DE69306385T2

DE69306385T2 - Vakuumformung mittels einer membran

Info

Publication number: DE69306385T2
Application number: DE69306385T
Authority: DE
Inventors: Peter Butterworth
Original assignee: Launchfirm Ltd
Current assignee: Umeco Composites Ltd
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: WO1993023227A1; EP0641276B1; AU3902593A; DE69306385D1; US5770243A; EP0641276A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundgegenständen mittels des Vakuumsack-Verfahrens und insbesondere eine dafür geeignete verbesserte Dichtung.
Mit dem Begriff Vakuumsack-Verfahren wird ein Verfahren beschrieben, mit welchem Druck und Vakuum auf unterschiedliche kunststoffgebundene Kohlenstoff-, Glas- und synthetische Materialien sowie Metallaminate, welche insgesamt als Verbundstoffe bezeichnet werden, während des Aushärtens und der Verfestigung, meist unter Einwirkung von Wärme, in einem unter Druck stehenden Autodaven oder Ofen oder in einer hydraulischen Presse, ausgeübt werden. Das Verfahren kann zur Herstellung von unterschiedlichen Verbundgegenständen, die im Flugzeug- und Motorenbau eingesetzt werden, oder zur Herstellupg von Gegensländen für die elektronische Industrie, z. B. für gedruckte Schaltungen, eingesetzt werden.
EP - A - 0175510 beschreibt eine Vorrichtung des erwähnten Typs, welche eine dehnbare Membran oder einen Vakuumsack enthält, welcher in einem starren Rahmen gehalten wird, der hohl ist und eine Vakuum-Zuführung bildet, die ein Vakuum zu einer Dichtung führt, welche an der Membran befestigt ist, und an dem Rahmen durch eine oder mehrere Durchführungen, welche mit einem Hohlraum verbunden sind, gehalten wird, wobei die elastische Dichtung an den Hohlraum angrenzt, in welchen ein Vakuum gezogen werden kann, wenn der Rahmen und die Membran auf einer Formbasis angeordnet werden. Dieses System hat sich als sehr effektiv erwiesen und die Anordnung von doppelten Dichtungen, die einen Hohlraum bilden, in welchem ein Vakuum gezogen werden kann, ist viel sicherer als die Anordnungen mit einer Dichtung, weil der Hohlräum beträchtlich größer ist als der Hohlraum welcher an eine Einzeldichtung angrenzt, und dadurch kann ein größerer Klemmeffekt erzielt werden als mit irgendeiner Einzeldichtungsanordnung, und der Vakuumsack bekommt eine viel größere Sicherheit.
Die Membrane in dein zuvor erwähnten System entsprechend der europäischen Patentveröffentlichung ist jedoch maximalen Spannungen neben der inneren Dichtung ausgesetzt, und dies ist die häufigste Fehlerquelle im Zusammenhang mit dem Verschleiß von Vakuumsack-Vorrichtungen. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in dieser Hinsicht verbesserte Dichtungsanordnung zu schaffen.
WO 87/05557 offenbart eine Vorrichtung, die eine dehnbare Membran mit steifen Bereichen aufweist, die an einem starren Andruckrahmen befestigt sind. Der Rahmen besitzt äußere und innere Abschnitte, die einen Vakuumhohlraum bilden, und die innere Dichtung ist an der Membran befestigt. Der Oberbegriff des Patentanspruches 1 bezieht sich auf diesen Stand der Technik.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Formung von Verbundgegenständen geschaffen, umfassend eine dehnbare oder vorgeformte Membran, die so gestaltet ist, daß sie auf einer Form und einem starren Rahmen, welcher eine äußere Dichtung trägt, angeordnet werden kann, und dort an der Membran eine innere Dichtung befestigt ist und sich zwischen der Membran und der Innenseite des starren Rahmens befindet und einen Vakuum-Raum bildet, wobei die Membran an einem unteren Teil der Dichtung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen einen im wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweisen und ausgesparte Abschnitte besitzen, um die elastische Verformbarkeit zu verbessern, und daß die äußere Dichtung ein nach außen gerichtetes, nach unten weisendes Randteil aufweist, um eine anfänglich lose Dichtung mit einer Formbasis zu bilden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Membran mehr an der Unterseite der Dichtung als an der Oberseite, wie in der zuvor erwähnten europäischen Patentveröffentlichung, befestigt. Dies sichert, daß die Membran flach an der Formbasis anliegt und die Ursache der oben erwähnen Spannungen beseitigt ist.
Darüber hinaus kann die Dichtung, wo es erforderlich ist, und wie es im folgenden noch ausführlich erläutert werden soll, lediglich an der Membran und nicht an der Vakuum-Zuführung (im Gegensatz zur WO 87/05557) befestigt sein. D. h., die äußere Dichtung wird an der Vakuum-Zuführung befestigt, aber die innere Dichtung braucht nur an der Membran befestigt zu werden, und der Hohlraum zwischen diesen wird gebildet, wenn die beiden aneinandergefügt werden. Dies hat den Vorteil, daß eine Anzahl von Membranen mit unterschiedlichen vorgeformten Größen mit einer einzigen Zuführung versehen werden können, wodurch es möglich ist Stapel von Verbundgegenständen unterschiedlicher Größe und Form zu formen, ohne für jeden einzelnen Gegenstand eine gesonderte Dichtungs- und Zuführungseinrichtung zu benötigen, so daß die Zuführung konstant verbleibt und nur die Membran verändert wird. Dies vermindert die Kosten und die Lagerprobleme, die sich bei Membranen und Zuführeinrichtungen ergeben. Die Membranen können selbstverständlich gefaltet werden und sind deshalb viel leichter zu lagern. In einem typischen Anwendungsfall ist die Zuführung in einer solchen Größe hergestellt, daß sie in das Gestell eines vorhandenen Autodaven paßt, und eine Anzahl von Membranen sind vorgesehen, um sich den unterschiedlichen Größen und Formen der Verbundgegenstände anzupassen. Bei dieser Ausführungsform ist es von Nutzen, die Handhabung des Rahmens und der Membran durch zeitweise Verwendung einer Mastix oder eines Dichtungsbandes zwischen der Dichtung und der Unterseite des Rahmens zu unterstützen, welche die Membran während eines oder mehrere Vakuumzyklen am Rahmen halten.
