EP3344446A1

EP3344446A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von faserverstärkten kunststoffteilen

Info

Publication number: EP3344446A1
Application number: EP16763002.9A
Authority: EP
Inventors: Matthias Graf
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-07-11
Also published as: DE102015114786A1; WO2017037229A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1) mit einem fließfähigen Harzsystem in einem Formwerkzeug (2), welches zumindest zwei Werkzeugteile (4, 6) zur Bildung einer Kavität umfasst und einer Presse (10) mit einer Druckvorrichtung (11) zum Aufbringen eines Pressdruckes auf das Formwerkzeug (2) über Aufspannplatten (5, 7) für die Werkzeugteile (4, 6), wobei sich zumindest ein Werkzeugteil (4, 6) im Zuge des Herstellungsprozesses entlang einer Biegelinie (B) verformt und/oder das Harzsystem sich im Zuge des Herstellungsprozesses innerhalb der Kavität bewegt und dabei einen Fließprozess (F) ausbildet, und schließlich innerhalb der Kavität ein faserverstärkten Kunststoffbauteil (1) mit zumindest eine Spaltweite (SW) der Kavität ausgeformt wird. Wobei mit zumindest einer Korrekturvorrichtung (8) während des Herstellungsprozesses die Biegelinie (B) zumindest eines Werkzeugteiles (4, 6) und/oder der Fließprozess (F) und/oder die Spaltweite (SW) beeinflusst wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faser-verstärkten Kunststoffteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Herstellung von faser-verstärkten

Kunststoffteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.

Für die Herstellung insbesondere von faserverstärkten Kunststoffbauteilen

(Faserverbundbauteilen) und insbesondere von kohlenstofffaserverstärkten

Kunststoffbauteilen (CFK-Bauteile) werden heutzutage im industriellen Einsatz, auch in Großserien, verschiedene Verfahren benutzt:

Beispielsweise werden im Fließpress-, im Transferpress- oder im Injektionsverfahren Kunststoffteile hergestellt indem Harzsysteme mit Fasern vermischt und ausgehärtet werden.

Bekannt ist beispielsweise das D-SMC-Verfahren (sheet molding Compound) oder das LFT-D (Langfaser verstärkte Thermoplasten im Direktverfahren) als

Fließpressverfahren. Daneben

findet sich noch das RTM-Verfahren (Resin-Transfer-Moulding), mit den besonderen Ausprägungen des HP-RTM- (high pressure), des l-RTM- (injection), des C-RTM- (compression) und des D-RTM-(dual)Verfahrens.

Beim SMC-Verfahren werden in der Regel geometrisch zugeschnittene Matten bestehend aus einem Harzsystem und eingemischten Verstärkungsfasern (Glas-, Karbonfasern, ...) in eine offene Kavität eines in der Regel zwei- oder mehrteiligen Formwerkzeuges eingelegt und im Zuge des Schließens der Kavität respektive des Formwerkzeuges mittels einer Presse in ein faserverstärktes Kunststoffbauteil umgeformt und ausgehärtet.

Beim RTM-Prozess, wird eine üblicherweise vorher hergestellte Faser-Vorform aus Fasergewebelagen, auch Preform genannt, in eine vorzugsweise gereinigte und eingetrennte, d.h. mit einem Antihaftmittel beschichtete Kavität eines Formwerkzeuges eingelegt. Das Formwerkzeug wird daraufhin mittels einer Presse geschlossen und ein Harzsystem (Matrix) in die Kavität des Formwerkzeugs injiziert, wobei es als

Matrixwerkstoff die Faserstruktur der Faser-Vorform durchdringt und die Fasern einschließt. Nach dem Aushärten des Harzsystems kann die so erhaltene Endform des faserverstärkten Kunststoffbauteils entformt werden.

Hohe Kavitätsdrücke von beispielsweise 35 bis zu 100 bar sind heutigen sogenannten Hochdruck-RTM-Verfahren (HD-RTM; engl.: H(igh)P(ressure)-RTM) eigen, welche sich auf die Herstellung von insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen wie

Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen mittels einer schnellstmöglichen Harzinjektion bei vollständiger Imprägnierung der textilen Faserverstärkungsstrukturen durch die Verwendung hochreaktiver Harzsysteme konzentrieren. Hieraus ergibt sich eine drastische Reduzierung der bisher üblichen Zykluszeiten. Zur homogenen

Vermischung von hochreaktiven Harz- und Härterkomponenten wird eine Hochdruck- RTM-Anlage eingesetzt. Man unterscheidet dabei zwischen Hochdruck-Compression RTM-Verfahren (HP-CRTM) und Hochdruck-Injektion RTM Verfahren (HP-IRTM). Im HP-CRTM Prozess wird das Harz in eine definiert (gering) geöffnete, eine Faser- Vorform beinhaltende, Werkzeugform injiziert. Nach dem Injektionsvorgang wird die Werkzeugform geschlossen und die Faser-Vorform auf Grund des aus den

Schließkräften der Hydraulikpresse resultierenden hohen Werkzeuginnendrucks von bis zu 100 bar sowohl kompaktiert (überverdichtet) als auch gleichzeitig imprägniert. Dabei wird genau die notwendige Menge an Harz in die Form eingefüllt, die notwendig ist das Bauteil herzustellen, zzgl. etwaiger Besäumkanten. Im HP-IRTM Verfahren wird die Faser-Vorform, welche sich bereits in einer komplett geschlossenen Werkzeugform befindet, durch einen signifikant hohen Harzinjektionsdruck von beispielsweise 35 bar imprägniert. Der hohe Injektionsdruck soll zu einer zeitlichen Verkürzung der

Imprägnierungsphase führen.

Daneben ist auch das DRTM-Verfahren bekannt, bei dem die Vorteile aus dem IRTM- und dem C RTM-Verfahren verbunden werden und nach einer Injektionsphase eine Kompressionsphase mit Auspressen einer vorgegebenen Menge an Harz aus der Kavität vorgesehen ist.

Aus dem Stand der Technik sind Formwerkzeuge, Steuermittel, Verfahren und Anlagen zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen bekannt.

Aus der DE 10 2012 1 10 354 A1 ist unter anderem ein Formwerkzeug und ein bevorzugtes Verfahren zur Durchführung eines HP-CRTM-Verfahrens bekannt geworden, dass für die Evakuierung der Kavität einen doppelten Dichtungssatz vorsieht, der nach der Evakuierung und vor der Injektion des Harzes in die Kavität den Vakuumanschluss von der Kavität abdichtet.

Die DE 10 201 1 051 391 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung eines IRTM- Verfahrens zur Herstellung, wobei die Vorrichtung eine Injektionseinheit und ein mit einem Formenhohlraum versehenes schließbares

Werkzeug aufweist und die Injektionseinheit an das Werkzeug koppelbar ist, derart, dass ein Injektionsharz in das Werkzeug einbringbar ist, wobei das

Werkzeug wenigstens einen mittels einer Harzflussschließeinheit schließbaren und mit dem Formenhohlraum verbundenen Harzausgang aufweist, aus

welchem nach dem Füllen der Form Injektionsharz austreten kann.

Alle RTM-Verfahren haben zum Vorteil:

• Kurze Injektions- und Imprägnierungszeiten unter Hochdruck;

· Kurze Taktzeiten durch die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen;

• Ökonomisch und ökologisch effizienter Verarbeitungsprozess, da mit keinen oder sehr geringen Harzüberschüssen gearbeitet wird;

• Schaffung eines optimierten Harz-Faser-Verhältnisses im Kunststoffformteil, insbesondere für den Leichtbau.

