DE2917344C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Formwerkzeug für ein kalthärtendes Faser­ verbund-Bauteil mit einer wiederverwendbaren luftdich­ ten, anschmiegsamen Formmaske, die mit einem keilförmi­ gen in eine entsprechende, zum Nutgrund hin verengte Dichtnut des Werkzeugteils einsetzbaren Dichtwulst ver­ sehen ist, ist aus den DE-OSn 21 04 585 und 21 22 581 bekannt. Zur Abdichtung des Formraums wird dabei ent­ weder ein den Dichtwulst in die Nut einpressendes Ab­ dichtprofil auf die Maske aufgeklemmt oder die Nut wird im Bereich des Nutgrundes im Hinblick auf eine wirkungs­ vollere Abdichtung zusätzlich evakuiert, um den Dicht­ wulst unter Saugwirkung in festsitzender Anlage an den konvergenten Nutseitenwänden zu halten. Ein derartiger Formraum-Verschluß ist mit einem großen baulichen Mehr­ aufwand verbunden und darüber hinaus insofern nachteilig, als der Formraum nur sehr umständlich verschlossen und wieder geöffnet werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Formwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Formraum auf baulich einfache Weise mühelos und sicher durch die Maske druckdicht zu verschließen und nach dem Aushärten des Faserverbundwerkstoffs ebenso einfach wieder zu öffnen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im An­ spruch 1 gekennzeichnete Formwerkzeug gelöst.

Erfindungsgemäß kommt es aufgrund der beanspruchten Ausbildung des Dichtwulstes mit einem höheren thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten als das Werkzeugteil in Verbindung mit dem z. B. rechteckigen Nutquer­ schnitt bei einer zum Aushärten des Faserverbundwerk­ stoffs unter Autoklaven-Bedingungen ohnehin erfolgen­ den Erwärmung des Formwerkzeugs zu einer selbsttätigen auch unter höheren Autoklavendrücken sicheren Abdich­ tung des Formraums an dem Dichtwulst der Formmaske; zum Einlegen und zur Entnahme des Laminats, also wenn sich das Formwerkzeug im abgekühlten Zustand befindet, läßt sich der Formraum mühelos verschließen bzw. wieder öffnen. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Beschädigung der Maske im Bereich des Dichtwulstes verringert. Wegen des einfachen und sicheren Formraumverschlusses eignet sich das Formwerkzeug nach der Erfindung daher in hervorragender Weise für eine rationelle, exakte Serien­ fertigung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen in Auto­ klaven.

Ein für die Maske einschließlich des Dichtwulstes hin­ sichtlich Flexibilität, Dauerfestigkeit und Wärmeausdehnungsverhalten besonders geeignetes Ma­ terial ist gemäß Anspruch 2 ein elastomerer Werkstoff, vorzugsweise Silicon. Aus Gründen einer ebenfalls beson­ ders einfachen, vor allem aber formgenauen Herstellung der Maske einschließlich des Dichtwulstes bestehen diese in besonders bevorzugter Weise gemäß Anspruch 3 aus einem zunächst in nichtvulkanisiertem Zustand an das Werkzeugteil angeformten und dann zur fertigen Maske ausvulkanisierten Elastomer.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier in den Zeich­ nungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu­ tert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung eines mit dem Formwerkzeug nach der Erfindung her­ gestellten Eckbauteils aus Faserverbundwerk­ stoff;

Fig. 2 Eine perspektivische Darstellung des Form­ werkzeugs im geschlossenen Zustand;

Fig. 3 Einen Teilschnitt längs der Linie III-III der Fig. 2; und

Fig. 4 Einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbei­ spieles eines Formwerkzeugs.

Das in Fig. 1 gezeigte Eckbauteil 2 enthält zwei, einen Winkel von 90° einschließende Wandabschnitte 4 und 6, an denen stirnseitig ebenfalls unter 90° ein dritter, L-förmiger Wandabschnitt 8 angeformt ist. Das Bauteil 2 ist einstückig aus Faserverbundwerkstoff in mehreren übereinandergelegten, mit Harz vorgetränkten Faser­ schichten, sogenannten Prepregs, mit sich kreuzender Faserrichtung hergestellt, wobei als Fasermaterial z.B. Carbonfasern gewählt werden, die - anders als in der prinzipiellen Darstellung der Fig. 1 - in den Prepregs dicht nebeneinanderliegend verlaufen. Das Eckbauteil 2 hat eine gleichförmige Wandstärke, und in den dritten Wandabschnitt 8 sind Einsatz-2 oder Anschlußelemente 10 in Form von Aufnahmebuchsen für Befestigungsbolzen oder dgl. miteinlaminiert.

