DE4324724A1 - Angußsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Angußsystem, insbesondere für LCM- Verfahren, mit einer aus Schalen bestehenden, ein Formnest um­ gebenden Form, mindestens einem sich durch die Schale er­ streckenden, bis zum Formnest reichenden Angußkanal, einer Entlüftung der Form, einem Zuführorgan für das zu injizierende Harzgemisch sowie einem Verschluß für die durch den Kanal in der Form gebildete Öffnung.

Derartige Angußsysteme für LCM-Verfahren sind bekannt. LCM steht für Liquid Composite Moulding. Dies ist der Oberbegriff für sämtliche Verarbeitungsverfahren in geschlossenen Werkzeu­ gen, bei denen flüssige Harze und trockene Verstärkungszu­ schnitte eingesetzt werden. Zu den LCM-Verfahren gehört u. a. das RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding). Das erfindungsge­ mäße Angußsystem eignet sich insbesondere für das RTM-Verfah­ ren, bei dessen herkömmlicher Durchführung in einem sogenann­ ten Transfertopf befindliches Harzgemisch unter Druck in das Formnest injiziert wird. Bei heutzutage üblichen, zur Verar­ beitung von dünnflüssigen Kunstharzen eingesetzten RTM-Verfah­ ren dosiert ein Injektionsaggregat die beiden Harzkomponenten in einem vorgegebenen Verhältnis. Anschließend durchfließen die Komponenten einen Mischer, so daß ein gleichmäßiges, reak­ tionsfähiges Harzgemisch entsteht, das in das Formnest der Form injiziert werden kann. Mit Form ist dabei das zumeist aus zwei Schalen, nämlich der Unter- und Oberschale aufgebaute Werkzeug gemeint, das das Formnest, den Hohlraum, in dem das Bauteil entsteht, umgibt. Gleichbedeutende Begriffe für Form­ nest sind beispielsweise Formhöhlung oder Kavität.

Auf die grundlegenden Vorteile von LCM-Verfahren, insbesondere des RTM-Verfahrens, für das sich das erfindungsgemäße Angußsy­ stem insbesondere eignet, wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, da diese Vorteile dem Kunststofftechniker hin­ länglich bekannt sind.

Aus dem Stand der Technik sind folgende Angußsysteme zur Ver­ wendung in RTM-Verfahren bekannt:

Über eine Öffnung in der Oberfläche der Form wird das Ende des Mischrohres hineingedrückt. Nach Abschluß der Injektion des Harzgemisches wird das Mischrohr aus der Öffnung herausgezo­ gen. Der im Formnest herrschende Druck wird dabei abgebaut, wobei das unter Druck stehende Harz aus dem Angußkanal austre­ ten kann. Im Stand der Technik wurde versucht, dies durch ei­ nen von Hand eingesetzten Stopfen zu verhindern.

Ein anderes, aus dem Stand der Technik bekanntes Angußsystem besteht darin, daß ein von dem Mischer ausgehender Schlauch an einen an der Formoberfläche befindlichen Schraubnippel ange­ setzt wird. Nach Abschluß der Injektionsphase kann dann die Form durch das Abknicken des Schlauches verschlossen werden.

Ferner gibt es Verschlußsysteme, bei denen dem Austritt des unter Druck stehenden Harzes durch einen pneumatisch bewegten Stopfen entgegengewirkt werden soll. Auch diese pneumatisch bewegten Stopfen werden an der Formoberfläche montiert.

Sämtliche der vorbeschriebenen Angußsysteme besitzen den Nach­ teil, daß in dem Angußkanal aushärtendes gemischtes Harz, das anschließend ausgebohrt werden muß. Weiterhin kommt es bei den Lösungen, die auf einen Angußstopfen zurückgreifen, zu Verkle­ bungen mit dem im Angußkanal befindlichen Harz, so daß der An­ gußstopfen zumeist erst nach dem Entformen des Bauteils mit einer speziellen Vorrichtung entfernt werden kann. Infolgedes­ sen muß auch der Angußstopfen nach der Injektion von Harzre­ sten gereinigt werden.

