WO2017017235A1 - Tool module or segment for heating moulded parts with high-frequency electromagnetic radiation, moulding tool with such a tool module or segment and method for producing fibre-composite moulded parts by means of such a moulding tool - Google Patents

Tool module or segment for heating moulded parts with high-frequency electromagnetic radiation, moulding tool with such a tool module or segment and method for producing fibre-composite moulded parts by means of such a moulding tool Download PDF

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electromagnetic radiation
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    • B29C2035/0855—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using microwave

Definitions

  • the invention relates to a tool module or segment for heating molded parts with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one radiation source, which is designed to generate the high-frequency electromagnetic radiation.
  • the invention further relates to a mold for heating moldings with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one upper tool and at least one lower tool, which form a mold space for receiving the molding between them, and to a method for producing a fiber composite molding, in the
  • Fibers are pre-impregnated with at least one impregnating polymer or thermosetting resin and the prepreg fibers are transferred into the mold cavity of a tool in which the prepreg fibers are molded under pressure and at elevated temperature into the fiber composite molding; or
  • Fibers are transferred into the mold space of a tool, after which in the mold space at least one plasticized impregnating polymer or a liquid resin introduced, the fibers are impregnated herewith and formed under pressure and at elevated temperature to the fiber composite molding, the impregnating Polymer or the resin in the mold cavity of the tool is heated by means of high-frequency electromagnetic radiation.
  • Fiber composite molded parts which are made of a polymer matrix with individual or in particular arranged in bundles or other geometric structures fibers find increasing use for components of various kinds, with their particular their relatively low weight and the possibility benefits, by appropriate shape and arrangement of the fiber (structur) n in the molded part to give the latter increased strength and rigidity in the direction of the potentially acting loads.
  • reinforcing fibers in the form of structural components for the vehicle, aircraft and shipbuilding industry or in components for the construction industry or as components for power generation, such as wings for wind turbines, are used.
  • the reinforcing fibers may in particular, though not exclusively, be long and continuous fibers, which in suitable structures, for.
  • a plasticizable, thermoplastic or thermoelastic polymer or with a resin which is curable to give a thermoplastic or thermoelastic, elastomeric or thermosetting polymer are impregnated with a plasticizable, thermoplastic or thermoelastic polymer or with a resin which is curable to give a thermoplastic or thermoelastic, elastomeric or thermosetting polymer.
  • fiber composite moldings whose fibers are formed for example by carbon or carbon fibers (carbon fiber reinforced plastics, CFRP) or glass fibers (glass fiber reinforced plastics, GRP), but in principle also of mineral or natural fibers and in suitable structures such.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastics
  • GRP glass fiber reinforced plastics
  • various methods are known.
  • the production of fiber-reinforced composite moldings can be done, for example, by impregnating the reinforcing fibers (structures) with a thermoplastic or thermoelastic matrix polymer in the plasticized or molten state or with a thermosetting or elastomeric polymer curable liquid resin, after which impregnated fiber composite structure optionally first consolidated and then pressed in the mold cavity of a suitable mold under the action of pressure and temperature. Finally, the thermoplastic matrix polymer is solidified to form the finished polymer matrix while cooling it, or the curable resin is cured to the thermoset or elastomeric polymer.
  • the impregnation primarily serves to wetting the reinforcing fibers as completely as possible with the molten polymer or with the liquid resin, wherein the reinforcing fibers should be impregnated as completely as possible in order to prevent the formation of cavities which lead to locally reduced strength and rigidity. to prevent.
  • the reinforcing fiber (structures) n which may be impregnated in the above-mentioned manner can also be injected into an injection molding (eg in the case of a thermoplastic or thermoelastic polymer molding) or casting tool (eg in the Case of a RI M process, "Reaction Injection Molding", or a Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM) process, after which either a plasticized, molten matrix polymer or matrix polymer curable liquid resin mixture is injected into the mold and is brought into intimate contact with the fiber structure. Then, the plasticized polymer is solidified to form the finished fiber-reinforced polymer molding or the resin mixture is cured to form the finished molding, after which the molding is removed from the mold.