Hergestellt wird das Bauteil 2 mit Hilfe des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Formwerkzeugs 12, das ein inneres und ein äußeres, plattenförmiges, entsprechend der Raumform des Bauteils 2 abgewinkeltes Werkzeugteil 14 bzw. 16, z. B. aus Stahl, enthält, die an ihren einan­ der zugekehrten Innenflächen 18, 20 einen Formraum 22 begrenzen, der nach außen durch eine sich längs der Randbereiche der Werkzeugteile 14, 16 streifenförmig erstreckende Maske 24 druckdicht verschlossen ist. Der durch die Werkzeugteile 14, 16 und die Maske 24 all­ seitig begrenzte Formraum 22 besitzt im wesentlichen die gleiche Querschnittsgeometrie wie das endgültig fertiggestellte Bauteil 2, so daß dieses im Formwerk­ zeug mit der gewünschten Außenkontur ohne ein nachträg­ liches Zuschneiden oder eine andere Nachbearbeitung maßhaltig ausgeformt wird. Wie Fig. 3 am deutlichsten zeigt, enthält die Maske 24, die einstückig aus Silicon oder einem anderen Elastomeren hergestellt ist, zwei beidseitig an ihren den Formraum oder -spalt 22 überbrückenden Mittelabschnitt 26 angeformte Wandab­ schnitte 28, 30, die jeweils formgleich am Werkzeug­ teil 14 bzw. 16 außerhalb des Formraums 22 anliegen und mit einem Dichtwulst 32 bzw. 34 vesehen sind, der in eine entsprechende, durchlaufende Nut 36, 38 des inneren bzw. äußeren Werkzeugteils 14, 16 eingreift.

Zur Entlüftung des Formraums 22 ist das Formwerkzeug 12 an flexible Unterdruckleitungen 40, 42 angeschlossen, die unmittelbar über die Werkzeugteile 14, 16 in den Formraum 22 münden können, bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel jedoch unter Zwischenschaltung der Maske 24 an das Werkzeug 12 angeschlossen sind. Zu diesem Zweck ist im verlängerten Wandabschnitt 28 der Maske 24 an den einzelnen Absaugstellen, die in Umfangsrichtung der Maske 24 etwa 1 m auseinanderliegen, ein Anschlußstutzen 44 befestigt, der mittels eines Schraubrings 46 am Wandabschnitt 28 festgeklemmt und mit einer der Unter­ druckleitungen 40, 42 verbunden ist. Vom Anschlußstutzen 44 führt eine Abzugsöffnung 48 in Form einer in das Werkzeugteil 14 auf dessen Außenseite eingearbeiteten, schlitzförmigen Nut zum Formraum 22.

Um die Außenkontur des Formraums 22 genau an die gewün­ schte Randkontur des herzustellenden Bauteils 2 anzu­ passen, sind zwischen den Mittelabschnitt 26 der Maske 24 und das Werkzeugteil 16 auswechselbare Formstücke 50 eingelegt, die z. B. aus Metalleisten bestehen und für den Fall, daß das Bauteil 2 am Rand mit Aussparungen versehen werden soll, entsprechende, in den Formraum 22 hineinragende Ansätze aufweisen. Zur Positionierung der vorgefertigten, mit dem Bauteil 2 nach dem Aushärten integral verbundenen Anschlußelemente 10 sind an ent­ sprechenden Stellen des Werkzeugteils 16 flache Senk­ bohrungen 52 ausgebildet, jedoch können die Anschluß­ elemente 10 im Formraum 22 wahlweise auch am Werk­ zeugteil 14 oder 16 oder der Maske 24, etwa durch einen nach dem Aushärten leicht lösbaren Kleber, fixiert werden.