Aufgrund der vorbeschriebenen Nachteile eignen sich die be­ kannten Angußsysteme auch nicht für eine vollständige Automa­ tisierung von LCM- bzw. RTM-Verfahren.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Angußsystem zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile vermeidet, dabei gleichzeitig einfach im Aufbau ist, bei dem möglichst wenig Abfall entsteht und das eine restlose Entformbarkeit des aus­ gehärteten Materials erlaubt.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, ein Angußsystem für LCM-Verfahren zu schaffen, das keine bewegten Teile im Harz­ strom bzw. im Angußkanal aufweist.

Im einzelnen wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Anguß­ system der eingangs erwähnten Art eine formnestnahe Anordnung der Mündung des Zuführorgans für das zu injizierende Harzge­ misch sowie eine Abdichtung des Zuführorgan mindestens im Be­ reich der Mündung gegen den Angußkanal aufweist. Die formnest­ nahe (= bauteilnahe) Anordnung der Mündung des Zuführorgans in Verbindung mit dessen Abdichtung bewirkt, daß sich kein Harz im Angußkanal festsetzen kann. Infolgedessen entfällt das bei den herkömmlichen Angußsystemen nach der Injektion erforderli­ che Ausbohren des Angußkanals. Der Verschluß für die durch den Angußkanal in der Form gebildete Öffnung verhindert, nach Ab­ schluß der Injektionsphase den Austritt des im Formnest unter Druck stehenden Harzes.

In Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Angußsystem hat sich dessen Funktionssicherheit erwiesen. In einer mehr als 100 Füllversuche des Formnestes umfassenden Versuchsreihe kam es zu keinerlei Störungen und Ausfällen. Mit dem erfindungsgemä­ ßen Angußsystem wird infolgedessen auch eine äußerst geringe Ausschußquote erzielt, selbst dann,. wenn die Leistungsfähig­ keit des Angußsystems voll ausgeschöpft wird, d. h. beispiels­ weise besonders hohe Injektionsdrücke gefahren werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung reicht das Zu­ führorgan sowie ein das Zuführorgan ummantelndes Mantelrohr bis an eine schräge Ebene der Angußöffnung heran, wobei die über das Mantelrohr eingeleitete Klemmkraft auf die an der schrägen Ebene anliegende Abdichtung wirkt. Die Kombination der Kraftführung im Mantelrohr in Verbindung mit dem Zuführor­ gan sowie der schrägen Ebene der Angußöffnung erlaubt auf ein­ fache Art und Weise die erforderliche Abdichtung des Angußsy­ stemes. Gleichzeitig ermöglicht das Mantelrohr die Vorberei­ tung des Zuführorgans für den Injektionsvorgang außerhalb der Form. Die aus Mantelrohr und Zuführorgan bestehende Einheit kann nach dessen Vorbereitung in den Angußkanal eingesetzt werden.

Die für die Abdichtung des Zuführorgans gegen den Angußkanal erforderliche Klemmkraft wird vorzugsweise über einen an dem den Angußkanal überragenden Teil des Mantelrohres angeordneten Flansch eingeleitet.

Soll das erfindungsgemäße Angußsystem automatisch gehandhabt werden, läßt sich die erforderliche Klemmkraft vorzugsweise durch einen Hebelspanner, insbesondere jedoch durch einen pneumatisch betriebenen Spanner aufbringen. Der Einsatz eines Spanners wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Bedienge­ schwindigkeit des Angußsystemes aus.

Wegen seiner Flexibilität und leichten Anbindbarkeit an die dem Angußsystem vorgeschalteten Aggregate hat sich ein Schlauch als Zuführorgan als besonders geeignet herausge­ stellt. Der günstige Preis eines Schlauches wirkt sich darüber hinaus vorteilhaft auf die gesamte Wirtschaftlichkeit von LCM- Verfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Angußsystems aus, da für jeden Injektionsvorgang lediglich das kurze Schlauchstück vom Mischkopf bis zur Angußöffnung als Abfall anfällt. Ein weiterer Vorteil eines Schlauches als Zuführorgan besteht darin, daß sich der erfindungsgemäß notwendige Ver­ schluß an dem außerhalb der Form befindlichen Abschnitt des Schlauchs auf einfache Art und Weise durch eine Linienpressung des Schlauchs erzeugen läßt. Unter den bei LCM-Verfahren vor­ liegenden Druck- und Temperaturbedingungen haben sich Polya­ midschläuche als besonders geeignet erwiesen.

