DE102021000925A1

DE102021000925A1 - Device and method for producing molded parts from fiber composite material

Info

Publication number: DE102021000925A1
Application number: DE102021000925.8A
Authority: DE
Inventors: Fabian Koeffers
Original assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung (1, 1') zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff, umfassend: ein erstes Presswerkzeug (2), ein zweites Presswerkzeug (3), und wenigstens eine Membran (4, 5, 20), wobei das erste Presswerkzeug (2) und das zweite Presswerkzeug (3) relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste Presswerkzeug (2) und das zweite Presswerkzeug (3) mit der Membran (4, 5, 20) verbunden sind, wobei sich zwischen der Membran (4, 5, 20) und dem mit ihr verbundenen Presswerkzeug (2, 3) eine Kavität (6, 7, 22) für ein Arbeitsmedium ausbildet, und wobei die Kavität (6, 7, 22) durch wenigstens eine Dichtung (17), abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die Membran (4, 5, 20) drückt. Um Formteile mit verbesserten Eigenschaften herstellen zu können, ist vorgesehen, dass die Membran (4, 5, 20) relativ zu der Dichtung (17) bewegbar ist. Dargestellt und beschrieben ist zudem ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff.Shown and described is a device (1, 1 ') for the production of molded parts made of fiber composite material, comprising: a first pressing tool (2), a second pressing tool (3), and at least one membrane (4, 5, 20), wherein the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) can be moved relative to one another, the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) being connected to the membrane (4, 5, 20), with the membrane (4, 5, 20) and the pressing tool (2, 3) connected to it forms a cavity (6, 7, 22) for a working medium, and the cavity (6, 7, 22) being sealed by at least one seal (17) , is sealed, which presses on the membrane (4, 5, 20) with a sealing force. In order to be able to produce molded parts with improved properties, the membrane (4, 5, 20) can be moved relative to the seal (17). A process for the production of molded parts made of fiber composite material is also shown and described.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff, umfassend: ein erstes Presswerkzeug, ein zweites Presswerkzeug, und wenigstens eine Membran, wobei das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug mit der Membran verbunden sind, wobei sich zwischen der Membran und dem mit ihr verbundenen Presswerkzeug eine Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet, und wobei die Kavität durch wenigstens eine Dichtung, abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die Membran drückt.The invention relates to a device for producing molded parts from fiber composite material, comprising: a first pressing tool, a second pressing tool, and at least one membrane, the first pressing tool and the second pressing tool being movable relative to one another, the first pressing tool and the second pressing tool are connected to the membrane, a cavity for a working medium being formed between the membrane and the pressing tool connected to it, and the cavity being sealed by at least one seal which presses on the membrane with a sealing force.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem ersten Presswerkzeug, einem zweiten Presswerkzeug, und wenigstens einer Membran, wobei das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug mit der Membran verbunden sind, wobei sich zwischen der Membran und dem mit ihr verbundenen Presswerkzeug eine Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet, wobei sich zwischen dem ersten Presswerkzeug und dem zweiten Presswerkzeug ein Arbeitsraum für ein Werkstück ausbildet, und wobei das Volumen des Arbeitsraumes bei geschlossener Vorrichtung durch eine Bewegung der Membran veränderbar ist, b) Bereitstellen von wenigstens einem Werkstück mit einem Werkstückvolumen, wobei das Werkstück eine Matrix und darin eingelegte Fasern aufweist, c) Einlegen des Werkstücks in den Arbeitsraum der Vorrichtung, d) Schließen der Vorrichtung, wobei der Arbeitsraum ein erstes Volumen einnimmt, e) Beaufschlagen des Werkstücks mit Druck und/oder mit Temperatur mittels der Membran von wenigstens zwei Seiten des Werkstücks, wobei der Arbeitsraum ein zweites Volumen einnimmt, und wobei aus dem Werkstück ein ausgehärtetes Formteil entsteht, und f) Öffnen der Vorrichtung und entnehmen des Formteils.The invention also relates to a method for producing molded parts from fiber composite material, comprising the following steps: a) providing a device with a first pressing tool, a second pressing tool, and at least one membrane, the first pressing tool and the second pressing tool being movable relative to one another are, wherein the first pressing tool and the second pressing tool are connected to the membrane, wherein a cavity for a working medium is formed between the membrane and the pressing tool connected to it, wherein a working space for a workpiece is formed between the first pressing tool and the second pressing tool , and wherein the volume of the working space can be changed by moving the membrane when the device is closed, b) providing at least one workpiece with a workpiece volume, the workpiece having a matrix and fibers inserted therein, c) placing the workpiece in the working space of the device, d) closing the device, with the working space occupying a first volume, e) applying pressure and/or temperature to the workpiece by means of the membrane from at least two sides of the workpiece, with the working space occupying a second volume, and wherein from the Workpiece a hardened molded part is formed, and f) opening the device and removing the molded part.

Bei Faserverbundwerkstoffen handelt es sich um Verbundwerkstoffe, die im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten bestehen: aus verstärkenden Fasern sowie aus einem Kunststoff, in den die Fasern eingebettet sind („Matrix“ bzw. „Harz“). Durch die Kombination der beiden Hauptkomponenten kann erreicht werden, dass der Verbundwerkstoff insgesamt bessere Eigenschaften aufweist, als die beiden Komponenten allein betrachtet. Beispielsweise tragen die Fasern aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit in Faserrichtung dazu bei, die Zugfestigkeit des Verbundmaterials zu erhöhen. Die Matrix sorgt hingegen beispielsweise dafür, dass die Fasern in ihrer Position gehalten werden und vor mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt werden.Fiber composite materials are composite materials that essentially consist of two main components: reinforcing fibers and a plastic in which the fibers are embedded ("matrix" or "resin"). By combining the two main components, it can be achieved that the composite material has overall better properties than the two components considered alone. For example, due to their high tensile strength in the fiber direction, the fibers help to increase the tensile strength of the composite material. The matrix, on the other hand, ensures that the fibers are held in their position and protected from mechanical and chemical influences.

Eine von mehreren Möglichkeiten der Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen basiert auf der Verwendung von vorgefertigten Faser-Harz-Halbzeugen (sog. „Prepregs“, Kurzform von „preimpregnated fibers“). Bei derartigen Halbzeugen sind die Fasern mit einem noch nicht fertig reagierten Harzsystem versehen, so dass die Halbzeuge noch in flexibler Form vorliegen (z.B. bahnförmig, auf Rollen). Erst bei der Herstellung der Bauteile werden die Prepregs umgeformt und bei hohem Druck und hohen Temperaturen durch die Vollendung der chemischen Reaktion ausgehärtet. Dieser Schritt kann beispielsweise in einer Presse erfolgen.One of several options for manufacturing components from fiber composite materials is based on the use of prefabricated fiber-resin semi-finished products (so-called "prepregs", short for "preimpregnated fibers"). In such semi-finished products, the fibers are provided with a resin system that has not yet fully reacted, so that the semi-finished products are still in a flexible form (e.g. in web form, on rolls). Only when the components are manufactured are the prepregs shaped and hardened at high pressure and high temperatures through the completion of the chemical reaction. This step can take place in a press, for example.