Zum Füllen des Formwerkzeugs 12 wird die Maske 24 von den Werkzeugteilen 14 und 16 gelöst und die Werkzeug­ teile 14, 16 werden voneinander getrennt. Die zuvor abgelegten, exakt auf die Außenkontur des Formraums 22 zugeschnittenen und im Bereich der einzuformenden Ein­ satz- oder Anschlußelemente 10 ausgeschnittenen Prepreg- Schichten werden anschließend unter Zwischenlage eines in Fig. 3 gestrichelt eingezeichneten Sauggewebes 54 auf eines der Werkzeugteile 14 oder 16 aufgelegt, und nach dem Einsetzen der Anschlußbuchsen 10 und dem Auf­ legen einer weiteren Sauggewebeschicht 54 auf die andere Seite der Prepregfüllung 56 wird das Formwerkzeug durch das zweite Werkzeugteil 16 oder 14, die Formstücke 50 und die Maske 24 zusammengebaut und nach Anschluß der Unterdruckleitungen 40, 42 in einem (nicht gezeigten) beheizten Autoklaven eingesetzt, wo es mit einem Auto­ klavendruck von etwa 5-10 bar beaufschlagt wird. Wegen des im Vergleich zu Stahl höheren Ausdehnungs­ koeffizienten von Silicon dehnen sich die Dichtwulste 32, 34 unter der Wärmeeinwirkung des Autoklaven stärker als die Nuten 36, 38 aus und sorgen für eine selbst­ tätige, sichere Abdichtung des Formraums 22 gegen den Autoklavendruck. Die über die Maske 24 begrenzt elastisch miteinander verbundenen Werkzeugteile 14, 16 werden durch den Autoklavendruck zusammengepreßt, so daß die Prepregfüllung 56 im Formraum 22 zusammenge­ drückt wird und unter gleichzeitiger Wärmezufuhr aus­ härtet. Die dabei im Formraum 22 freiwerdenden, gas­ förmigen Einschlüsse werden über die Abzugsöffnung 48, den Anschlußstutzen 44 und die Unterdruckleitungen 40, 42 abgesaugt. Der Harzüberschuß fließt senkrecht zur Flächenerstreckung der Prepregfüllung 56, also in Rich­ tung der Bauteildicke, und wird von den die Innen­ flächen 18, 20 der Werkzeugteile 14, 16 bzw. der Maske 24 bedeckenden Sauggeweben 54 aufgenommen. Nach dem Aushärten, dem Abnehmen der Maske 24 nach Abkühlung des Formwerkzeugs 12 und dem Entformen des Bauteils 2 werden die Sauggewebe 54 entfernt und das Formwerkzeug 12 kann erneut mit Faserverbundwerkstoff gefüllt werden.

Die Siliconmaske 24 ist äußerst wärme- und druckbe­ ständig und bis zu 400 Mal wieder verwendbar. Zur Her­ stellung der Maske 24 wird die Siliconmasse im nicht­ vulkanisierten, leicht verformbaren Zustand an die unter Freihaltung des Formraums 22 einschließlich der Randleisten 50 zusammengesetzten Werkzeugteile 14, 16 angeformt und in die Nuten 36, 38 eingedrückt und an­ schließend auf den Werkzeugteilen 14, 16 ausvulkani­ siert. Dabei können gleichzeitig auch die für die An­ schlußstutzen 44 im Wandabschnitt 28 der Maske 24 vorgesehenen Öffnungen mitgeformt werden. Diese Her­ stellungsmethode garantiert eine einfache, formgleiche Anpassung der Maske 24 an die Werkzeugteile 14, 16 bzw. die Formstücke 50.

Bei dem Formwerkzeug gemäß Fig. 4, bei dem die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, wird auf das Werkzeugteil 16 verzichtet und statt dessen ist der Formraum 22 nicht nur am Rand, sondern auf seiner gesam­ ten Außenseite durch die flexible Maske 24 begrenzt. Im übrigen entspricht die Bau- und Funktionsweise dieses Formwerkzeugs der des ersten Ausführungsbeispieles, abgesehen davon, daß die im Wandabschnitt 28 der Maske 24 befestigten Anschlußstutzen 44 nicht unter Zwischen­ schaltung der Schlitze 4 g im Werkzeugteil 14, sondern unmittelbar am Außenrand des Formraums 22 in diesen münden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die den Formraum 22 begrenzenden Innenflächen des Werkzeug­ teils 14 und der Maske 24 mit einem auswechselbaren Sauggewebe belegt.

Claims (3)

1. Formwerkzeug für ein unter Wärme- und Druckeinwirkung aushärtendes Bauteil aus Faserverbundwerkstoff mit mindestens einem, insbesondere mehreren, beweglich miteinander verbundenen Werkzeugteilen zur Begren­ zung eines das Bauteil beim Aushärten aufnehmenden, beheizten, druckdicht verschlossenen und unter äußerer Druckbeaufschlagung zusammengepreßten Form­ raums mit mindestens einer Abzugsöffnung für die beim Aushärten des Faserverbundwerkstoffs im Form­ raum freigesetzten, gasförmigen Einschlüsse, wobei der Formraum durch eine flexible, wiederverwendbare Maske aus einem wärmebeständigen Material mit über den Formraum verlängerten, am Werkzeugteil form­ gleich anliegenden Wandabschnitten druckdicht ver­ schlossen ist und die Wandabschnitte mit einem in eine entsprechende Nut im Werkzeugteil außerhalb des Formraums lösbar eingreifenden Dichtwulst ver­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtwulst (32, 34) der Maske (24) einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Werk­ zeugteil (14, 16) aufweist und der Dichtwulst und die Nut (34, 36) eine im wesentlichen rechteckige Querschnittskonfiguration besitzen.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (24) aus einem Elastomer, vorzugsweise Silicon, besteht.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (24) aus einem zunächst im nichtvulkani­ sierten Zustand an das Werkzeugteil (14, 16) ange­ formten und dann zur fertigen Maske ausvulkani­ sierten Elastomer besteht.