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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Verbundstrukturen
und insbesondere auf das Gebiet des Kunstharz-Transferspritzens (RTM).
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Ein
traditionelles Verfahren zur Erzeugung von Verbundstrukturen umfasst
die Herstellung von Kohlenstofffaserstrukturen, die dann mit Kunstharz imprägniert werden,
um Schichten aus Kohlenstofffasern herzustellen, worauf die vorimprägnierten
Kohlenstofffaserschichten über
ein Formwerkzeug gelegt werden, bevor das Formwerkzeug und die Schichten erhitzt
werden, um das Kunstharz auszuhärten
und die Struktur herzustellen. Bei Anwendungen, wo es wichtig ist,
dass die resultierende Struktur eine gleichmäßige Dicke haben muss, ist
dieses traditionelle Verfahren, das vorimprägnierte Kohlenstofffaserschichten
benutzt, nicht genügend
genau. Die Dicke der Schichten kann zu Beginn nicht gleichmäßig sein,
und das Kunstharz. kann während
der Aushärtung
nicht gleichmäßig fließen. Diese
Faktoren können
dazu führen,
dass die so hergestellte Struktur außerhalb der Toleranzgrenzen
für Gegenstände mit engen
Toleranzwerten liegt.
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Das
Kunstharz-Transferspritzen (RTM) erweist sich als ein bevorzugtes
Verfahren zur Herstellung von Verbundstrukturen, bei denen enge
Toleranzen erforderlich sind. Die vorimprägnierten Kohlenstofffaserschichten
werden bei dem RTM-Verfahren nicht
benutzt. Stattdessen wird eine Kohlenstofffaserstruktur partiell
mit Kunstharz imprägniert
oder überzogen,
und verschiedene Schichten einer partiell imprägnierten oder überzogenen
Struktur werden in ein Vorformwerkzeug eingelegt, bevor eine Vorformung bei
etwa 100°C
im Vakuum erfolgt, um eine Vorformstruktur zu erzeugen. Diese Vorformstruktur
wird dann in ein RTM-Formwerkzeug eingelegt, das ein geschlossenes
Formwerkzeug ist, das für
den Spritzguss geeignet ist. Zunächst
wird ein Vakuum angelegt, um Luft abzusaugen, und dann wird ein
Kunstharz in die Form eingespritzt. Das Formwerkzeug wird gleichzeitig
erhitzt, um das Kunstharz auszuhärten,
und es wird ein Druck ausgeübt,
um zu gewährleisten,
dass das Formwerkzeug geschlossen bleibt, wodurch das Kunstharz
aushärten
kann, um so die Verbundstruktur zu erzeugen. Dann wird die Form geöffnet, und
die Verbundstruktur wird entfernt.
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Während des
Kunstharz-Einspritzverfahrens wird gewöhnlich ein Kunstharzauslauf
vorgesehen, um alle verbleibenden Lufteinschlüsse über einen oder mehrere Auslaufpunkte
abzuziehen. Es ist notwendig, die Luft abzuziehen, da sonst die
Struktur Lufteinschlüsse
anstelle des Kunstharzes aufweisen würde und dann schwächer als
erwartet wäre.
Die gegenwärtigen
RTM-Verfahren haben verschiedene Nachteile, nämlich: es ist schwierig, den
Kunstharzauslaufprozess zu spezifizieren und zu steuern, da dies
gewöhnlich
Arbeiter erfordert, die die Luftblasen in den Auslaufrohren beobachten.
Dies erfordert von den Arbeitern eine Beurteilungskraft und Erfahrung und
präzise
Anweisungen von den Herstellern. Gewöhnlich sind spezielle Steuereinrichtungen
erforderlich. Außerdem
wird während
des Auslaufprozesses Kunstharz vergeudet. In Fällen, wo die Arbeiter nicht sicher
sind, ob die Luftblasen entfernt wurden oder nicht, werden sie den
Auslauf von Kunstharz fortsetzen, bis sie sicher sind, dass keine
bedeutende Menge von Luft verbleibt. Auf diese Weise wird eine beträchtliche
Kunstharzmenge vergeudet. Außerdem kann
jeder Bauteil etwas unterschiedliche Charakteristiken aufweisen,
weil die Beurteilung, ob alle Lufteinschlüsse entfernt wurden, rein subjektiv
ist.
