WO2013037334A1 - Beheizbare blockstempel-vorrichtung - Google Patents

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Björn PIEKENBRINK
Stefan ÜBERLE
Olaf Piekenbrink
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Waldemar Piekenbrink Gfk-Modell- Und Formenbau Produktions- Und Vertriebs Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
    • B29C33/405—Elastomers, e.g. rubber

Definitions

  • the invention relates to a block punch device with a block punch for insertion into a recess of a curable composite substrate for the purpose of forming an inner profile of the recess.
  • Vacuum grouting methods are used, for example, in vacuum evacuation, in which modern plastic materials are brought into a predetermined shape and then cured.
  • a formed as a molded body workpiece for example by means of a sealing film and the sealing film against a molding gas-tight shielding sealing cord from the ambient atmosphere shielded or evacuated and then placed under vacuum pressure.
  • Another important disadvantage of the known sealing foils is a too low pressure build-up for many applications, by means of which a shape of a curable composite substrate that can actually be produced deviates significantly from a desired shape.
  • the object of the invention is therefore to provide a precisely applied and reusable Blockstkov- device by means of which during a process of vacuum compression of a curable composite substrate, a significantly higher contact pressure is possible than with the known devices.
  • this object is achieved in that the filled with the block punch recess is closed by means of a lid and the temperature of the created from an elastic material block punch by means of a Heating device is adjustable in order to effect a controllable expansion of the block punch and thus a predeterminable pressure of the outer surface of the block punch in the direction of the inner surface of the recess.
  • the apparatus according to the invention is by the combination of features that filled with the block punch recess is closed by a lid and the temperature of the created from an elastic material block punch is adjustable by a heater to a controllable expansion of the block punch and thus a predetermined pressure of the outer surface
  • a predetermined pressure of the outer surface To effect the block punch in the direction of the inner surface of the recess, achieved that at least not increased compared to the known devices, but usually indent energy expenditure a multiple increased contact pressure in the direction of a curable
  • Composite substrate is achievable, whereby a very precise and high-quality shape design of the curable composite substrate is ensured.
  • a squeezing and outgassing trapped in the curable composite substrate to be compressed air or gas bubbles in the block-punch device according to the invention over the known devices is also improved because of the temperature control of the block punch control and thereby increasing the viscosity of the usually in Initial stage of curing of viscous composite substrate is possible.
  • Another important advantage of the block punch device according to the invention is the fact that the process of curing a composite substrate can be set in motion by deliberately setting a predetermined initial temperature of the composite substrate.
  • the curable composite substrate is at least partially embedded in a dimensionally stable hollow chassis whose inner contour acts on the outer profile of the curable composite substrate in the case of a temperature-induced expansion of the block punch.
  • the block stamp near the inner surface of the lid can also be provided with a matched to the shape of the block punch profiling.
  • the composite substrate contains a fiber fabric and a matrix of a curable viscous filling material introduced into the fiber fabric.
  • the block punch is made of an elastic elastomer KunststoffStoffmaterial such as a silicone plastic.
  • the heater is preferably configured to maintain the temperature of the block punch during a predetermined time Period to a value between 100 ° C and 160 ° C, in particular to about 140 ° C set.
  • cavities with an asymmetric shape are formed in the interior of the block punch in order to effect an anisotropic expansion of the block punch when heated.
  • the cavities with asymmetric shape in the interior of the block punch can be formed in particular as a plurality of parallel, linearly extending bores in the space regions in heating the block punch takes place an inner expansion of the material of the block punch, so that an expansion of the block punch perpendicular to the holes is reduced compared to an extension in the direction of the holes.
  • the heating device is preferably formed by an electrical conductor which is integrated in the material of the block punch.
  • the electrical conductor can be formed, for example, by a copper sheet, copper wire or a carbon fiber thread, and is preferably encased in glass fibers, which forms a temperature buffer between the heated electrical conductor and the material of the block punch.
  • the electrical conductor is preferably laid meander-shaped in the material of the block punch.
  • the electrical conductor may preferably have an electrical resistance in the range of 20 ohms to 60 ohms at a voltage in the range of about 260 V, or alternatively an electrical one Resistance in the range of 2 ohms to 20 ohms at a voltage in the range of about 48 V have.
  • FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the block punch device according to the invention in a cross-sectional view
  • Fig. 2 shows the block punch of Fig. 1 shown
  • Block punch device including schematically illustrated holes, in a view obliquely from above.
  • Fig. 3 shows the block stamp of Fig. 1 shown
  • Block punch device including schematically represented electrical conductor as
  • Heating device in a view from above;
  • FIG. 4 shows a second preferred embodiment of the block punch device according to the invention, in which the inner surface of the lid has a profiling, in a cross-sectional view.
  • the block punch apparatus 100 shown in FIGS. 1 and 3 includes a block punch 110 for insertion into a recess 120 of a curable composite substrate 130 for the purpose of forming an inner profile of the recess 120.
  • the recess 120 is closable by means of a lid 125, and the temperature of the created from an elastic material block stamp 110 is by means of a Heating device adjustable to cause a controllable expansion of Blockstetnpels 110 and thus a predetermined pressure of the outer surface of the block punch 110 in the direction of the inner surface of the recess 120.
  • the curable composite substrate 130 is embedded in a dimensionally stable hollow chassis 140, the inner contour of which acts on the outer profile of the curable composite substrate 130 in the case of a temperature-induced expansion of the block punch 110.
  • the composite substrate 130 includes a fibrous web and a matrix of a curable viscous filler incorporated into the fibrous web, whereas the block stamp 110 is made of a resilient silicone plastic material.
  • the heater is configured to set the temperature of the block die 110 to a value of about 140 ° C for a predetermined period of time, and is constituted by a meandering copper wire electrical conductor 150 integrated with the material of the block die 110 encased in glass fibers ,
  • the copper wire has an electrical resistance in the range of 2 ohms at a voltage in the range of about 48V.
  • a plurality of parallel, linearly extending bores 111 are formed, in whose spatial regions an internal expansion of the material of the block punch 110 takes place upon heating of the block punch 110, so that an expansion of the block punch 110 perpendicular to the bores 111 opposes an expansion in the direction of the holes 111 is reduced.
  • FIG 4 shows an alternative preferred embodiment of the block punch device according to the invention, in which the block punch (110) near the inner surface of the lid (125) has a profiling adapted to the shape of the block punch (110).

