DE102019124535A1

DE102019124535A1 - Werkzeugsatz mit zwei Werkzeugteilen mit integrierter Klemmkavität zum Einsatz in einer Presse zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles, Presse und Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteiles

Info

Publication number: DE102019124535A1
Application number: DE102019124535.4A
Authority: DE
Inventors: Horst Mai; Falko Schmidt; Andreas Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugsatz (10) mit zwei Werkzeugteilen (11, 12) zum Einsatz in einer Presse (1) zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles (50), wobei eines der beiden Werkzeugteile (11, 12) als ein Werkzeugunterteil (12) ausgebildet ist und ein anderes der beiden Werkzeugteile (11, 12) als ein Werkzeugoberteil (11) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Presse (1) mit einem solchen Werkzeugsatz (10) und ein Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteiles (50) mit einer solchen Presse (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugsatz mit zwei Werkzeugteilen mit integrierter Klemmkavität zum Einsatz in einer Presse zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles sowie eine Presse mit einem solchen Werkzeugsatz und ein Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteiles mit einer solchen Presse.
Zum Herstellen von Faserverbundbauteilen ist es bekannt, einstufige und zweistufige Prozesse einzusetzen. Die erste Stufe in einem zweistufigen Prozess besteht in deem sogenannten Preforming eines textilen Halbzeuges. Dabei wird ein flächiges textiles Halbzeug in einen Vorformling mit gekrümmter Oberfläche, die sogenannte Preform, umgeformt. Das textile Halbzeug wird in dieser ersten Stufe typischerweise mittels eines Spannrahmensystems fixiert, mittels dem das textile Halbzeug der Bearbeitung in der nächsten Stufe kontrolliert zugeführt wird. Anschließend wird die Preform beschnitten oder unbeschnitten in ein Presswerkzeug eingelegt, wo es in der zweiten Stufe des zweistufigen Prozesses gepresst wird. Beim Pressen erfolgt vornehmlich keine weitere Umformung des textilen Halbzeuges, sondern im Regelfall nur die Infiltrierung mit einem Matrixmaterial. Das Matrixmaterial enthält typischerweise ein Harz als Füll- und Klebstoff und ein Trennmittel zum leichteren Lösen des gepressten Faserverbundbauteiles von dem Presswerkzeug. Ein solcher zweistufiger Prozess ermöglicht eine gute Stabilisierung des textilen Halbzeuges während des Umformens und damit eine geringe Ausschussquote. Allerdings hat der zweistufige Prozess hohe Investitionskosten für die erforderlichen Vorrichtungen und aufgrund der langen Prozesszeiten hohe Stückkosten zur Folge.
Beim einstufigen Prozess, auch als „One-Shot-Prozess“ bekannt, werden die beiden Stufen des zweistufigen Prozesses, also das Preforming und das Pressen, kombiniert und zusammen in einem Presswerkzeug durchgeführt. Als Hilfsmittel für eine Stabilisierung des textilen Halbzeuges während des Umformens können dabei Greifer verwendet werden. Daher erfordert der einstufige Prozess geringere Investitionskosten und die Faserverbundbauteile können bei diesem Prozess mit geringeren Stückkosten gefertigt werden. Allerdings ist die Ausschussquote bei diesem Prozess aufgrund der relativ schlechten Stabilisierung des textilen Halbzeuges während der Umformung hoch. So kann es infolge mangelnder Stabilisierung zu unerwünschten Defekten, beispielsweise zu einer Falten- und/oder Wellenbildung des textilen Halbzeuges kommen. In dem Faserverbundbauteil bedingen derartige Defekte einen strukturellen Schwachpunkt und sind unter optischen Gesichtspunkten nicht erwünscht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem einstufigen Prozess zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeugsatz, eine Presse und ein Verfahren bereitzustellen, die das Herstellen von Faserverbundbauteilen mit geringen Investitionskosten, geringen Stückkosten und möglichst kleiner Ausschussquote ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Werkzeugsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Presse mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. 