Bei den Kunststoffbauteilen kommt es unter anderem im hohen Maße auf die

Einhaltung der Maßhaltigkeit an. Oft handelt es sich um planparallele Bauteile, die eine gleichmäßige Dicke in lokalen Bereichen oder großflächig aufweisen sollen. Für Großserien aber auch für Kleinserien stellt die Herstellung von genau

abgestimmten Vorrichtungen, wie Formwerkzeug-Presse-Systemen, zur Einhaltung der geforderten Maßhaltigkeit aber eine große Herausforderung da. Da die

Formwerkzeuge in der Regel mehrteilig sind, müssen diese hochwertig zueinander abgestimmt und gefertigt werden. Dazu ist es in der Regel geboten an den Kanten Elastomerdichtungen und/oder sogenannte Tauchkanten vorzusehen.

Das Einhalten der Maßhaltigkeit, insbesondere eines gleichförmigen oder

vorgegebenen Dickeprofils, stellt den Produzenten, insbesondere bei Hochdruck- Anwendungen von über 35 bar vor besondere Probleme bei dem Formwerkzeug und der Presse.

Der offensichtliche Ansatz aus dem traditionellen Werkzeugbau, das Formwerkzeug so steif wie möglich auszuführen, kann nicht immer die geforderte Maßhaltigkeit garantieren. Auch ist die Größe des Formwerkzeuges limitiert durch die

Aufspanngröße der Aufspannplatten der vorhandenen Presse. Je steifer ein Werkzeug ausgeführt wird, umso größer und teurer wird es. Um die Maßhaltigkeit zu gewährleisten werden nun üblicherweise zahlreiche

Versuchsreihen mit den Formwerkzeugen durchgeführt, in der Regel auf sogenannten Tuschier- oder Tryoutpressen, um im Zuge einer Nachbearbeitung des

Formwerkzeuges zufriedenstellende Ergebnisse in der Produktion zu erreichen. Diese Versuchsreihen sind bemüht anhand realistisch abgebildeter Verfahrensparameter das Formwerkzeug so nachzuarbeiten, dass es alle äußeren Einflüsse berücksichtigt und im Ergebnis bei der Entformung des Kunststoffbauteiles die notwendige Maßhaltigkeit erreicht. Zu beachten sind aber mehrere Parameter. Die wichtigsten hiervon sind die Temperatur der Presse, die Temperatur des Formwerkzeuges, der Pressdruck, und der über die Herstellungszeit stattfindende Wärmetransfer. Alle Parameter

beeinflussen die Maßhaltigkeit des Formwerkzeuges und damit die Maßhaltigkeit des Kunststoffbauteiles. In der Regel werden die Formwerkzeuge mittels verschiedenster Methoden (Schleifen, Auftragschweißen, Unterlegscheiben zwischen Aufspannplatte und Werkzeug, etc. etc.) so nachgearbeitet, dass die thermischen Einwirkungen (Verbiegung, Dehnung) am Ende des Herstellungsprozesses keine wesentliche Rolle mehr spielen. Auch der Unterschied zwischen einer Hauptpresse und einer

Tuschierpresse kann mit Erfahrung und entsprechenden Berechnungen ebenfalls kompensiert werden, wobei auch hier vorausgesetzt wird, dass die nahezu perfekten Randbedingungen immer eingehalten werden müssen.

Bereits hier wird offensichtlich wie groß der Aufwand für den Betreiber von derartigen Pressen und Formwerkzeugen ist, um gerade in einer Großserie, wiederkehrende und vergleichbare Ergebnisse in der Produktion zu erhalten.

Nun sollen in der heutigen Zeit aber nicht nur immer mehr Bauteile pro Zeiteinheit produziert werden, es sollen auch noch für den extremen Leichtbau die Faserdichte deutlich erhöht werden. Beim Fließpressverfahren und/oder beim Injektionsverfahren müssen nun, um diese Vorgaben einzuhalten, die Drücke noch weiter erhöht werden, was wiederum mehr Stress und Verschleiß für das Formwerkzeug bedingt. Dazu kommt erschwerend hinzu, dass während dem Herstellungsprozess dynamische Kraftverteilungen im Formwerkzeug auftreten, die zum einen den Verschleiß am Formwerkzeug fördern und zum anderen die Maßhaltigkeit gefährden.

Als Beispiel sei genannt, dass beim Fließpressen, insbesondere beim schnellen Hochdruck-Fließpressen, durch das zwar flächige, aber nicht identische zur Kavität ausgeformte, Material Druckspitzen im Formwerkzeug auftreten, die es verbiegen und so für nicht reproduzierbare Fließfronten während des Herstellungsprozesses führen.

Ähnliches ist beim RTM-Verfahren zu beobachten. Durch das Injizieren des Harzes wird im Bereich des Angusses das Formwerkzeug verformt. Nun kann es aber in der Natur des Formwerkzeuges liegen, dass gerade im Angussbereich durch thermische Einwirkungen sich das Formwerkzeug derart verformt hat, dass dieser Bereich eine Engstelle bildet. Selbst wenn aber das HP-CRTM-Verfahren Anwendung findet, und das Injizieren des Harzes durch die gegenüber der Endstellung etwas geöffnete Kavität eigentlich kein Problem darstellt, so kann bei einer entsprechenden thermischen Biegelinie des Formwerkzeuges die Kavität in der Endstellung zu weit geöffnet oder zu eng gegenüber der geforderten Maßhaltigkeit sein.

Ist das Formwerkzeug aufgrund der Vorarbeiten geeignet, am Ende des

Herstellungsprozesses, aufgrund des berechneten oder erfahrungsgemäß

auftretenden Gegendruckes einer vollständig gefüllten Kavität die vorgegebenen Maßhaltigkeit zu erzielen, so wird ein entsprechendes Kunststoffbauteil gemäß den Anforderungen produziert.

Es hat sich nun gezeigt, dass trotz allem der Aufwand nicht gerechtfertigt scheint und weiterhin in einer Großserie unverhältnismäßig viel Aufwand eingebracht werden muss, um die reproduzierbare Maßhaltigkeit zu gewährleisten.

Insbesondere ist es von Nachteil, wenn an Harz zu wenig oder zu viel in die Kavität eingebracht wird. Bei zu wenig Material wird sich der notwendige Gegendruck nicht stark genug aufbauen, und so die temperaturabhängige Biegelinie des Formwerkzeuges nicht entsprechend korrigiert. In der Folge ergibt sich Ausschuss. Wird zu viel Material verwendet, wird das Formwerkzeug überdrückt. Selbst wenn die Maßhaltigkeit einigermaßen erreicht werden sollte so steigert sich der Verschleiß für die betriebene Presse und das Formwerkzeug überproportional. Insbesondere leiden die Dichtungen und/oder die Tauchkanten des Formwerkzeuges. Auch kann es durch lokale Dichteüberhöhungen zu plastischen Verformungen an der Kavität/dem

Formwerkzeug kommen, mit der Folge dass das Formwerkzeug unbrauchbar wird. Auch neigen die Formwerkzeuge nach einer gewissen Anzahl an Herstellungszyklen zum Verschleiß. Somit sinkt mit steigender Anzahl an produzierten Kunststoffbauteilen wiederum die Maßhaltigkeit und bedingt einen Austausch des Formwerkzeuges mit entsprechender notwendiger Einarbeitung eines weiteren Formwerkzeuges oder die Reparatur des Formwerkzeuges mit einem ähnlichen Aufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem es möglich ist die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll es möglich sein, die Ein- und Nachbearbeitung von Formwerkzeugen zu reduzieren,

Dichtevariationen- und -toleranzen am Endprodukt zu verbessern, die Injektion des Harzes oder das Fließpressen in der Kavität zu erleichtern, die thermischen Probleme des Formwerkzeug-Presse-Systems zu beherrschen. Dazu soll es nun möglich sein das Herstellungsverfahren und/oder das Formwerkzeug an die zeitlich ablaufenden prozessbedingten Einflüsse, wie z. B. an Druckspitzen oder -Verteilungen, dynamisch anpassen zu können.

