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Technisches Feld
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Werkzeuge und Verfahren zum Formen eines Bauteils, insbesondere eines Faserverbundbauteils.
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Hintergrund
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DE 10 2012 217 373 A1 offenbart eine Pressvorrichtung zum Erzeugen von Faserverbundbauteilen mit einer ersten und einer relativ hierzu beweglichen zweiten Werkzeughälfte bereitgestellt, wobei die beiden Werkzeughälften in geschlossenem Zustand der Pressvorrichtung zwischen den beiden Werkzeughälften einen formgebenden Zwischenraum zur Aufnahme und flächigen Druckbeaufschlagung eines zu pressenden Faserhalbzeugs definieren.
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DE 10 2011 012 500 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffes, die ein Oberwerkzeug, ein Unterwerkzeug sowie einen Spannrahmen aufweist. Dabei ist das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug mindestens zweiteilig ausgebildet ist und die einzelnen Teile separat voneinander bewegbar sind.
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EP 2 580 038 B1 offenbart ein Umformwerkzeug zum Herstellen eines mehrdimensional profilierten Vorformlings aus einem Faserverbundmaterial, mit einem oberen und einem unteren das Faserverbundmaterial beim Schließen der Werkzeugteile reibschlüssig nachführbar fixierenden Spannrahmen.
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Sicken, die durch eine Bewegung in eine Nut ein dazwischen geführtes Material verformen, werden üblicherweise verwendet, um einen Materialfluss während eines Ziehvorgangs oder Pressvorgangs zu steuern. Diese Sicken werden auch Ziehsicken genannt. Sie sollen eine Ausformung des Bauteils ohne Risse und Falten sicherstellen. Oftmals werden Ziehsicken zum Bearbeiten von Blechen im Automobilbau eingesetzt. Um ein optimal gezogenes Bauteil mit minimalem Materialverbrauch zu erhalten, ist es bekannt die Position der Ziehsicke anzupassen. Allerdings ist eine Anpassung einer Position einer Ziehsicke nicht immer ausreichend um ein anforderungsgemäß gezogen oder geformtes Bauteil zu erhalten. Weitere Probleme ergeben sich, wenn Bauteile in Sandwichbauweise geformt werden sollen. Interne Versuche haben ergeben, dass insbesondere weiche Kerne eines mehrlagigen Bauteils ungewünscht verformt werden können, wenn durch die Sicke zu viel Kraft aufgebracht wird.
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Beschreibung
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Demgegenüber ergibt sich die Aufgabe eine Wirkung einer Ziehsicke zu verbessern.
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Dieses Problem wird durch die Erfindung gelöst, welche durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche definiert ist. Die abhängigen Ansprüche betreffen entsprechende Weiterbildungen. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte und Ausführungsformen dieser Aspekte offenbart, die zusätzliche Merkmale und Vorteile bereitstellen.
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Einige Ausführungsformen lösen folgendes spezielles Problem. Während einer Verpressung eines CFK-Bauteils, welches einen weichen Schaumkern aus Polypropylen aufweist, treten ungewünschte Verformungen des Schaumkerns und damit des gesamten Bauteils auf. Die Verformung wird durch zu große mechanische Spannungen ausgelöst, welche durch eine herkömmliche Sicke-Nut-Vorrichtung aufgebracht werden, die eigentlich dazu eingerichtet ist, die CFK-Fasern während des Verpressens vor einem Einlaufen und einer dadurch verursachten Faltenbildung zu bewahren. Allerdings variiert die durch die Ziehsicke generierte mechanische Spannung entlang der Sicke bzw. entlang einer Längsdimension des Bauteils, da dieses in seiner Endform eine gekrümmte Oberfläche aufweist und somit entlang der Längsdimension ein unterschiedlich hoher Materialbedarf vorherrscht. Die gekrümmte Oberfläche kann beispielsweise durch eine gewünschte Krümmung des Gesamtbauteils begründet sein, oder durch Senken und/oder Wölbungen innerhalb des Bauteils. Letztere können insbesondere durch Kalotten im formgebenden Abschnitt des Werkzeugs erzeugt werden. An den Stellen, wo der Materialbedarf am größten ist, ist die durch eine normale Sicke-Nut-Vorrichtung erzeugte Spannung so groß, dass der Sandwichkern durch die Spannung im Fasermaterial eingedrückt wird. Das Problem lässt sich nicht durch Verzicht auf eine Sicke in diesem Bereich lösen. Dann kommt es zu unerwünschter Faltenbildung, insbesondere in den Bereichen mit geringem Materialbedarf. Um das Problem des eingedrückten Sandwichkerns zu lösen, wird in Bereichen mit großem Materialbedarf eine Ziehsicke eingesetzt, welche eine unterschiedliche mechanische Spannung in CFK-Fasern vorgeben kann. Dies wird durch einen Hinterschnitt in der Sicke und eine entsprechend nach innen gewölbte Nutseitenwand erreicht. Dadurch wird eine Spaltbreite zwischen Sicke und Nut so vorgegeben, dass beim Einfahren der Sicke in die Nut zunächst durch eine geringe Spaltbreite eine mechanische Spannung auf die CFK-Fasern erzeugt wird. Sobald allerdings die gewölbte Seitenwand der Nut auf den Hinterschnitt der Sicke trifft, vergrößert sich die Spaltbreite zwischen Sicke und Nut und die auf die CFK-Fasern aufgebrachten Reibungskräfte verringern sich oder entfallen ganz, so dass das Material sich entspannen kann.