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 dem Werkzeugsatz beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Presse und dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Werkzeugsatz mit zwei Werkzeugteilen zum Einsatz in einer Presse zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles, wobei eines der beiden Werkzeugteile als ein Werkzeugunterteil ausgebildet ist und ein anderes der beiden Werkzeugteile als ein Werkzeugoberteil ausgebildet ist, und wobei die beiden Werkzeugteile (a) einen Bauteilbereich aufweisen, in dem Bauteilflächen der beiden Werkzeugteile korrespondierend zueinander gekrümmt sind, um beim Zusammenführen der beiden Werkzeugteile relativ zueinander eine Bauteilkavität zwischen den beiden Werkzeugteilen auszubilden, die der zu pressenden Form des herzustellenden Faserverbundbauteiles entspricht, und (b) einen Klemmbereich aufweisen, der zumindest teilweise umlaufend um den Bauteilbereich herum angeordnet ist und in dem Klemmflächen der beiden Werkzeugteile korrespondierend zueinander gekrümmt sind, um beim Zusammenführen der beiden Werkzeugteile relativ zueinander eine mit der Bauteilkavität verbundene und die Bauteilkavität zumindest teilweise umlaufende Klemmkavität zwischen den beiden Werkzeugteilen auszubilden, wobei die Klemmkavität durch zumindest einen Klemmvorsprung in einem der beiden Werkzeugteile und zumindest eine zu dem Klemmvorsprung korrespondierende Klemmnut in dem anderen der beiden Werkzeugteile gebildet ist, und wobei eine Höhe des zumindest einen Klemmvorsprunges zumindest so groß wie eine größte Höhe der Bauteilfläche in dem Bauteilbereich des Werkzeugteiles mit dem zumindest einen Klemmvorsprung ist.
Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes kann in einem einstufigen Prozess ein Faserverbundbauteil schnell, kostengünstig und mit geringer Ausschussquote hergestellt werden, da das textile Halbzeug in dem Klemmbereich hinreichend fixiert bzw. stabilisiert wird, sodass es im Bauteilbereich geführt gespannt wird. Da die Höhe des Klemmvorsprunges zumindest der größten Höhe der Bauteilfläche in dem Bauteilbereich des Werkzeugteiles, das den Klemmvorsprung aufweist, entspricht, wird zumindest zeitgleich mit dem Pressen des textilen Halbzeuges in dem Bauteilbereich das textile Halbzeug auch in der Klemmkavität geklemmt. Viel mehr noch jedoch wird das textile Halbzeug geklemmt, bevor das textile Halbzeug tatsächlich derart gepresst ist bzw. wird, dass es zu zumindest nennenswerten Defekten kommen kann.
Die Höhe des Klemmvorsprunges ist der kürzeste Abstand von einer der Klemmfläche gegenüberliegenden Referenzlinie des Werkzeugteiles, die insbesondere an der Unterseite des Klemmwerkzeuges anliegt, bis hin zu der Klemmfläche. Die Höhe der Bauteilfläche in dem Bauteilbereich des Werkzeugteiles mit dem Klemmvorsprung ist der kürzeste Abstand von dieser Referenzlinie des Werkzeugteiles bis hin zu der Bauteilfläche. Höhen der Bauteilfläche unterscheiden sich voneinander aufgrund der Krümmung der Bauteilfläche entsprechend der gewünschten Form des Faserverbundbauteiles. Entscheidend ist, dass der Klemmvorsprung zumindest so hoch wie die Bauteilfläche an ihrem höchsten Punkt liegt, damit geklemmt werden kann, bevor es zu zumindest nennenswerten Defekten um diesen höchsten Punkt herum kommen kann. Die größte Höhe der Bauteilfläche ist dabei jene Höhe, die über den gesamten Bauteilbereich bzw. die gesamte Bauteilfläche den größten unter den kürzesten Abständen von der Referenzlinie aufweist.
