DE202018103994U1 - Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen - Google Patents

Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen Download PDF

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Abstract

Faser-Matrix-Abschnitt (1) zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen, umfassend ein Matrixmaterial (2), in welchem Matrixmaterial (2) mehrere Fasern (3) angeordnet sind, und ferner umfassend einen in dem Matrixmaterial (2) angeordneten Magnetdraht (4).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen und ein Herstellungsverfahren unter Verwendung dieses Faser-Matrix-Abschnitts gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch.
  • Das technische Gebiet sind Halbzeuge aus einem Faser-Matrix-Material und Herstellungsverfahren von Kunststoffteilen. Derartige Halbzeuge können zur Weiterverarbeitung eingesetzt werden, zum Beispiel zur Verstärkung von Bauteilen in mechanisch besonders belasteten Bereichen.
  • Im Spritzgießverfahren, das zur Herstellung von Kunststoffteilen eingesetzt wird, verflüssigt man einen Kunststoff und spritzt diesen unter hohem Druck in ein Spritzgießwerkzeug (Form) ein. Nach dem Aushärten bzw. Erstarren hat das Werkstück aus Kunststoff die dem Spritzgießwerkzeug entsprechende Form.
  • Beim Fließpressen wird in einem Fließpresswerkzeug ein Stempel relativ zu einer Matrize bewegt, um eine Umformung des Werkstücks zu erzeugen.
  • Sowohl beim Spritzgießen, als auch beim Fließpressen kann vorteilhafterweise ein Faser-Matrix-Abschnitt in dem Werkzeug positioniert werden, um die mechanischen Eigenschaften von dem finalen Produkt zu verbessern. Insbesondere bei der Verwendung von Werkzeugen mit nach oben gebogenen Abschnitten kann der eingelegte Faser-Matrix-Abschnitt verrutschen. Die ungenaue Positionierung kann dazu führen, dass die mechanischen Eigenschaften gar nicht an der gewünschten Stelle verbessert werden. Im ungünstigsten Fall kann der Faser-Matrix-Abschnitt einen Bereich des finalen Produkts verstärken, der besonders flexibel sein soll.
  • Aus dem Stand der Technik ist mit der DE 10 2011 004 097 A1 ein Verfahren zur Herstellung von einem Faser-Kunststoff-Verbund bekannt. Dabei wird auf ein Fasergebilde ein Kunststoffmatrixmaterial aufgesprüht. Das Kunststoffmatrixmaterial hat magnetisierbare Bestandteile, die sich während des Aufbringens in einem Magnetfeld ausrichten. Dabei wird am Werkzeug lediglich das Fasergebilde positioniert, welches für sich genommen nicht magnetisch ist. Hier ergibt sich ebenso das Problem, dass das Fasergebilde sich nicht genau positionieren lässt bzw. während des Aufbringens des Matrixmaterials verrutschen kann.
  • Der Nachteil dieser aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist eine schlechte und viel zu ungenaue Positionierung des Faser-Matrix-Abschnitts und insbesondere bei Spritzgießverfahren und beim Fließpressen, dass der Faser-Matrix-Abschnitt aus seiner Position im Werkzeug verrutschen kann.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug insbesondere beim Spritzgießen oder Fließpressen bereitzustellen, der die Nachteile im Stand der Technik überwindet und insbesondere eine genaue Positionierung des Werkstücks erlaubt.
  • Die Aufgabe wird durch einen Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Die Erfindung umfasst einen Faser-Matrix-Abschnitt zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen umfassend ein Matrixmaterial, in welchem Matrixmaterial mehrere Fasern angeordnet sind, und ferner umfassend einen in dem Matrixmaterial angeordneten Magnetdraht. Der Magnetdraht erlaubt eine genaue Positionierung im Matrixmaterial, so dass sich im Zusammenwirken mit einem magnetischen Werkzeug die Lage des Faser-Matrix-Abschnitts genau festlegen lässt. Der Magnetdraht kann ein verzinkter Metalldraht mit einem Durchmesser im Bereich von 0,03 mm bis 0,3 mm sein. Die genaue Positionierung hat Vorteile für die Weiterverarbeitung, insofern, dass der Faser-Matrix-Abschnitt in dem finalen Produkt entsprechend genau angeordnet werden kann, um dessen mechanische Eigenschaften zu verbessern.
  • Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung sind die (alle) Fasern in einem jeweiligen Abstand parallel zueinander durch das Matrixmaterial getrennt angeordnet. Die Fasern können in separaten Strängen in das Material nebeneinander geführt oder auch durch einen Walzprozess in die Oberfläche eingedrückt werden.
  • Bevorzugt sind dabei alle Fasern unidirektional auf mehreren Frontal- und Sagittalebenen des Matrixmaterials angeordnet. Auf diese Art und Weise lassen sich gute mechanische Eigenschaften des Faser-Matrix-Abschnitts erstellen, je nachdem wie die mechanischen Eigenschaften des finalen Produkts verbessert werden sollen.
  • Vorteilhafterweise sind die Fasern derart in dem Matrixmaterial angeordnet, dass sie sich jeweils kontinuierlich über den gesamten oder diskontinuierlich über einen Teil der länglichen Ausdehnung des Matrixmaterials erstrecken. Auch auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften des finalen Produkts entsprechend der Ausgestaltung des Faser-Matrix-Abschnitts optimieren.
  • Ferner bevorzugt ist das Gesamtvolumen der Fasern 15 % bis 80 % des Volumens von dem Matrixmaterial. In diesem Bereich ergeben sich für den Faser-Matrix-Abschnitt die besten Eigenschaften in Bezug auf Flexibilität und Festigkeit.