Prepregs werden beispielsweise in der Luftfahrtindustrie in großen Mengen verarbeitet. Eine Herausforderung bei der Verarbeitung liegt darin, dass in der Luftfahrtindustrie häufig sehr komplexe Bauteilgeometrien erforderlich sind, beispielsweise aufgrund von Verstärkungselementen wie Stringern. Zudem soll der Montageaufwand verringert werden, was durch die Verwendung weniger, aber dafür größerer Bauteile erreicht werden soll. Die Kombination aus komplexen Geometrien und großen Bauteildimensionen stellt erhöhte Anforderungen an Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung dieser Bauteile. Eine Anforderung besteht beispielsweise darin, bei der Herstellung der Bauteile eine gleichmäßige Beaufschlagung mit Druck zu gewährleisten.Prepregs are processed in large quantities in the aviation industry, for example. One of the processing challenges is that the aerospace industry often requires very complex component geometries, for example due to reinforcement elements such as stringers. In addition, the assembly effort is to be reduced, which is to be achieved by using fewer but larger components. The combination of complex geometries and large component dimensions places increased demands on devices and processes for manufacturing these components. One requirement, for example, is to ensure that pressure is applied evenly during the manufacture of the components.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff sind beispielsweise aus der DE 10 2017 113 595 A1 bekannt. Eine gleichmäßige Beaufschlagung des herzustellenden Bauteils mit Druck soll dadurch erreicht werden, dass eine flexible Membran auf das Bauteil einwirkt, wobei von der dem Bauteil abgewandten Seite der Membran ein Öldruck auf die Membran einwirkt. Die Membran wird also von einem Öldruck auf die Bauteiloberfläche gepresst. Auf diese Weise soll auch bei gekrümmten Bauteiloberflächen sichergestellt sein, dass der Öldruck allseitig wirkt und somit die von der Membran auf die Bauteiloberfläche wirkende Kraft an jeder Stelle gleich groß ist, insbesondere auch die orthogonal auf die Bauteiloberfläche einwirkende Kraftkomponente.A device and a method for producing components made of fiber composite material are, for example, from DE 10 2017 113 595 A1 known. A uniform application of pressure to the component to be produced is to be achieved in that a flexible membrane acts on the component, oil pressure acting on the membrane from the side of the membrane facing away from the component. The membrane is thus pressed onto the component surface by oil pressure. In this way, even with curved component surfaces, it should be ensured that the oil pressure acts on all sides and thus the force acting from the membrane on the component surface is the same at every point, in particular the force component acting orthogonally on the component surface.

Die Verwendung einer derartigen „Membranpresse“ zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff ist auch aus der US 2016/0297153 A1 bekannt.The use of such a "membrane press" for the production of components made of fiber composite material is also known U.S. 2016/0297153 A1 known.

Bei diesen bekannten Pressen ist nur auf einer Seite des Bauteils eine flexible Membran vorgesehen, auf der anderen Seite des Bauteils ist hingegen ein starres Werkzeug vorgesehen. Wenngleich dies den Aufbau derartiger Pressen vereinfacht, haben derartige Pressen den Nachteil, dass nur auf der Seite der flexiblen Membran eine Anpassung der Geometrie an das Werkstück möglich ist, insbesondere des sich während des Pressvorgangs verformenden Werkstücks.In these known presses, a flexible membrane is only provided on one side of the component, and it is on the other side of the component provided against a rigid tool. Although this simplifies the construction of such presses, such presses have the disadvantage that the geometry can only be adapted to the workpiece on the side of the flexible membrane, in particular the workpiece that deforms during the pressing process.

Es sind daher auch Pressen bekannt, bei zwei Membrane auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordnet sind. Eine derartige Presse ist beispielsweise aus der WO 2018/167730 A1 bekannt. Die dort gezeigte Presse weist zwei Presselemente auf, an denen jeweils eine Membran befestigt ist (vgl. 4, 5). Beide Membrane sind starr mit einem der Presselemente verbunden. Eine derartige - unbewegliche - Befestigung der Membrane erleichtert zwar die Abdichtung der durch die Membrane begrenzten Kavitäten und ist konstruktiv einfach umzusetzen, hat jedoch den Nachteil, dass die Membran nicht optimal an die Werkstückoberfläche angepasst werden kann. Zudem können thermisch bedingte Ausdehnungen der Membran aufgrund ihrer starren Einspannung nicht ausgeglichen werden. Dies kann zu einer ungleichen Druckverteilung und schlechteren Bauteilqualitäten führen.Therefore, presses are also known in which two membranes are arranged on opposite sides of the workpiece. Such a press is, for example, from WO 2018/167730 A1 known. The press shown there has two pressing elements, to each of which a membrane is attached (cf. 4 , 5 ). Both membranes are rigidly connected to one of the pressing elements. Such a - immovable - attachment of the membrane facilitates the sealing of the cavities delimited by the membrane and is structurally simple to implement, but has the disadvantage that the membrane cannot be optimally adapted to the workpiece surface. In addition, thermally induced expansions of the membrane cannot be compensated due to its rigid clamping. This can lead to uneven pressure distribution and poorer component quality.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung und das eingangs beschriebene Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass das Werkstück während des Pressvorgangs von mehreren Seiten gleichmäßig mit Druck beaufschlagt wird.Against this background, the invention is based on the object of designing and developing the device described at the outset and the method described at the outset in such a way that the workpiece is evenly subjected to pressure from several sides during the pressing process.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist.This object is achieved in a device according to the preamble of patent claim 1 in that the membrane can be moved relative to the seal.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes - beispielsweise oberes - Presswerkzeug, ein zweites - beispielsweise unteres - Presswerkzeug und wenigstens eine Membran. Die Membran kann beispielsweise durch ein dünnes Metallblech gebildet sein. Das erste Presswerkzeug und das zweite Presswerkzeug sind relativ zueinander bewegbar, so dass die Presse geöffnet und geschlossen werden kann. Die Membran ist mit wenigstens einem der beiden Presswerkzeuge verbunden, wobei sich zwischen der Membran und dem mit ihr verbundenen Presswerkzeug eine Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet. Die Kavität ist dazu bestimmt, ein Arbeitsmedium - beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit - in sich aufzunehmen. Die Membran und das mit ihr verbundene Presswerkzeug sind daher in einer gas- und/oder flüssigkeitsdichten Weise miteinander verbunden. Das Volumen des Arbeitsraumes ist bei geschlossener Vorrichtung durch eine Bewegung der Membran veränderbar, also vergrößerbar oder verkleinerbar. Die Kavität ist durch wenigstens eine Dichtung abgedichtet, die mit einer Dichtungskraft auf die Membran drückt. Bei der Dichtung kann es sich beispielsweise um eine Graphitdichtung handeln, die vorzugsweise ein Drahtgeflecht aufweist. Wenn nur eine einzige Membran vorgesehen ist, ist diese Membran vorzugsweise mit beiden Presswerkzeugen verbunden. The device according to the invention comprises a first—for example upper—pressing tool, a second—for example lower—pressing tool and at least one membrane. The membrane can be formed, for example, by a thin metal sheet. The first press tool and the second press tool are movable relative to each other so that the press can be opened and closed. The membrane is connected to at least one of the two pressing tools, a cavity for a working medium being formed between the membrane and the pressing tool connected to it. The cavity is designed to hold a working medium, for example a gas or a liquid. The membrane and the pressing tool connected to it are therefore connected to one another in a gas-tight and/or liquid-tight manner. When the device is closed, the volume of the working space can be changed by moving the membrane, ie it can be enlarged or reduced. The cavity is sealed by at least one seal that presses on the membrane with a sealing force. The seal can be a graphite seal, for example, which preferably has a wire mesh. If only a single membrane is provided, this membrane is preferably connected to both pressing tools.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist.According to the invention it is provided that the membrane can be moved relative to the seal.

Die Beweglichkeit der Membran ermöglicht es beispielsweise, die Spannung der Membran während des Pressvorgangs zu verändern, ohne dass die Kavität undicht wird. Auf diese Weise kann die Membranspannung beispielsweise an die Werkstückoberfläche oder an die Temperatur und den Druck des Arbeitsmediums angepasst werden. Da sich diese Größen während des Pressvorgangs verändern können, ist eine Anpassung der Spannung der Membran bei befüllter und unter Druck stehender Kavität besonders wertvoll. Die Beweglichkeit der Membran kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Membran durch einen Spalt des Presswerkzeugs geführt wird und dabei an einer den Spalt abdichtenden Dichtung vorbeigeführt wird. Die Relativbewegung zwischen Membran und Dichtung ermöglicht zudem die Einstellung einer Vorspannung: Die Membran wird daher nicht erst bei der Befüllung der Kavität mit dem Arbeitsmedium gespannt; sie kann bereits vorher gespannt sein. Durch eine Vorspannung wird sichergestellt, dass die Membran bereits zu Beginn der Einwirkung auf das Werkstück eine glatte Oberfläche aufweist und nicht erst durch den von dem in der Kavität befindlichen Arbeitsmedium unter Spannung gesetzt und somit „glatt gezogen“ wird. Dies hat den Vorteil, dass bereits zu Beginn der Temperatur- und Druckeinwirkung eine gleichmäßige Einwirkung der Membran auf das Werkstück erfolgt. Eine derart flexible Anpassung der Membranspannung unabhängig von dem in der Kavität herrschenden Druck ist bei einer starren Befestigung der Membran nicht möglich.The mobility of the membrane makes it possible, for example, to change the tension of the membrane during the pressing process without the cavity becoming leaky. In this way, the membrane tension can be adjusted, for example, to the workpiece surface or to the temperature and pressure of the working medium. Since these variables can change during the pressing process, adjusting the tension of the membrane when the cavity is filled and under pressure is particularly valuable. The mobility of the membrane can be achieved, for example, in that the membrane is guided through a gap in the pressing tool and is guided past a seal that seals the gap. The relative movement between the membrane and the seal also enables a pre-tension to be set: the membrane is therefore not only tensioned when the cavity is filled with the working medium; she can already be excited beforehand. Pre-tensioning ensures that the membrane has a smooth surface right from the start of the action on the workpiece and is not only put under tension by the working medium in the cavity and thus "smoothed out". This has the advantage that the membrane acts evenly on the workpiece right from the start of the temperature and pressure effects. Such a flexible adjustment of the membrane tension independently of the pressure prevailing in the cavity is not possible with a rigid attachment of the membrane.