Die Bauteilflächen und Klemmflächen sind Prozessflächen der Werkzeugteile. Die Bauteilflächen und Klemmflächen können dabei gleiche Oberflächen oder voneinander unterschiedliche Oberflächen aufweisen. Beispielsweise können die Bauteilflächen glatt ausgebildet sein, wohingegen die Klemmflächen aufgeraut sein können. Ferner können die Klemmflächen beispielsweise strukturiert sein. Zum Beispiel können die Klemmflächen Nuten, überkreuzte Nuten, Stachel und/oder Zacken oder dergleichen aufweisen. Dadurch kann das Faserverbundbauteil besonders gut in dem Klemmbereich geklemmt werden. Damit wird zwar eine gewisse strukturelle Beschädigung des Faserverbundbauteiles in Kauf genommen. Diese strukturelle Beschädigung findet jedoch in dem Klemmbereich statt, der im Anschluss an das Pressen ohnehin von dem Bauteilbereich abgetrennt wird und somit nicht in dem hergestellten Faserverbundbauteil enthalten ist.
Der Klemmbereich kann insbesondere überwiegend umlaufend um den Bauteilbereich herum angeordnet sein. Ferner kann der Klemmbereich umlaufend um den Bauteilbereich herum angeordnet sein. Der zumindest eine Klemmvorsprung kann zumindest ein teilweise um den Bauteilbereich herum umlaufender, insbesondere ein überwiegend um den Bauteilbereich herum umlaufender, Klemmvorsprung sein. Der Klemmvorsprung ist dann entsprechend nicht unterbrochen und kann den Bauteilbereich auch vollständig umlaufen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass die Höhe des zumindest einen Klemmvorsprunges in einem Bereich von 105 % bis 150 %, insbesondere von 110 % bis 140 %, der größten Höhe der Bauteilfläche in dem Bauteilbereich des Werkzeugteiles mit dem Klemmvorsprung liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Höhe des Klemmvorsprunges 5 mm bis 100 mm, insbesondere 10 mm bis 50 mm, höher als die größte Höhe der Bauteilfläche in dem Bauteilbereich des Werkzeugteiles mit dem Klemmvorsprung sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Klemmung vor der Pressung stattfindet und dass der Bauteilbereich des textilen Halbzeuges durch die Klemmung nicht beschädigt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass der Klemmvorsprung eine erste Schenkelfläche, die an die Bauteilkavität angrenzt, eine Plateaufläche, die an die erste Schenkelfläche angrenzt, und eine zweite Schenkelfläche, die an die Plateaufläche angrenzt und gegenüber von der ersten Schenkelfläche angeordnet ist, aufweist. Insbesondere kann die erste Schenkelfläche nahtlos an der Bauteilkavität bzw. der Bauteilfläche des Werkzeugteiles mit dem Klemmvorsprung ansetzen. Die Klemmnut kann korrespondierend zu dem Klemmvorsprung entsprechend ebenfalls eine erste Schenkelfläche, die an die Bauteilkavität angrenzt, eine Plateaufläche, die an die erste Schenkelfläche angrenzt, und eine zweite Schenkelfläche, die an die Plateaufläche angrenzt und gegenüber von der ersten Schenkelfläche angeordnet ist, aufweisen. Nach dem Zusammenführen der Werkzeugteile bzw. beim Pressen liegen dann jeweils die ersten Schenkelflächen, die Plateauflächen und die zweiten Schenkelflächen einander gegenüber. Die Plateauflächen können ihrerseits gekrümmt oder gerade sein.
Gemäß einer dabei bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass eine Höhe der zweiten Schenkelfläche größer als eine Höhe der ersten Schenkelfläche in dem Werkzeugteil ist. Insbesondere kann die Höhe der zweiten Schenkelfläche zumindest das 1,5-fache, ganz besonders zumindest das 2-fache der Höhe der ersten Schenkelfläche betragen. Dadurch kann das textile Halbzeug besonders gut entlang der zweiten Schenkelfläche gespannt werden, wodurch die Klemmung verbessert wird. Die erste Schenkelfläche kann zumindest eine Höhe von 10 mm, insbesondere von zumindest 20 mm und ferner insbesondere von zumindest 30 mm gegenüber der angrenzenden Bauteilfläche aufweisen. Die Plateaufläche kann sich zumindest um 10 mm, insbesondere um zumindest 20 mm und ferner insbesondere um zumindest 30 mm zwischen der ersten Schenkelfläche und der zweiten Schenkelfläche erstrecken.