Die Aufgabe stellt sich insbesondere für ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem fließfähigen Harzsystem in einem Formwerkzeug, welches zumindest zwei Werkzeugteile zur Bildung einer Kavität umfasst und einer Presse mit einer Druckvorrichtung zum Aufbringen eines

Pressdruckes auf das Formwerkzeug über Aufspannplatten für die Werkzeugteile, wobei sich zumindest ein Werkzeugteil im Zuge des Herstellungsprozesses entlang einer Biegelinie verformt und/oder

das Harzsystem sich im Zuge des Herstellungsprozesses innerhalb der Kavität bewegt und dabei einen Fließprozess ausbildet, und schließlich innerhalb der Kavität ein faserverstärkten Kunststoffbauteil mit zumindest eine Spaltweite der Kavität ausgeformt wird. Die Aufgabe für das Verfahren wird dadurch gelöst,

dass mit einer Korrekturvorrichtung

- die Biegelinie eines Werkzeugteiles und/oder

- der Fließprozess und/oder

- die Spaltweite

während des Herstellungsprozesses beeinflusst wird.

Bevorzugt wird dabei wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen des

Fließprozesses und/oder der Biegelinie mit einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Korrekturvorrichtung verwendet. Insbesondere soll der Sensor Druck, Temperatur, Dehnung oder dergleichen aufnehmen, damit die Steuer- und Regelungsvorrichtung gemäß der vorgegebenen Werte einen Soll-Ist- Vergleich zur Ansteuerung der Korrekturvorrichtung durchführen kann.

Alternativ oder in Kombination können als Korrekturvorrichtung hydraulische und/oder pneumatische Stellglieder verwendet werden, welche in den Werkzeugteilen an der Presse und/oder an der Aufspannplatte der Werkzeugteile wirkverbunden sind.

Insbesondere können diese Korrekturvorrichtungen zwischen Aufspannplatte und Werkzeugteil, innerhalb des Werkzeugteiles, zwischen Aufspannplatte und

Pressengestell und/oder durch die Aufspannplatte direkt von dem Pressengestell auf das Werkzeugteil wirken und angeordnet sein.

Alternativ oder in Kombination können bei einer Druckvorrichtung mit mehreren Stellgliedern zumindest ein Stellglied der Druckvorrichtung als Korrekturvorrichtung verwendet werden, wobei insbesondere das eine Stellglied der Korrekturvorrichtung eine andere Kraft in das Formwerkzeug einbringt als das Stellglied der

Druckvorrichtung. Insbesondere ist eine Kombination aus weiteren

Korrekturvorrichtungen und der vorhandenen Druckvorrichtung mit entsprechender Regelung oder Steuerung der Kräfte in den Stellgliedern vorgesehen. Alternativ oder in Kombination kann die Spaltweite durch eine dynamische Anpassung während des Herstellungsprozesses angepasst werden, insbesondere dergestalt, dass gegen Ende des Herstellungsprozesses der Fließwiederstand am größten ist und ggfs. das Nachdrücken ermöglicht wird. Auch hier gilt, dass es möglich ist über die Steuer- oder Regelungsvorrichtung anhand von Messwerten die notwendigen Drücke und Verbiegungen einzustellen und insbesondere während des Herstellungsprozesses zu überwachen und damit zu steuern oder zu regeln.

Alternativ oder in Kombination kann erst gegen Ende des Fließprozesses eine

Druckverteilung und/oder eine Spaltweite eingestellt werden, bei der die

Sollwandstärke des Kunststoffbauteils erzielt wird.

Alternativ oder in Kombination kann der Fließprozess des Harzsystems, insbesondere die Fließfront, aus den sich einstellenden Gegendrücken in der Druckvorrichtung, der Korrekturvorrichtung, über die aktuell gemessenen Spaltweiten SW und/oder das Volumen des Harzsystems berechnet werden und eine dynamische Anpassung der Druckverteilung erfolgen, um den Fließprozess F zu steuern.

Alternativ oder in Kombination kann bei einem IRTM-Verfahren zu Beginn des

Injektionsprozesses im Bereich zumindest eines Harzeinlasses die Spaltweite durch entsprechende Ansteuerung der Korrekturvorrichtung vergrößert wird.

Alternativ oder in Kombination können bei einem CRTM-Verfahren während der Injektionsphase und/oder während der Kompressionsphase der Fließprozess beeinflusst werden.

Alternativ oder in Kombination kann bei einem DRTM-Verfahren während der

Injektionsphase und/oder während dem Auspressen des Harzes aus der Kavität der Fließprozess beeinflusst werden.

Alternativ oder in Kombination kann bei einem Fließpressverfahren eines Harzsystems mit eingemischten Fasern die Spaltweite im Wesentlichen im Zentrum des

Harzsystems die kleinste Spaltweite eingesteuert wird und die Spaltweite von diesem Punkt aus, vorzugsweise in alle Richtungen, zum Rand der Kavität hin die Spaltweite größer ist als die Sollwandstärke des Kunststoffbauteils und diese Differenz zum Ende des Pressenzyklus zunehmend verkleinert und auf Null geführt werden.

Alternativ oder in Kombination kann insbesondere beim Hochdruck-RTM-Verfahren, die Dichtwirkung, insbesondere der Tauchkante und/oder die der verwendeter Elastomerdichtungen, zwischen den Werkzeugteilen durch einen Einfluss auf die Biegelinie zumindest eines Werkzeugteiles verbessert werden.

Alternativ oder in Kombination kann während dem Bewegen der Werkzeugteile zueinander die Biegelinie zumindest eines Werkzeugteils derart eingestellt werden, dass eine Kollision der korrespondierenden Tauchkanten zweier Werkzeugteile vermieden und/oder der Verschleiß an den Tauchkanten durch Verringerung der Reibung minimiert wird. Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten

Kunststoffbauteils mit einem fließfähigen Harzsystem weist ein Formwerkzeug, welches zumindest zwei Werkzeugteile zur Bildung einer Kavität umfasst, und eine Presse mit einer Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Pressdruckes auf das Formwerkzeug über Aufspannplatten für die Werkzeugteile auf, wobei

sich zumindest ein Werkzeugteil im Zuge des Herstellungsprozesses entlang einer Biegelinie B verformt und/oder

das Harzsystem sich im Zuge des Herstellungsprozesses innerhalb der Kavität bewegt und dabei einen Fließprozess ausbildet,

und schließlich innerhalb der Kavität ein faserverstärkten Kunststoffbauteil mit zumindest eine Spaltweite der Kavität ausgeformt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung besteht darin, dass zur Beeinflussung

- der Biegelinie B eines Werkzeugteiles und/oder

- des Fließprozess F und/oder

- der Spaltweite SW der Kavität zwischen den Werkzeugteilen

eine Korrekturvorrichtung angeordnet ist.

Alternativ oder in Kombination kann in der Vorrichtung wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen des Fließprozesses, der Biegelinie und/oder der Spaltweite mit einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der

Korrekturvorrichtung angeordnet sein. Bevorzugt vermag der Sensor Druck,

Temperatur, Dehnung oder dergleichen aufzunehmen, wobei die Steuer- und

Regelungsvorrichtung gemäß den vorgegebenen Werten einen Soll-Ist-Vergleich zur Ansteuerung der Korrekturvorrichtung benutzen kann.