Im Zusammenhang mit der Verwendung eines Schlauchs als Zu­ führorgang läßt sich auch auf einfache Art und Weise die Ab­ dichtung des Zuführorgans durch eine an den Schlauch ange­ formte Dichtlippe bewerkstelligen, deren gekrümmte Oberfläche die zum Formnest angeordnete Stirnseite des Mantelrohres um­ greift. Die den Schlauch formschlüssig an dem Mantelrohr fi­ xierende Dichtlippe verhindert gleichzeitig absolut sicher ein Herausrutschen des Schlauches aus dem Angußkanal infolge der in dem Formnest auftretenden Injektionsdrücke. Die erforderli­ che, auf die Dichtlippe wirkende Dichtkraft wird über den Spanner durch das Mantelrohr auf die gekrümmte Oberfläche der Dichtlippe übertragen, die ihr Widerlager in der schrägen Ebene der Angußöffnung findet.

Durch die an den Schlauch angeformte Dichtlippe vermindert sich darüber hinaus die Bauteilzahl, was dem mit der Erfindung angestrebten, einfachen Aufbau des Angußsystemes entgegen­ kommt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung folgt auf die Verjün­ gung der Angußöffnung in Richtung des Formnestes eine Erweite­ rung. Eine solche, vorzugsweise als Doppelkegel ausgebildete Form der Angußöffnung bewirkt, daß der in der Angußöffnung aushärtende Harzstopfen sich stets restlos ohne Bauteilbeschä­ digung entformen läßt. Bei herkömmlichen, in Richtung auf das Formnest kegelförmig zulaufenden Angußöffnungen befindet sich nämlich die Sollbruchstelle der ausgehärteten Materialreste auf der Bauteiloberfläche, so daß es beim Entformungsvorgang zum unerwünschten Herausreißen von Material aus dem Bauteil kommen kann. Ferner sind aus dem Stand der Technik zylindri­ sche Angußöffnungen bekannt, die jedoch den Nachteil besitzen, daß aushärtende Materialreste häufig in der zylindrischen An­ gußöffnungen haften bleiben und daher mechanisch entfernt wer­ den müssen, was nicht mit der angestrebten, weitgehenden Auto­ matisierung und leichten Handhabbarkeit in Einklang steht.

Die im Rahmen des Angußsystemes erforderliche Entlüftung des Formnestes läßt sich in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisieren, daß die Anordnung und Beschaf­ fenheit des Zuführorgans, wie sie sich insbesondere aus den Ansprüchen 1, 2 und 5 ergibt, dessen Abdichtung, wie sie sich insbesondere aus den Ansprüchen 2, 3 und 6 ergibt, sowie die Ausgestaltung des Verschlusses und gegebenenfalls der Form der Angußöffnung, wie sie sich insbesondere aus den Ansprüchen 7, 8, 9 und 10 ergibt, baugleich eingesetzt wird.

Die insoweit baugleiche Ausführung der Werkzeugentlüftung ver­ ringert abermals die im gesamten Angußsystem erforderliche An­ zahl von Teilen, vereinfacht dessen Aufbau und Handhabung. Das im Rahmen der Entlüftung aus der Form ragende Schlauchende ist offen bzw. an einen Auffangbehälter angeschlossen und kann entsprechend den Ansprüchen 7 bzw. 8 mit einem Verschluß rechtzeitig, beispielsweise mittels der Rollenmechanik nach Anspruch 8 zugedrückt werden, so daß das erforderliche Druck­ niveau im Formnest erhalten bleibt. Zu Automatisierungszwecken kann beispielsweise das Verschließen des Schlauches mittels der erwähnten Rollenmechanik durch einen optischen Sensor er­ folgen. Die derart gestaltete Entlüftung kann an der Stelle der Form eingebaut werden, wo sich sonst üblicherweise die Entlüftungsbohrung befindet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles des näheren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines erfin­ dungsgemäßen Angußsystemes,

Fig. 2 eine Detailansicht des bis an die Anguß­ öffnung heranreichenden Zuführorgans ein­ schließlich der Abdichtung sowie

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Verschlusses des erfindungsgemäßen Angußsystemes.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Angußsystem für das RTM- Verfahren. Die insgesamt mit (1) bezeichnete Form umfaßt eine Oberschale (2) sowie eine Unterschale (3). Die Schalen (2) und (3) umgeben ein Formnest (4), in dem das Bauteil entsteht. Die Oberschale (2) der Form (1) verfügt über einen insgesamt mit (5) bezeichneten Anguß sowie eine insgesamt mit (6) bezeich­ nete Entlüftung. Der Anguß (5) erfüllt die Aufgabe, das Form­ nest (4) mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten, die Harzkomponenten in einem vorgegebenen Verhältnis dosierenden Injektionsaggregat sowie einem Mischer zu verbinden.