Gemäß einer ferner bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass die erste Schenkelfläche und die zweite Schenkelfläche gegenüber der Plateaufläche in einander entgegengesetzte Richtungen geneigt sind. Dadurch erhält der Klemmvorsprung eine Trapezform, die eine besonders gute Klemmung ermöglicht und die Bildung von Falten in dem Faserverbundbauteil reduziert.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass die erste Schenkelfläche in einem ersten Winkel im Bereich zwischen 90° und 110°, insbesondere zwischen 91° und 105° und ferner insbesondere zwischen 93° und 100°, zu der Plateaufläche angeordnet ist und/oder die zweite Schenkelfläche in einem zweiten Winkel im Bereich zwischen 90 ° und 110°, insbesondere zwischen 91° und 105° und ferner insbesondere zwischen 93° und 100°, zu der Plateaufläche angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die erste Schenkelfläche in einem Winkel von 0° bis 20°, insbesondere 1° bis 15°, ferner insbesondere 3 ° bis 10° und/oder die zweite Schenkelfläche in einem Winkel von 0° bis 20°, insbesondere 1° bis 15°, ferner insbesondere 3 ° bis 10 ° zu einer Senkrechten des Werkzeugteiles bzw. einer Feldlinie der Gravitation angeordnet sein. Auch dadurch wird die Klemmung verbessert.
Gemäß einer zudem bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass an zumindest einem der Werkzeugteile eine Dichtung im Klemmbereich angeordnet ist. Die Dichtung kann ein Auslaufen von Matrixmaterial aus der Klemmkavität vermeiden.
Gemäß einer außerdem bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass die Klemmkavität eine rechteckige Form mit laschenförmigen Ausformungen an den Ecken der rechteckigen Form aufweist. Entsprechend kann auch der Klemmvorsprung rechteckig mit laschenförmigen Ausnehmungen ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine geometrisch günstige umlaufende Klemmung des textilen Halbzeuges. Die laschenförmigen Ausformungen ermöglichen ein Auslaufen des textilen Halbzeuges und des Matrixmaterials an den Ecken der Klemmkavität.
Gemäß einer ferner bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass der Klemmbereich der beiden Werkzeugteile als ein separater Klemmrahmen ausgebildet ist, der mit dem Bauteilbereich der Werkzeugteile form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt ist. Entsprechend werden die Werkzeugteile durch den separaten Klemmrahmen und ein davon separates oberes Presswerkzeugteil und ein separates unteres Presswerkzeugteil gebildet. Der Klemmrahmen kann wiederum durch einen oberen Klemmaufsatz und einen unteren Klemmaufsatz gebildet sein. Entsprechend können die Presswerkzeugteile einstückig und die Klemmaufsätze einstückig ausgebildet sein. Dadurch können bereits vorhandene Werkzeugteile bzw. Presswerkzeugteile genutzt werden, deren Bauteilflächen entsprechend der gewünschten Form des Faserverbundbauteiles gekrümmt sind, und um den Klemmrahmen bzw. die Klemmaufsätze ergänzt werden. Der Klemmrahmen kann insbesondere die Werkzeugteile umgeben bzw. aufnehmen. Es ist alternativ möglich, dass die Werkzeugteile einstückig oder monolithisch mit ihren Bauteilbereichen und Klemmbereichen hergestellt sind. Gegenüber einstückigen Werkzeugteilen mit Bauteilbereich und Klemmbereich hat der Einsatz des den Klemmbereich aufweisenden Klemmrahmens jedoch den Vorteil, dass bereits vorhandene Werkzeugteile kostengünstig erweitert werden können. Die Klemmkavität des Klemmrahmens schließt auch in diesem Falle der separaten Ausgestaltung von Bauteilbereich und Klemmbereich nahtlos an die Bauteilkavität an, wenn die Werkzeugteile mit dem Klemmrahmen gekoppelt sind.