  • an injection molding eg in the case of a thermoplastic or thermoelastic polymer molding
  • casting tool eg in the Case of RI M process, "Reaction Injection Molding", or a Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM) process
  • the molding tool has a plurality of, in particular electrical, heating elements for this purpose.
  • this is disadvantageous in terms of energy
  • the constant warming and cooling of the tool requires high cycle times in order to provide for the necessary heat transfer from the mold wall into the molding, on the other hand for the required temperature of the mold itself.
  • This applies all the more in the case where different local areas of the molded part introduced into the mold space of the tool require different tempering, for example for molded parts with relatively complex geometry and / or complex fiber structures both for a complete impregnation of the fibers with the plasticized polymer or with the liquid resin and - in the case of thermosetting resins - to ensure complete curing.
  • DE 10 201 1010683 A1 describes a suitable for the production of fiber composite moldings of the aforementioned type mold in which the molding is heated by means of high-frequency electromagnetic radiation in the microwave spectrum.
  • the wall of the mold surrounding the mold space is at least partially made of a permeable material for high-frequency electromagnetic radiation in the microwave spectrum, such as ceramic materials, so that in the mold cavity by means of an external microwave radiation source microwaves can be coupled to heat the molding directly ,
  • a microwave generator for the upper and for the lower tool is used, so that the mold is configured from a kind of lower tool module and upper tool module, which in each case comprises the lower or upper tool with its associated microwave generator.
  • EP 0 233 846 A2 discloses a press for a molded part in the form of a rubber sealing ring.
  • the pressing force is exerted on an upper and a lower frame part.
  • a bielectric material which forms the mold half for forming the cavity for the O-ring in the region of the lower frame part facing end side.
  • a large-volume electrode is embedded in a dielectric material, which is arranged in a recess of the lower frame part.
  • the upper part of the frame facing the front side of the electrode forms the other mold half to form the cavity for the O-ring.
  • the electrode and on the other hand the lower frame part are each connected to a terminal of an impedance adapter of a microwave generator. It is also proposed that on the same tool two cavities can be provided for the simultaneous production of two O-rings, in each case a Form half should consist of the dielectric material.
  • the dielectric material the use of crystal glass, ceramic materials, aluminum or steatite is proposed.
  • the minimum dimension of the dielectric region of the shape in the wave propagation direction should be comparable or smaller than a wavelength of the microwaves. By suitable dimensioning of the dielectric material and matching with the frequency of the wavelengths, resonant operation with intensification of the electric field is to take place in particular.
  • DE 10 2009 045 016 A1 deals with a mobile tool that can be moved into an autoclave via a chassis.
  • the molding rests on a shaping surface of the movable tool.
  • the molding is disposed within a hood which defines a microwave chamber.
  • the hood carries on its top a means for coupling microwave radiation.
  • the molded part may in this case lie under a microwave-transparent vacuum bag which is sealed off from the shaping surface of the tool, the mold cavity being evacuated between the vacuum bag and the shaping surface, so that the molded part is pressed against the shaping surface by means of the pressure difference acting over the vacuum bag and a Kompak- tion of the molding takes place.
  • the molded part can also be covered by a microwave-transparent dimensionally stable mold half.
  • the coupling of the microwave radiation takes place here in order to harden a matrix resin portion of the molded part in order to form a fiber-reinforced composite component.
  • the hood forms a Faraday cage around the molding and confines the microwave radiation to the microwave chamber.
  • the walls of the hood can be made of metal as perforated plates, grids or nets.
  • a coupling of the microwave radiation into the microwave chamber can take place via a waveguide connected to a magnetron.
  • the invention is therefore the object of developing a tool module or segment and a mold of the type mentioned under at least largely avoiding the aforementioned disadvantages to the effect that an introduced into the mold space of the mold molding in an energy efficient manner both homogeneously heated and preferably with targeted a temperature gradient can be applied. It is further directed to a feasible in particular by means of such a mold process for producing a fiber composite molding of the type mentioned, which allows a homogeneous heating of the molding and preferably an admission of the same with a desired temperature gradient.