Nach einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Membran umgelenkt ist, insbesondere um etwa 180° umgelenkt ist. Durch die Umlenkung der Membran kann erreicht werden, dass das Werkstück auch durch eine einzige Membran mehrseitig (insb. zweiseitig oder dreiseitig) mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Umlenkung der Membran kann beispielsweise durch ein Umlenkelement vereinfacht werden, das in den Arbeitsraum eingelegt wird. Das Umlenkelement kann beispielsweise einen definierten Radius aufweisen, der sicherstellt, dass die Membran kontrolliert umgelenkt wird ohne zu knicken (z.B. einen Mindestradius von 25mm). Wenn das Werkstück geeignet geformt ist, kann die Umlenkung der Membran auch durch das Werkstück selbst erfolgen, so dass kein Umlenkelement erforderlich ist.According to one configuration of the device, it is provided that the membrane is deflected, in particular is deflected by approximately 180°. By deflecting the membrane, it can be achieved that the workpiece can also be pressurized on multiple sides (in particular two-sided or three-sided) by a single membrane. The deflection of the membrane can be simplified, for example, by a deflection element that is inserted into the working space. The deflection element can have a defined radius, for example, which ensures that the membrane is deflected in a controlled manner without buckling (eg a minimum radius of 25 mm). If the workpiece is suitably shaped, the membrane can also be deflected by the workpiece itself, so that no deflection element is required.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zwei Membrane umfasst, wobei die erste Membran mit dem ersten Presswerkzeug verbunden ist und wobei die zweite Membran mit dem zweiten Presswerkzeug verbunden ist, wobei sich zwischen der ersten Membran und dem mit ihr verbundenen ersten Presswerkzeug eine erste Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet und wobei sich zwischen der zweiten Membran und dem mit ihr verbundenen zweiten Presswerkzeug eine zweite Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet, wobei die erste Kavität durch wenigstens eine Dichtung abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die erste Membran drückt und wobei die zweite Kavität durch wenigstens eine Dichtung abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die zweite Membran drückt, und wobei die erste Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist und wobei die zweite Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist. Durch die Verwendung einer zweiten Membran kann eine mehrseitige Einwirkung auf das Werkstück auch ohne die Umlenkung der Membran erreicht werden. Bei der Verwendung von zwei separaten Membranen ist die obere Hälfte der Vorrichtung im Wesentlichen spiegelbildlich zu der unteren Hälfte der Vorrichtung ausgebildet. Durch die Verwendung von zwei separaten Membranen kann somit besonders individuell auf das Werkstück eingewirkt werden, beispielsweise um auf lokale Verformungen des Werkstücks zu reagieren. Die beiden Membrane können eine identische Dicke aufweisen oder unterschiedliche Dicken aufweisen.According to a further embodiment of the device, it is provided that the device comprises two membranes, the first membrane being connected to the first pressing tool and the second membrane being connected to the second pressing tool, with a gap between the first membrane and the first membrane connected to it Pressing tool forms a first cavity for a working medium and a second cavity for a working medium is formed between the second membrane and the second pressing tool connected to it, the first cavity being sealed by at least one seal which presses on the first membrane with a sealing force and wherein the second cavity is sealed by at least one seal pressing on the second membrane with a sealing force, and wherein the first membrane is moveable relative to the seal and the second membrane is moveable relative to the seal. By using a second membrane, a multi-sided effect on the workpiece can also be achieved without deflecting the membrane. When using two separate membranes, the upper half of the device is essentially a mirror image of the lower half of the device. By using two separate membranes, the workpiece can be acted upon in a particularly individual manner, for example in order to react to local deformations of the workpiece. The two membranes can have an identical thickness or have different thicknesses.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich durch wenigstens eine Einrichtung zur Veränderung der Vorspannung der ersten Membran und/oder der zweiten Membran aus.
Die Einrichtung zur Vorspannung der Membran kann beispielsweise durch eine Feder mit verstellbarem Federweg bzw. verstellbarer Vorspannung realisiert werden. Durch eine derartige Einrichtung kann eine Vorspannung der Membran eingestellt werden um auch verändert werden, beispielsweise um die Vorspannung an die herzustellenden Werkstücke anzupassen. Die Einstellung einer Vorspannung und deren Veränderbarkeit ermöglichen es, dass die Membran bereits eine Vorspannung aufweist, bevor das Werkstück mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt wird, insbesondere bereits bevor das in der Kavität befindliche Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird und/oder aufgeheizt wird. Vorzugsweise ist die Vorspannkraft größer als die Reibungskraft der auf die Membran einwirkenden Dichtung, da andernfalls keine zuverlässige Vorspannung der Membran erreicht werden kann, wenn die Vorspannkraft außerhalb der Dichtung an die Membran angreift.A further development of the device is characterized by at least one device for changing the prestressing of the first membrane and/or the second membrane.
The device for prestressing the membrane can be realized, for example, by a spring with an adjustable spring deflection or adjustable prestress. With such a device, a prestressing of the membrane can be adjusted and also changed, for example in order to adapt the prestressing to the workpieces to be produced. The setting of a prestress and its variability make it possible for the membrane to already have a prestress before the workpiece is subjected to pressure and/or temperature, in particular before the working medium in the cavity is pressurized and/or heated. The pretensioning force is preferably greater than the frictional force of the seal acting on the membrane, since otherwise no reliable pretensioning of the membrane can be achieved if the pretensioning force acts on the membrane outside of the seal.