Gemäß einer darüber hinaus bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Werkzeugsatz vorgesehen sein, dass zumindest eines der Werkzeugteile im Bauteilbereich eine aus seiner Bauteilfläche führende Öffnung zum Ausbringen von Matrixmaterial aufweist. Die Öffnung kann Teil einer Sprühdüse innerhalb des Werkzeugteiles sein. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein Harz aufweisen. Ferner kann das Matrixmaterial ein Trennmittel aufweisen. Durch das Matrixmaterial kann das textile Halbzeug nassgepresst werden. Alternativ ist es möglich, das Matrixmaterial mittels eines separaten Sprühkopfes oder dergleichen auf dem textilen Halbzeug oder einem der Werkzeugteile aufzubringen. Ferner alternativ ist es möglich, das textile Halbzeug als Prepreg bereitzustellen, sodass es mit dem Matrixmaterial vorimprägniert ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugsatz, wobei die Presse einen Antrieb zum Zusammenführen der beiden Werkzeugteile relativ aufeinander zu aufweist. Der Antrieb kann insbesondere ein Linearantrieb sein. Der Linearantrieb kann beispielsweise einen Hydraulikzylinder aufweisen. Die Presse kann ferner Werkzeugaufnahmen für den Werkzeugsatz aufweisen. Die Werkzeugaufnahmen können mit dem Antrieb antriebstechnisch gekoppelt sein.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles mit einer erfindungsgemäßen Presse, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Anordnen eines textilen Halbzeuges zwischen den beiden Werkzeugteilen, (b) Zusammenführen der beiden Werkzeugteile relativ aufeinander zu mittels der Presse und dadurch (i) zumindest teilweise umlaufendes Klemmen des textilen Halbzeuges innerhalb der Klemmkavität, und (ii) Pressen des textilen Halbzeuges innerhalb der Bauteilkavität, wobei das textile Halbzeug in der Klemmkavität zumindest teilweise umlaufend geklemmt wird, bevor das textile Halbzeug gepresst ist, sowie (c) Abtrennen des Klemmbereiches von dem Bauteilbereich des textilen Halbzeuges, um den Bauteilbereich des textilen Halbzeuges als das Faserverbundbauteil zu erhalten.
Dass das textile Halbzeug in der Klemmkavität umlaufend geklemmt wird, bevor das textile Halbzeug gepresst ist meint, dass das Klemmen jedenfalls abgeschlossen ist, bevor das textile Halbzeug endgültig gepresst ist. Mit anderen Worten findet nach dem Klemmen noch ein Pressen des textilen Halbzeuges statt. Es ist also möglich, dass schon während des Klemmens gepresst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das textile Halbzeug in der Klemmkavität umlaufend geklemmt wird, bevor das textile Halbzeug gepresst wird. Dann setzt das Klemmen vor dem Pressen ein. Ferner insbesondere kann vorgesehen sein, dass das textile Halbzeug in der Klemmkavität umlaufend geklemmt ist, bevor das textile Halbzeug gepresst wird.
Insbesondere handelt es sich beim Pressen um ein Nasspressen. Entsprechend kann in einem weiteren Schritt Matrixmaterial auf eines der Werkzeugteile oder das textile Halbzeug aufgetragen werden. Das Matrixmaterial kann beispielsweise aus Öffnungen in einem der Werkzeugteile ausgebracht werden. Das Auftragen des Matrixmaterials kann insbesondere vor dem Anordnen des textilen Halbzeuges zwischen den Werkzeugteilen und vor dem Zusammenführen der beiden Werkzeugteile erfolgen, sodass das Matrixmaterial mit gepresst wird.
Ferner kann zumindest eines der Werkzeugteile beheizt werden. Hierzu kann die Presse eine Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines der Werkzeugteile aufweisen. Mittels des Beheizens des zumindest eines Werkzeugteiles kann das Aushärten des Harzes beschleunigt werden.