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Die
EP-A-294768 beschreibt ein RTM-Verfahren und eine Vorrichtung, die
einen Auslaufhohlraum gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 bzw. 5 benutzen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein RTM-Formwerkzeug
und ein Verfahren zur Benutzung dieses Formwerkzeugs zu schaffen, wodurch
es unnötig
wird, eine Kunstharzauslaufoperation zu spezifizieren oder zu steuern,
während
das Kunstharz eingespritzt wird und wobei weiter die vergeudete
Kunstharzmenge im RTM-Verfahren vermindert wird. Eine verbesserte Verfahrenssteuerung
und Gleichheit der erzeugten Produkte wird ebenfalls angestrebt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Formwerkzeug zur Benutzung
beim Kunstharz-Transferspritzen, wobei das Werkzeug einen oder mehrere
die Form definierende Abschnitte aufweist, die zusammen die Form
des innerhalb des Werkzeugs herzustellenden Bauteils definieren,
und wobei das Werkzeug einen Einlasspfad aufweist, über den
Kunstharz in das Formwerkzeug eingespritzt werden kann und wobei
das Formwerkzeug weiter wenigstens einen Auslaufhohlraum und ein abnehmbares
Verschlussglied aufweist, das in der Lage ist, den Auslaufhohlraum
zu schließen
und im Betrieb den Auslaufhohlraum im Wesentlichen abzudichten,
um zu verhindern, dass Fluid aus dem Auslaufhohlraum austritt, und
wobei das Verschlussglied eine flache äußere Oberfläche aufweist, damit das Glied
zwischen die die Form definierenden Abschnitte des Formwerkzeugs
und eine Krafterzeugungsplatte einer Presse einpassen kann.
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Das
Verschlussglied wirkt als Zwischenteil, um das Formwerkzeug vor
der Platte während
des Herstellungsverfahrens zu schützen und umgekehrt.
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Stattdessen
kann das Verschlussglied ein Stopfen sein, der sich im Betrieb in
den Auslaufhohlraum erstreckt und den Auslaufhohlraum abdichtet. Ein
Stopfen kann anstelle des Zwischenteils benutzt werden, wenn das
Formwerkzeug ein eigenes Erhitzungs- und Klemmsystem aufweist.
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Das
Formwerkzeug ist vorzugsweise so ausgebildet, dass Luft vor dem
Einspritzen des Kunstharzes aus dem gleichen Einlasspfad abgezogen
werden kann, über
den das Kunstharz eingespritzt wird. Dies bedeutet, dass nur ein
Einlass-/Auslasspfad erforderlich ist.
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Ein
Verfahren zum Kunstharz-Transferspritzen kann wenigstens die folgenden
Schritte aufweisen:
es wird ein Formwerkzeug vorgesehen, das
wenigstens einen Kunstharz-Einspritzeinlass
und wenigstens einen Auslaufhohlraum sowie ein Verschlussglied aufweist,
wobei das Verschlussglied in der Lage ist, den Auslaufhohlraum zu
schließen
und im Betrieb den Auslaufhohlraum im Wesentlichen abdichtet, um das
Austreten von Fluid aus dem Auslaufhohlraum zu verhindern;
es
wird ein vorgeformtes Bauteil in das Formwerkzeug eingelegt und
es wird der Auslaufhohlraum abgedichtet;
es wird ein Vakuum
an einen Einlass angelegt, um Luft aus dem Formwerkzeug zu entfernen;
es
wird Kunstharz durch einen Einlass in das Formwerkzeug eingespritzt,
wobei verbleibende Luft in den geschlossenen Auslaufhohlraum durch
das Kunstharz gedrückt
wird;
es wird das Formwerkzeug erhitzt, um das Kunstharz auszuhärten.