Die insgesamt mit (6) bezeichnete Entlüftung der Form (1) ist notwendig, da die Trennebene zwischen Ober- und Unterschale luftdicht sein muß. Die durch das injizierte Harzgemisch ver­ drängte Luft entweicht definiert über die Entlüftung (6). Die Entlüftung kann gleichzeitig durch ein Vakuum unterstützt wer­ den.

Im einzelnen besteht der insgesamt mit (5) bezeichnete Anguß aus einem sich durch die Oberschale (2) erstreckenden Angußka­ nal (7), einem Mantelrohr (8), einem Angußeinsatz (9), einem bis zu dem Angußeinsatz (9) reichenden, von dem Mantelrohr (8) umgebenen Polyamidschlauch (11) sowie einem Hebelspanner (12), der eine Klemmkraft F_k auf das Mantelrohr (8) ausübt.

Die notwendige Abdichtung des Polyamidschlauches (11) gegen den Angußkanal (7) erfolgt durch eine an dem Schlauch (11) an­ geformte Dichtlippe (15), deren gekrümmte Oberfläche, die zum Formnest (4) liegende Stirnseite (16) des Mantelrohres (8) um­ greift. Die über das Mantelrohr (8) eingeleitete Klemmkraft F_k wirkt auf die Dichtlippe (15) und verhindert somit wirksam ein Herausrutschen des Polyamidschlauches (11) aus dem Angußkanal (7) infolge des Injektionsdruckes. Die als Abdichtung wirkende Dichtlippe (15) liegt an der schrägen Ebene (17) der als Doppelkegel (18) ausgebildeten Öffnung des Angußeinsatzes (9) an.

Die insbesondere in Fig. 2 deutlich erkennbare Doppelkegel­ form des Angußeinsatzes (9) verlagert auf elegante und einfa­ che Art und Weise die Sollbruchstelle der nach dem Injektions­ vorgang ausgehärteten Materialreste von der Oberfläche des im Formnest (4) entstandenen Bauteils weg. Infolgedessen sind Bauteilbeschädigungen mit der aus Fig. 2 ersichtlichen Dop­ pelkegelform ausgeschlossen. Bei der gewählten Doppelkegelform (18) ist es auch ausgeschlossen, daß in der Angußöffnung aus­ gehärtete Materialreste haften bleiben und mechanisch, bei­ spielsweise durch Ausbohren entfernt werden müssen.

Nach Abschluß des Injektionsvorganges fällt lediglich der Po­ lyamidschlauch (11) als Abfall an, der mit den darin verblei­ benden Harzresten aus dem Anguß (5) entfernt wird. Ein Ausboh­ ren des Angußkanales (7), wie es bei den Lösungen nach dem Stand der Technik erforderlich war, entfällt vollständig. Gleichzeitig gewährleistet die an den Polyamidschlauch (11) angeformte Dichtlippe in Verbindung mit den anderen Komponen­ ten des Angußsystems eine nur wenige Einzelteile aufweisende Lösung.

Der in Fig. 1 nur schematisch dargestellte, mit (19) bezeich­ nete Verschluß des Angußsystemes (1) läßt sich in Verbindung mit dem Polyamidschlauch besonders einfach durch die näher in Fig. 3 gezeigte, durch zwei Rollen (21) bewirkte Linienpres­ sung des Schlauches bewerkstelligen, deren Achsen parallel zu­ einander in Pfeilrichtung beweglich sind. Gleichzeitig verhin­ dert der durch Rollen realisierte Verschluß des als Zuführor­ gan dienenden Polyamidschlauches (11) ein Abscheren des Schlauches, was bei herkömmlichen Verschlüssen, die vielfach auf einem Abknicken des Schlauches basieren, auftreten kann.