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Ein erster Aspekt betrifft ein Werkzeug zum Formen eines Bauteils, insbesondere eines Faserverbundbauteils, umfassend ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil, welche dazu eingerichtet sind, sich relativ zueinander zu bewegen und über jeweils einen formgebenden Abschnitt ein zwischen den Werkzeugteilen angeordnetes Material zu verformen;
wobei einer der Werkzeugteile eine Sicke umfasst, welche dazu eingerichtet ist, sich in eine Nut des anderen Werkzeugteils zu bewegen und dabei, insbesondere in Verbindung mit den formgebenden Abschnitten, eine mechanische Spannung in dem Material zu erzeugen,
wobei die Sicke und die Nut dazu eingerichtet sind, die mechanische Spannung mit abnehmender Distanz zwischen den beiden Werkzeugteilen zunächst zu erhöhen und danach zu verringern.
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Das Formen kann insbesondere ein Tiefziehen umfassen. Insbesondere kann ein Formen ein Zugdruckumformen eines Materials, insbesondere eines Blechzuschnitts, umfassen. Ein Material kann zusätzlich oder alternativ eine Folie, eine Platte, eine Tafel oder eine Platine umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Formen ein Formen eines Kunststoffes betreffen. Insbesondere kann ein Kunststoff einen faserigen Kunststoff umfassen. Insbesondere kann ein Kunststoff ein Faserverbundwerkstoff umfassen, beispielsweise einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff („CFK“). Insbesondere kann ein Bauteil durch Verpressen einer Kunststoff-Matrix mit einem Harz, insbesondere einem Epoxidharz, geformt werden. Ein Material kann insbesondere verschiedene Materialien, insbesondere verschiedene Materiallagen umfassen. Insbesondere kann ein Material verschiedene Materialien umfassen, die für eine Sandwichbauweise geformt werden. Dabei können Materialien aus verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenen Eigenschaften in Schichten zu einem Bauteil oder Halbzeug geformt werden.
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Insbesondere kann ein innenliegendes Material, welches auch als Kern bezeichnet werden kann, ein Vollmaterial, beispielsweise Polyethylen oder Balsaholz umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Material insbesondere ein Kern, Papier, Pappe, Holz, Metall, und/oder Kunststoff umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Material, insbesondere ein Kern, ein Schaumstoff umfassen, beispielsweise Hartschaum und/oder Metallschaum. Zusätzlich oder alternativ kann ein Material, insbesondere ein Kern, ein Dämmmaterial umfassen, beispielsweise Hartschaum und/oder Mineralwolle.
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Eine Relativbewegung der beiden Werkzeugteile zueinander kann insbesondere eine Bewegung der Werkzeugteile aufeinander umfassen. Zusätzlich kann eine relative Bewegung auch eine Scheerbewegung der Werkzeugteile umfassen, insbesondere können sich die Werkzeugteile während des Formprozesses schräg aufeinander zubewegen und/oder schräg voneinander entfernen.
