-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten, Klemmen und Nachführen eines flächigen Halbzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils unter Verwendung einer solchen Anwendung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
-
Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich und im Flugzeugbau werden zunehmend Faserverbundbauteile zur Substitution von metallischen Werkstoffen verwendet. Diese Faserverbundbauteile lassen sich im Vergleich zu metallischen Werkstoffen üblicherweise mit einer geringen Anzahl von Werkzeugen und Prozessschritten herstellen, da insbesondere beim Einsatz von Thermoplasten diese durch Warmumformung mit geringen Prozesskräften und weniger Umformstufen als metallische Werkstoffe verarbeitet werden können. Kunststoffe und insbesondere Faserkunststoffverbundwerkstoffe liegen dabei üblicherweise als im Wesentlichen ebene, flächige Halbzeuge vor.
-
Die zur Herstellung eines Faserverbundbauteils nötigen Prozessschritte umfassen das Einlegen des flächigen Halbzeugs in eine Spanneinrichtung als Positionierungs- und/oder Transportmittel, das Erwärmen des Halbzeugs beispielsweise in einem IR-Strahler oder Ofen, den Transport des Halbzeugs und das Umformen bzw. Tiefziehen des Halbzeugs in einem Presswerkzeug.
-
Für die Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Umformen (z. B. Thermoformen), insbesondere dem Umformprozess von flächigen, thermoplastischen Halbzeugen (z. B. gewebeverstärkte Organobleche), in einem Formwerkzeug, auch nach Erwärmen des Halbzeugs (z. B. in einem IR-Strahler) und Transport desjenigen, sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche jeweils das Faserverbundhalbzeug und mehrere daran befestigte Halteelemente umfassen.
-
Gattungsgemäße Halteelemente umfassen beispielsweise Vorrichtungen, die metallische Federn, mechanische Greifer, lose Halterahmen, feste Spannrahmen und Pins umfassen.
-
Es ist eine Ausgestaltung mit metallischen Federn bekannt. Bei dieser werden Bohrungen für das Einhängen der Federn in das flächige Halbzeug vorgenommen. Die durch die Federn auf das flächige Halbzeug wirkende Haltekraft ist hierbei linear zur Auslenkung der Feder. Dabei ist es nachteilig, dass die Bohrungen zum Einhängen der Federn während des Umformprozesses und speziell beim Thermoformen vor zu großer Hitzeeinwirkung geschützt werden müssen, um ein Ausreißen der Bohrung zum Einhängen der Feder zu vermeiden.
-
Eine weitere bekannte Ausgestaltung umfasst das Halten des Faserverbundbauteils mit mechanischen Greifern. In dieser Ausgestaltung erweist sich als nachteilig, dass die Greifer (z. B. Druckluftgreifer oder elektrisch betriebene Spanner) auch in dieser Ausgestaltung vor zu hoher Hitzeeinwirkung geschützt werden müssen und/oder einer aktiven Kühlung bedürfen. Weiterhin nachteilig ist, dass die Klemmkräfte, auch beim Erwärmen des flächigen Halbzeugs und damit einhergehenden variablen Reibkoeffizienten des Halbzeugs, insbesondere beim Umformen, ausreichend groß sein müssen, um der Zugkraft des Halbzeugs entgegenzuwirken.
-
Eine alternative, bekannte Ausgestaltung umfasst einen losen Halterahmen. In dieser Ausgestaltung wird das Halbzeug lose auf einen Halterahmen gelegt. Nachteilig hierbei ist, dass das Halbzeug durch das lose Aufliegen des flächigen Halbzeugs auf den Halterahmen von jenem Halterahmen herunterfallen kann. Dies erweist sich als besonders problematisch, wenn das Halbzeug durch Erhitzen seine Eigensteifigkeit verliert.
-
Weiterhin sind Spannrahmen bekannt, in denen das über den Spannrahmen überstehende flächige Halbzeug allseitig fest in den Rahmen eingespannt wird. Dabei ist von Nachteil, dass ein Umformen des flächigen Halbzeuges nur dann möglich ist, wenn das flächige Halbzeug gleichmäßig aus der Klemmung des Rahmens herausgeführt wird.