Wenn die Zuführung hohl ist, wie dies in der o. g europäischen Palentveröffentlichung beschrieben wurde, ist es weiterhin möglich, die Höhe der Zuführung zu reduzieren, indem sie als flache Schiene ausgebildet wird. Das Vakuum gelangt dann in den Hohlraum, indem ein oder mehrere Vakuumventile durch die Schiene mehr direkt in den Hohlraum selbst als in den Hohlraum der Zuführung ragen, und dann über eine Reihe von Durchlässen in den Hohlraum führen. Dies vermindert die Gesamthöhe der Zuführung und ist in Anwendungsfällen, in denen die Höhe beschränkt ist, sehr von Nutzen.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird eine Abstützung, z. B. in Form eines starren Kanales, zwischen den inneren und äußeren Dichtungen angeordnet, um zu verhindern, daß diese in den Raum deformiert werden und diesen blockieren. Die Abstützung kann aus Metall, z. B. aus Aluminim, bestehen, und sollte Bohrungen oder andere Durchgänge aufweisen, um einen Durchlaß für das Vakuum vom Rahmen zum Hohlraum zu ermöglichen.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben werden.
Die Zeichungen zeigen:
Figur 1 ist eine Teilschnittansicht einer Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Aspekt;
Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht der in Figur 1 dargestellten äußeren Dichtung; und
Figur 3 ist eine vergrößerte Ansicht der in Figur 1 dargestellten inneren Dichtung.
In den Zeichnungen ist eine Vakuum-Zuführung zu erkennen, z. B. aus Aluminium, an welcher eine dehnbare Membran oder eine Haube 12 befestigt ist. Eine äußere Dichtung 14a ist an der Unterseite der Zuführung 10 angeordnet. Die Dichtung 14 wird in der Praxis gegen eine Formbasis gedrückt, um einen gut dichtenden Kontakt zu erzielen. Eine zweite, innere, Dichtung 18a ist ebenfalls vorgesehen, und diese ist mit der Membran 12 verbunden.
Die Dichtungen 14a, 18a sind aus elastomerem Material hergestellt, und zwischen ihnen wird ein Hohlraum 22 gebildet. Der Dichtungs-Hohlraum hat über eine oder mehrere Durchlässe 24 Verbindung zum Innenraum der Zuführung 10, und die Zuführung 10 besitzt ein oder mehrere Vakuumventile 26 durch welche ein Vakuum im Inneren der Zuführung 10 und somit über die Durchlässe 24 auch im Hohlraum 22 gebildet werden kann.
Während des Betriebes wird ein Stapel von zu bearbeitenden Verbundgegenständen, z. B. ein Stapel von gedruckten Leiterkarten, auf der (nicht dargestellten) Formbasis angeordnet, und die erfindungsgemäße Vorrichtung über dem Stapel so plaziert, daß die Dichtung 14a sich in Kontakt mit der Formbasis rund um die gesamte Peripherie des Stapels befindet. Auf die Zuführung 10 kann etwas Druck, z. B. durch Halteclips von der Oberseite einer Zuführung zur Unterseite der Formbasis ausgeübt werden, so daß die Dichtung 14a zusammengedrückt wird und die Dichtung 18a in Kontakt mit der Formbasis kommt, oder noch besser, die untere Fläche der äußersten Peripherie einer Haube 12 in Kontakt mit der Formbasis gebracht wird. Über die Ventile 26 kann ein Vakuum gezogen werden, welches Verbindung zum Hohlraum 22 hat und dadurch die Zuführung 10 in engen Kontakt mit der Formbasis bringt. Das Ventil kann ein Rückschlagventil sein, so daß beim Entfernen der Vakuumquelle die Zuführung in engem Eingriff mit der äußeren Peripherie der Formbasis verbleibt. Dann wird ein Vakuum innerhalb der Membran 12 gezogen, wodurch der Stapel in bekannter Weise zusammengepreßt wird.
Weil die äußere Kante der Membran 12 flach an der Fornibasis anliegt (mehr als am unteren Teil der Zuführung), wird die Spannung, welche normalerweise an diesem Punkt auftritt, nunmehr elimeniert.
Bei einigen Anwendungen, insbesondere bei der Produktion von gedruckten Leiterpiatten, kann es erforderlich sein, die Oberseite der Membran 12 durch eine Metallplatte zu ersetzen, um die Wärmeübetragung zur Oberseite des Stapels zu verbessern. In ähnlicher Weise kann auch der Randbereich oder ein Teil von ihm, falls notwendig, durch eine Metallplatte ersetzt werden. Dies sichert, daß die Membran flach aufliegt, und gibt der Haube körperliche Stabilität, weil die Dichtung nicht weggezogen werden kann.
Während die vorstehende Ausführungsform mit einer hohlen Zuführung 10 beschrieben wurde, kann diese durch eine Zuführung mit einer flachen Schiene ersetzt werden, bei der das Ventil oder die Ventile 26 direkte Verbindung zu dem Hohlraum 22 haben und dadurch die Durchlässe 24 ersetzen.
Ein aus Aluminium bestehender Kanal 34 ist in dem Hohlraum 22 angeordnet und trennt die Dichtungen 14a und 18a körperlich voneinander. Der Kanal 34 besitzt eine Vielzahl von Bohrungen, die in dessen obere Stirnfläche gebohrt sind, so daß diese Verbindung zum Inneren der Zuführung 10 herstellen und ermöglichen, daß das Vakuum den Hohlraum 22 erreicht. Die Höhe des Kanales 34 ist so gewählt, daß sie etwas geringer ist als die Höhe der inneren und äußeren Dichtungen 14a und 18a. Die innere Dichtung 18a hat einen im wesentlichen viereckigen Querschnitt mit einer im Querschnitt annährend dreieckigen Aussparung, um ihr eine größere Elastizität zu verleihen. Die äußere Dichtung 14a ist im Querschnitt im wesentlichen ebenfalls viereckig, besitzt aber ein nach außen gerichtetes, nach unten weisendes Randteil 38 und einen kleinen ausgeschnittenen Abschnitt 40. Die innere Dichtung 18a ist, wie zuvor beschrieben, an der Haube befestigt.
In Funktion bildet das Randteil 38 der äußeren Dichtung zusammen mit der Kante der Formbasis eine lose Abdichtung, welche es ermöglicht, daß die gesamte Einheit durch Wirkung des Vakuums in dichtenden Kontakt mit der Form kommt. Wenn das Vakuum wirkt und den Hohlraum 22 erreicht, drücken beide Dichtungen gegen den Kanal 34, berühren die Formbasis und verhindern eine weitere Bewegung. Die Verdrehung der Dichtungen ist deshalb nicht so groß, und das Vorhandensein des Kanals 34 verhindert eine Verdrehung der Dichtungen in den Hohlraum 22, was zu einer Blockierung des Hohiraumes führen könnte und ein Wirken des Vakuums an der Formbasis und damit ein festes Halten der Einheit an ihrem Platz ernsthaft verhindern würde.

