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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Verbundformteilen.
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Der
Industriezweig, der derartige Teile herstellt, ist gemeinhin als
Industriezweig zur Herstellung von glasfaser- bzw. glasfiberverstärktem Plastik bekannt
und umfasst die Produktion von Verbundformteilen für zahlreiche
industrielle Anwendungen. Dazu gehören die Automobilindustrie,
der Industriezweig zur Herstellung von Bussen und Lkws, zur Herstellung
von Wasserfahrzeugen sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie. Viele
Verbundformteile in diesen Bereichen haben Flächen, die 1 m2 durchaus überschreiten
können.
So können
zum Beispiel Formteile für
ein Boot eine Fläche
zwischen 10 und 1.000 m2 haben.
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Bei
der Produktion von Verbundteilen werden im Wesentlichen zwei Rohmaterialien
verwendet: Das eine ist aushärtbares
Flüssigharz,
und das andere Fiber bzw. Glasfaser (für gewöhnlich als Glasfiber bezeichnet).
Bei dem traditionellen Fertigungsverfahren sind diese beiden Materialien
bisher immer in eine offene Form gelegt worden und manuell zur gewünschten
Formteildicke verfestigt worden.
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Als
Ergebnis der immer weiter steigenden Globalisierung in der Gesetzgebung,
die eine Reduzierung von schädlichen
Bedingungen und Staub verlangt, und vor dem Hintergrund allgemeiner
Verbesserungen der Arbeitsbedingungen, ist die offene Formgebung
für Verbundteile
zugunsten des Fertigungsverfahrens mit einer geschlossenen Form
im Rückgang
begriffen. Bei derartigen Verfahren wird jeweils ein zueinander
passendes Paar von Formen verwandt, um zwischen den beiden Formen
eine Höhlung
zu schaffen, so dass – wenn
die beiden Formen in geschlossener Passgenauigkeit gehalten werden – die auf
diese Weise definierte Höhlung wahrheitsgetreu
die Form und die Dicke des gewünschten
Formteils widerspiegelt.
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In
der Industrie sind vielfältige
Arten von geschlossenen Formensätzen
anzutreffen, die von steifen Schwerlastformensätzen reichen, die hohen Drücken durch
Verdichtung oder Harzeinspeisung standhalten, bis hin zu geschlossenen
Formensätzen,
die durch ein Vakuum zusammengehalten werden, das in den Höhlungen
aufgebaut wird.
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Die
Geschichte kennt generell das Verfahren gemäß der Präambel von Anspruch 1 und die
geschlossene Form für
Verbundteile gemäß der Präambel von
Anspruch 2.
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Aufgrund
der großen
Oberfläche
dieser Formensätze
entstehen Probleme bei der Fertigung, d.h. es ist schwer, die erforderliche
Toleranz für
die Dicke und die Form der Teile einzuhalten.
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Dementsprechend
ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Verbundformteilen zu liefern. Weiterhin ist es Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Form für die Einrichtung
zum Produzieren von Verbundformteilen zu schaffen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hier ein Verfahren
zur Herstellung von Verbundformteilen vorgestellt, das folgende
Schritte umfaßt:
Bereitstellen
eines Paares von Formelementen, die eine Formhöhlung definieren,
Einleiten
von Verstärkungsfasern
in die Formhöhlung,
und Einspeisen eines Harzgemisches in die Formhöhlung,
dadurch gekennzeichnet,
dass
das das genannte Verfahren Mittel zum Erfassen von Verzerrungen
eines Formelements und zum Erzeugen eines Ausgangssignals beinhaltet,
wenn ein vorbestimmtes Maß an
Verzerrung erfaßt
wird, und Regeln der Geschwindigkeit, mit der das Harzgemisch in
die Formhöhlung
eingeleitet wird, in Abhängigkeit von
dem genannten Ausgangssignal.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hier eine Einrichtung
zum Produzieren von Verbundformteilen mit geschlossener Form vorgestellt,
die Folgendes umfasst:
ein Paar Formelemente, die eine Formhöhlung definieren,
in die Verstärkungsfasern
eingeleitet werden können,
und
Mittel
Formhöhlung,
dadurch
gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist:
Mittel zum Erfassen
von Verzerrungen eines Formelements,
Mittel zum Erzeugen eines
Ausgangssignals, wenn ein vorbestimmtes Maß an Verzerrung erfasst wird, und
Regelungsmittel zum Regeln der Geschwindigkeit, mit der das Harzgemisch
in die Formhöhlung eingeleitet
wird, in Abhängigkeit
von dem genannten Ausgangssignal.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Perspektivdarstellung eines inneren Formelements,
das mit einer ersten Form eines Sensorsystems ausgerüstet ist;
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2A zeigt
das Sensorsystem aus 1 mit dem inneren Formelement
in nicht durchgebogenen Zustand;
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2B zeigt
das Sensorsystem aus 1 mit dem inneren Formelement
in durchgebogenem Zustand;
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3 ist
eine schematische Perspektivansicht eines inneren Formelements,
das mit einer zweiten Form eines Sensorsystems ausgerüstet ist;
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4A zeigt
das Sensorsystem aus 3 mit dem inneren Formelement
im nicht durchgebogenen Zustand, und
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4B zeigt
das Sensorsystem aus 3 mit dem Formelement im durchgebogenen
Zustand.