Alternativ oder in Kombination können in der Vorrichtung als Korrekturvorrichtung hydraulische und/oder pneumatische Stellglieder in den Werkzeugteilen, an der Presse und/oder an der Aufspannplatte der Werkzeugteile angeordnet sein.

Alternativ oder in Kombination kann in der Vorrichtung bei einer Druckvorrichtung mit mehreren Stellgliedern für ein Werkzeugteil zumindest ein Stellglied der

Druckvorrichtung geeignet sein als Korrekturvorrichtung verwendet zu werden, insbesondere durch die Eignung zur Einleitung einer differenzierten Kraft gegenüber den Stellglieder der Druckvorrichtung.

Alternativ oder in Kombination kann in der Vorrichtung wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen der Lage der Tauchkanten mit einer Steuer- oder

Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Korrekturvorrichtung angeordnet sein.

In nun vorteilhafter Art und Weise ist es möglich mehrere Druckvorrichtungen zum Korrigieren unerwünschter Verformungen entlang der Biegelinien zu verwenden. Die Korrekturvorrichtungen sind vorzugsweise hydraulische oder pneumatische einfach oder doppeltwirkende Zylinder-Einheiten. Bevorzugt wird die Spaltweite der Kavität durch wenigstens einen Sensor fortlaufend erfasst und mittels der genannten Druck- und Korrekturvorrichtungen mit Hilfe einer zentralen Prozesseinheit (CPU) gesteuert. Dies bedeutet Folgendes: Selbst dann, wenn sich Temperatur und/oder Druck während des Umform prozesses (während des Pressens) ändern, lässt sich die Spaltweite auf einem gewünschten, zum Beispiel konstanten Wert halten. Insbesondere von Vorteil ist dies um unerwünschtes Verrutschen von Fasermaterial zu vermeiden. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass gegen Ende des Prozesses, zu Beginn des Aushärtens des Harzes die gewünschte Dicke, gemäß der Spaltweiten der Kavität, des fertigen

Kunststoffbauteiles eingestellt wird. Entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren kann in einem geschlossenen

Regelkreis oder in einem einstellbarem Steuerungsablauf, die Druckverteilung über die Fläche der Kavität und/oder die Spaltweite über die Fläche der Kavität innerhalb eines Pressenzyklus derart dynamisch verändert werden, dass hierdurch der Fließprozess vorteilhaft beeinflusst wird.

Ferner kann die Spaltweite derart beeinflusst werden, dass der Fließwiderstand durch die dynamische Anpassung der Spaltweite in der jeweiligen Phase des Fließprozesses verringert wird.

Mit dem Erreichen der Endposition wird eine Druckverteilung und/oder

Spaltmaßeinstellung eingestellt, bei der die Spaltweite in allen Bereichen des Bauteils bestmöglich der Sollwandstärke entspricht.

Die Fließfront des Harzes kann aus den sich einstellenden Gegendrücken in den einzelnen Korrekturvorrichtungen und/oder über die aktuelle gemessene Spaltweite beziehungsweise das Injektionsvolumen berechnet werden. Es erfolgt ein dynamisches Anpassen der Druckverteilung über der Fläche mittels der Korrekturvorrichtungen, um die Fließfront aktiv zu steuern.

Bei einem Harzinjektionsverfahren kann zu Beginn des Injektionsprozesses im Bereich des Angusses oder bei einem Fließpressverfahren im Bereich der Materialeinlage die Spaltweite durch entsprechendes Ansteuern der Korrekturvorrichtung größer gehalten, als in den anderen Bereichen der Kavität.

Beim Fließdruckpressen einer formbaren faserverstärkten Kunststoff masse kann die Spaltweite im Zentrum der eingelegten Formmasse am geringsten eingestellt sein; von diesem Punkt an wird die Spaltweite in allen Richtungen zum Rand der Kavität größer. Die Differenz wird zum Ende des Pressenzyklus zunehmend verkleinert um zum einen den Fließprozess zu fördern und gegen Ende des Prozesses die Sollwerte für die Spaltweite einzuhalten. Die Erfindung ermöglicht somit eine aktive Verformungssteuerung zumindest eines Werkzeugteiles oder der Aufspannplatte und damit indirekt eines Werkzeugteiles. Insbesondere ist es nun mit einer derartigen Ausführung auch möglich durch eine Vielzahl an Stellgliedern asymmetrische Formwerkzeuge individuell mit einer

Vorrichtung zur Herstellung maßgerechter Kunststoffbauteile zu verwenden. Insbesondere in der Großserienproduktion von verschiedenen Bauteilen mit verschiedenen Werkzeugen ist es nun möglich entsprechende Rezepte für die Werkzeuge bereits zu programmieren und vorzusehen, wie diese während der Herstellung oder im Zuge der Aushärtung des Harzsystems mit Kräften zu

beaufschlagen sind um optimale Bauteile zu erhalten. Auch die Verschleißproblematik kann entsprechend behandelt werden und anhand von Kontrollmessungen an vorhergehend gefertigten Bauteilen manuell oder automatisiert über die Endkontrolle in die Steuer- oder Regelungsvorrichtung eingespeist werden. Nach der Erfindung ist es nun möglich, den Fließprozess F ohne künstliche Lunker, Harzführungen oder dergleichen in der Kavität zu beeinflussen

Je nach angestrebter Spezifikation des Kunststoffbauteiles kann die Fasern aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern, Nylonfasern oder vergleichbare Fasern und/oder aus Mischungen davon und/oder auch sog. Wirrfasermatten (Recyclingfasermatten) bestehen respektive in das Harz eingemischt sein..

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten beispielhaften Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem Formwerkzeug näher erläutert.

Figuren 1 bis 3 veranschaulichen die Verformung der Werkzeugteile in einer

Vorrichtung nach dem Stand der Technik in den mindestens drei notwendigen Prozessschritten zur Herstellung eines

faserverstärkten Kunststoffteiles,

Figuren 4 bis 6 veranschaulichen die Möglichkeiten einer Beeinflussung einer

Biegelinie nach einem ersten Ausführungsbeispiel der

Vorrichtung gemäß den Prozessschritten nach den Figuren 1 bis

3,

Figuren 7 bis 9 veranschaulichen die Möglichkeiten einer Beeinflussung einer

Biegelinie nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der

Vorrichtung gemäß den Prozessschritten nach den Figuren 1 bis

3, Figur 10 stellt graphisch die Wirkungsweise einer korrelierten Druck- und

Korrekturvorrichtung mit beispielhafter Einzeichnung möglicher Kraftvektoren und einer zusätzlichen Ansicht von unten auf die Aufspannplatte mit den Angriffspunkten der Korrekturvorrichtung dar,

Figur 1 1 a zeigt schematisch einen beispielhaften Fließprozess nach dem

Stand der Technik und

Figuren 1 1 b und c zeigen die Möglichkeit den Fließprozess in seinem Ablauf

gegenüber dem Stand der Technik gezielt zu beeinflussen, Figur 12 zeigt eine Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel bei dem die Korrekturvorrichtung zwischen den beiden

Aufspannplatten für die Werkzeugteile angeordnet ist,

Figur 13 a zeigt beispielhaft durch gezielte Krafteinwirkung während einer

Schließ- oder Öffnungsbewegung die Reibung oder

Kollisionsgefahr zwischen den Tauchkanten der Werkzeugteile zu verringern und

Figur 13 b zeigt beispielhaft die Möglichkeit die Dichtwirkung von

Tauchkanten oder ähnlichen Dichtmitteln durch gezielte Krafteinwirkung während des Herstellungsprozesses zu verstärken.