Bei der beschriebenen Presse und bei dem beschrieben Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Werkzeugsatz gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes, einer erfindungsgemäßen Presse und eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer perspektivischen Ansicht ein in einem einstufigen Prozess gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Faserverbundbauteil,
2 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes, und
3 in einer perspektivischen Ansicht ein mit dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes aus 2 hergestelltes Faserverbundbauteil mit der Form aus 1.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein in einem einstufigen Prozess gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Faserverbundbauteil 50 gezeigt. Das Faserverbundbauteil 50 ist vorliegend als eine Frontklappe eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Das gezeigte Faserverbundbauteil 50 weist einen Bauteilbereich 20 mit der gekrümmten Bauteilfläche der Frontklappe sowie einen überschüssigen Bereich 30 auf, der von dem Bauteilbereich 20 abzutrennen ist. In dem Bauteilbereich 20 befinden sich mehrere Bereiche mit Defekten 51, 51.2, 51.3, 51.4, die als Wellungen des Faserverbundmaterials vorliegen und während des Pressens des textilen Halbzeuges gebildet wurden. Diese Wellungen sind das Ergebnis einer mangelnden Stabilisierung des textilen Halbzeuges bei der Herstellung in dem einstufigen Prozess.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes 10 mit zwei Werkzeugteilen 11, 12. Die Werkzeugteile 11, 12 können in einer Presse 1 aufgenommen sein, die hier nur angedeutet ist. Das Werkzeugteil 11 ist ein Werkzeugoberteil 11 und das Werkzeugteil 12 ist ein Werkzeugunterteil 12. Vorliegend wird das Werkzeugoberteil 11 durch ein oberes Presswerkzeugteil 13 und einen darauf aufgesetzten Klemmaufsatz 15 eines Klemmrahmens gebildet. Das Werkzeugunterteil 11 wird durch ein unteres Presswerkzeugteil 14 und einen darauf aufgesetzten Klemmaufsatz 16 des Klemmrahmens gebildet. Alternativ können die Werkzeugteile 11, 12 jeweils einstückig ausgebildet sein.
In 2 sind die Werkzeugteile 11, 12 in einem zusammengeführten Zustand gezeigt. Dadurch wird in einem Bauteilbereich 20 der Werkzeugteile 11, 12 eine Bauteilkavität 21 zwischen einer unteren Bauteilfläche 21a des Werkzeugunterteiles 12 und einer oberen Bauteilfläche 21b des Werkzeugoberteiles 11 gebildet. Die Bauteilflächen 21a, 21b sind Prozessflächen, zwischen denen ein textiles Halbzeug (hier nicht gezeigt), das zwischen diesen angeordnet wird, gepresst wird. Vorliegend ist der Bauteilbereich 20 in dem oberen Presswerkzeugteil 13 und dem unteren Presswerkzeugteil 14 ausgebildet.
In einem Klemmbereich 30, der vorliegend in den Klemmaufsätzen 15, 16 ausgebildet ist, wird eine Klemmkavität 31 zwischen den beiden Klemmaufsätzen 15, 16 ausgebildet. Die Klemmkavität 31 befindet sich zwischen einer oberen Klemmfläche 31b des oberen Klemmaufsatzes 15 und einer unteren Klemmfläche 31a des unteren Klemmaufsatzes 16. Auch die Klemmflächen 31a, 31b sind Prozessflächen. Anders als die Bauteilflächen 21a, 21b können die Klemmflächen 31a, 31b jedoch strukturiert, aufgeraut oder dergleichen sein, um eine verbesserte Klemmwirkung zu erzielen.
Die Krümmungen der Bauteilflächen 21a, 21b verlaufen zur Erzeugung der Bauteilkavität 21 dergestalt, dass diese der gewünschten Form des herzustellenden Faserverbundbauteiles entsprechen. Die Krümmungen der Klemmflächen 31a, 31b verlaufenden zur Erzeugung der Klemmkavität 31 hingegen dergestalt, dass eine Klemmung des textilen Halbzeuges erfolgt, bevor das textile Halbzeug in der Bauteilkavität 21 bzw. in dem Bauteilbereich 20 gepresst ist. Dazu weist die Klemmkavität 31 einen Klemmvorsprung 37 und eine Klemmnut 38 auf, die beim Zusammenführen der Werkzeugteile 11, 12 ineinandergreifen. Der Klemmvorsprung 37 ist durch eine erste Schenkelfläche 32, eine Plateaufläche 33 und eine zweite Schenkelfläche 34 gebildet. Die erste Schenkelfläche 32 setzt an der unteren Bauteilfläche 21a an. Die Klemmnut 38 ist analog zu dem Klemmvorsprung 37 aufgebaut und setzt an der oberen Bauteilfläche 21b an. Die erste Schenkelfläche 32 und die zweite Schenkelfläche 34 sind jeweils unter einem ersten Winkel α und einem zweiten Winkel β mit der Plateaufläche 33 verbunden, die vorliegend 95° betragen. In einem äußeren Bereich der Klemmkavität 21 ist zudem eine Dichtung 40 angeordnet.