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Ausführungsbeispiel
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Wie
in 1 gezeigt, hat ein inneres Formelement (1)
eine Formfläche
(3), die die Innenflächenhälfte eines
dazu passenden Formenpaares bildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde das äußere Formelement
in den Zeichnugnen nicht mit dargestellt. Es wäre begrüßenswert, wenn die Dicke des geformten
Verbundformteils durch den Abstand zwischen dem inneren Formelement
und dem äußeren Formelement
bestimmt werden würde
und die Konfiguration des geformten Verbundformteils von der Konfiguration
des inneren und äußeren Formelements.
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Auf
der Innenfläche
des inneren Formelements (1) befindet sich ein Verankerungspunkt
(2), an dem ein Ende einer durch Federkraft zurückziehbare
Sensorleitung (4) angebracht. Das gegenüberliegende Ende der Sensorleitung
(4) ist an einer gefederten Zylindertrommel (5)
verankert. Eine Welle (6), die von Lagern (hier nicht dargestellt)
gestützt wird,
liefert für
die Trommel (5) einen angeschlossenen Antrieb. An der Welle
(6) ist eine Schraubenfeder (7) befestigt, durch
die eine Verdrehung zur Trommel (5) in Uhrzeigersinn erzeugt
wird, dass die Leitung (4) gespannt bleibt. Die Schraubenfeder
(7) ist mit dem einen Ende an der Welle (6) befestigt
und mit dem anderen an (8) am Chassis (15) verankert,
das sich innerhalb des inneren Formelements befindet und skizzenhaff
in 1 dargestellt ist. Ein Endschalter (14),
der über
eine Armatur (12) verfügt,
ist mit einem gefederten Hebel und einem Schalterbetätigungselement
(13) versehen.
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Die
Trommel (5) trägt
ein Paar Nockensegmente (10 und 11); 2A zeigt
die Situation, die erreicht wird, wenn das innere Formelement (1)
nicht durchgebogen ist. Der Schalter (14) ist somit radial gestellt,
so dass das Schalterbetätigungselement (13)
dieses Schalters durch Betätigen
der Außenflächen der
Nockenelemente (10 und 11) zusammengedrückt ist.
Die Schalterarmatur (12) ist heruntergedrückt und
liefert somit eine Anzeige, dass das Sensorsystem in einem stabilen
Zustand ist, d.h. es befindet sich nicht an einem Schaltpunkt, und
es zeigt weiterhin an, dass sich die Wand des inneren Formelements
in seinem ursprünglichen,
nichtverformten Zustand befindet. Die Positionen der Nockensegmente
(10 und 11) auf der Trommel (5) sind
einstellbar, so dass zwischen den Nockenprofilen ein einstellbarer
Spalt entsteht. Die Nockenelemente (10 und 11)
werden – sobald
sie sich in den entsprechenden Positionen befinden – durch
eine Feststellschraube (9) verriegelt werden.
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2B zeigt
die nach innen durchgebogene Wand des inneren Formelements (1),
wobei sich der Verankerungspunkt (2) in dieselbe Richtung
und um denselben Betrag bewegt. Dadurch wird die wodurch sich die
Trommel (5) um den Betrag in Uhrzeigersinn drehen kann,
dass sich ein Punkt auf dem Umfang der Trommel (5) in Umfangsrichtung
um eine Entfernung bewegen kann, die der länge entspricht, um den sich
die Leitung verkürzt.
Das Schalterbetätigungselement
(13) bewegt sich dabei in den Spalt zwischen den Profilen
der Nockensegmente (10 und 11) und betätigt den
Schalter (14).
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Bei
Verwendung des oben beschriebenen Systems wird trockenes Glasfiber
als verformbares Blatt auf eine Oberfläche des Formensatzes gelegt. Dann
wird das Gegenstück – die dazu
passende Form – so über die
erste Form gelegt, dass die Formhöhlung geschlossen wird. Die
innere und die äußere Form
werden mittels des Vakuums, das über
die Formdichtungen am Rand abgedichtet wird, zusammengeklemmt.