Die Vorrichtung kann weitergebildet werden durch wenigstens eine Einrichtung zur Veränderung der Dichtungskraft der Dichtung.
Die Veränderbarkeit der Dichtungskraft kann beispielsweise durch einen auf die Dichtung einwirkenden Aktuator erreicht werden, der die Dichtung stärker oder weniger stark auf die Membranoberfläche presst. Wenn zwei oder mehr Dichtungen vorgesehen sind, ist vorzugsweise an jeder Dichtung eine Einrichtung zur Veränderung der Dichtungskraft vorgesehen, so dass die Dichtungskraft an jeder Dichtung unabhängig von den anderen Dichtungen eingestellt und verändert werden kann. Indem die Dichtungskraft während der Beaufschlagung des Werkstücks mit Druck und/oder mit Temperatur verändert wird, ist es möglich, die Wirkungsweise der Dichtung an die sich während des Verfahrens ändernden Anforderungen anzupassen. Die bedarfsgerechte Anpassung der Wirkungsweise der Dichtung ist deshalb besonders vorteilhaft, da die beiden Ziele einer besonders guten Abdichtung (hohe Dichtungskraft) und einer besonders guten Beweglichkeit der Membran (niedrige Dichtungskraft) nicht gleichzeitig und in maximalem Umfang erreicht werden können; es besteht insoweit ein Zielkonflikt. Eine Möglichkeit der Auflösung eines derartigen Zielkonflikts besteht in der Festlegung einer Rangordnung zwischen den konkurrierenden Zielen; beispielsweise wird eine gute Abdichtung als Hauptziel definiert, während eine gute Beweglichkeit der Membran lediglich als Nebenziel definiert wird. Indem die Dichtungskraft während des Verfahrens verändert werden kann, ist es möglich, die Rangordnung zwischen den konkurrierenden Zielen während des Verfahrens zu verändern. Beispielsweise kann zu Beginn des Verfahrens (z.B. in der Aufheizphase bei ansteigenden Temperaturen) die Beweglichkeit der Membran als Hauptziel definiert werden, weil in dieser Phase thermisch bedingte Ausdehnungen der Membran ermöglicht werden sollen. Erreicht wird dies durch die Einstellung einer niedrigen Dichtungskraft. Im weiteren Verlauf des Verfahrens (z.B. bei konstant hohen Temperaturen und hohen Drücken) kann demgegenüber die gute Abdichtung der Membran als Hauptziel definiert werden, weil in dieser Phase ein hohes Leckagerisiko besteht, während thermisch bedingte Ausdehnungen der Membran infolge der etwa konstanten Temperaturen kaum noch auftreten. Dies kann durch die Einstellung einer höheren Dichtungskraft erreicht werden. Durch die Einstellbarkeit bzw. Veränderbarkeit der Dichtungskraft wird daher eine situations- und bedarfsgerechte Priorisierung von konkurrierenden Zielen ermöglicht.The device can be further developed by at least one device for changing the sealing force of the seal.
The variability of the sealing force can be achieved, for example, by an actuator acting on the seal, which presses the seal more or less strongly onto the membrane surface. When two or more seals are provided, sealing force varying means is preferably provided on each seal so that the sealing force on each seal can be adjusted and varied independently of the other seals. By changing the sealing force during the application of pressure and/or temperature to the workpiece, it is possible to adapt the performance of the seal to the changing requirements during the process. The need-based adjustment of the mode of action of the seal is particularly advantageous because the two goals of a particularly good seal (high sealing force) and particularly good mobility of the membrane (low sealing force) cannot be achieved simultaneously and to the maximum extent; there is a conflict of objectives in this respect. One way of resolving such a conflict of goals is to establish a hierarchy between the competing goals; for example, a good seal is defined as the main goal, while good mobility of the membrane is defined only as a secondary goal. By being able to change the sealing force during the procedure, it is possible to change the ranking between the competing targets during the procedure. For example, at the beginning of the process (eg in the heating-up phase with increasing temperatures), the mobility of the membrane can be defined as the main objective, because in this phase thermally induced expansions of the membrane are to be made possible. This is achieved by setting a low sealing force. In the further course of the process (e.g. at constantly high temperatures and high pressures), good sealing of the membrane can be defined as the main goal, because in this phase there is a high risk of leakage, while thermally induced expansions of the membrane hardly ever occur due to the approximately constant temperatures . This can be achieved by setting a higher sealing force. The ability to adjust or change the sealing force therefore enables prioritization of competing goals that is appropriate to the situation and needs.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Membran und/oder die zweite Membran aus Metall hergestellt ist und vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 mm und 3,5 mm, insbesondere zwischen 0,2 mm und 2,2 mm oder insbesondere zwischen 0,25 mm und 0,45 mm aufweist. Eine Membran aus Metall, insbesondere aus einem Stahlblech, hat den Vorteil, dass die Membran aufgrund der mechanischen Eigenschaften von Metall einerseits hohe Drücke übertragen kann und andererseits aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit von Metall gut dazu geeignet ist, das Werkstück zu heizen oder zu kühlen. Die Übertragung von Drücken wird dadurch erreicht, dass neben der Membran eine Kavität vorgesehen ist, die von einem möglichst inkompressiblen Arbeitsmedium - beispielsweise Öl - befüllt werden kann, wodurch sich die Membran verformt und in Richtung des Werkstücks gedrückt wird. Eine Erwärmung oder Abkühlung des Werkstücks kann erreicht werden, wenn das in der Kavität befindliche Arbeitsmedium erwärmt oder gekühlt wird. Vorzugsweise weist die Membran eine sehr glatte Oberfläche auf, insbesondere eine Oberfläche mit einem Rz-Wert von 0.1 µm oder weniger.According to a further embodiment of the device, it is provided that the first membrane and/or the second membrane are made of metal and preferably has a thickness in the range between 0.2 mm and 3.5 mm, in particular between 0.2 mm and 2.2 mm or in particular between 0.25 mm and 0.45 mm. A membrane made of metal, in particular made of sheet steel, has the advantage that, on the one hand, the membrane can transmit high pressures due to the mechanical properties of metal and, on the other hand, it is well suited to heating or cooling the workpiece due to the high thermal conductivity of metal. The transmission of pressure is achieved by providing a cavity next to the membrane, which can be filled with a working medium that is as incompressible as possible, for example oil, causing the membrane to deform and be pressed in the direction of the workpiece. The workpiece can be heated or cooled if the working medium in the cavity is heated or cooled. The membrane preferably has a very smooth surface, in particular a surface with an Rz value of 0.1 μm or less.

Die zuvor beschriebene Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 7 dadurch gelöst, dass die Membran in Schritt e) relativ zu der Dichtung bewegt wird.
Die bewegliche Lagerung der Membran und die damit Verbundene Einstellung bzw. Anpassung der Membranspannung hat die bereits zuvor im Zusammenhang mit der Vorrichtung diskutierten Vorteile.The object described above is achieved in a method according to the preamble of patent claim 7 in that the membrane is moved relative to the seal in step e).
The moveable mounting of the membrane and the associated setting or adjustment of the membrane tension has the advantages already discussed above in connection with the device.

Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die in Schritt a) bereitgestellte Vorrichtung zwei Membrane umfasst, wobei die erste Membran mit dem ersten Presswerkzeug verbunden ist und wobei die zweite Membran mit dem zweiten Presswerkzeug verbunden ist, wobei sich zwischen der ersten Membran und dem mit ihr verbundenen ersten Presswerkzeug eine erste Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet und wobei sich zwischen der zweiten Membran und dem mit ihr verbundenen zweiten Presswerkzeug eine zweite Kavität für ein Arbeitsmedium ausbildet, wobei die erste Kavität durch wenigstens eine Dichtung abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die erste Membran drückt und wobei die zweite Kavität durch wenigstens eine Dichtung abgedichtet ist, die mit einer Dichtungskraft auf die zweite Membran drückt, und wobei die erste Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist und wobei die zweite Membran relativ zu der Dichtung bewegbar ist.
Die Verwendung einer zweiten Membran erlaubt eine mehrseitige Einwirkung auf das Werkstück auch ohne eine Umlenkung der Membran. Bei der Verwendung von zwei separaten Membranen kann somit besonders individuell auf das Werkstück eingewirkt werden, beispielsweise um auf lokale Verformungen des Werkstücks zu reagieren. Die beiden Membrane können eine identische Dicke aufweisen oder unterschiedliche Dicken aufweisen.According to one embodiment of the method, it is provided that the device provided in step a) comprises two membranes, the first membrane being connected to the first pressing tool and the second membrane being connected to the second pressing tool, with a gap between the first membrane and the the first pressing tool connected to it forms a first cavity for a working medium, and a second cavity for a working medium is formed between the second membrane and the second pressing tool connected to it, the first cavity being sealed by at least one seal which has a sealing force presses the first membrane and wherein the second cavity is sealed by at least one seal pressing with a sealing force on the second membrane, and wherein the first membrane is moveable relative to the seal and the second membrane is moveable relative to the seal.
The use of a second membrane allows the workpiece to be acted on from multiple sides, even without deflecting the membrane. When using two separate membranes, the workpiece can thus be acted upon in a particularly individual manner, for example in order to react to local deformations of the workpiece. The two membranes can have an identical thickness or have different thicknesses.

Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Membran und/oder die zweite Membran bereits vor Schritt e) vorgespannt wird. Mit anderen Worten soll die Membran bereits eine Vorspannung aufweisen, bevor das Werkstück mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt wird, insbesondere bereits bevor das in der Kavität befindliche Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird und/oder aufgeheizt wird. Da die Membran bereits vor der Einwirkung von Druck und/oder Temperatur gespannt sein soll, wird diese Spannung auch als Vorspannung bezeichnet. Vorzugsweise ist die Vorspannkraft größer als die Reibungskraft der auf die Membran einwirkenden Dichtung, da andernfalls keine zuverlässige Vorspannung der Membran erreicht werden kann, wenn die Vorspannkraft außerhalb der Dichtung an die Membran angreift. Durch die Vorspannung wird sichergestellt, dass die Membran bereits zu Beginn der Einwirkung auf das Werkstück eine glatte Oberfläche aufweist und nicht erst durch den von dem in der Kavität befindlichen Arbeitsmedium unter Spannung gesetzt und somit „glatt gezogen“ wird. Dies hat den Vorteil, dass bereits zu Beginn der Temperatur- und Druckeinwirkung eine gleichmäßige Einwirkung der Membran auf das Werkstück erfolgt. Bisher bekannte Lösungen verzichten hingegen auf eine Vorspannung der Membran, um eine möglichst flexible Anpassung der Membran an die Form der Werkstückoberfläche zu ermöglichen.According to one embodiment of the method, it is provided that the first membrane and/or the second membrane is already prestressed before step e). In other words, the membrane should already be prestressed before the workpiece is subjected to pressure and/or temperature, in particular before the working medium located in the cavity is pressurized and/or heated. Since the membrane should already be tensioned before pressure and/or temperature are applied, this tension is also referred to as pretension. The pretensioning force is preferably greater than the frictional force of the seal acting on the membrane, since otherwise no reliable pretensioning of the membrane can be achieved if the pretensioning force acts on the membrane outside of the seal. The pre-tension ensures that the membrane has a smooth surface right from the start of the action on the workpiece and is not first put under tension by the working medium in the cavity and thus "smoothed out". This has the advantage that the membrane acts evenly on the workpiece right from the start of the temperature and pressure effects. Previously known solutions, on the other hand, dispense with prestressing the membrane in order to allow the membrane to be adapted as flexibly as possible to the shape of the workpiece surface.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während Schritt e) der Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums in der Kavität verändert werden.
Indem der Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums in der Kavität veränderbar ist, sind auch der Druck, der auf das Werkstück einwirkt sowie die Temperatur, die auf das Werkstück einwirkt, veränderbar, da sowohl der Druck als auch die Temperatur des Arbeitsmediums über die Membran auf das Werkstück übertragen werden. Da sowohl der Druck als auch die Temperatur verändert werden können, ist es möglich, anstelle eines konstanten Drucks und einer konstanten Temperatur auch sich verändernde Druck- und Temperaturverläufe vorzusehen, beispielsweise zunächst ein Anstieg von Druck und Temperatur, danach ein Konstanthalten von Druck und Temperatur und abschließend ein Absenken von Druck und Temperatur. Ermöglicht wird eine Veränderung des Druckes des Arbeitsmediums beispielsweise durch eine Veränderung Menge des in der Kavität befindlichen Arbeitsmediums durch Zufluss oder Abfluss von Arbeitsmedium. Eine Veränderung der Temperatur des Arbeitsmediums kann hingegen beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Arbeitsmedium zirkuliert und das Zufließende Arbeitsmedium eine höhere oder niedrigere Temperatur als das in der Kavität befindliche Arbeitsmedium aufweist und dieses somit erwärmt oder kühlt.According to one configuration of the method, it is provided that during step e) the pressure and/or the temperature of the working medium in the cavity are changed.
Since the pressure and/or the temperature of the working medium in the cavity can be changed, the pressure acting on the workpiece and the temperature acting on the workpiece can also be changed, since both the pressure and the temperature of the working medium can be varied via the Membrane are transferred to the workpiece. Since both the pressure and the temperature can be changed, it is possible to provide for changing pressure and temperature curves instead of a constant pressure and a constant temperature, for example initially an increase in pressure and temperature, then keeping the pressure and temperature constant and finally a lowering of pressure and temperature. A change in the pressure of the working medium is made possible, for example, by a change in the quantity of the working medium located in the cavity due to the inflow or outflow of working medium. A change in the temperature of the working medium can, however, be achieved, for example, in that the working medium circulates and the inflowing working medium has a higher or lower temperature than the working medium in the cavity and thus heats or cools it.

Zu dieser Ausgestaltung wird weiter vorgeschlagen, dass während Schritt e) der Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums in der ersten Kavität und in der zweiten Kavität identisch eingestellt werden.In relation to this configuration, it is further proposed that during step e) the pressure and/or the temperature of the working medium in the first cavity and in the second cavity be set identically.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass während Schritt e) der Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums in der ersten Kavität und in der zweiten Kavität unterschiedlich eingestellt werden.As an alternative to this, provision can be made for the pressure and/or the temperature of the working medium in the first cavity and in the second cavity to be set differently during step e).

Die Einstellung identischer Drücke/Temperaturen in beiden Kavitäten hat den Vorteil einer konstruktiv einfachen Umsetzung, da beide Kavitäten durch dieselbe Pumpe mit Druck beaufschlagt werden können oder durch eine Ausgleichsleitung miteinander verbunden sein können. Die Einstellung unterschiedlicher Drücke/Temperaturen in beiden Kavitäten hat hingegen den Vorteil, dass auf das Werkstück von unterschiedlichen Seiten individuell und bedarfsgerecht eingewirkt werden kann.The setting of identical pressures/temperatures in both cavities has the advantage of a structurally simple implementation, since both cavities can be pressurized by the same pump or can be connected to one another by an equalizing line. The setting of different pressures/temperatures in the two cavities, on the other hand, has the advantage that the workpiece can be acted upon individually and as required from different sides.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt e) der Druck des in der Kavität befindlichen Arbeitsmediums bis auf einen Maximaldruck im Bereich zwischen 10 bar und 50 bar, insbesondere zwischen 15 bar und 30 bar angehoben wird.According to a further embodiment of the method, it is provided that in step e) the pressure of the working medium located in the cavity is raised to a maximum pressure in the range between 10 bar and 50 bar, in particular between 15 bar and 30 bar.

In besonderen Anwendungsfällen kann es sogar bevorzugt sein, dass in Schritt e) der Druck des in der Kavität befindlichen Arbeitsmediums bis auf einen Maximaldruck statt auf bis zu 50 bar auf bis zu 70 bar angehoben wird.In special applications, it may even be preferred that in step e) the pressure of the working medium located in the cavity is raised to a maximum pressure of up to 70 bar instead of up to 50 bar.

Dies sind außerordentlich hohe Werte, bedenkt man, dass bei einem, in der Kavität wirksamen Druck, der auf die die Kavität abdichtende Dichtung wirkende Druck durchaus 5 mal bis 12 mal so hoch sein kann.These are extraordinarily high values, considering that with a pressure acting in the cavity, the pressure acting on the seal sealing the cavity can be 5 times to 12 times as high.

Es kann dazu bevorzugt sein, dass der Maximaldruck, beispielsweise über einen Zentralrechner der Vorrichtung gesteuert wird. Und obwohl es aufwendiger ist, kann es darüber hinaus auch bevorzugt sein, dass der Maximaldruck geregelt wird. Dazu kann dann wenigstens ein Drucksensor innerhalb oder in unmittelbarer Umgebung zur Kavität vorgesehen sein und zur Druckmessung genutzt werden.It can be preferred that the maximum pressure is controlled, for example via a central computer of the device. Moreover, although it is more expensive, it may also be preferred that the maximum pressure is controlled. For this purpose, at least one pressure sensor can then be provided within or in the immediate vicinity of the cavity and used to measure the pressure.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass in Schritt e) die Temperatur des in der Kavität befindlichen Arbeitsmediums auf eine Maximaltemperatur im Bereich zwischen 280°C und 500°C, insbesondere zwischen 310°C und 410°C angehoben wird.Alternatively or additionally, according to a further embodiment of the method, it can be provided that in step e) the temperature of the working medium located in the cavity is raised to a maximum temperature in the range between 280°C and 500°C, in particular between 310°C and 410°C is raised.

Die zuvor genannten Drücke und die zuvor genannten Temperaturen haben bei der Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff zu optimalen Ergebnissen geführt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Maximalwerte; während der Herstellung in der Presse werden auch niedrigere Druck- und Temperaturwerte erreicht, beispielsweise während der Aufwärmphase und während der Abkühlphase.The above pressures and the above temperatures have led to optimal results in the production of molded parts made of fiber composite material. The specified values are maximum values; lower pressure and temperature values are also reached during production in the press, for example during the warm-up phase and during the cool-down phase.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1A: eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt in geöffneter Stellung ohne eingelegtes Werkstück,
1B: die Vorrichtung aus 1A in geöffneter Stellung mit eingelegtem Werkstück,
1C: die Vorrichtung aus 1A in geschlossener Stellung,
2A: eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt in geöffneter Stellung ohne eingelegtes Werkstück,
2B: die Vorrichtung aus 2A in geöffneter Stellung mit eingelegtem Werkstück,
2C: die Vorrichtung aus 2A in geschlossener Stellung, und
3: den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung.