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Das
Kunstharz wird vorzugsweise eingespritzt, bis das Formwerkzeug kein
weiteres Kunstharz aufnehmen kann. Das Anlegen des Vakuums und das
Einspritzen des Kunstharzes erfolgt vorzugsweise über den
gleichen Einlass. Vorzugsweise gibt es keine weiteren offenen Einlässe oder
Auslässe
außer
dem Einlass zum Einspritzen des Kunstharzes, so dass das Kunstharz
das Formwerkzeug nicht verlassen kann, wenn es einmal eingespritzt
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Verfahren
zum Kunstharz-Transferspritzen, welches wenigstens die folgenden
Schritte aufweist:
es wird ein Formwerkzeug vorgesehen, das
wenigstens einen Kunstharz-Einspritzeinlass,
wenigstens einen Auslaufhohlraum und ein Verschlussglied aufweist,
das in der Lage ist, den Auslaufhohlraum im Betrieb zu schließen und
den Auslaufhohlraum abzudichten, um zu verhindern, dass ein Fluid
aus dem Auslaufhohlraum austritt;
es wird ein vorgeformtes
Bauteil in das Formwerkzeug eingelegt;
es wird ein Druck auf
das Formwerkzeug mittels einer Presse ausgeübt, wobei die Andruckplatte
der Presse auf das Verschlussglied wirkt und über dieses den Druck auf das übrige Formwerkzeug überträgt, wobei das
Verschlussglied den Auslaufhohlraum schließt und abdichtet;
es wird
ein Vakuum an einen Einlass angelegt, um Luft aus dem Formwerkzeug
zu entfernen;
es wird Kunstharz durch den Einlass in das Formwerkzeug
eingespritzt, wobei die verbleibende Luft durch das Kunstharz in
den abgeschlossenen Auslaufhohlraum gedrückt wird;
es wird das
Formwerkzeug erhitzt, um das Kunstharz auszuhärten.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine Schnittansicht eines bekannten RTM-Formwerkzeugs;
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2 zeigt
einen Schnitt durch ein RTM-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
einen Schnitt durch ein weiteres gemäß der Erfindung ausgebildetes
RTM-Formwerkzeug.
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Gemäß 1 umfasst
ein herkömmliches Formwerkzeug 1 einen
ersten die Form definierenden Abschnitt 2 und einen zweiten
die Form definierenden Abschnitt 3. Im Betrieb wird ein
vorgeformtes Bauteil 4 in das Formwerkzeug eingelegt, und
das Formwerkzeug wird in eine Erhitzungspresse überführt. Dann wird ein Vakuum an
den Auslass 6 angelegt, um Luft aus dem Formwerkzeug abzuziehen. Nach
diesem Vorgang wird Kunstharz in den Einlass eingespritzt, bis der
Arbeiter anzeigt, dass das Kunstharz, das aus dem Auslass 6 des
Formwerkzeuges austritt, keine weiteren Luftblasen mehr enthält. Dann
wird kein weiteres Kunstharz in das Formwerkzeug eingespritzt und
das Bauteil wird durch Erhitzung in der Presse ausgehärtet.
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2 zeigt
ein Formwerkzeug mit einem ersten die Form definierenden Abschnitt 9,
einem zweiten die Form definierenden 8 und ein Verschlussglied
in Form eines Zwischenteils 10. Im Betrieb wird ein vorgeformtes
Bauteil 12 in das Formwerkzeug eingelegt, und die Form
wird in eine Heizpresse eingebracht. Der Zwischenteil 10 wird
so angeordnet, dass der Auslaufhohlraum 13 abgedeckt wird.