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Ein formgebender Abschnitt des Werkzeugs kann insbesondere ein Abschnitt des Werkzeugs sein, indem das Bauteil eine Form erhält. Zusätzlich oder alternativ kann ein formgebender Abschnitt ein Abschnitt des Werkzeugs sein, welcher einen Teil eines Materials, welches im Werkzeug angeordnet ist zu einer zumindest vorläufigen Form verarbeitet wird. Insbesondere kann ein Material zwischen den Werkzeugteilen angeordnet und zwischen einer Sicke und einer entsprechenden Nut geführt werden, so dass es zwischen dem formgebenden Abschnitt und der Sicke-Nut-Einrichtung verspannt werden kann. Insbesondere kann das Material vom formgebenden Abschnitt des Werkzeugs zu der Sicke-Nut-Einrichtung und danach zu einer Materialquelle geführt sein. Eine solche Materialquelle kann insbesondere eine Blechrolle sein, aus welcher das Werkstück geformt wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine solche Materialquelle auch eine Faserrolle sein, welche dem Werkzeug ein Fasermaterial zuführt, welche in dem formgebenden Abschnitt verpresst werden soll. Zusätzlich oder alternativ kann ein faserartiges Material vor dem Verpressen drapiert werden, sodass dies auch zwischen der Sicke und der Nut angeordnet ist.
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Die Werkzeugteile können insbesondere ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, insbesondere einer Tiefziehmaschine und/oder einer Presse, umfassen. Die Sicke und/oder die Nut können insbesondere jeweils an einem der Werkzeugteile angeordnet sein, beispielsweise kann die Sicke an einem Unterwerkzeug angeordnet sein und die Nut kann an einem Oberwerkzeug angeordnet sein. Dadurch kann das Sicke-Nut-System geschlossen werden, wenn das Werkzeug das Material verpresst. Die mechanische Spannung kann insbesondere zwischen dem formgebenden Abschnitt des Werkzeugs und der Sicke-Nut-Einrichtung erzeugt werden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Sicke-Nut-System das Material auf einer Seite hält und auf der anderen Seite das Material durch den formgebenden Abschnitt bzw. in dem formgebenden Abschnitt gehalten wird. Beispielsweise kann das Material durch Reibkräfte in dem formgebenden Abschnitt gehalten werden, wenn die Werkzeugteile das Material verpressen. Insbesondere kann das Material durch die Werkzeugteile unterschiedlich verpresst werden. Insbesondere kann ein Teil des formgebenden Abschnitts gebogen sein und/oder eine oder mehrere Kalotten aufweisen, durch die das Bauteil eine unebene Form erhält. Da eine Materialzuführung durch das Sicke-Nut-System verhindert wird, stellt sich eine mechanische Spannung in dem Material zwischen formgebenden Abschnitt und dem Sicke-Nut-System ein.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei ein Spalt zwischen Sicke und Nut unterschiedliche Breiten aufweist.
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Der Spalt zwischen Sicke und Nut betrifft insbesondere einen Spalt in einer definierten Höhe der Sicke, wenn diese sich in die Nut bewegt. Zusätzlich oder alternativ kann der Spalt an einer vorgegebenen Höhe der Nut definiert werden, wenn diese sich in die Sicke bewegt. Zusätzlich oder alternativ können verschiedene Spaltbreiten identifiziert werden, wenn Sicke und Nut ineinander angeordnet sind und sich nicht näher zueinander bewegen können, beispielsweise in einem Endpresszustand des Werkzeugs. Durch die unterschiedlichen Spaltbreiten zwischen Sicke und Nut kann insbesondere eine unterschiedliche Reibungskraft durch das Sicke-Nut-System auf das dazwischen angeordnete Material ausgeübt werden. Insbesondere so dass dieses sich an dem Punkt, an dem es zwischen Sicke und Nut eingeklemmt ist, je nach Spalt mehr oder weniger zum formgebenden Abschnitt des Werkzeugs bewegen kann.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke einen Hinterschnitt und die Nut eine innere Wölbung in der zum Hinterschnitt zugewendeten Seite der Nut aufweist.