Die Figuren 14 bis 17 zeigen beispielhaft den Ablauf eines D-RTM-Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteiles, wobei

Figur 14 das Formwerkzeug in einer geöffneten Stellung A vor

Einbringung der Faser-Vorform in das Formwerkzeug zeigt,

Figur 15 das Formwerkzeug in einer optionalen Dichtstellung B zur

Herstellung eines Vakuums innerhalb der gegen die Umwelt geschlossenen Kavität nach Einbringung der Faser-Vorform darstellt, in

Figur 16 das Formwerkzeug in der Injektionsstellung C zur Flutung der

Kavität mit Harz dargestellt ist und in

Figur 17 das Formwerkzeug in der Endstellung D gezeigt wird, wobei während der Bewegung in die Endstellung D das ausgepresste und überschüssige Harz aus der Kavität über eine Harzauslass ausgepresst wird.

Figur 18 zeigt abschließend eine Übersicht über die Mittel zur Steuerung des Harzflusses und eine beispielhafte Darstellung der

Verbiegung des Werkzeugteiles zur Beeinflussung des

Harzflusses während der Injektion in und/oder während des Auspressens aus der Kavität.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine konventionelle Formpresse nach dem Stand der Technik zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffbauteilen 1 . Die Presse 10 umfasst dabei im Wesentlichen ein Pressengestell mit einem oberen und unteren Querhaupt und diese verbindenden Säulen. Zwischen den Querhäuptern ist eine Druckvorrichtung 1 1 mit zwei hydraulischen Stellgliedern und Aufspannplatten 5, 7 für die Werkzeugteile 4 und 6 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist nur die obere Aufspannplatte 5 mittels der Druckvorrichtung 1 1 beweglich.

Figur 1 zeigt jenen Zustand, bei welchem die Kavität zwischen den beiden

Werkzeugteilen 4, 6 geöffnet ist. Das Formwerkzeug 2 ist aber bereits aufgeheizt, zum Beispiel auf eine Temperatur von 160 °C. Durch das Aufheizen unterliegen die beiden Werkzeugteile 4, 6 einer Durchbiegung. Die Durchbiegungen sind durch die gestrichelten Biegelinien B veranschaulicht. Innerhalb der Kavität liegt für ein mögliches RTM-Verfahren bereits eine Faser-Vorform 3. Alternativ könnte bei einem Fließpressverfahren ein Harzsystem mit entsprechenden Faseranteil (D-SMC, LFT-D) eingelegt sein. Die beiden Pfeile an der Druckvorrichtung 1 1 symbolisieren den Schließvorgang der Kavität durch Bewegung des oberen Werkzeugteils 4 in Richtung des stationären Werkzeugteils 6.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Betriebszustand ist die Kavität geschlossen und die Injektion eines fließfähigen Harzsystems hat bereits begonnen. Das Harzsystem wird durch einen nicht dargestellten Anschluss in die Kavität des Formwerkzeuges 2 injiziert. An jener Stelle, an welcher temperiertes flüssiges Harz in die Kavität injiziert wird, kommt es zu einer oberflächennahen Temperaturänderung der beiden

Werkzeugteile 4, 6. Dies führt zu einer örtlichen Ausdehnung der Werkzeugformen, und damit zu einer Irregularität. Die Biegelinien B sind aber im Wesentlichen unverändert. Sie lassen aber erkennen, dass die maximale Durchbiegung beider Werkzeugteile 4, 6 im Bereich der Mittelachse des Pressengestelles am größten ist. Die Spaltweite SW ist somit dort minimiert.

Hierdurch wird das Injizieren des Harzsystems behindert. Dies ist besonders nachteilig, weil das Harz von der Mittelachse aus zu den Rändern der Kavität fließen muss.

Gleichzeitig muss erhöhter Aufwand zur Injektion des Harzsystems betrieben werden. Im ungünstigen anzunehmenden Fall erhöht sich in diesem Bereich der Abrieb an den Werkzeugteilen überproportional und/oder eine eingelegte Faser-Vorform 3 wird in diesem Bereich verschoben oder beschädigt.

Figur 3 veranschaulicht den Endzustand der Injektion. Wie man bei den nun größer dargestellten Kraftvektoren der Druckvorrichtung 1 1 erkennt, ist der Druck in der Vorrichtung und damit auf das Formwerkzeug besonders hoch. Die beiden Biegelinien B im oberen und unteren Werkzeugteil 4, 6 verlaufen jetzt anders, als in den vorhergehenden Figuren. Die Krümmungen haben sich umgekehrt. Inzwischen ist das Kunststoffbauteil 1 in der Kavität entstanden. Das Kunststoffbauteil hat nun aufgrund der Einflüsse von Temperatur und Druck einen Dickenverlauf, der nicht optimal ist. Die Spaltbreite SW wird in der Nähe der Mittelachse aufgrund der Einflüsse größer als dem Sollwert sein. Das Werkstück muss je nach Anforderungen nach dem Herausnehmen aus der Presse noch bearbeitet werden oder gilt als Ausschuss. Um diesen Umstand zu beheben wird üblicherweise wie oben bereits zum Stand der Technik ausgeführt das Formwerkzeug 2 im Vorfeld so bearbeitet, dass am Ende des

Herstellungsprozesses möglichst genau die Spaltweite SW über das Kunststoffteil 1 eingehalten werden soll.

Es ist offensichtlich, dass je nach Ausgestaltung des Kunststoffteils 1 die Spaltweite SW und damit die Dicke des Kunststoffteils 1 variieren kann.

Anders liegen die Verhältnisse bei der Vorrichtung gemäß der Figuren 4 bis 6. Soweit es sich um dieselben Bauteile handelt, wie bei den Figuren 1 bis 3, sind die Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie dort versehen. Die Unterschiede der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen jedoch im Folgenden:

Als Druckvorrichtung 1 1 sind zwei Stellglieder außen angeordnet, wohingegen als Korrekturvorrichtung 8 mittig ein weiteres Stellglied, in vorliegendem Fall eine Säule mit Umfangsnuten, angeordnet ist. Im vorliegenden Fall wird die Korrekturvorrichtung 8 auch verwendet um schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen mit geringem

Kraftaufwand durchzuführen. Hierzu ist in der Regel an der Säule eine entsprechende Klemmvorrichtung zur formschlüssigen Verriegelung (nicht dargestellt) vorgesehen. Diese Säule kann im Übrigen auch dazu verwendet werden um bei unterschiedlichen Formwerkzeugen den maximalen und minimalen Hubweg der Druckvorrichtung 1 1 einzustellen. Die Stellglieder der Druck- und die Korrekturvorrichtung sind im

Allgemeinen gleichmäßig über die Aufspannplatte 5 verteilt. Jedoch kann dies auch anders sein, sodass beispielsweise bestimmte Flächenbereiche unterschiedlich mit Stellgliedern beaufschlagt sind. Die Stellglieder sind vorzugsweise doppeltwirkend ausgeführt.

Analog zur Figur 1 wird in Figur 4 in die offene Kavität eine Faser-Vorform 3 eingelegt und das Formwerkzeug mittels der Druckvorrichtung 1 1 geschlossen. Während der Injektionsphase in Figur 5 (analog zu Figur 2) verstärkt die Druckvorrichtung 1 1 die eingeleitete Kraft (Kräfte als Vektoren eingezeichnet) als Schließkraft für das

Formwerkzeug 2. Alternativ könnte hier auch ein Fließpressverfahren stattfinden, bei dem das Harzsystem miteingemischten Faseranteilen einfach in die Kavität eingelegt und dann verpresst wird. Durch den entstehenden Gegendruck verändern sich nun die Biegelinien B, zeigen aber deutlich, dass durch die unterschiedlichen Biegelinien in den Werkzeugteilen 4, 6 keine zufriedenstellende Spaltbreite in der Kavität eingestellt werden kann.

