-Hohlprofibauteil 35, enthaltenen elektrisch leitfähigen Fasern ist eine direkte Erwärmung ohne direkte Beheizung des Werkzeugs 1 möglich. Mit anderen Worten wird nur das FVK-Bauteil 3 erwärmt, nicht aber das Werkzeug 1.
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In 4 sind die erste Werkzeughälfte 7 und die zweite Werkzeughälfte 9 mit den der jeweiligen Werkzeughälfte 7,9 jeweils zugeordneten Induktionskörperteilen 15,17 gezeigt. Im Vergleich zu 3, welche eine Frontalansicht des Werkzeugs 1 zeigt, ist in 4 eine Seitenansicht des Werkzeugs 1 gezeigt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind in 4 einige der noch in 3 gezeigten Koaxialtransformatoren 41 weggelassen worden.
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Ferner ist in 2, 3 und 4 gezeigt, dass die Werkzeugkavität 5 zumindest bereichsweise eine temperaturbeständige Keramik 23 aufweist.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die temperaturbeständige Keramik 23, welche die Werkzeugkavität 5 zumindest bereichsweise aufweist, verschiedene lokale Dicken 25 aufweist, vorzugsweise entlang der Erstreckung 11 der Werkezugkavität 5 und/oder in Umfangsrichtung 27 (vergleiche 5 und 2, wobei in 2 die Umfangsrichtung 27 nur teilweise gezeigt ist) der Werkzeugkavität 5, sodass durch die unterschiedliche Dicke 25 der temperaturbeständigen Keramik 23 eine Kopplung zwischen den mindestens zwei Induktionskörpersegmenten 21 beziehungsweise Induktionskörperteilen 15,17 des Werkzeugs 1 und dem FVK-Bauteil 3, insbesondere den elektrisch leitfähigen Fasern, derart beeinflusst wird, dass an Stellen, an welchen die Werkzeugkavität 5 einen Bogen 29 aufweist, die an dieser Stelle dichter angeordneten Induktionslinien kompensiert werden, sodass vorzugsweise eine homogene Temperaturverteilung entlang der Erstreckung 11 des FVK-Bauteils 3 erreicht wird. Insbesondere in 3 ist ein Bogen 29 zu sehen, und insbesondere auf der Innenseite des Bogens 29 sind die Induktionslinien dichter angeordnet, weswegen an dieser Stelle die temperaturbeständige Keramik 23 bevorzugt dicker ausgeführt wird. In 5 ist ein Beispiel hierzu gezeigt, wie eine dicker ausgeführte temperaturbeständige Keramik ausgestaltet sein kann. Durch eine zumindest im Innenkreis des Bogens 29 (vergleiche 3) dicker ausgeführte temperaturbeständige Keramik 23 wird aus einer prinzipiell konzentrischen Ausführung 31 eine elliptische Ausführung 33, welche in 5 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil 3 ein FVK-Hohlprofilbauteil 35 in die Werkzeugkavität 5 einlegbar ist, wobei das Werkzeug 1 dazu eingerichtet ist, eine Innenkühlung des FVK-Hohlprofilbauteils 35 zu verwirklichen, insbesondere mittels eines kalten Gasstroms, vorzugsweise mit einem turbulenten kalten Gasstroms, welcher durch das FVK-Hohlprofilbauteil 35 geführt wird.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil 3 ein FVK-Hohlprofilbauteil 35 in die Werkzeugkavität 5 einlegbar ist, wobei das Werkzeug 1 dazu eingerichtet ist, einen Innendruck in dem FVK-Hohlprofilbauteil 35 zu erzeugen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch den Innendruck das FVK-Hohlprofilbauteil 35 an die Werkzeugkavität 5, insbesondere die temperaturbeständige Keramik 23, welche eine Innenwand 37 der Werkzeugkavität 5 aufweist, angedrückt wird, sodass eine Konsolidierung einer Außenoberfläche 39 des FVK-Hohlprofilbauteils 35 erzielt wird. Falls die Werkzeugkavität 5 eine temperaturbeständige Keramik 23 aufweist, ist mit der Innenwand 37 eine Innenwand 37a der temperaturbeständigen Keramik 23 gemeint.
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In 6 ist als FVK-Bauteil 3 ein FVK-Hohlprofilbauteil 35 gezeigt, wobei auf Details zu dem FVK-Hohlprofilbauteil 35 schon zuvor eingegangen wurde.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Bauteils 3 mit einem Werkzeug 1 gemäß der hier vorliegenden Erfindung, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- a) Öffnen des mindestens zweiteiligen Werkzeugs 1,
- b) Einlegen eines FVK-Bauteils 3 in die Werkzeugkavität 5 des Werkzeugs 1,
- c) Schließen des Werkzeugs 1 - und damit Schließen der Werkzeugkavität 5,
- d) induktive Erwärmung des FVK-Bauteils 3 durch den Induktionskörper 13, insbesondere durch die mindestens zwei Induktionskörpersegmente 21, wobei der Induktionskörper 13, insbesondere die mindestens zwei Induktionskörpersegmente 21, derart angesteuert werden, dass sich im FVK-Bauteil 3 eine homogene Temperaturverteilung ergibt,
- e) Abkühlen des FVK-Bauteils 3,
- f) Erhalt des FVK-Bauteils 3.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil 3 ein FVK-Hohlprofilbauteil 35 verwendet wird, und nach dem Verfahrensschritt d), nämlich nach einem Erwärmen, oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt d), das heißt während des Erwärmens, ein Innendruck in dem FVK-Hohlprofilbauteil 35 aufgebaut wird, sodass eine Außenschicht 39 (vergleiche 6) des FVK-Hohlprofilbauteils 35 an einer Innenwand 37 des Werkzeugs 1 konsolidiert wird, insbesondere an einer Innenwand 37a der in der Werkzeugkavität 5 angeordneten temperaturbeständigen Keramik 23.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als FVK-Bauteil 3 ein FVK-Hohlprofilbauteil 35 in die Werkzeugkavität 5 eingelegt wird, und eine Kühlung gemäß dem Verfahrensschritt e) durch einen Innenkühlung des FVK-Hohlprofibauteils 35 bewirkt wird.
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Zur Erfindung gehört auch ein FVK-Bauteil 3, welches mithilfe eines Werkzeugs 1 gemäß der hier vorliegenden Erfindung hergestellt beziehungsweise herstellbar ist, oder das durch ein Verfahren gemäß der hier vorliegenden Erfindung hergestellt beziehungsweise herstellbar ist. Es ergeben sich insbesondere die schon in Bezug auf das Werkzeug genannten Vorteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011108157 A1 [0002]
- US 5483043 [0003, 0007]