The invention is explained in more detail below with reference to a drawing that merely shows a preferred exemplary embodiment. Show in the drawing:

1A : a first embodiment of a device according to the invention in cross section in the open position without an inserted workpiece,
1B : the device off 1A in the open position with the workpiece inserted,
1C : the device off 1A in closed position,
2A : a second embodiment of a device according to the invention in cross section in the open position without an inserted workpiece,
2 B : the device off 2A in the open position with the workpiece inserted,
2C : the device off 2A in the closed position, and
3 : the course of a method according to the invention in a schematic representation.

1A zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbund-Werkstoff im Querschnitt in geöffneter Stellung ohne eingelegtes Werkstück. Die Vorrichtung 1 umfasst ein erstes - oberes - Presswerkzeug 2 sowie ein zweites - unteres - Presswerkzeug 3. Die beiden Presswerkzeuge 2, 3 sind relativ zueinander bewegbar, beispielsweise in vertikaler Richtung (in 1 angedeutet durch Pfeile). Zudem umfasst die Presse 1 eine erste obere Membran 4 und eine zweite - untere Membran 5, wobei die erste Membran 4 mit dem ersten Presswerkzeug 2 verbunden ist und wobei die zweite Membran 5 mit dem zweiten Presswerkzeug 3 verbunden ist. Zwischen der ersten Membran 4 und dem mit ihr verbundenen ersten Presswerkzeug 2 bildet sich eine erste Kavität 6 für ein Arbeitsmedium aus und zwischen der zweiten Membran 5 und dem mit ihr verbundenen zweiten Presswerkzeug 3 bildet sich eine zweite Kavität 7 für ein Arbeitsmedium aus, wobei es sich bei dem Arbeitsmedium beispielsweise um Öl handeln kann. Die Membrane 4, 5 sind aus Metall hergestellt und weisen vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 mm und 3,5 mm, insbesondere zwischen 0,2 mm und 2,2 mm oder insbesondere zwischen 0,25 mm und 0,45 mm auf. Die Kavitäten 6, 7 können über jeweils einen Kanal 8 mit dem Arbeitsmedium befüllt werden. Sowohl in dem oberen Presswerkzeug 2 als auch in dem unteren Presswerkzeug 3 sind Bohrungen 9 vorgesehen, durch die ein Heiz- und/oder Kühlmedium geleitet werden kann. 1A shows a first embodiment of a device 1 according to the invention for the production of molded parts made of fiber composite material in cross section in the open position without an inserted workpiece. The device 1 comprises a first - upper - pressing tool 2 and a second - lower - pressing tool 3. The two pressing tools 2, 3 can be moved relative to one another, for example in the vertical direction (in 1 indicated by arrows). In addition, the press 1 comprises a first upper membrane 4 and a second - lower membrane 5, the first membrane 4 being connected to the first pressing tool 2 and the second membrane 5 being connected to the second pressing tool 3. A first cavity 6 for a working medium is formed between the first membrane 4 and the first pressing tool 2 connected to it, and a second cavity 7 for a working medium is formed between the second membrane 5 and the second pressing tool 3 connected to it. wherein the working medium can be oil, for example. The membranes 4, 5 are made of metal and preferably have a thickness in the range between 0.2 mm and 3.5 mm, in particular between 0.2 mm and 2.2 mm or in particular between 0.25 mm and 0.45 mm on. The cavities 6, 7 can each be filled with the working medium via a channel 8. Bores 9 through which a heating and/or cooling medium can be conducted are provided both in the upper pressing tool 2 and in the lower pressing tool 3 .

Die in 1A gezeigte Vorrichtung 1 weist einen Arbeitsraum 10 auf, in den ein (in 1A nicht gezeigtes) Werkstück eingelegt werden kann. Der Arbeitsraum erstreckt sich teilweise das obere Presswerkzeug 2 und teilweise in das untere Presswerkzeug 2. Die beiden Presswerkzeuge 2, 3 weisen eine Führung 11 auf, die beispielsweise durch einen Vorsprung 11A und eine Ausnehmung 11B gebildet sein kann, wobei der Vorsprung 11A an dem unteren Presswerkzeug 3 vorgesehen sein kann und wobei die Ausnehmung 11B an dem oberen Presswerkzeug 2 vorgesehen sein kann.In the 1A The device 1 shown has a working space 10 into which a (in 1A not shown) workpiece can be inserted. The working space extends partly into the upper pressing tool 2 and partly into the lower pressing tool 2. The two pressing tools 2, 3 have a guide 11, which can be formed, for example, by a projection 11A and a recess 11B, the projection 11A being on the lower Press tool 3 may be provided and the recess 11B may be provided on the upper press tool 2.

Die obere Membran 4 ist mit dem oberen Presswerkzeug 2 auf die folgende Weise verbunden (gleiches gilt für die untere Membran 5 und das untere Presswerkzeug 3): Das obere Presswerkzeug 2 weist in seinem Randbereich einen Spalt 12 auf, durch den die Membran 4 hindurch geführt wird. Der Spalt 12 mündet in einen Hohlraum 13, in dem eine Klemmeinrichtung 14 vorgesehen ist, in die die Membran 4 eingeklemmt ist. Die Klemmeinrichtung 14 ist mit einem Zuganker 15 verbunden, der durch eine Öffnung aus dem oberen Presswerkzeug 2 herausgeführt wird und dort durch eine sich an der Außenfläche abstützende Feder 16 nach außen gedrückt wird, wodurch die Membran 4 mit einer Vorspannung versehen wird. Zur Abdichtung der Kavität 6 ist in dem Spalt 12 eine Dichtung 17 vorgesehen, die eine Bewegung der Membran 4 erlaubt.The upper membrane 4 is connected to the upper pressing tool 2 in the following manner (the same applies to the lower membrane 5 and the lower pressing tool 3): The upper pressing tool 2 has a gap 12 in its edge region, through which the membrane 4 is guided becomes. The gap 12 opens into a cavity 13 in which a clamping device 14 is provided, in which the membrane 4 is clamped. The clamping device 14 is connected to a tie rod 15, which is led out through an opening in the upper pressing tool 2 and is pressed outwards there by a spring 16 supported on the outer surface, whereby the membrane 4 is provided with a pretension. A seal 17 is provided in the gap 12 to seal the cavity 6 and allows the membrane 4 to move.

1B zeigt die Vorrichtung 1 aus 1A in geöffneter Stellung mit eingelegtem Werkstück 18. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1, die bereits zuvor beschrieben worden sind, sind in 1B mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu der in 1A gezeigten Stellung liegt darin, dass das Werkstück 18 in den Arbeitsraum 10 des unteren Presswerkzeugs 3 eingelegt worden ist. Neben dem Werkstück 18 sind zwei weitere Werkstücke 18' in den Arbeitsraum 10 der Vorrichtung 1 eingelegt, wobei es sich bei den Werkstücken 18' beispielsweise um bereits vorgefertigte Verstärkungselemente mit Z-förmigem Querschnitt handeln kann (z.B. „Stringer“ eines Flugzeugrumpfes). Die Werkstücke 18' sollen bei dem nachfolgenden Fertigungsschritt mit dem Werkstück 18 verbunden werden. Um trotz der komplexen Geometrie der Werkstücke 18' eine gleichmäßige Druckverteilung zu ermöglichen, werden mehrere Kerne 19 in den Arbeitsraum eingelegt, deren Form an die Form des Arbeitsraumes 10 sowie an die Form der Werkstücke 18, 18' angepasst ist. 1B shows the device 1 from 1A in the open position with the workpiece 18 inserted. Those areas of the device 1 which have already been described above are shown in FIG 1B provided with corresponding reference numbers. The difference to the in 1A The position shown is that the workpiece 18 has been inserted into the working space 10 of the lower pressing tool 3 . In addition to the workpiece 18, two further workpieces 18' are placed in the working space 10 of the device 1. The workpieces 18' can, for example, be prefabricated reinforcement elements with a Z-shaped cross section (eg "stringer" of an aircraft fuselage). The workpieces 18' are to be connected to the workpiece 18 in the subsequent production step. In order to enable an even distribution of pressure despite the complex geometry of the workpieces 18', several cores 19 are inserted into the working space, the shape of which is adapted to the shape of the working space 10 and to the shape of the workpieces 18, 18'.