Zur Beeinflussung der Biegelinie B gegenüber Figur 3 und dem Stand der Technik wird nun nach Figur 6 die Korrekturvorrichtung 8 aktiviert und überdrückt die Biegelinien B derart, dass beide Biegelinien B der Werkzeugteile 4, 6 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Da die beiden Werkzeugteile 4, 6 entsprechend maßhaltig zueinander hergestellt worden sind, ergibt sich über das Profil des Kunststoffbauteils 1 die vorgegebene Dicke gemäß der Spaltweite SW der Kavität.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung. Es werden wieder dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet.

In Figur 7 ist die Presse 10 offen. In Figur 8 ist sie teilweise geschlossen. In Figur 9 ist sie ganz geschlossen; das Ende des Umformvorganges ist erreicht. Die Presse 10 weist außenliegende Säulen mit Verzahnungen auf, über welche die Aufspannplatte 5 mit dem daran aufgespannten Werkzeugteil 4 in der geschlossenen Pressstellung nach Figur 8 formschlüssig mittels einer Klemmvorrichtung (nicht dargestellt) verriegelt werden. Alternativ und bevorzugt werden diese in Gestalt von Gewindespindeln ausgeführt, über welche auch der Pressdruck ausgeübt werden kann.

Der besondere Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 4 bis 6 liegt darin, dass die Stellglieder der Korrekturvorrichtung 8 über die Fläche der unteren Aufspannplatte 7 verteilt sind und sich am unteren Querhaupt abstützen. Durch die Vielzahl an Wirkpunkten kann die Korrekturvorrichtung 8 auf die Verformungsarbeit der unteren Aufspannplatte 7 und damit auf das Werkzeugteil 6 Einfluss nehmen.

Die Figur 10 lässt die Gestalt, die Anordnung und eine mögliche Wirkweise über die Kraftvektoren der Stellvorrichtungen der Korrekturvorrichtung 8 erkennen. Eine

Beispielhafte Draufsicht auf die Aufspannplatte 7 von unten ist unterhalb dargestellt. Durch die Einwirkung der unterschiedlichen Kraftvektoren der Korrekturvorrichtung 8 kann nun wie beschrieben die Biegelinie des Formwerkzeuges 2, die Spaltweite SW und/oder der Fließprozess F während des Herstellungsvorganges, insbesondere dynamisch, variiert werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung führen die außen liegenden Säulen nur den Schließhub, vorzugsweise als Eilhub, aus. Nach der Verriegelung übernehmen die unten angeordneten Stellglieder der

Korrekturvorrichtung auch den Kompressionshub bei einem C- oder D-RTM-Verfahren. Gleichzeitig dienen diese aber auch durch die unterschiedlichen Kraftvektoren zur statischen und/oder dynamischen Beeinflussung der Biegelinie, die in diesem Beispiel ebenfalls wieder am Ende des Presszyklusses parallel im oberen und unteren

Werkzeugteil verläuft und somit einen gleichmäßige Spaltweite SW zur Herstellung der vorgegebenen Geometrie des Kunststoffbauteils ergibt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist idealerweise wenigstens einen Sensor auf, hier nicht dargestellt. Der Sensor erfasst beispielsweise die Spaltweite, Dehnungen am Werkzeug oder der Aufspannplatte oder andere geeignete Parameter. Dabei ist es wünschenswert, mehrere Sensoren vorzusehen, um die Spaltweite SW über die gesamte Kavität zu erfassen, und demgemäß entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Die Maßnahmen bestehen darin, dass die Korrekturvorrichtung 8 entsprechend angesteuert wird, um einen gewünschten Verlauf der Spaltweite SW über die Fläche der Kavität zu erzielen. Im Allgemeinen wird man eine konstante Spaltweite in der gesamten Kavität erzeugen wollen. Es kann jedoch auch wünschenswert sein, unterschiedliche Spaltweiten zu erzeugen, je nach Ausführung des zu fertigenden Kunststoffteils 1 . Figur 1 1 a zeigt schematisch einen beispielhaften Fließprozess nach dem Stand der Technik und Figur 1 1 b und c zeigen die Möglichkeit den Fließprozess in seinem Ablauf gegenüber dem Stand der Technik gezielt zu beeinflussen. In dem vorliegenden Beispiel ist eine rechteckige Kavität dargestellt, in der links unten der Harzeinlass 12 dargestellt ist. Üblicherweise wird der Fließprozess F dort starten und sich von links unten nach rechts oben fortsetzen, bis die Kavität mit dem Harzsystem gefüllt ist. Die gewellten Linien sollen den Fortschritt der Fließfront über die Zeit symbolisieren. Nach der Erfindung ist es nun möglich, den Fließprozess F ohne künstliche Lunker,

Harzführungen oder dergleichen in der Kavität zu beeinflussen, indem durch

Veränderung der Biegelinie der Fließwiederstand nach rechts, gemäß Figur 1 1 b, so verringert wird, dass das Harzsystem entlang der eingezeichneten Fließfronten 14 nach rechts verläuft und erst anschließend beginnt, vorzugsweise über die ganze Breite gleichmäßig, sich nach oben zu bewegen, Figur 1 1 c.

Figur 12 zeigt eine Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel bei dem die Korrekturvorrichtung 8 zwischen den beiden Aufspannplatten für die Werkzeugteile angeordnet ist. Diese kann als außerhalb des Formwerkzeuges 2 angeordnete, vorzugsweise doppeltwirkende, Zylinder ausgeführt sein, die in der Schließ- oder Kompressionsstellung der Vorrichtung die Aufspannplatten 5 und 7 auseinander drücken oder ziehen, während die Druckvorrichtung 1 1 , analog zur Figur 6, die Zuhaltekraft aufbringt. Auch hiermit ließe sich die Biegelinie B einer Vorrichtung gezielt beeinflussen. Gerade das letzte Ausführungsbeispiel soll zeigen, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungen limitiert ist, sondern es eine Vielzahl an Möglichkeiten gibt, eine Korrekturvorrichtung 8 in der Vorrichtung vorzusehen, um die Biegelinie B, den Fließprozess F und/oder die Spaltbreite SW zu beeinflussen. Figur 13 zeigt nun beispielhaft wie durch gezielte Krafteinwirkung während einer Schließ- oder Öffnungsbewegung die Reibung oder Kollisionsgefahr zwischen den Tauchkanten der Werkzeugteile zu verringern ist und/oder die Dichtwirkung von Tauchkanten oder ähnlichen Dichtmitteln während des Herstellungsprozesses zu verstärken wäre.

Hierzu ist in Figur 13a übertrieben dargestellt, wie durch die vektorielle Krafteinwirkung auf die Aufspannplatte 5 oben das Werkzeugteil 4 so verbogen wird, dass sich die Tauchkanten 9, in der Realität sehr gering, nach innen krümmen. Gleichzeitig kann, wenn eine entsprechende Korrekturvorrichtung 8 vorgesehen ist, die untere

Aufspannplatte 7 und/oder das Werkzeugteil 4 so mit Kräften (nicht dargestellt) beaufschlagt werden, dass sich die Tauchkanten 9 nach außen biegen, so dass geringere Reibung und somit fast kein Abrieb bei der Bewegung der Tauchkanten zueinander auftreten wird. Die horizontalen Pfeile stellen dabei nicht die einwirkenden Kräfte dar sondern sollen die sich verformenden Tauchkanten darstellen.