Abstract

Bei einer Blockstempel-Vorrichtung (100) mit einem Blockstempel (110) zum Einbringen in eine Aussparung (120) eines aushärtbaren Kompositsubstrats (130) zum Zweck eines Formens eines Innenprofils der Aussparung (120) wird eine steuerbare Ausdehnung des Blockstempels (110) und damit ein vorgebbarer Druck der Außenfläche des Blockstempels (110) in Richtung auf die Innenfläche der Aussparung (120) zu dadurch erreicht, dass die mit dem Blockstempel (110) gefüllte Aussparung mittels eines Deckels (125) verschließbar ist und die Temperatur des aus einem elastischen Material erstellten Blockstempels (110) mittels einer Heizeinrichtung einstellbar ist.

Description

BEHEIZBARE BLOCKSTEMPEL-VORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Blockstempel-Vorrichtung mit einem Blockstempel zum Einbringen in eine Aussparung eines aushärtbaren Kompositsubstrats zum Zeck eines Formens eines Innenprofils der Aussparung.
Vakuum-Verpress-Verfahren finden beispielsweise Anwendung in der Vakuumevakuierung, bei dem moderne Kunststoffmaterialien in eine vorherbestimmte Form gebracht und anschließend ausgehärtet werden.
Bei einem Vorgang der Vakuumevakuierung gemäß Stand der Technik wird ein als Formkörper ausgebildetes Werkstück beispielsweise mittels einer Dichtungsfolie und einer die Dichtungsfolie gegenüber einem Formkörper gasdicht abschirmende Dichtschnur von der Umgebungsatmosphäre abgeschirmt bzw. evakuiert und anschließend unter Vakuumdruck gesetzt.
Die im Zusammenhang mit derartigen oder ähnlichen Vorrichtungen angewandten Verfahren weisen indes zum Einen den Nachteil auf, dass eine ausreichende Abdichtung zwischen Dichtungsfolie und Formkörper insbesondere in einem peripheren Bereich der Dichtungsfolie problematisch ist und oft nicht sichergestellt werden kann, weil eine exakte Anbringung einer Dichtungsfolie an einem Formkörper insbesondere bei stark ausgeprägten konkav/konvexen Konturen des Formkörpers nicht immer möglich ist.
Ein weiterer wichtiger Nachteil der bekannten Dichtungsfolien ist ein für viele Anwendungsfälle zu geringer Druckaufbau, im Wege dessen eine tatsächlich herbeiführbare Formgebung eines aushärtbaren Komposit- substrats deutlich von einer erwünschten Formgebung abweicht .
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine passgenau aufbringbare und mehrfach verwendbare Blockstempel- Vorrichtung zu schaffen, mittels derer während eines Vorgangs einer Vakuumverpressung eines aushärtbaren Kompositsubstrats ein deutlich höherer Anpressdruck als mit den bekannten Vorrichtungen ermöglicht ist.
Für eine Blockstempel-Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mit dem Blockstempel gefüllte Aussparung mittels eines Deckels verschließbar ist und die Temperatur des aus einem elastischen Material erstellten Blockstempels mittels einer Heizeinrichtung einstellbar ist, um eine steuerbare Ausdehnung des Blockstempels und damit einen vorgebbaren Druck der Außenfläche des Blockstempels in Richtung der Innenfläche der Aussparung zu bewirken.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass die mit dem Blockstempel gefüllte Aussparung mittels eines Deckels verschließbar ist und die Temperatur des aus einem elastischen Material erstellten Blockstempels mittels einer Heizeinrichtung einstellbar ist, um eine steuerbare Ausdehnung des Blockstempels und damit einen vorgebbaren Druck der Außenfläche des Blockstempels in Richtung der Innenfläche der Aussparung zu bewirken, erreicht, dass bei gegenüber den bekannten Vorrichtungen zumindest nicht gesteigertem, in der Regel indes gesenktem Energieaufwand ein vielfach gesteigerter Anpressdruck in Richtung eines aushärtbaren