1C zeigt die Vorrichtung 1 aus 1A in geschlossener Stellung. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1, die bereits zuvor beschrieben worden sind, sind auch in 1C mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Vorrichtung 1 wurde geschlossen, indem die beiden Presswerkzeuge 2, 3 aufeinander zu bewegt worden sind. In der in 1C gezeigten Stellung wird das Werkstück 18 mit Druck und Temperatur beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit Druck erfolgt, indem ein Arbeitsmedium, beispielsweise Öl, durch den Kanal 8 in die Kavitäten 6, 7 geleitet wird, wodurch die Membrane 4, 5 in Richtung des Werkstücks 18 gepresst werden. Die Beaufschlagung mit Temperatur kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: Eine Möglichkeit besteht darin, das durch den Kanal 8 in die Kavitäten 6, 7 geleitete Arbeitsmedium zu erhitzen, so dass die Wärme von dem in den Kavitäten 6, 7 befindlichen Arbeitsmedium durch die Membrane 5, 6 auf das Werkstück 18 übertragen wird. Umgekehrt könnte das Arbeitsmedium gekühlt werden, um das Werkstück 18 zu kühlen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen 9 von einem Heiz- und/oder Kühlmedium durchströmt werden, wodurch zunächst die beiden Presswerkzeuge 2, 3 und anschließend auch das Werkstück 18 aufgeheizt oder abgekühlt werden können. 1C shows the device 1 from 1A in closed position. Those areas of the device 1 that have already been described above are also in 1C provided with corresponding reference numbers. The device 1 was closed by the two pressing tools 2, 3 have been moved towards each other. in the in 1C shown position, the workpiece 18 is subjected to pressure and temperature. Pressure is applied by a working medium, for example oil, being conducted through the channel 8 into the cavities 6 , 7 , as a result of which the membranes 4 , 5 are pressed in the direction of the workpiece 18 . The application of temperature can take place in different ways: One possibility is to heat the working medium conducted through the channel 8 into the cavities 6, 7, so that the heat from the working medium located in the cavities 6, 7 can pass through the membrane 5, 6 is transferred to the workpiece 18. Conversely, the working fluid could be cooled to cool the workpiece 18. As an alternative or in addition to this, it can be provided that a heating and/or cooling medium flows through the bores 9, as a result of which the two pressing tools 2, 3 and then also the workpiece 18 can be heated or cooled first.

2A zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' im Querschnitt in geöffneter Stellung ohne eingelegtes Werkstück. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1', die bereits zuvor beschrieben worden sind, sind auch in 2A mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die in 2A gezeigte zweite Ausgestaltung der Vorrichtung 1' unterscheidet sich von der zuvor gezeigten ersten Ausgestaltung der Vorrichtung 1' dadurch, dass nur eine einzige Membran 20 vorhanden ist, die um etwa 180° umgelenkt ist. Hierzu kann beispielsweise ein Umlenkelement 21 verwendet werden, das in den Arbeitsraum 10' eingelegt wird. Die Membran 20 ist sowohl mit dem oberen Presswerkzeug 2 als auch mit dem unteren Presswerkzeug 3 verbunden, wobei die zuvor beschriebene Einspannung über Klemmeinrichtungen 14 mit Federn 16 verwendet wird. Bei der zweiten Ausgestaltung der Vorrichtung 1' sind die beiden Kavitäten 6, 7 zu einer gemeinsamen Kavität 22 verbunden. Die Kavität 22 wird im Bereich der Einspannung der Membran 20 (rechts in 2A) durch Dichtungen 17 abgedichtet, die in dem Spalt 12 angeordnet sind. Im Bereich der Umlenkung der Membran (links in 2A) wird die Kavität 22 hingegen durch Dichtungen 23 abgedichtet, die in der Kontaktebene zwischen dem oberen Presswerkzeug 2 und dem unteren Presswerkzeug 3 angeordnet sind und die die Kavität 22 bei geschlossener Vorrichtung l'abdichten. 2A shows a second embodiment of a device 1' according to the invention in cross section in the open position without a workpiece inserted. Those areas of the device 1' that have already been described above are also shown in FIG 2A provided with corresponding reference numbers. In the 2A The second embodiment of the device 1' shown differs from the previously shown first embodiment of the device 1' in that only a single membrane 20 is present, which is deflected by approximately 180°. A deflection element 21 can be used for this purpose, for example, which is inserted into the working space 10'. The membrane 20 is connected both to the upper pressing tool 2 and to the lower pressing tool 3, the previously described clamping using clamping devices 14 with springs 16 being used. In the second embodiment of the device 1 ′, the two cavities 6 , 7 are connected to form a common cavity 22 . The cavity 22 is in the area of the clamping of the membrane 20 (on the right in 2A ) sealed by gaskets 17 placed in the gap 12. In the area of the deflection of the membrane (left in 2A ) the cavity 22, however, by seals Gen 23 are sealed, which are arranged in the contact plane between the upper pressing tool 2 and the lower pressing tool 3 and which seal the cavity 22 when the device 1' is closed.

2B zeigt die Vorrichtung 1' aus 2A in geöffneter Stellung mit eingelegtem Werkstück. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1', die bereits zuvor beschrieben worden sind, sind auch in 2B mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu der in 2A gezeigten Stellung liegt darin, dass das Werkstück 18 in den gemeinsamen Arbeitsraum 10' der beiden Presswerkzeuge 2, 3 eingelegt worden ist. Neben dem Werkstück 18 sind zwei weitere Werkstücke 18' in den Arbeitsraum 10 der Vorrichtung 1' eingelegt, wobei es sich bei den Werkstücken 18' beispielsweise um bereits vorgefertigte Verstärkungselemente mit Z-förmigem Querschnitt handeln kann (z.B. „Stringer“ eines Flugzeugrumpfes). Die Werkstücke 18' sollen bei dem nachfolgenden Fertigungsschritt mit dem Werkstück 18 verbunden werden. Um trotz der komplexen Geometrie der Werkstücke 18' eine gleichmäßige Druckverteilung zu ermöglichen, werden mehrere Kerne 19 in den Arbeitsraum eingelegt, deren Form an die Form des Arbeitsraumes 10 sowie an die Form der Werkstücke 18, 18' angepasst ist. Schließlich ist das bereits zuvor genannte Umlenkelement 21 in den Arbeitsraum 10' eingelegt, das dazu dienen soll, die Membran 20 um etwa 180° umzulenken. 2 B shows the device 1' 2A in the open position with the workpiece inserted. Those areas of the device 1' that have already been described above are also shown in FIG 2 B provided with corresponding reference numbers. The difference to the in 2A shown position is that the workpiece 18 in the common working space 10 'of the two pressing tools 2, 3 has been inserted. In addition to the workpiece 18, two further workpieces 18' are placed in the working space 10 of the device 1'. The workpieces 18' can, for example, be prefabricated reinforcement elements with a Z-shaped cross section (e.g. stringers of an aircraft fuselage). The workpieces 18' are to be connected to the workpiece 18 in the subsequent production step. In order to enable an even distribution of pressure despite the complex geometry of the workpieces 18', several cores 19 are inserted into the working space, the shape of which is adapted to the shape of the working space 10 and to the shape of the workpieces 18, 18'. Finally, the previously mentioned deflection element 21 is inserted into the working space 10', which is intended to deflect the membrane 20 by approximately 180°.