  • Ein weiterer vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Fasern Glasfasern, Kohlefasern oder Kunststofffasern oder Kombinationen davon umfassen.
  • Gemäß einem anderen bevorzugten technischen Aspekt umfasst das Matrixmaterial Luftporen. Das Gesamtvolumen der Luftporen ist maximal 10 % des Volumens des Matrixmaterials. Aufgrund dieser Obergrenze ergeben sich in der Praxis hohe Festigkeiten. Dabei sind Luftporen möglichst zu vermeiden.
  • Bevorzugt umfasst das Matrixmaterial ein Thermoplast, ein Duroplast, ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer oder Kombinationen davon.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Magnetdraht ferromagnetische, paramagnetische oder superparamagnetische Bestandteile. So lässt sich ein magnetischer bzw. magnetisierbarer Magnetdraht herstellen.
  • Bevorzugt ist jeweils ein Magnetdraht im Bereich einer Faser angeordnet. Zum Beispiel wenn die Fasern in Fasersträngen ausgebildet sind, können diese mit dem Magnetdraht jeweils nebeneinander im Matrixmaterial angeordnet werden.
  • Außerdem ist es bevorzugt, wenn alle Magnetdrähte im Randbereich des Faser-Matrix-Abschnitts angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Produkt, umfassend einen Faser-Matrix-Abschnitt (wie vorangehend beschrieben), umfassend folgende Schritte:
    • - Bereitstellen eines Werkzeugs umfassend ein magnetisches Material und/oder einen Elektromagneten; und
    • - Positionieren eines Faser-Matrix-Abschnitts mit einem Magnetdraht in dem Werkzeug vor dem Ausfüllen des Werkzeugs mit einem Kunststoff, insbesondere beim Spritzgießen oder Fließpressen.
  • Auf diese Art und Weise lassen sich Produkte während der Herstellung verstärken, indem diese mit einem Faser-Matrix-Abschnitt ausgestattet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Abschnitts; und
    • 2 zeigt ein Werkzeug für ein Herstellungsverfahren für ein Produkt umfassend einen Faser-Matrix-Abschnitt aus 1.
  • In 1 ist der Faser-Matrix-Abschnitt 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, so wie er im Rahmen der Erfindung ausgestaltet sein kann, um die vorteilhafte genaue Positionierung für die Weiterverarbeitung zu erzielen. Der gezeigte Faser-Matrix-Abschnitt 1 kann beim Spritzgießen und Fließpressen entsprechend genau in einem jeweiligen Werkzeug angeordnet werden, um mechanische Eigenschaften zu verbessern.
  • Der dargestellte Faser-Matrix-Abschnitt 1 besteht aus einem Matrixmaterial 2, das in der Form eines rechteckigen Abschnitts ausgebildet ist. Im Matrixmaterial 2 sind in diesem Beispiel acht Fasern 3 in zwei übereinanderliegenden Ebenen zu jeweils vier Stück angeordnet. Die Fasern 3 liegen in einem äquidistanten Abstand parallel zueinander und sind durch das Matrixmaterial 2 getrennt bzw. von dem Matrixmaterial 2 jeweils vollständig umgeben. Dabei sind alle Fasern 3 unidirektional auf zwei Transversal- und vier Sagittalebenen des Matrixmaterials 2 angeordnet.
  • Aufgrund der intransparenten Darstellung des Matrixmaterials ist nicht zu sehen, dass die Fasern 3 in dem Matrixmaterial 2 kontinuierlich über den gesamten Abschnitt verlaufen oder lediglich über einen Teil der länglichen Ausdehnung des Matrixmaterials 2 diskontinuierlich verlaufen.
  • Grundsätzlich kann das Gesamtvolumen der Fasern 3 15 % bis 80 % des Volumens von dem Matrixmaterial 2 sein, wobei im dargestellten Beispiel der Faseranteil im unteren Bereich bei 15 % bis 25 % liegt. Die dargestellten Fasern 3 können Glasfasern, Kohlefasern oder Kunststofffasern oder Kombinationen davon sein.
  • Aufgrund der intransparenten Darstellung des Matrixmaterials 2 ist ebenfalls nicht zu erkennen, dass das Matrixmaterial 2 Luftporen umfasst. Das Gesamtvolumen der Luftporen ist maximal 10 % des Volumens des Matrixmaterials 2.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Matrixmaterial 2 ein Thermoplast, ein Duroplast, ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer oder Kombinationen davon. In Bezug auf den oben beschriebenen Anteil von Fasern und Luftporen zeichnet sich der Faser-Matrix-Abschnitt 1 durch thermoplastische Verformbarkeit aus.
  • Um die bereits beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Positionierbarkeit zu realisieren, umfasst der Faser-Matrix-Abschnitt 1 ferner im Matrixmaterial 2 angeordnete Magnetdrähte 4 mit ferromagnetischen, paramagnetischen oder superparamagnetischen Bestandteilen.
  • Im dargestellten Beispiel ist jeweils ein Magnetdraht 4 im Bereich jeweils einer Faser 3 angeordnet. Die Alternative besteht darin, alle Magnetdrähte 4 im Randbereich des Faser-Matrix-Abschnitts oben 21 oder seitlich 22 anzuordnen. Dies hat Vorteile für die Positionierbarkeit in einem Werkzeug, so wie es im Folgenden beschrieben wird.
  • In 2 ist ein Werkzeug 5 für eine Spritzgießverfahren als Beispiel für ein Herstellungsverfahren gezeigt. Im Werkzeug 5 kann ein Kunststoffprodukt umfassend einen Faser-Matrix-Abschnitt 1 hergestellt werden, indem:
    • - das Werkzeug 5 umfassend einen Elektromagneten 53 bereitgestellt wird; und
    • - der Faser-Matrix-Abschnitt 1 mit einem Magnetdraht in dem Werkzeug 5 mit einer Metallform 51, wobei vor dem Ausfüllen des Werkzeugs 5 mit einem Kunststoff 54 durch den Anspritzkanal 52 der Faser-Matrix-Abschnitt 1 entsprechend positioniert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011004097 A1 [0006]