-
Eine weiter bekannte Möglichkeit ist das Fixieren der flächigen Halbzeuge am Spannrahmen mittels Pins. Hierbei werden Bohrungen am äußeren Rand des Halbzeuges vorgenommen, womit das Halbzeug durch die Pins am Spannrahmen fixiert wird. Wie bereits in der Ausgestaltung mit metallischen Federn diskutiert, ist dabei nachteilig, dass die Bohrungen durch Erhitzen und/oder die Belastungen beim Umformprozess ausreißen können. Besonders nachteilig ist das teilweise Ausreißen der Bohrungen für die Pins, da hierbei das flächige Halbzeug beim Umformen ungleichmäßigen Haltekräften ausgesetzt ist.
-
Gattungsgemäße Vorrichtungen sowie damit realisierte Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10 2012 010 010 497 A1 ,
DE 10 2009 016 215 A1 und
DE 697 06 651 T2 bekannt.
-
Die
DE 10 2012 010 497 A1 betrifft eine Spannrahmenvorrichtung zur Anordnung einer Faserordnung in einer Kavität eines Presswerkzeugs. Die Spannrahmenvorrichtung umfasst eine Klemmvorrichtung mit dem Rand der Faseranordnung dieses einklemmenden Klemmmittels.
-
Die
DE 10 2009 016 215 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Umformen eines flächigen Halbzeuges in einem Presswerkzeug. Hierbei kann eine Spanneinrichtung in Verbindung mit einem Klapprahmen als Positionierungs- und/oder Transportmittel für das Halbzeug eingesetzt werden.
-
Die
DE 697 06 651 T2 beschreibt die Herstellung eines faserverstärkten dreidimensionalen Gegenstandes unter Verwendung eines Formwerkzeugs. Bei dieser Herstellung wird ein Halbzeug zunächst auf ein Trägernetz abgelegt, welches in einem Rahmen durch Befestigungskomponenten befestigt ist.
-
Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik der oftmals erhebliche Materialmehraufwand für das umzuformende Faserverbundhalbzeug, durch die nötige Abschirmung der Greifer und Spannrahmen vor Hitze.
-
Aus der
DE 10 2013 018 148 B4 ist eine Vorrichtung und Verfahren für die Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, welche Haltestreifen zur Befestigung am Halbzeug vorsieht. Diese Vorrichtung für die Herstellung eines Faserverbundbauteils ermöglicht das Spannen des Halbzeuges in der Kavität des Formwerkzeuges und reduziert den für den oben genannten Stand der Technik benötigten Materialmehraufwand.
-
Nachteilig ist, dass die Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen nicht einstellbar gestaltet sind, wie es z. B. für das Nachführen von Halbzeugen beim Umformen nötig ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Prozess des Umformens flächiger Halbzeuge zu optimieren.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Klemmelement Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen aufweist, welches der Zugkraft des Haltestreifens entgegenwirkt.
-
Vorteilhaft hierbei ist, dass das flächige Halbzeug über die für die Erzeugung des Faserverbundbauteils nötigen Prozessschritte in einer Vorrichtung befindlich sein kann. Dies schließt beispielsweise den Transport, die Erwärmung (z. B. beim Thermoformen) und das Umformen des flächigen Halbzeuges in einem Formwerkzeug mit ein. Insbesondere kann über das Variieren der Klemm- und/oder Haltekräfte auf den Haltestreifen den unterschiedlichen Erfordernissen eines jeden Fertigungsprozessschritts Rechnung getragen werden. Dabei ist es beispielsweise denkbar die Klemm- und/oder Haltekräfte auf den Haltestreifen während des Transportes zu erhöhen, um ein Abrutschen eines Haltestreifens beim Transport zu vermeiden. Ebenso ist es denkbar die Klemm- und/oder Haltekräfte auf den Haltestreifen während des Erhitzens des Halbzeugs (z. B. zum Thermoformen) zu reduzieren um dem verfahrensbedingten Aufweichen des Halbzeugs Rechnung zu tragen. Im speziellen vorteilhaft ist eine variable Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen, um das Halbzeug beim Prozess des Umformens nachzuführen. Beispielsweise kann die Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen während dem Umformen reduziert oder erhöht werden um beispielsweise die Faltenbildung im flächigen Halbzeug zu minimieren oder das Halbzeug stabiler in seiner Position zu halten.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen ein Eingriffsmittel umfassen, welches in eine Aussparung des Haltestreifens einführbar ist.