2C zeigt die Vorrichtung 1' aus 2A in geschlossener Stellung. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1', die bereits zuvor beschrieben worden sind, sind auch in 2C mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Vorrichtung 1' wurde geschlossen, indem die beiden Presswerkzeuge 2, 3 aufeinander zu bewegt worden sind, wobei die Kavität 22 vollständig abgedichtet wird (durch die Dichtungen 23). In der in 2C gezeigten Stellung wird das Werkstück 18 mit Druck und Temperatur beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit Druck erfolgt, indem ein Arbeitsmedium, beispielsweise Öl, durch die Kanäle 8 in die Kavität 22 geleitet wird, wodurch die Membran 20 in Richtung des Werkstücks 18 gepresst wird. Die Beaufschlagung mit Temperatur kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: Eine Möglichkeit besteht darin, das durch die Kanäle 8 in die Kavität 22 geleitete Arbeitsmedium zu erhitzen, so dass die Wärme von dem in der Kavität 22 befindlichen Arbeitsmedium durch die Membran 20 auf das Werkstück 18 übertragen wird. Umgekehrt könnte das Arbeitsmedium gekühlt werden, um das Werkstück 18 zu kühlen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen 9 von einem Heiz- und/oder Kühlmedium durchströmt werden, wodurch zunächst die beiden Presswerkzeuge 2, 3 und anschließend auch das Werkstück 18 aufgeheizt oder abgekühlt werden können. 2C shows the device 1' 2A in closed position. Those areas of the device 1' that have already been described above are also shown in FIG 2C provided with corresponding reference numbers. The device 1' was closed by moving the two pressing tools 2, 3 towards one another, with the cavity 22 being completely sealed (by the seals 23). in the in 2C shown position, the workpiece 18 is subjected to pressure and temperature. Pressure is applied by a working medium, for example oil, being conducted through the channels 8 into the cavity 22 , as a result of which the membrane 20 is pressed in the direction of the workpiece 18 . Temperature can be applied in different ways: One possibility is to heat the working medium conducted through the channels 8 into the cavity 22 so that the heat is transferred from the working medium in the cavity 22 through the membrane 20 to the workpiece 18 becomes. Conversely, the working fluid could be cooled to cool the workpiece 18. As an alternative or in addition to this, it can be provided that a heating and/or cooling medium flows through the bores 9, as a result of which the two pressing tools 2, 3 and then also the workpiece 18 can be heated or cooled first.

3 zeigt schließlich den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 in schematischer Darstellung. Das Verfahren 100 umfasst die folgenden Schritte: 101: Bereitstellen einer Vorrichtung, 102: Bereitstellen eines Werkstücks, 103: Einlegen des Werkstücks, 104: Schließen der Vorrichtung, 105: Beaufschlagen des Werkstücks mit Druck und/oder mit Temperatur, 106: Öffnen der Vorrichtung. 3 finally shows the sequence of a method 100 according to the invention in a schematic representation. The method 100 comprises the following steps: 101: providing a device, 102: providing a workpiece, 103: inserting the workpiece, 104: closing the device, 105: applying pressure and/or temperature to the workpiece, 106: opening the device .

BezugszeichenlisteReference List

1, 1'1, 1': Vorrichtungcontraption
22: erstes (oberes) Presswerkzeugfirst (upper) pressing tool
33: zweites (unteres) Presswerkzeugsecond (lower) pressing tool
44: erste (obere) Membranfirst (upper) membrane
55: zweite (untere) Membransecond (lower) membrane
66: erste (obere) Kavitätfirst (upper) cavity
77: zweite (untere) Kavitätsecond (lower) cavity
88th: Kanalchannel
99: Bohrungdrilling
10, 10'10, 10': Arbeitsraumworking space
1111: Führungguide
11A11A: Vorsprunghead Start
11B11B: Ausnehmungrecess
1212: Spaltgap
1313: Hohlraumcavity
1414: Klemmeinrichtungclamping device
1515: Zugankertie rod
1616: FederFeather
1717: Dichtungpoetry
18, 18'18, 18': Werkstückworkpiece
1919: Kerncore
2020: Membranmembrane
2121: Umlenkelementdeflection element
2222: Kavitätcavity
2323: Dichtungpoetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102017113595 A1 [0006]
US 2016/0297153 A1 [0007]
WO 2018/167730 A1 [0009]

Claims

Device (1, 1') for producing molded parts from fiber composite material, comprising: - a first pressing tool (2), - a second pressing tool (3), and - at least one membrane (4, 5, 20), - wherein the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) can be moved relative to one another, - the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) being connected to the membrane (4, 5, 20), - wherein between the The membrane (4, 5, 20) and the pressing tool (2, 3) connected to it form a cavity (6, 7, 22) for a working medium, and - the cavity (6, 7, 22) being sealed by at least one seal ( 17) which presses on the membrane (4, 5, 20) with a sealing force, characterized in that the membrane (4, 5, 20) is movable relative to the seal (17).

device after claim 1 , characterized in that the membrane (20) is deflected, in particular is deflected by about 180 °.

device after claim 1 or claim 2 , characterized in that the device comprises two membranes (4, 5), - the first membrane (4) being connected to the first pressing tool (2) and the second membrane (5) being connected to the second pressing tool (3). , - a first cavity (6) for a working medium being formed between the first diaphragm (4) and the first pressing tool (2) connected to it, and wherein between the second diaphragm (5) and the second pressing tool (3 ) forms a second cavity (7) for a working medium, - wherein the first cavity (6) is sealed by at least one seal (17) which presses on the first membrane (4) with a sealing force and wherein the second cavity (7) is sealed by at least one seal (17) pressing on the second membrane (5) with a sealing force, and - wherein the first membrane (4) is movable relative to the seal (17) and wherein the second membrane (5) is relatively to the seal (17) is movable.

Device according to one of Claims 1 until 3 , characterized by at least one device for changing the pretension of the first membrane (4) and/or the second membrane (5).

Device according to one of Claims 1 until 4 , characterized by at least one device for changing the sealing force of the seal (17).

Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the first membrane (4) and/or the second membrane (5) is made of metal and preferably has a thickness in the range between 0.2 mm and 3.5 mm, in particular between 0.2 mm and 2, 2 mm or in particular between 0.25 mm and 0.45 mm.

Method for producing molded parts from fiber composite material, comprising the following steps: a) providing a device (1, 1') with - a first pressing tool (2), - a second pressing tool (3), and - at least one membrane (4 , 5, 20), - the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) being movable relative to one another, - the first pressing tool (2) and the second pressing tool (3) being connected to the membrane (4, 5, 20 ) are connected, - a cavity (6, 7, 22) for a working medium being formed between the membrane (4, 5, 20) and the pressing tool (2, 3) connected to it, - wherein between the first pressing tool ( 2) and the second pressing tool (3) forms a working space (10, 10') for a workpiece (18, 18'), and - the volume of the working space (10, 10') when the device (1, 1') is closed can be changed by moving the membrane (4, 5, 20), b) providing at least one workpiece (18, 18') with a movement part volume, the workpiece (18, 18') having a matrix and fibers inserted therein, c) placing the workpiece (18, 18') in the working space (10, 10') of the device (1,1'), d) Closing the device (1, 1'), the working space (10, 10') occupying a first volume, e) applying pressure and/or temperature to the workpiece (18, 18') by means of the membrane (4, 5, 20) from at least two sides of the workpiece (18, 18'), wherein the working space (10, 10') occupies a second volume, and wherein a hardened molded part is formed from the workpiece (18, 18'), and f) opening the Device (1, 1') and removal of the molded part, characterized in that the membrane (4, 5, 20) is moved relative to the seal (17) in step e).

procedure after claim 7 , characterized in that the device (1) provided in step a) comprises two membranes (4, 5), - the first membrane (4) being connected to the first pressing tool (2) and the second membrane (5) having the second pressing tool (3) is connected, - wherein between the first membrane (4) and a first cavity (6) for a working medium is formed in the first pressing tool (2) connected to it, and a second cavity (7) for a working medium is formed between the second membrane (5) and the second pressing tool (3) connected to it, - wherein the first cavity (6) is sealed by at least one seal (17) which presses with a sealing force on the first membrane (4) and wherein the second cavity (7) is sealed by at least one seal (17) which is a sealing force presses on the second membrane (5), and - wherein the first membrane (4) is movable relative to the seal (17) and wherein the second membrane (5) is movable relative to the seal (17).

procedure after claim 8 , characterized in that the first membrane (4) and/or the second membrane (5) is already prestressed before step e).

procedure after claim 8 or claim 9 , characterized in that during step e) the pressure and/or the temperature of the working medium in the cavity (6, 7, 22) are changed.

procedure after claim 10 , characterized in that during step e) the pressure and / or the temperature of the working medium in the first cavity (6) and in the second cavity (7) are set identically.

procedure after claim 10 , characterized in that during step e) the pressure and / or the temperature of the working medium in the first cavity (6) and in the second cavity (7) are set differently.

Procedure according to one of Claims 7 until 12 , characterized in that in step e) the pressure of the working medium in the cavity (6, 7, 22) is raised to a maximum pressure in the range between 10 bar and 50 bar, in particular between 15 bar and 30 bar.

Procedure according to one of Claims 7 until 13 , characterized in that in step e) the temperature of the working medium in the cavity (6, 7, 22) is raised to a maximum temperature in the range between 280°C and 500°C, in particular between 310°C and 410°C.