Claims (11)

  1. Faser-Matrix-Abschnitt (1) zur präzisen Positionierung in einem Werkzeug beim Spritzgießen oder Fließpressen, umfassend ein Matrixmaterial (2), in welchem Matrixmaterial (2) mehrere Fasern (3) angeordnet sind, und ferner umfassend einen in dem Matrixmaterial (2) angeordneten Magnetdraht (4).
  2. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach Anspruch 1, wobei die Fasern (3) in einem jeweiligen Abstand parallel zueinander durch das Matrixmaterial (2) getrennt angeordnet sind.
  3. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei alle Fasern (3) unidirektional auf mehreren Frontal- und Sagittalebenen des Matrixmaterials (2) angeordnet sind.
  4. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (3) derart in dem Matrixmaterial (2) angeordnet sind, dass sie sich jeweils kontinuierlich über den gesamten oder diskontinuierlich über einen Teil der länglichen Ausdehnung des Matrixmaterials (2) erstrecken.
  5. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gesamtvolumen der Fasern (3) 15 % bis 80 % des Volumens von dem Matrixmaterial (2) ist.
  6. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (3) Glasfasern, Kohlefasern oder Kunststofffasern oder Kombinationen davon umfassen.
  7. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (2) Luftporen umfasst, und das Gesamtvolumen der Luftporen maximal 10 % des Volumens des Matrixmaterials (2) ist.
  8. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (2) ein Thermoplast, ein Duroplast, ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer oder Kombinationen davon umfasst.
  9. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetdraht (4) ferromagnetische, paramagnetische oder superparamagnetische Bestandteile umfasst.
  10. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeweils ein Magnetdraht (4) im Bereich einer Faser (3) angeordnet ist.
  11. Faser-Matrix-Abschnitt (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Magnetdrähte (4) im Randbereich des Faser-Matrix-Abschnitts angeordnet sind.
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