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Insbesondere ist durch einen Hinterschnitt in der Sicke und einer Wölbung in der Nut eine Spaltbreite zwischen Sicke und Nut beim Einlaufen der Sicke in die Nut zunächst gering. Sobald die innere Wölbung der Nut jedoch den Hinterschnitt in der Sicke erreicht, vergrößert sich die Spaltbreite zwischen Sicke und Nut. Dadurch verringert sich eine Reibungskraft die durch die Sicke und die Nut auf das dazwischenliegende Material aufgebracht werden kann. Die Verminderung der Reibungskraft ermöglicht insbesondere ein Durchrutschen des Materials. Dadurch wird die mechanische Spannung, welche sich zuvor in dem Material zwischen dem formgebenden Abschnitt und der Sicke eingestellt hat, wieder verringert. Durch den Hinterschnitt in der Sicke bzw. die Wölbung in der Nut, kann der Spalt auch so groß eingestellt werden, dass gar keine Reibungskräfte mehr auf das Material ausgeübt werden, wenn die Wölbung der Nut den Hinterschnitt der Sicke beim Einfahren der Sicke in die Nut erreicht. Dadurch kann die mechanische Spannung, welche sich zuvor in dem Material aufgebaut hat, ruckartig gelöst werden.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei ein Übergang zwischen unterschiedlichen Spaltbreiten kontinuierlich erfolgt.
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Insbesondere kann ein Übergang zwischen einer kleinen Spaltbreite und einer größeren Spaltbreite zwischen Sicke und Nut dadurch erreicht werden, dass der Hinterschnitt in der Sicke einen allmählichen Übergang zwischen dem Beginn des Hinterschnitts und dessen tiefster Stelle, beispielsweise durch eine Schräge oder einen tangensförmigen Verlauf, umfasst.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Übergang zwischen einer kleinen Spaltbreite und einer größeren Spaltbreite zwischen Sicke und Nut dadurch erreicht werden, dass die Wölbung in der Nut einen allmählichen Übergang zwischen dem Beginn der Wölbung und deren tiefster Stelle, beispielsweise durch eine Schräge oder einen tangensförmigen Verlauf, umfasst.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei ein Übergang zwischen unterschiedlichen Spaltbreiten diskontinuierlich erfolgt.
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Insbesondere kann ein diskontinuierlicher Übergang zwischen einer kleinen Spaltbreite und einer größeren Spaltbreite zwischen Sicke und Nut dadurch erreicht werden, dass der Hinterschnitt in der Sicke einen stufenförmigen Übergang zwischen dem Beginn des Hinterschnitts und dessen tiefster Stelle, umfasst.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein Übergang zwischen einer kleinen Spaltbreite und einer größeren Spaltbreite zwischen Sicke und Nut dadurch erreicht werden, dass die Wölbung in der Nut einen allmählichen Übergang zwischen dem Beginn der Wölbung und deren tiefster Stelle, umfasst.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei zwischen Sicke und Nut ein Hohlraum ausgebildet ist, wenn die Werkzeugteile in ihrer Relativbewegung am nächsten sind.
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Die Werkzeugteile können insbesondere in einem Endpresszustand in ihrer Relativbewegung am nächsten sein.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Werkzeugteile jeweils eine Längsachse aufweisen und die Sicke und die Nut nur abschnittsweise entlang der Längsachse angeordnet sind.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke und die Nut abschnittsweise entlang einer Längsachse dazu eingerichtet sind die mechanische Spannung mit abnehmender Distanz zwischen den beiden Werkzeugteilen zunächst zu erhöhen und danach abhängig der Position auf der Längsachse unterschiedlich zu verringern.