Claims

1. Vorrichtung zur Formung von Gegenständen aus Verbundmaterial, umfassend eine dehnbare oder vorgeformte Membrane (12), die so gestaltet ist, daß sie auf einer Form und einem starren Rahmen (10), welcher eine äußere Dichtung (14a) trägt, angeordnet werden kann, und dort an der Membrane eine innere Dichtung (18a) befestigt und sich zwischen der Membrane und der Innenseite des starren Rahmens (10) befindet und einen Vakuum-Raum (22) bildet, wobei die Membrane an einem unteren Teil der Dichtung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen einen im wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweisen und ausgesparte Abschnitte (36, 40) besitzen, um die elastische Verformbarkeit zu verbessern, und daß die äußere Dichtung ein nach außen gerichtetes, nach unten weisendes Randteil (38) aufweist, um eine anfänglich lose Dichtung mit der Unterseite der Form zu bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Membranen (12) unterschiedlicher vorgeformter Größen mit einer einzigen Zuführung versehen sind, wodurch es möglich ist, eine Menge von Gegenständen aus Verbundmaterial unterschiedlicher Größen und Ausbildung zu formen, ohne für jeden dieser Gegenstände eine separate Dichtungs- und Zuführeinheit zu benötigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) eine flache Schiene umfaßt, und daß das Vakuum dann in dem Raum über ein oder mehrere Vakuum- Ventil(e) (26) gebildet wird, welche(s) direkt durch die Schiene in den Raum (22) führt(führen).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstützung (34) zwischen den inneren und äußeren Dichtungen angeordnet ist, um zu verhindern, daß diese in den Raum (22) deformiert werden und diesen blockieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (34) ein Metallkanal ist und Bohrungen oder andere Durchgänge darin vorgesehen sind, um einen Durchlaß für das Vakuum vom Rahmen zum Raum (22) zu ermöglichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (34) eine geringere Höhe aufweist als die Dichtungen (14a, 18a).