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Danach
werden das gemischte Harz und der Härter unter Druck mit Hilfe
von einem oder mehreren Formenausgängen (nicht dargestellt) in
die Formhöhlung
gepresst, die in der Fläche
von einem oder mehreren Formelementen strategisch angeordnet sind.
Das Harz fließt
nun solange weiter durch die durchlässige Glasfiberdichtung in
der Form, bis die Formhöhlung
vollständig
gefüllt
ist.
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Sofern
das Einspeisen des Harzes in die Formhöhlung nicht innerhalb der Grenzen
der Formenstärke
und leistungsfähiger
Produktion geschwindigkeits- und druckgeregelt erfolgt, dann treten
entweder Genauigkeitsprobleme bei der geformten Komponente auf,
oder die Produktionsgeschwindigkeit wird geringer. Wenn zum Beispiel
der Druck oder die Geschwindigkeit zu hoch eingestellt ist, biegen
sich die Formenflächen
weg, wodurch eine schlechte oder unvollständige Füllung entsteht, was zu einer
vergrößerten Dicke
der geformten Komponente führt.
In ähnlicher
Weise wird durch einen zu niedrig eingestellten Druck oder eine
zu niedrig eingestellte Geschwindigkeit der Produktionsausstoß verringert
und kann dazu führen,
dass die Zeit zum Füllen
der Form, bevor das Harzgemisch zu reagieren und auszuhärten beginnt,
nicht ausreicht.
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Durch
die Verwendung des oben beschriebenen Sensorsystems wird von der
Formenoberfläche
ein Signal geliefert, das den Betrag der Durchbiegung der Form von
den gewünschten
Maßen
anzeigt. Das Signal wird an einen Steuerkasten gesandt, der Mittel
zur Regelung des Drucks und der Geschwindigkeit des in die Formenhöhlung gespeisten
Harzes enthält.
Dieses Signal wiederum liefert automatisch und zuverlässig einen
optimierten Pegel zur Produktionssteuerung, indem der Pegel der
Ausgangssignale entweder verringert oder vergrößert wird.
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Es
wäre zu
begrüßen, wenn
nicht nur ein Sensor vorgesehen wird und wenn verschiedene Sensoren
auf verschiedene Positionen des ausgewählten Formelements wirken und
diese Sensoren so angeordnet wären,
dass sie auf beide Formelemente wirken
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Die
in den 1, 2A und 2B gezeigte
besondere Anordnung kann durch entsprechende Einstellung der ursprünglichen
Länge der Leitung
der Trommelspule für
jede beliebige Formenoberflächengröße aufgebaut
werden. Der Schalter (14) ist so konstruiert, dass er über die
Achse der Trommel (5) radial eingestellt werden kann, so
dass eine Ersteinstellung des Schaltpunktes vorgenommen werden kann,
d.h. so bald das Chassis (15) für die Trommel in seiner Lage
fixiert und der Verankerungspunkt (2) der Leitung an dem
gewählten
Teil der Formenfläche
befestigt ist, wird der Schalter (14) gedreht und in radialer
Stellung verriegelt, so dass aufgrund einer kleinen Verkürzung der
Leitung (4) wegen der Durchbiegung der Form (1)
nach innen das Schalterbetätigungselement
(13) ausgelöst
wird und das Regelungssignal ausgibt, mit dem die Geschwindigkeit,
mit der das Harzgemisch zur Formenhöhlung fließt, geregelt wird.
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Die
Leitung (4) kann auf einer oder mehreren Formenflächen über eine
zusätzliche,
mit einem Gewinde versehene ortsfeste Führung verfügen oder über reibungsarme oder rollengelagerte
Ringschrauben, durch die die Leitung (4) auch nacheinander zwischen
dem Verankerungspunkt (2) und der Sensorbaugruppe durchgeführt werden
kann. Dadurch ist eine Mehrfacherfassung der Durchbiegung der Formenfläche möglich und
auch Mehrachsenerfassung von einem anderen Sensorelement.
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Um
eine höhere
Auflösung
zu erreichen, kann der Durchmesser der Trommel (5) auch
kleiner gewählt
werden.
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Für den Schalter
(14) kann ein einfacher Ein/Auselektrisch, pneumatisch
oder elektronisch sein kann.
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Alternativ
kann ein reibungslos arbeitender Magnetschalter, ein kapazitiver
Schalter, ein Lichtsensor- oder
Ultraschallschalter verwendet werden.
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Für den Sensor
kann alternativ auch ein analoger Sensor eingesetzt werden, der
anstelle des Nockensegments eine Encoderscheibe verwendet. In ähnlicher
Weise kann ein pneumatisches Analogsignal erreicht werden, indem
der Luftstrom durch eine sich drehende Scheibe begrenzt bzw. vergrößert wird.