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Insbesondere können die unterschiedlichen Spaltbreiten entlang einer Längsachse einer Sicke variieren, wobei je nach Position auf der Längsachse die unterschiedlichen Spalte an unterschiedlichen Stellen relativ zur Höhe der Sicke bzw. zur Höhe der Nut angeordnet sind. Dadurch kann insbesondere eine Zeit und/oder eine Pressposition an der eine mechanische Spannung, welche durch die Sicke-Nut-Verbindung auf das Material aufgebracht wird, an unterschiedlichen Positionen entlang der Längsachse des Werkzeugs bzw. des Materials unterschiedlich eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn unterschiedliche mechanische Spannungen durch eine gekrümmte Oberfläche des gewünschten Bauteils entstehen, wobei unterschiedliche Krümmungen entlang der Längsachse des Bauteils variieren. Dies kann beispielsweise durch eine Krümmung des Gesamtbauteils erfolgen und/oder durch gewünschte Wölbungen und/oder Senken, die im Bauteil entlang der Längsachse ausgebildet werden sollen. Beispielsweise für ein Bauteil, welches die Basis eines leicht gekrümmten Dachs für ein Fahrzeug bereitstellen soll. In einem solchen Fall würden sich bei einer gleichförmigen Ausbildung der Sicke-Nut-Verbindung Scheerkräfte im Material orthogonal zur Längsachse ausbilden. Die Scheerkräfte können optische Unzulänglichkeiten des gepressten Bauteils begründen. Die Scheerkräfte können ebenso dazu führen, dass das Bauteil unerwünschte Variationen in den Materialdichten im Endzustand aufweist. Des Weiteren können abschnittsweise auftretende maximale Scheerkräfte dazu führen, das Kanten und Ecken eines in Sandwichbauweise gefertigten Bauteils eingedrückt werden, wenn der Sandwichkern nicht stabil genug ist, um eine durch eine Scheerkraft entstehende Kraft zum Kern des Bauteils standzuhalten. Dies kann insbesondere bei schaumförmigen Kunststoffkernen, wie geschäumten Polypropylen, der Fall sein, die insbesondere für Gewichtseinsparungen bei dem Bauteil sorgen sollen.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke und die Nut dazu eingerichtet sind die mechanische Spannung auf das Material mit abnehmender Distanz zwischen den beiden Werkzeugteilen mehrmals zu erhöhen und/oder mehrmals zu verringern.
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Eine mehrmalige Veränderung der mechanischen Spannung kann insbesondere durch eine Sicke mit mehreren Hinterschnitten entlang der Hochachse der Sicke erreicht werden. Insbesondere kann das Sicke-Nut-System so aufeinander abgestimmt sein, das eine Wölbung der Nut, beim Einfahren der Sicke in die Nut immer dann, wenn sie einen Hinterschnitt der Sicke erreicht, eine mechanische Spannung verringert, da in diesem Zustand auf das zwischen Sicke und Nut liegende Material keine Spannung aufgebracht wird.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke und/oder die Nut in Richtung der Relativbewegung Materialien mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten umfassen.
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Durch die unterschiedlichen Reibungskoeffizienten wird eine Reibkraft, welche das Sicke-Nut-System auf ein dazwischen liegendes Material ausüben kann moduliert. Dadurch können ein oder mehrere Zustände des Sicke-Nut-Systems so eingestellt sein, dass ein dazwischen liegendes Material kaum oder gar nicht gehalten wird und sich dementsprechend eine zuvor eingestellte mechanische Spannung im Material wieder verringert oder ganz auflöst.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke und/oder die Nut Ausnehmungen und/oder Perforationen umfassen.
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Durch Ausnehmungen und/oder Perforationen in den zueinander gerichteten Seiten des Sicke-Nut-Systems kann eine Reibkraft, welche das Sicke-Nut-System auf ein dazwischenliegendes Material ausüben kann, moduliert werden. Dadurch können ein oder mehrere Zustände und/oder Bereiche des Sicke-Nut-Systems so eingestellt sein, dass ein dazwischen liegendes Material kaum oder gar nicht gehalten wird und sich dementsprechend eine zuvor eingestellte mechanische Spannung im Material wieder verringert oder ganz auflöst.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei das Werkzeug dazu eingerichtet ist unterschiedliche Breiten durch eine, insbesondere aktuierte, Mechanik, die eine Form und/oder eine Position der Sicke und/oder der Nut beeinflusst, vorzugeben.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts betrifft ein Werkzeug, wobei die Sicke und/oder die Nut dazu eingerichtet ist eine Relativbewegung zwischen Sicke und Nut unabhängig einer Bewegung eines oder beider formgebender Abschnitte durchzuführen.
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Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren, umfassend die Schritte
- - Bewegen eines ersten Werkzeugteils relativ zu einem zweiten Werkzeugteil, wobei in einem formgebenden Abschnitt der Werkzeugteile ein zwischen den Werkzeugteilen angeordnetes Material verformt wird;
- - synchron mit der Verformung, Bewegen einer Sicke, welche insbesondere an einem der Werkzeugteile angeordnet ist, in eine Nut, welche insbesondere an dem anderen Werkzeugteil angeordnet ist, und wobei zwischen Sicke und Nut das Material angeordnet ist;
- - durch das Bewegen der Sicke in die Nut, Steuern einer mechanischen Spannung in dem Material, so dass die mechanische Spannung mit abnehmender Distanz zwischen den beiden Werkzeugteilen sich zunächst erhöht und danach verringert.