Wenn ein Druck durch die Presse auf den Zwischenteil ausgeübt wird,
dann gelangt die Abdichtung 14, die den Auslaufhohlraum 13 umschließt, in Berührung mit
dem Zwischenteil 10 und verhindert, dass Flüssigkeit
aus dem Auslaufhohlraum entweicht. Dann wird ein Vakuum an den Einlass/Auslass 11 angelegt,
um Luft aus dem Formwerkzeug zu entfernen. Nachdem die meiste Luft
entfernt ist, wird dann Kunstharz in das Formwerkzeug über den
Einlass/Auslass 11 eingespritzt. Wenn das Kunstharz in das
Formwerkzeug eingespritzt wird, versetzt dies sämtliche darin belassene Luft,
und die Luft wird nach oben in den Auslaufhohlraum 13 gedrückt. Die Luft
kann aus dem Auslauf wegen der Abdichtung 14 und des Zwischenteils 10 nicht
entweichen. Das Kunstharz wird weiter in das Formwerkzeug eingespritzt,
bis das Bauteil gesättigt
ist und der Rest des Auslaufhohlraums angefüllt ist. Auf diese Weise wird die
Luft in dem Auslaufhohlraum durch den Zwischenteil 10 auf
der Oberseite und das Kunstharz auf der Unterseite eingefangen.
Dann wird das Bauteil durch Erhitzung in der Presse ausgehärtet.
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Dann
wird das resultierende Bauteil aus der Form entnommen. Ein kleines
Kunstharzabfallstück wird
im Auslaufhohlraum des Formwerkzeugs belassen. Das Werkzeug ist
so ausgebildet, dass dieses Abfallstück leicht entfernt werden kann.
Wie aus 2 ersichtlich, wird ein Teil
der Wandung des Auslaufhohlraumes durch einen Ring 15 definiert,
der an der Dichtung 14 anstößt. Das Abfallstück wird
dadurch entfernt, dass zunächst
der Ring 15 abgenommen wird, so dass dadurch das Abfallstück leicht
zugänglich
wird. Dann wird eine neue Dichtung 14 installiert, und
der Ring 15 wird wieder eingesetzt, bevor das nächste RTM-Verfahren
durchgeführt
wird.
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3 zeigt
ein Formwerkzeug 16 mit einem ersten die Form definierenden
Abschnitt 17 und einem zweiten die Form definierenden Abschnitt 18 sowie
einen Auslaufhohlraum 19 und ein Verschlussglied in Form
eines Stopfens 20. Das Formwerkzeug 16 besitzt
ein eigenes Heiz- und Klemmsystem. Im Betrieb wird ein vorgeformtes
Bauteil 12 in das Formwerkzeug eingelegt, und der Stopfen 20 wird
in den Auslaufhohlraum 19 eingesetzt, um den Auslaufhohlraum 19 abzuschließen. Eine
Dichtung 21 umgibt den Stopfen 20, um zu verhindern,
dass Kunstharz aus dem Auslaufhohlraum austritt. Dann wird ein Vakuum
an den Einlass/Auslass 22 angelegt, um Luft aus dem Formwerkzeug
zu entfernen. Nachdem die meiste Luft entfernt ist, wird Kunstharz über den
Einlass/Auslass 22 in das Formwerkzeug eingespritzt. Wenn
das Kunstharz in das Formwerkzeug eingespritzt wird, versetzt dies
sämtliche
verbliebene Luft, und diese Luft wird in den Auslaufhohlraum 19 gedrückt. Die
Luft kann aus dem Auslaufhohlraum 19 nicht entweichen,
weil sie durch den Stopfen 20 und die Dichtung 21 daran
gehindert wird. Es wird weiter Kunstharz in das Formwerkzeug eingespritzt,
bis das Bauteil gesättigt
ist und der Rest des Auslaufhohlraums 19 angefüllt ist,
wobei die Luft im Oberteil des Auslaufhohlraums aufgefangen wird.
Dann wird das Bauteil durch Erhitzung ausgehärtet und dann aus dem Formwerkzeug
entfernt.
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Je
nach Größe und Form
des herzustellenden Bauteils können
mehrere Auslaufhohlräume
vorgesehen werden. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung beträchtlich
die Menge des Kunstharzabfalls vermindert, der für das RTM-Verfahren notwendig
ist, und es wird dadurch eine verbesserte Prozesssteuerung und Produktqualitätssteuerung
erreicht.