Die Gegeneinanderbewegung der Rollen (21) kann beispielsweise durch Schrauben, aber auch durch pneumatische Zylinder oder ähnliche Vorrichtungen erzeugt werden.

Wie insbesondere aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, kann die insgesamt mit (6) bezeichnete Entlüftung baugleich dem Anguß (5) realisiert werden, so daß ein näheres Eingehen auf die einzelnen Komponenten der Entlüftung (6) nicht erforderlich ist. In gleicher Weise kommen auch hier die bereits zuvor er­ wähnten Vorteile zum Tragen.

Der ebenfalls an dem Entlüftungsschlauch ansetzende, in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Verschlußmechanismus (22) stimmt mit dem in Fig. 3 dargestellten Verschlußmechanismus (19) für den Anguß (5) überein. Die Rollenmechanik kann zu ei­ nem geeigneten Zeitpunkt den Schlauch (23) zudrücken, so daß das im Formnest erforderliche Druckniveau erhalten bleibt.

Selbstverständlich kann der sowohl im Rahmen des Angusses als auch der Entlüftung verwendete Hebelspanner (12) bzw. (24) für automatisierte Anwendungen beispielsweise durch pneumatische Spanner ersetzt werden.

Insgesamt läßt sich festhalten, daß sich das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel eines Angußsystemes durch einen einfachen Aufbau, keine bewegten Teile im Harzstrom, restlose Entformbarkeit des ausgehärteten Materials nach dem Injektionsvorgang, geringe Abfallmenge je Injektionsvorgang und eine baugleiche Ausführung der Werkzeugentlüftung wie für den Anguß auszeichnet.

Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Angußsystem im Bedarfs­ fall vollständig automatisieren.

Claims (11)

1. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren mit einer aus Schalen bestehenden, ein Formnest umgebenden Form, min­ destens einem bis zum Formnest reichenden, sich durch die Schale erstreckenden Angußkanal, einer Entlüftung des Form­ nestes, einem Zuführorgan für das zu injizierende Harzge­ misch, sowie einem Verschluß für die durch den Angußkanal in der Form gebildete Öffnung, gekennzeichnet durch eine formnestnahe Anordnung der Mündung des Zuführorgans (11) sowie Abdichtung des Zuführorgans zumindestens im Bereich der Mündung gegen den Angußkanal (7).

2. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführorgan sowie ein das Zuführorgan ummantelndes Mantelrohr (8) bis an eine schräge Ebene (17) der Angußöffnung (18) heranreicht, wobei eine über das Mantelrohr eingeleitete Klemmkraft auf die an der schrägen Ebene der Angußöffnung anliegende Abdichtung (15) wirkt.

3. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft über einen an dem den Angußkanal (7) überragenden Teil des Mantelrohres angeordneten Flansch aufgebracht wird.

4. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft durch einen Spanner, insbesondere einen Hebelspanner (12) oder einen pneumatisch betriebenen Spanner aufgebracht wird.

5. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zuführorgan ein Schlauch (11), vorzugsweise aus Polyamid, ist.

6. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung des Zuführor­ gans durch eine an den Schlauch angeformte Dichtlippe (13) erfolgt, deren gekrümmte Oberfläche die formnestseitig an­ geordnete Stirnseite (16) des Mantelrohres (8) umgreift.

7. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (19) an dem außerhalb der Form befindlichen Abschnitt des Schlau­ ches angeordnet ist und durch eine Linienpressung des Schlauchs erzeugt wird.

8. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linienpressung des Schlauchs durch zwei Rollen (21) bewirkt wird, deren Achsen parallel zueinander beweglich sind.

9. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die An­ gußöffnung (18) in Richtung des Formnestes (4) zunächst verjüngt und sodann erweitert.

10. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Angußöffnung (18) die Form eines Doppelkegels besitzt.

11. Angußsystem, insbesondere für LCM-Verfahren, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anord­ nung und Beschaffenheit des Zuführorgans, dessen Abdichtung sowie die Ausgestaltung des Verschlusses und gegebenenfalls der Form der Angußöffnung baugleich für die Entlüftung (6) des Angußsystemes eingesetzt wird.