Gemäß der Erfindung und nach Figur 13b kann nun, gerade beim Fließpressen oder Injizieren von Harzsystem mit Hochdruck, die Dichtwirkung mit entsprechender Einleitung von Kräften (nicht dargestellt) im geschlossenen Zustand verstärkt werden, wenn die Tauchkanten oder die Bereiche mit Dichtungen, entsprechend zueinander gedrückt werden.

Die Figuren 14 bis 17 zeigen den Ablauf eines D-RTM-Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffteiles 1.

Fig. 14 zeigt, dass mindestens zwei Werkzeugteile 4, 6 umfassende Formwerkzeug 2 einer RTM-Anlage in einer geöffneten Stellung A. Dabei sind das obere Werkzeugteil (Patrize) 4 und das untere Werkzeugteil (Matrize) 6 dergestalt zueinander

korrespondierend ausgebildet, dass diese in einer finalen Schließstellung eine der Endstellung des Kunststoffbauteils 1 entsprechende Kavität ausbilden, in welche später das Harzsystem injiziert wird. Um bei der Injektion des Harzes über einen Injektionsanschluss 17, zur Infiltrierung der Kavität des Formwerkzeuges 2, respektive der Faser-Vorform 3, das Formwerkzeug 2 dicht geschlossen zu halten, befindet sich zwischen Werkzeugoberteil 4 und Werkzeugunterteil 6 wenigstens eine, insbesondere Elastomere enthaltende, Hauptdichtung. Ja nach Aufbau der Werkzeugteile 4 und 6 können, wie in Fig. 1 gezeigt, auch gegebenenfalls zwei oder mehr Dichtungen 15 und 19 vorgesehen sein, welche ein Werkzeugteil 4 mit dem anderen Werkzeugteil 6 abdichten. Für die vor der Infiltrierung erforderliche Evakuierung der Kavität ist in wenigstens einem Werkzeugteil 4, 6 wenigstens ein Vakuumanschluss 20 ausgebildet.

Fig. 15 zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 2 einer RTM-Anlage aus Fig. 14 mit einer darin eingelegten vorgeformten - im Ausführungsbeispiel jedoch vereinfacht im

Wesentlichen eben gezeichneten - Faser-Vorform 3. Erkennbar ist, wie bereits in dieser optionalen Dichtstellung B die erst teilweise geschlossenen Werkzeugteile 4 und 6 über die untere umlaufende Dichtung 15 zueinander luftdicht verschließbar sind und die dadurch gebildete Kavität über eine wirkverbundene Öffnung durch den

Vakuumanschluss 20 evakuierbar ist. Fig. 16 zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 2 aus Fig. 15 in einer zweiten, weiter geschlossenen Injektionsstellung C, in der die Öffnung zu dem Vakuumanschluss 20 nunmehr durch die erste (untere) Dichtung 5 gegenüber der durch die Werkzeugteile 4, 6 gebildeten Kavität und die Werkzeugteile 4 und 6 zusätzlich durch eine zweite (obere) Dichtung 19 abgedichtet sind, so dass über den Vakuumanschluss 20 das Vakuum auch dann noch im Formwerkzeug 2 sicher gehalten werden kann, wenn die Werkzeugteile 4, 6 bereits in die Injektionsstellung für ein Einbringen des Harzsystems in die evakuierte Kavität verfahren wurden. Abhängig von der Höhe der Hauptdichtung kann eine Dichtung 15 ausreichend sein, wenn diese im Zuge des Fahrens der Werkzeugteile 4, 6 von der Dichtstellung B zur Injektionsstellung die Öffnung zum Vakuumanschluss 20 vollständig abdecken kann. Aber auch in diesem Sonderfall kann es sinnvoll sein eine zweite Dichtung 19 vorzusehen. Damit ist die Gefahr

unerwünschter Lufteinschlüsse im Kunststoffbauteil 1 stets vermieden, da selbst bei einer geringen Undichtigkeit der ersten Dichtung 15 über die zweite Dichtung 19 der Luftabschluss vor und während des RTM-Prozesses erhalten bleiben kann. Dies ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn in der RTM-Anlage insbesondere ein HP- DRTM Prozess durchgeführt wird, also erst in der Endstellung die Werkzeugteile 4 und 6 auf ein definiertes Spaltmaß geschlossenen werden, um das injizierte Harz ohne nennenswerte Fließwiderstände in die Faser-Vorform 3 vollständig einzubringen und zu verdichten. Fig. 17 zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 2 aus Fig. 16 in der dritten, finalen

Endstellung D, in welcher die von den Werkzeugteilen 4 und 6 belassene Kavität nunmehr der gewünschten Bauteildicke des zu fertigenden Kunststoffbauteils 1 entspricht, so dass das zuvor injizierte Harz über die Fläche in die Poren und

Zwischenräume der Faser-Vorform 3 eingepresst wurde. Das beim HP-DRTM- Verfahren überschüssig injizierte Harz wird dabei über einen Harzauslass 8 aus der Kavität ausgepresst. In einer separaten Übersicht nach Figur 18 sind eine Auswahl an Mittel zur Steuerung des Fließprozesses im Zuge der Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 und eine beispielhafte Darstellung der Verbiegung eines Werkzeugteiles 6 zur Beeinflussung des Harzflusses während der Injektion in und/oder des Auspressens aus der Kavität dargestellt. Bevorzugt ist mit dem Vakuumanschluss 20 eine

Vakuumvorrichtung 23 wirkverbunden, die mittels eines Ventils 25, von der Kavität entkoppelbar ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Vakuumanschluss 20 auch während der Injektionsstellung C oder Endstellung D mit der Kavität in Wirkverbindung steht. Auch am Injektionsanschluss 17 befindet sich ein Ventil 22, dass die

Injektionsvorrichtung 21 vor zu hohem Drücken während dem Auspressen des Harzes aus der Kavität schützen soll.

Bevorzugt ist während der Injektion des Harzes (Injektionsstellung C) der Harzauslass 18 durch ein Ventil 24 verschlossen. Alternativ oder in Kombination kann das Ventil steuerbar ausgeführt sein und wird einen Mindestdruck im Formwerkzeug einstellen, der vorgegeben wird. Somit kann das Ventil 24 während der Injektion des Harzes in die Kavität einen Mindestdruck vorgeben, aber auch einen Mindestdruck für das

Auspressen und das Nachdrücken einstellen. Das Ventil 24 wird vorzugsweise mit entsprechender Sensorik bzw. mit dem Steuermittel verbunden sein um die

entsprechenden Schaltungen in Abhängigkeit von Druck, Zeit und Menge

durchzuführen. Es ist offensichtlich, dass beschriebenen Merkmale auch in einer Vielzahl vorkommen können, das gilt insbesondere für den Injektionsanschluss, den Harzauslass, die Werkzeugteile, Ventile und andere Mittel.

Schlussendlich sei noch auf die Darstellung einer Einleitung von Kräften F in ein Werkzeugteil 4 verwiesen. Auch hier können im Tisch zum Aufspannen des

Werkzeugteiles 6 Kurzhubzylinder angeordnet oder verbunden werden, die direkt oder indirekt an dem Werkzeugteil 6 angreifen können um dieses in bestimmten Situationen statisch oder dynamisch während dem Herstellungsprozess mit Kräften zu

beaufschlagen. Vorzugsweise werden diese Stellmittel dazu benutzt um die

Maßhaltigkeit des Formwerkzeuges sicherzustellen. Auch kann vorgesehen sein, dass während der Injektion oder dem Austreiben des Harzes die Fließfront des Harzes durch Verbiegen des zumindest einen Werkzeugteiles unterstützt oder beeinflusst werden kann.