Kompositsubstrats erzielbar ist, wodurch eine sehr präzise und qualitativ hochwertige Formgestaltung des aushärtbaren Kompositsubstrats gewährleistet ist.
Dabei ist ein Herausdrücken und Ausgasen von in dem zu verpressenden aushärtbaren Kompositsubstrat eingefangenen Luft- oder Gasbläschen bei der erfindungsgemäßen Blockstempel-Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen ebenfalls verbessert, da über die Temperatursteuerung des Blockstempels eine Steuerung und dabei insbesondere Erhöhung der Viskosität des in der Regel im Anfangsstadium einer Aushärtung zähflüssigen Komposit- Substrats ermöglicht ist. Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Blockstempel-Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der Vorgang des Aushärtens eines Kompositsubstrats durch gezieltes Einstellen einer vorgegebenen Initialtemperatur des Kompositsubstrats in Gang gesetzt werden kann.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das aushärtbare Kompositsubstrat mindestens teilweise in ein formfestes Hohlchassis eingebettet ist, dessen Innenkontur bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Blockstempels formgebend auf das Außenprofil des aushärtbaren Kompositsubstrat wirkt. Die dem Blockstempel nahe Innenfläche des Deckels kann ebenfalls mit einer an die Formgebung des Blockstempels angepasste Profilierung versehen sein.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Kompositsubstrat ein Fasergewebe und eine in das Fasergewebe eingebrachte Matrix eines aushärtbaren viskosen Füllmaterials enthält.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Blockstempel aus einem elastischen Elastomer- KunstStoffmaterial wie beispielsweise einem Silikon- Kunststoff hergestellt ist.
Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise ausgelegt, um die Temperatur des Blockstempels während eines vorgegebenen Zeitraums auf einen Wert zwischen 100°C und 160°C, insbesondere auf etwa 140°C einzustellen.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Inneren des Blockstempels Hohlräume mit asymmetrischer Formgebung ausgebildet sind, um eine anisotrope Ausdehnung des Blockstempels bei Erwärmung zu bewirken.
Die Hohlräume mit asymmetrischer Formgebung im Inneren des Blockstempels können insbesondere als eine Mehrzahl parallel angeordneter, linear verlaufender Bohrungen ausgebildet sein, in deren Raumbereiche hinein bei Erwärmung des Blockstempels eine innere Ausdehnung des Materials des Blockstempels stattfindet, so dass eine Ausdehnung des Blockstempels senkrecht zu den Bohrungen gegenüber einer Ausdehnung in Richtung der Bohrungen gemindert ist.
Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise von einem elektrischen Leiter gebildet, der in das Material des Blockstempels integriert ist. Der elektrische Leiter kann dabei beispielsweise von einem Kupferblech, Kupferdraht oder von einem Kohlefaserfaden gebildet sein, und ist vorzugsweise von Glasfasern ummantelt, das einen Temperaturpuffer zwischen dem aufgeheizten elektrischem Leiter und dem Material des Blockstempels bildet.