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Das Verfahren kann insbesondere Schritte und/oder Funktionen umfassen, um die Merkmale eines Werkzeugs nach dem ersten Aspekt der Offenbarung zu betreiben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den folgenden Ausführungsformen, die sich auf die Figuren beziehen. Die Figuren zeigen die Ausführungsformen nicht immer maßstabsgetreu. Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale können insbesondere zur Klarheit der Beschreibung entsprechend vergrößert oder verkleinert sein. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1 eine seitliche Teilansicht eines Werkzeugs nach einer Ausführungsform der Offenbarung;
- 2 eine seitliche Teilansicht eines Sicke-Nut-Systems eines Werkzeugs nach einer Ausführungsform der Offenbarung.
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In den folgenden Beschreibungen beziehen sich identische Bezugszeichen auf identische bzw. zumindest funktional oder strukturell ähnliche Merkmale.
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In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt sind, in denen die vorliegende Offenbarung verstanden werden kann.
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Generell gilt eine Offenbarung über ein beschriebenes Verfahren auch für eine entsprechende Vorrichtung, um das Verfahren durchzuführen, oder für ein entsprechendes System, welches ein oder mehrere Vorrichtungen umfasst, und umgekehrt. Wenn beispielsweise ein spezieller Verfahrensschritt beschrieben wird, kann eine entsprechende Vorrichtung ein Merkmal umfassen, um den beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen, auch wenn dieses Merkmal nicht explizit beschrieben oder dargestellt ist. Wenn andererseits beispielsweise eine spezielle Vorrichtung auf der Grundlage von Funktionseinheiten beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren einen Schritt umfassen, der die beschriebene Funktionalität ausführt, auch wenn solche Schritte nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Ebenso kann ein System mit entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen versehen werden oder mit Merkmalen, um einen bestimmten Verfahrensschritt auszuführen. Es versteht sich, dass Merkmale der verschiedenen zuvor oder nachfolgend beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
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Beschreibung der Figuren
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1 offenbart ein Werkzeug 100 nach einer Ausführungsform der Offenbarung in einer seitlichen Detailansicht. Das Werkzeug 100 ist dazu eingerichtet, ein Bauteil in Sandwichbauweise und mit einem Faserverbundwerkstoff als Außenseiten zu formen. Das Werkzeug umfasst als ersten Werkzeugteil ein Oberwerkzeug 101 und als zweiten Werkzeugteil ein Unterwerkzeug 102. Die Werkzeugteile 101, 102 sind dazu eingerichtet, sich relativ zu einander gemäß der Pfeile 103a, 103b zu bewegen. Nicht dargestellt ist, dass die Werkzeugteile 101, 102 sich selbstverständlich auch in die entgegengesetzte Richtung der Pfeile 103a, 103b bewegen können. Zwischen dem Oberwerkzeug 101 und dem Unterwerkzeug 102 sind zwei Lagen 103, 104 eines Fasermaterials eingelegt. Die zwei Lagen des Fasermaterials 103, 104 sollen durch das Werkzeug zu einem Faserverbundwerkstoff, CFK, verpresst werden. Dabei wird der Pressvorgang unter