Im dargestellten Beispiel nach Figur 18 wird dabei eine Verbiegung des

Werkzeugteiles durch externe Kräfte F eingestellt, die an der linken Seite drücken und an der rechten Seite des Werkzeugteiles ziehen, so dass die Kavität beispielhaft in Richtung des Harzauslasses 18 größer ist. Bevorzugt wird dies während der Injektion oder dem Auspressen zeitlich entsprechend eingesteuert. Natürlich wird am Ende des Auspressens bzw. während dem Aushärten des Harzes die Einleitung der Kräfte in das Werkzeugteil so eingestellt, dass die Maßhaltigkeit des Kunststoffbauteiles 1 gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste: P1502

1 Kunststoffbauteil 15 14 Fließfront

2 Formwerkzeug 15 Dichtung

3 Faser-Vorform 17 Injektionsanschluss

4 Werkzeugteil 18 Harzauslass

5 Aufspannplatte 19 Dichtung

6 Werkzeugteil 20 20 Vakuumanschluss

7 Aufspannplatte 21 Injektionsvorrichtung 8 Korrekturvorrichtung 22 Ventil

9 Tauchkante 23 Vakuumvorrichtung

10 Presse 24 Ventil

1 1 Druckvorrichtung 25 25 Ventil

12 Harzeinlass

F Fließprozess A offene Stellung

B Biegelinie B Dichtstellung

SW Spaltbreite C Injektionsstellung

D Endstellung

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1 ) mit einem fließfähigen Harzsystem in einem Formwerkzeug (2), welches zumindest zwei Werkzeugteile (4, 6) zur Bildung einer Kavität umfasst und einer Presse (10) mit einer Druckvorrichtung (1 1 ) zum Aufbringen eines Pressdruckes auf das

Formwerkzeug (2) über Aufspannplatten (5, 7) für die Werkzeugteile (4, 6), wobei sich zumindest ein Werkzeugteil (4, 6) im Zuge des Herstellungsprozesses entlang einer Biegelinie (B) verformt und/oder

das Harzsystem sich im Zuge des Herstellungsprozesses innerhalb der Kavität bewegt und dabei einen Fließprozess (F) ausbildet,

und schließlich innerhalb der Kavität ein faserverstärkten Kunststoffbauteil (1 ) mit zumindest eine Spaltweite (SW) der Kavität ausgeformt wird, dadurch

gekennzeichnet, dass mit zumindest einer Korrekturvorrichtung (8) während des Herstellungsprozesses

- die Biegelinie (B) zumindest eines Werkzeugteiles (4, 6) und/oder

- der Fließprozess (F) und/oder

- die Spaltweite (SW)

beeinflusst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen des Fließprozesses (F) und/oder der

Biegelinie (B) mit einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Korrekturvorrichtung (8) vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als

Korrekturvorrichtung hydraulische und/oder pneumatische Stellglieder verwendet werden, welche in den Werkzeugteilen (4, 6), an der Presse (10) und/oder an der Aufspannplatte (5, 7) der Werkzeugteile (4, 6) wirkverbunden sind.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckvorrichtung (1 1 ) mit mehreren

Stellgliedern zumindest ein Stellglied der Druckvorrichtung (1 1 ) als

Korrekturvorrichtung (8) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite (SW) durch eine dynamische Anpassung der Spaltweite während des Herstellungsprozesses angepasst wird,

insbesondere dergestalt, dass gegen Ende des Herstellungsprozesses der Fließwiederstand am größten ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegen Ende des Fließprozesses eine Druckverteilung und/oder eine Spaltweite (SW) eingestellt wird, bei der die Sollwandstärke des Kunststoffbauteils (1 ) erzielt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließprozess des Harzsystems, insbesondere die Fließfront (14), aus den sich einstellenden Gegendrücken in der Druckvorrichtung (1 1 ), der Korrekturvorrichtung (8), über die aktuell gemessenen Spaltweiten (SW) und/oder das Volumen des Harzsystems berechnet wird und eine dynamische Anpassung der Druckverteilung erfolgt, um den Fließprozess (F) zu steuern.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem IRTM-Verfahren zu Beginn des Injektionsprozesses im Bereich zumindest eines Harzeinlasses (12) die

Spaltweite (SW) durch entsprechende Ansteuerung der Korrekturvorrichtung (8) vergrößert wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem CRTM-Verfahren während der Injektionsphase und/oder während der Kompressionsphase der Fließprozess beeinflusst wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem DRTM-Verfahren während der Injektionsphase und/oder während dem Auspressen des Harzes aus der Kavität der Fließprozess beeinflusst wird.

1 1 . Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fließpressverfahren eines Harzsystems mit eingemischten Fasern die Spaltweite (SW) im Wesentlichen im Zentrum des Harzsystems die kleinste Spaltweite (SW) eingesteuert wird und die Spaltweite (SW) von diesem Punkt aus, vorzugsweise in alle Richtungen, zum Rand der Kavität hin die Spaltweite (SW) größer ist als die Sollwandstärke des

Kunststoffbauteils (1 ) und diese Differenz zum Ende des Pressenzyklus zunehmend verkleinert und auf null geführt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtwirkung, insbesondere der Tauchkante (9) und/oder verwendeter Elastomerdichtungen, zwischen den Werkzeugteilen (4, 6) durch einen Einfluss auf die Biegelinie zumindest eines Werkzeugteiles (4, 6) verbessert wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Bewegen der Werkzeugteile (4, 6) zueinander die Biegelinie (B) zumindest eines Formwerkzeugteils derart eingestellt wird, dass eine Kollision der korrespondierenden Tauchkanten zweier Werkzeugteile (4, 6) und/oder der Verschleißes an den Tauchkanten (9) durch Verringerung der Reibung minimiert wird.

14. Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1 ) mit einem fließfähigen Harzsystem in einem Formwerkzeug (2), welches zumindest zwei Werkzeugteile (4, 6) zur Bildung einer Kavität umfasst, in einer Presse (10) mit einer Druckvorrichtung (1 1 ) zum Aufbringen eines Pressdruckes auf das Formwerkzeug (2) über Aufspannplatten (5, 7) für die Werkzeugteile (4, 6), wobei sich zumindest ein Werkzeugteil (4, 6) im Zuge des Herstellungsprozesses entlang einer Biegelinie (B) verformt und/oder

das Harzsystem sich im Zuge des Herstellungsprozesses innerhalb der Kavität bewegt und dabei einen Fließprozess (F) ausbildet, und schließlich innerhalb der Kavität ein faserverstärkten Kunststoffbauteil (1 ) mit zumindest eine Spaltweite (SW) der Kavität ausgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herstellungsprozesses zur Beeinflussung

- der Biegelinie (B) eines Werkzeugteiles (4, 6) und/oder

- des Fließprozess (F) und/oder

- der Spaltweite (SW) der Kavität zwischen den Werkzeugteilen (4, 6) eine Korrekturvorrichtung (8) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen des Fließprozesses (F), der Biegelinie (B) und/oder der Spaltweite (SW) mit einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Korrekturvorrichtung (8) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als

Korrekturvorrichtung (8) hydraulische und/oder pneumatische Stellglieder in den Werkzeugteilen (4, 6), an der Presse (10) und/oder an der Aufspannplatte (5, 7) der Werkzeugteile (4, 6) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckvorrichtung (1 1 ) mit mehreren Stellgliedern für ein Werkzeugteil (4, 6) zumindest ein Stellglied der Druckvorrichtung (1 1 ) geeignet ist als

Korrekturvorrichtung (8) verwendet zu werden, insbesondere durch die Eignung zur Einleitung einer anderen Kraft als die Stellglieder der Druckvorrichtung (1 1 ).

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zum fortlaufenden Erfassen der Lage der Tauchkanten (9) mit einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der

Korrekturvorrichtung (8) angeordnet ist.