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Das
System, dass für
den Fluss des Harzgemischs sorgt, kann so angeordnet werden, dass
es bei Empfangen eines Sensorsignals den Fluss des Harzgemischs
stoppt, bis die Biegung der Form wieder auf das ursprüngliche
sichere Niveau zurückkehrt.
Alternativ dazu kann die Strömungsleistung auch
mit einem ganz gewöhnlichen
PID-Regelkreis auf ein optimales Niveau reduziert werden.
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Bei
der spezifischen Anordnung, die in 1, 2A und 2B gezeigt
ist, ist das Sensorsystem so angeordnet, dass eine Durchbiegung
oder Verzerrung des inneren Formelements (1) erfasst wird.
Es wäre
natürlich
zu begrüßen, wenn eine ähnliche
Anordnung verwendet werden könnte, um
auch die Durchbiegung oder Verzerrung des äußeren Formelements zu erfassen.
In diesem Fall würde
sich das Formelement nach außen
durchbiegen, damit sich so die Leitung des Sensors verlängert. Dadurch
ergibt sich eine leicht verfügbare
Bewegung, von der die notwendige Sensorbetätigung abgeleitet werden kann.
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Wenn
wir uns nun den 3, 4A und 4B zuwenden,
dann zeigen diese inneres Formelement (21) mit einer Formenfläche (23),
die die Innenflächenhälfte eines
dazu passenden Formenpaares bildet.
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Ein
gefederter teleskopischer Schaft (24/26), der
einen Pol (24) und ein geschlitztes Außenrohr (26) enthält, verläuft zwischen
einem Paar von Verankerungspunkten (22) auf dem inneren
Formelement (21). Eine Feder (28) wirkt zwischen
dem freien Ende des Pols (24) und einem einstellbaren Verriegelungsbund
(27), der von dem geschlitzten Außenrohr getragen wird, so dass
der gefederte teleskopische Schaft (24/26) zwischen
den beiden Verankerungspunkten (22) gespannt bleibt Die
Länge des
teleskopischen Schafts (24/26) wird so eingestellt,
dass er zwischen die beiden Innenwände der Form passt, wie in
den Zeichnungen gezeigt, und der Verriegelungsbund (27)
wird so positioniert, dass sich ein kleiner Grad positiver Federverlängerungsspannung
ergibt. Der Verriegelungsbund (27) beinhaltet ein Teil, das
durch den Schlitz im Rohr (26) herausragt, um somit für die Feder
(28) eine Reaktionsfläche
zu schaffen.
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An
dem Pol (24) ist eine Nocke (25) angebracht, die
in die gewünschte
Einstellposition entlang der Länge
des Pols (24) verstellt werden kann. Auf dem äußeren Ende
des geschlitzten Rohrs (26) ist ein Schalter (29)
angebracht. Dieser Schalter (29) verfügt über eine Ausgangsleitung (30)
und einen Hebel (31), der so angeordnet ist, dass damit
die Nocke (25) betätigt
werden kann.
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Während des
Betriebes wird – sobald
der gefederte teleskopische Schaft (24/26) zwischen
die gegenüberliegenden
Wände eingepasst
worden ist – die
Stellung der Nocke (25) so eingestellt, dass sie sich in
unmittelbarer Nähe
zum Ende des Hebels (31) von Schalter (29) befindet.
Die Nocke (25) wird dann in ihrer Stellung verriegelt,
so dass der in 4A gezeigte Zustand erreicht
wird.
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Das
Harzgemisch wird nun in die Formhöhlung eingespeist, und es wird
ein Verbundformteil produziert, wie oben beschrieben. Das Ergebnis
der Durchbiegung der Wände
der Form ist in 4B gezeigt. Durch die Durchbiegung
der Wände
der Form nach innen wird der gefederte teleskopische Schaft (24/26)
durch Zusammenziehen der Feder (28) verkürzt. Dadurch,
dass der Prozess der Verkürzung
voranschreitet, bewegt sich die Nocke (25) zum Schalterhebel
(31) und betätigt
diesen, wobei ein Signal erzeugt wird, um anzuzeigen, dass ein vorausbestimmter
Grad an Formverzerrung erkannt worden ist. Das Regelungssystem reagiert
dann auf dieses Signal wie oben beschrieben.
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Das
wiederum zeigt, dass jeder beliebige Typ eines linearen Schaltgeräts verwendet
werden kann, um ein Ausgangssignal entweder in digitaler oder analoger
Form zu liefern, d.h. das Signal, das erzeugt wird, kann vom Grad
der Verzerrung der Wände
der Form abhängen.
Die Anordnung kann demnach so sein, dass ein Ablesewert erreicht
wird, mit dem der Betrag der Verzerrung der Wand der Form angezeigt
wird, der während
des Einspeisens des Harzgemischs in die Formhöhlung erzeugt worden ist.