einer Temperatur von ca. 100° durchgeführt und während des Pressvorgang ein Epoxidharz zugeführt. Dadurch entsteht als Ergebnis nach dem Pressvorgang ein festes CFK-Bauteil mit einer oberen Schale 103 und einer unteren Schale 104. Zwischen den Schalen ist ein schaumförmiger Polypropylen-Kern 105 angeordnet. Das Bauteil ist somit in einer Sandwichbauweise ausgestaltet. Die zwei Lagen 103, 104 des Fasermaterials sowie der Polypropylen-Kern 105 werden vor dem Pressvorgang auf das Unterwerkzeug 102 drapiert. Dieses kann insbesondere per Hand durch einen Werker erfolgen. Das Werkzeug weist darüber hinaus ein Sicke-Nut-System 106 auf, welches an der rechten Seite des gezeigten seitlichen Teils des Werkzeugs 100 angeordnet ist. Der links davon angeordnete Abschnitt 112, in dem die Fasern 103, 104 verpresst werden, wird als der formgebende Abschnitt 112 des Werkzeugs 100 bezeichnet. Das Fasermaterial 103, 104 wird vom formgebenden Abschnitt des Werkzeugs zwischen dem Sicke-Nut-System 106 nach außen geführt, wobei beim Einlaufen in das Sicke-Nut-System 106 die Fasern zu einer einzigen Schicht 107 zusammenkommen, weil vor dem Sicke-Nut-System 106 der Sandwichkern 105 des Bauteils endet. Die Sicke 108 ist Teil des Unterwerkzeugs 102 und weist einen oberen Abschnitt 108a und einen unteren Abschnitt mit einem Hinterschnitt 108b auf. Die Nut 109 ist Teil des Oberwerkzeugs 101 und weist einen oberen Abschnitt 109b und einen unteren Abschnitt 109a auf. Während des Pressvorgangs, wenn sich das Oberwerkzeug 101 und das Unterwerkzeug 102 gemäß der Pfeile 103a, 103b aufeinander zu bewegen, bewegt sich die Sicke 108 in die Nut 109 hinein. Dabei fährt zunächst der obere Teil 108a der Sicke in den unteren Teil 109a der Nut ein. In dieser Phase ist ein Abstand, der auch in 2 durch den Abstand 203 markiert ist, zwischen Sicke 108 und Nut 109 am geringsten. Der Abstand ist so gering, dass das dazwischenliegende Material 107 reibschlüssig zwischen Sicke und Nut gehalten wird, sodass sich zwischen den formgebenden Abschnitt des Werkzeugs 113 und dem Sicke-Nut-System 106 eine mechanische Spannung in dem Material 103, 107 einstellt. Beim weiteren Einlaufen der Sicke 108 in die Nut 109 durch eine weitere Fortsetzung des Pressvorgangs, also der Relativbewegung 103a, 103b der Werkzeugteile zueinander, erreicht ein Hinterschnitt 108b der Sicke eine nach innen gerichtete Wölbung im Bereich des oberen Abschnitts 109b in der Nut. Dadurch kommt es zu einer Spaltverbreiterung zwischen der Sicke 108 und der Nut 109. Durch diese Spaltverbreiterung kann sich in dieser Phase die zuvor eingestellte mechanische Spannung in dem Fasermaterial 103, 107 lösen und zusätzliches Fasermaterial 110 kann in den formgebenden Bereich 113 des Werkzeugs 100 einlaufen. Der Hinterschnitt 108b sowie die Wölbung werden allmählich eingeleitet, so dass beim Einlaufen die Kraft auf das Material auch allmählich abnimmt. Durch diesen Abfall der mechanischen Spannung in dem Fasermaterial kann eine Kante in dem formgebenden Bereich 113 durch das Presswerkzeug 100 sauber realisiert werden. Andernfalls, ohne einen entsprechenden Abfall der durch das Sicke-Nut-System 106 erzeugten mechanischen Spannung in dem Fasermaterial 103, 107, kann es zu einem Eindrücken des Sandwichkerns 105 durch ein zu stark gespanntes Fasermaterial 103 kommen, durch das das Bauteil als Ausschuss qualifiziert werden müsste.