Der elektrische Leiter ist vorzugsweise mäanderförmig in dem Material des Blockstempels verlegt. Der elektrische Leiter kann vorzugsweise einen elektrischen Widerstand im Bereich von 20 Ohm bis 60 Ohm bei einer Spannung im Bereich von etwa 260 V aufweisen oder alternativ einen elektrischen Widerstand im Bereich von 2 Ohm bis 20 Ohm bei einer Spannung im Bereich von etwa 48 V aufweisen.
Die erfindungsgemäße Blockstempel -Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blockstempel-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;
Fig. 2 den Blockstempel der in Fig. 1 dargestellten
Blockstempel -Vorrichtung samt schematisch dargestellter Bohrungen, in einer Ansicht von schräg oben.
Fig. 3 den Blockstempel der in Fig. 1 dargestellten
Blockstempel-Vorrichtung samt schematisch dargestelltem elektrischen Leiter als
Heizeinrichtung, in einer Ansicht von oben;
Fig. 4 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blockstempel-Vorrichtung, bei der die Innenfläche des Deckels eine Profilierung aufweist, in einer Querschnittsansicht.
Die in den Figuren 1 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Blockstempel-Vorrichtung 100 enthält einen Blockstempel 110 zum Einbringen in eine Aussparung 120 eines aushärtbaren Kompositsubstrats 130 zum Zweck eines Formens eines Innenprofils der Aussparung 120.
Die Aussparung 120 ist mittels eines Deckels 125 verschließbar, und die Temperatur des aus einem elastischen Material erstellten Blockstempels 110 ist mittels einer Heizeinrichtung einstellbar, um eine steuerbare Ausdehnung des Blockstetnpels 110 und damit einen vorgebbaren Druck der Außenfläche des Blockstempels 110 in Richtung der Innenfläche der Aussparung 120 zu bewirken.
Das aushärtbare Kompositsubstrat 130 ist in ein formfestes Hohlchassis 140 eingebettet, dessen Innenkontur bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Blockstempels 110 formgebend auf das Außenprofil des aushärtbaren Kompositsubstrat 130 wirkt.
Das Kompositsubstrat 130 enthält ein Fasergewebe und eine in das Fasergewebe eingebrachte Matrix eines aushärtbaren viskosen Füllmaterials, wohingegen der Blockstempel 110 aus einem elastischen Silikon-Kunststoffmaterial erstellt ist.
Die Heizeinrichtung ist ausgelegt, um die Temperatur des Blockstempels 110 während eines vorgegebenen Zeitraums auf einen Wert von etwa 140°C einzustellen, und ist von einem mäanderförmig ausgelegten elektrischen Leiter 150 aus Kupferdraht gebildet, der von Glasfasern ummantelt in das Material des Blockstempels 110 integriert ist.
Der Kupferdraht weist bei einer Spannung im Bereich von etwa 48 V einen elektrischen Widerstand im Bereich von 2 Ohm auf .
Im Inneren des Blockstempels 110 ist eine Mehrzahl parallel angeordneter, linear verlaufender Bohrungen 111 ausgebildet, in deren Raumbereiche hinein bei Erwärmung des Blockstempels 110 eine innere Ausdehnung des Materials des Blockstempels 110 stattfindet, so dass eine Ausdehnung des Blockstempels 110 senkrecht zu den Bohrungen 111 gegenüber einer Ausdehnung in Richtung der Bohrungen 111 gemindert ist.
Figur 4 zweit eine alternative bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blockstempel-Vorrichtung, bei der die dem Blockstempel (110) nahe Innenfläche des Deckels (125) eine an die Formgebung des Blockstempels (110) angepasste Profilierung aufweist.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche vorgegebenen erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist. * *** *