-
Durch dieses Eingriffsmittel kann eine stabile Verbindung zwischen dem Klemmelement und dem Haltestreifen realisiert werden. Insbesondere beim Transport des Halbzeuges ist eine stabile Verbindung zwischen Haltestreifen und Klemmelement bevorzugt, um das Lösen des Halbzeuges vom Spannrahmen zu vermeiden. Dies gilt in besonderem Maße für Stöße, Vibrationen und Verkippung des flächigen Halbzeuges beim Transport.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen einen Rasthaken umfassen, der mit dem Klemmelement verbunden ist, wobei der Rasthaken zum Eingriff in eine Aussparung oder Erhebung des Haltestreifens zur Bildung eine Rastverbindung ausgebildet ist.
-
Diese Ausgestaltung erlaubt ein schnelles und einfaches Fixieren und Lösen des flächigen Halbzeuges bei gleichzeitiger sicherer und positionstreuer Fixierung des flächigen Halbzeuges mittels der Rastverbindung.
-
Dabei ist es vorteilhaft, dass die Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen einen Rasthaken umfassen, der federelastisch mit dem Klemmelement verbunden ist, wobei der Rasthaken zum Eingriff in eine Aussparung oder Erhebung des Haltestreifens zur Bildung eine Rastverbindung ausgebildet ist und bei Überschreitung eines Schwellenwertes der Zugkraft des Haltestreifens die Rastverbindung lösbar ist.
-
Im Vergleich zur obigen Ausgestaltung lässt die federelastische Verbindung des Rasthakens ein noch schnelleres und einfacheres Fixieren und Lösen des flächigen Halbzeuges zu. Insbesondere kann der Haltestreifen durch Einführen in das Klemmelement einrasten. Zusätzlich erlaubt diese Ausgestaltung ein Lösen der Rastverbindung ab einem gewissen Schwellenwert der Zugkraft des Haltestreifens. Dies ist insbesondere beim Umformungsprozess des flächigen Halbzeugs von Vorteil, da in diesem Prozessschritt durch das Tiefziehen des flächigen Halbzeugs Zugkräfte auf den Haltestreifen wirken, die die Klemmverbindung lösen können.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen eine Schraube aufweisen, durch die eine Klemmkraft auf den Haltestreifen ausübbar ist.
-
Die in dieser Ausführung beschriebene Schraube kann die Klemmkraft auf Haltestreifen durch Rotation um ihre radiale Achse erhöhen oder reduzieren. Dadurch kann die Klemmkraft auf den Haltestreifen den Gegebenheiten des jeweiligen Prozessschrittes in der Fertigung des Faserverbundbauteils aus einem flächigen Halbzeug angepasst werden.
-
Dabei ist es zweckmäßig, dass die Mittel zum Aufbringen einer variablen Klemm- und/oder Haltekraft auf den Haltestreifen über eine am Klemmelement befestigte Stellschraube einstellbar sind, wobei über die Stellschraube eine Feder be- oder entlastbar ist, damit die Federkraft der Feder erhöhbar oder reduzierbar ist, welche auf den Haltestreifen als Klemmkraft wirkt.
-
Dies ist besonders vorteilhaft, um eine genauere Einstellung der Klemm- und Haltekräfte auf den Haltestreifen zu ermöglichen.
-
Schließlich ist es erfindungsgemäß, dass eine mechanische Sicherung zum schlagartigen Lösen der Fixierung des Haltestreifens vorgesehen ist.