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2 zeigt ein anderes Sicke-Nut System 200 in einer seitlichen Ansicht für ein Werkzeug nach einer Ausführungsform der Offenbarung. Das Werkzeug besteht aus einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug. An dem Oberwerkzeug befindet sich eine Nut 109 und an dem Unterwerkzeug befindet sich eine Sicke 108. Zwischen der Sicke 108 und der Nut 109 befindet sich ein Raum 202, in dem ein Material (nicht dargestellt) angeordnet werden kann. Zwischen Sicke und Nut stellt sich beim Einlaufen der Sicke in die Nut zunächst ein geringer Abstand 203 zwischen Sicke und Nut ein. Durch diesen geringen Abstand wird ein dazwischenliegendes Material reibschlüssig gehalten, sodass insbesondere in Verbindung mit einem nicht dargestellten formgebenden Abschnitt des Werkzeugs eine mechanische Spannung in dem Material erzeugt wird. Die Sicke 108 weist einen stufenförmigen Hinterschnitt auf, welche durch die Stufe 205b eingeleitet wird. Die Nut 109 weist einen stufenförmigen Hinterschnitt auf, welche durch die Stufe 205a eingeleitet wird. Durch die Stufen kann ein überflüssiges Epoxidharz, welches in einem zwischen der Sicke und der Nut befindlichen Fasermaterial aufgenommen ist, effektiv abgeschieden werden, bevor das zwischen der Sicke und der Nut liegende Material nach rechts außen aus dem Werkzeug heraus läuft. Außerdem wird durch die Stufen ein diskontinuierlicher Abfall einer mechanischen Spannung in einem zwischen Sicke und Nut befindlichen Material erzeugt. Mit anderen Worten wird das Material, wenn die Hinterschnitte sich beim Einlaufen der Sicke in die Nut erreichen, sofort freigegeben und kann sich in Richtung einer Zugkraft, welche beispielsweise durch einen formgebenden Abschnitt des Werkzeugs erzeugt wird, bewegen. Beim Einlaufen der Sicke 108 in die Nut 109 ergeben sich verschiedene Spaltbreiten zwischen Sicke und Nut. Wie bereits in 1 beschrieben, ergibt sich zunächst beim Einlaufen der Sicke in die Nut die Spaltbreite 203, welche eine minimale Spaltbreite darstellt und bei welcher auf ein dazwischenliegendes Material die höchsten Kräfte aufgebracht werden. Beim weiteren Einlaufen der Sicke in die Nut ergibt sich zwischen Sicke und Nut in einem oberen Abschnitt 206a die mittlere Spaltbreite 204a und in einem unteren Abschnitt 206b ergibt sich die mittlere Spaltbreite 204b. In dem dazwischenliegenden Abschnitt 207 ergibt sich ein Abschnitt einer relativ großen Spaltbreite, der zwischen den stufenförmigen Kanten 205a und 205b liegt. Die effektive Gesamthöhe des Sicke-Nut-Systems 200, entlang der eine mechanische Spannung auf ein dazwischenliegendes Material ausgeübt werden kann, ergibt sich durch die Höhe 208. Die mechanische Spannung in dem Material kann dabei zwischen dem Sicke-Nut-System 200 und einem formgebenden Abschnitt eines Werkzeugs (z.B. gemäß 112 in 2) erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Werkzeug
- 101
- Oberwerkzeug
- 102
- Unterwerkzeug
- 103
- obere Lage eines Fasermaterials
- 103a
- Bewegungsrichtung des Oberwerkzeugs
- 103b
- Bewegungsrichtung des Unterwerkzeugs
- 104
- unter Lage eines Fasermaterials
- 105
- Sandwichkern
- 106
- Sicke-Nut-System
- 107
- Schicht aus Fasermaterial 103, 104
- 108
- Sicke
- 108a
- oberer Abschnitt der Sicke
- 108b
- unterer Abschnitt der Sicke bzw. Hinterschnitt
- 109
- Nut
- 109a
- unterer Abschnitt der Nut
- 109b
- oberer Abschnitt der Nut bzw. innere Wölbung
- 110
- zusätzliches Fasermaterial
- 111
- Kantenverlauf eines fehlerhaften Bauteils
- 112
- formgebender Abschnitt des Werkzeugs
- 113
- Kante des Bauteils bzw. formgebender Bereich des Werkzeugs
- 200
- Sicke-Nut-Systems eines Werkzeugs
- 202
- Raum für Material
- 203
- minimale Spaltenbreite zwischen Sicke und Nut
- 204a
- mittlere Spaltenbreite zwischen Sicke und Nut
- 204b
- mittlere Spaltenbreite zwischen Sicke und Nut
- 205a
- Kante zum Abscheiden von Harz
- 205b
- Kante zum Abscheiden von Harz
- 206a
- Höhe des Abschnitts einer mittleren und einer minimalen Spaltenbreite
- 206b
- Höhe des Abschnitts einer mittleren Spaltenbreite
- 207
- Höhe eines Abschnitts maximaler Breite zwischen Sicke und Nut
- 208
- Gesamthöhe des Sicke-Nut-Systems