Der Klemmvorsprung 37 weist eine Höhe H₃₇ auf, die etwas höher als eine größte Höhe der unteren Bauteilfläche 21a ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Klemmen bereits vor dem Pressen des textilen Halbzeuges einsetzt. Das Ergebnis dieser Maßnahme ist in 3 gezeigt.
In 3 ist in einer perspektivischen Ansicht ein mit dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugsatzes aus 2 hergestelltes Faserverbundbauteil mit der Form aus 1 gezeigt. Das Faserverbundbauteil 50 weist den Bauteilbereich 20 sowie den umlaufenden Klemmbereich 30 auf, der von dem Bauteilbereich 20 abzutrennen ist. Zu sehen ist anhand des Klemmbereiches 30 an dem Faserverbundbauteil 50, dass der Klemmbereich 30 der Werkzeugteile 11, 12 einen um den Bauteilbereich 20 umlaufenden Klemmvorsprung 37 und eine umlaufende Klemmnut 38 aufweist. Dementsprechend ergibt sich eine rechteckige Form des Klemmvorsprunges 37 und entsprechend ein derartiger rechteckiger Rahmen mit vier Rahmenteilen 31, 31.2, 31.3, 31.4 der Klemmkavität 31 mit laschenförmigen Ausformungen 36, 36.2, 36.3, 36.4 an den Ecken des Rahmens. Das textile Halbzeug wurde bei dem Pressen durch diesen erhöhten Rahmen stabilisiert und somit sind keine oder nur marginale Bereiche mit Defekten in dem Bauteilbereich 20 des Faserverbundbauteiles 50 enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Presse
10: Werkzeugsatz
11: Werkzeugteil, Werkzeugoberteil
12: Werkzeugteil, Werkzeugunterteil
13: oberes Presswerkzeugteil
14: unteres Presswerkzeugteil
15: oberer Klemmaufsatz
16: unterer Klemmaufsatz
20: Bauteilbereich
21: Bauteilkavität
21a: untere Bauteilfläche
21b: obere Bauteilfläche
30: Klemmbereich
31: Klemmkavität
31a: untere Klemmfläche
31b: obere Klemmfläche
32: erste Schenkelfläche
33: Plateaufläche
34: zweite Schenkelfläche
36: laschenfömige Ausformung
37: Klemmvorsprung
38: Klemmnut
40: Dichtung
50: Faserverbundbauteil
51: Bereiche mit Defekten
α: erster Winkel
β: zweiter Winkel
H: Höhe

Claims

Werkzeugsatz (10) mit zwei Werkzeugteilen (11, 12) zum Einsatz in einer Presse (1) zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles (50), wobei eines der beiden Werkzeugteile (11, 12) als ein Werkzeugunterteil (12) ausgebildet ist und ein anderes der beiden Werkzeugteile (11, 12) als ein Werkzeugoberteil (11) ausgebildet ist, und wobei die beiden Werkzeugteile (11, 12) (a) einen Bauteilbereich (20) aufweisen, in dem Bauteilflächen (21a, 21b) der beiden Werkzeugteile (11, 12) korrespondierend zueinander gekrümmt sind, um beim Zusammenführen der beiden Werkzeugteile (11, 12) relativ zueinander eine Bauteilkavität (21) zwischen den beiden Werkzeugteilen (11, 12) auszubilden, die der zu pressenden Form des herzustellenden Faserverbundbauteiles (50) entspricht, und (b) einen Klemmbereich (30) aufweisen, der zumindest teilweise umlaufend um den Bauteilbereich (20) herum angeordnet ist und in dem Klemmflächen (31a, 31b) der beiden Werkzeugteile (11, 12) korrespondierend zueinander gekrümmt sind, um beim Zusammenführen der beiden Werkzeugteile (11, 12) relativ zueinander eine mit der Bauteilkavität (21) verbundene und die Bauteilkavität (21) zumindest teilweise umlaufende Klemmkavität (31) zwischen den beiden Werkzeugteilen (11, 12) auszubilden, wobei die Klemmkavität (31) durch zumindest einen Klemmvorsprung (37) in einem der beiden Werkzeugteile (11, 12) und zumindest eine zu dem Klemmvorsprung (37) korrespondierende Klemmnut (38) in dem anderen der beiden Werkzeugteile (11, 12) gebildet ist, und wobei eine Höhe (H₃₇) des zumindest einen Klemmvorsprunges (37) zumindest so groß wie eine größte Höhe (H_21a) der Bauteilfläche (21a) in dem Bauteilbereich (20) des Werkzeugteiles (12) mit dem zumindest einen Klemmvorsprung (37) ist.