-
Das schlagartige Lösen der Fixierung des Haltestreifens erlaubt ein besonders schnelles Entnehmen des Halbzeugs aus dem Klemmelement. Zudem kann es, beispielsweise bei der Umformung des flächigen Halbzeugs, vorteilhaft sein, den Haltestreifen bei der Umformung in einem Formwerkzeug schlagartig zu lösen, um die der Zugkraft des Haltestreifens beispielsweise beim Tiefziehen des Halbzeugs entgegenwirkenden Klemm- und/oder Haltekräfte in allen Klemmelementen zeitgleich zu annullieren, um ein besseres Umformergebnis zu erreichen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass während der Umformung innerhalb eines Formwerkzeugs die Klemm- und/oder Haltekraft des Klemmelements auf den Haltestreifen mittels der Ausgestaltungen der Erfindung variiert wird.
-
Durch das Variieren der Klemm- und/oder Haltekräfte können je nach Prozessschritt bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen die Gegebenheiten dahingehend verändert werden, um den jeweiligen Prozessschritt zu optimieren. Insbesondere bei dem Prozess der Umformung innerhalb eines Formwerkzeugs kann ein Variieren der der Zugkraft des Haltestreifens entgegenwirkenden Klemm- und oder Haltekraft des Klemmelements auf den Haltestreifen das Ausgangsprodukt verbessern. Beispielsweise kann das Halbzeug bei der Umformung in der Formpresse nachgeführt werden. Dabei wird eine gewisse Klemm- und/oder Haltekraft des Klemmelements auf den Haltestreifen bis zum Ende der Umformung aufrecht zu erhalten.
-
Ein weiterer möglicher Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem die Fixierung des Haltestreifens schlagartig gelöst wird.
-
Dieses schlagartige Lösen der Fixierung ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise ein sicherer Transport und eine stabile Positionierung des Halbwerkzeugs bis kurz vor dem des Umformprozesses durch das Presswerkzeug möglich ist. Insbesondere kann das Verziehen des Halbzeugs durch nicht vollständig oder gleichzeitig annullierte Klemm- und/oder Haltekräfte der Klemmelemente auf die Haltestreifen vermieden werden.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
-
Es zeigen
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
- 2 ein Querschnitt der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
- 3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,
- 4 eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt mit Anwendungsbeispiel,
- 5 eine zusätzliche alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt.
-
Wie aus den 1 bis 5 ersichtlich, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Klemmelement 1, dass mit einem Haltestreifen 2 lösbar fixierbar ist.
-
Aus 1 ist ersichtlich, dass das Klemmelement 1 eine Klemm- und/oder Haltekraft über eine Schraube 3 auf den Haltestreifen 2 ausüben kann. Wie in 2 dargestellt, kann der Haltestreifen 2 Aussparungen 4 aufweisen, in die ein Eingriffsmittel z.B. eine Schraube 3 eingeführt werden kann.
-
Weiterhin ist es möglich, die Klemmkraft des Klemmelements 1 auf den Haltestreifen 2 über eine Stellschraube 5, die eine Feder 6 be- oder entlastet, zu variieren, wie in 3 skizziert. Dabei wirkt die Klemmkraft der Zugkraft des Haltestreifens 9 entgegen.
-
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Klemmelements 1, bei der der Haltestreifen 2 mittels eines Rasthakens 7 in eine Aussparung 4 des Haltestreifens 2 einrastet. Dabei ermöglicht das federelastische Verbindungselement 10 ein Lösen der Verbindung bei Überschreiten eines Schwellenwertes der Zugkraft des Haltestreifens 9, wie in Teil 4B der Abbildung dargestellt.
-
Zusätzlich kann zu der Stellschraube 5 und der Feder 6 eine mechanische Sicherung 8 vorgesehen sein, wie in 5 zu sehen ist. Diese mechanische Sicherung 8 ermöglicht das schlagartige Lösen der Verbindung zwischen Klemmelement 1 und dem Haltestreifen 2.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012010010497 A1 [0011]
- DE 102009016215 A1 [0011, 0013]
- DE 69706651 T2 [0011, 0014]
- DE 102012010497 A1 [0012]
- DE 102013018148 B4 [0016]