Claims

Patentansprüche
1. Blockstempel-Vorrichtung (100) mit einem Blockstempel (110) zum Einbringen in eine Aussparung (120) eines aushärtbaren Kompositsubstrats (130) zum Zeck eines Formens eines Innenprofils der Aussparung (120) , dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Blockstempel (110) gefüllte Aussparung (120) mittels eines Deckels (125) verschließbar ist und die Temperatur des aus einem elastischen Material erstellten Blockstempels (110) mittels einer Heizeinrichtung einstellbar ist, um eine steuerbare Ausdehnung des Blockstempels (110) und damit einen vorgebbaren Druck der Außenfläche des Blockstempels (110) in Richtung der Innenfläche der Aussparung (120) zu bewirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kompositsubstrat (130) mindestens teilweise in ein formfestes Hohlchassis (140) eingebettet ist, dessen Innenkontur bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Blockstempels (110) formgebend auf das Außenprofil des aushärtbaren Kompositsubstrat (130) wirkt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Blockstempel (110) nahe Innenfläche des Deckels (125) eine an die Formgebung des Blockstempels (110) angepasste Profilierung aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositsubstrat (130) ein Fasergewebe und eine in das Fasergewebe eingebrachte Matrix eines aushärtbaren viskosen Füllmaterials enthält.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockstempel (110) aus einem elastischen Elastomer-Kunststoffmaterial erstellt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Elastomer- Kunststoffmaterial von einem Silikon-Kunststoff gebildet ist .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ausgelegt ist, um die Temperatur der Blockstempels (110) während eines vorgegebenen Zeitraums auf einen Wert zwischen 100°C und 160°C einzustellen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Blockstempels (110) Hohlräume mit asymmetrischer Formgebung ausgebildet sind, um eine anisotrope Ausdehnung des Blockstempels (110) bei Erwärmung zu bewirken.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Blockstempels (110) eine Mehrzahl parallel angeordneter, linear verlaufender Bohrungen (111) ausgebildet ist, in deren Raumbereiche hinein bei Erwärmung des Blockstempels (110) eine innere Ausdehnung des Materials des Blockstempels (110) stattfindet, so dass eine Ausdehnung des Blockstempels (110) senkrecht zu den Bohrungen (111) gegenüber einer Ausdehnung in Richtung der Bohrungen (111) gemindert ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung von einem elektrischen Leiter (150) gebildet ist, der in das Material des Blockstempels (110) integriert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (150) von einem von Glasfasern ummantelten Kupferdraht gebildet ist.
* *** *
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