Werkzeugsatz (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H₃₇) des zumindest einen Klemmvorsprunges (37) in einem Bereich von 105 % bis 150 % der größten Höhe (H_21a) der Bauteilfläche (21a) in dem Bauteilbereich (20) des Werkzeugteiles (12) mit dem Klemmvorsprung (37) liegt.
Werkzeugsatz (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Klemmvorsprung (37) eine erste Schenkelfläche (32), die an die Bauteilkavität (21) angrenzt, eine Plateaufläche (33), die an die erste Schenkelfläche (32) angrenzt, und eine zweite Schenkelfläche (34), die an die Plateaufläche (33) angrenzt und gegenüber von der ersten Schenkelfläche (32) angeordnet ist, aufweist.
Werkzeugsatz (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe der zweiten Schenkelfläche (34) größer als eine Höhe der ersten Schenkelfläche (32) in dem Werkzeugteil (12) ist.
Werkzeugsatz (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schenkelfläche (32) und die zweite Schenkelfläche (34) gegenüber der Plateaufläche (34) in einander entgegengesetzte Richtungen geneigt sind.
Werkzeugsatz (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schenkelfläche (32) in einem ersten Winkel im Bereich zwischen 90° und 110° zu der Plateaufläche (33) angeordnet ist und/oder die zweite Schenkelfläche (34) in einem zweiten Winkel im Bereich zwischen 90° und 110 ° zu der Plateaufläche (33) angeordnet ist.
Werkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Werkzeugteile (11, 12) eine Dichtung (40) im Klemmbereich (30) angeordnet ist.
Werkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Klemmkavität (31) eine rechteckige Form mit laschenförmigen Ausformungen (36) an den Ecken der Klemmkavität (31) aufweist.
Werkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (30) der beiden Werkzeugteile (11, 12) als ein separater Klemmrahmen (15, 16) ausgebildet ist, der mit dem Bauteilbereich (20) der Werkzeugteile (11, 12) form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt ist.
Werkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Werkzeugteile (11, 12) im Bauteilbereich (20) eine aus seiner Bauteilfläche (21a, 21b) führende Öffnung zum Ausbringen von Matrixmaterial aufweist.
Presse (1) mit einem Werkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Presse (1) einen Antrieb zum Zusammenführen der beiden Werkzeugteile (11, 12) relativ aufeinander zu aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles (50) mit einer Presse (1) nach Anspruch 11, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Anordnen eines textilen Halbzeuges zwischen den beiden Werkzeugteilen (11, 12), (b) Zusammenführen der beiden Werkzeugteile (11, 12) mittels der Presse (1) relativ aufeinander zu und dadurch (i) zumindest teilweises umlaufendes Klemmen des textilen Halbzeuges innerhalb der Klemmkavität (31), und (ii) Pressen des textilen Halbzeuges innerhalb der Bauteilkavität (21), wobei das textile Halbzeug in der Klemmkavität (31) zumindest teilweise umlaufend geklemmt wird, bevor das textile Halbzeug in der Bauteilkavität (21) gepresst ist, sowie (c) Abtrennen des Klemmbereiches (30) von dem Bauteilbereich (20) des textilen Halbzeuges, um den Bauteilbereich (20) des textilen Halbzeuges als das Faserverbundbauteil (50) zu erhalten.