  • this object is achieved in a tool module or segment of the type mentioned in that it has a (partial) housing to which an operatively connected to the radiation source Einkopplungsstoff the radiation source is set for high-frequency electromagnetic radiation, which in serving as a resonance chamber Inner of the (sub-) housing protrudes to couple the radiation in the resonant cavity, wherein in the resonant space of the (sub-) housing at least one dielectric resonator from a high-frequency electromagnetic radiation permeable material is taken, which between the coupling means and a to be heated Molded part is arranged.
  • the invention further provides for a mold of the type mentioned that it has at least one such tool module or segment.
  • the invention provides for solving the underlying problem in a method of the type mentioned finally, that such a mold with at least one tool module or segment of the aforementioned type is used.
  • the coupling means of the tool module or segment according to the invention which may be in the form of a high-frequency or microwave waveguide, such as a waveguide, consequently couples the high-frequency electromagnetic radiation generated by the radiation source into the interior of the (sub-) housing serving as resonance space from where it is introduced into the dielectric resonator so as to uniformly spread over the cross-section of the (sub) housing.
  • the (sub-) housing of the tool module or segment is expediently made of a non-permeable to high-frequency electromagnetic radiation material, in particular of metallic materials, such as (precious) steel, aluminum or the like or composite materials, such as plastic / metal , Ceramic / metal Composite materials, etc., manufactured to prevent a shielding of the high-frequency electromagnetic radiation to the outside and - in the case of an application of a plurality of tool modules or segments explained in more detail below - an interaction between adjacently arranged tool modules or segments.
  • metallic materials such as (precious) steel, aluminum or the like
  • composite materials such as plastic / metal , Ceramic / metal Composite materials, etc.
  • each volume portion of the molding is irradiated only with high frequency electromagnetic radiation of the respective volume portion associated tool module or segment, which in turn a very homogeneous heating and large-scale moldings can be achieved.
  • the resonator of the or each tool module or segment serves as a kind of "rectifier" of the high-frequency electromagnetic radiation so that it is evenly distributed over the cross-section of the (sub-) housing of a respective tool module or segment in order to achieve the same uniformly irradiating the volume portion of the molding associated with the tool module or segment and preventing temperature gradients of the molding within a respective volume portion of the molding associated with a respective tool module or segment.
  • a molding tool according to the invention having a plurality of such tool modules or segments, it can therefore be preferably provided that a plurality of tool modules or segments arranged side by side, in particular essentially in rows or in a matrix-like manner in rows and columns, are assigned to the upper tool and / or the lower tool are.
  • the high-frequency electromagnetic radiation generated by the radiation source of each tool module or segment is transmitted to the section of the molding space of the molding tool assigned to it-or more precisely to the volume section of the molding space assigned to the respective tool module or segment.
  • the lower tool and / or the upper tool of a molding tool configured in this way can accordingly comprise or be formed entirely from a plurality of tool modules or segments, so that it is possible to "scrape" the mold space of the molding tool according to the size and number of tool modules or segments Each volume portion of such a "grid” interacts with a respective radiation source of a respective tool module or segment.
  • the radiation source of a (each) tool module or segment of a microwave generator such as a magnetron, is formed, which for generating high-frequency electromagnetic Radiation is formed in the microwave spectrum. This results in a particularly high efficiency of the energy used, although the invention basically offers depending on the application also for different types of electromagnetic radiation, in which context only radiation in the ultraviolet or in the infrared spectrum is addressed.
  • the dielectric resonator of the or each tool module or segment may preferably be substantially plate-shaped and expediently extends substantially over the entire cross-section of the interior of the housing serving as a resonance chamber, in order to ensure a uniform distribution of the high-frequency electromagnetic radiation over virtually the entire cross-section of the Tool module or segment.
  • the at least one dielectric resonator and in particular also the (partial) housing with its resonance space of a (respective) tool module or segment according to the invention may preferably have a substantially square cross-section, the cross-section in principle also being different, e.g. B. in the form of an equilateral three- or hexagon, can be configured.
  • a plurality of tool modules or segments with their (sub-) housings can be arranged close to one another in the manner of a "grid" or array, so that each volume section of the mold space has one with a plurality of such tool modules Segmented mold a respective tool module or segment can be assigned.
  • the dielectric resonator In order for the dielectric resonator to be able to fulfill its intended function of uniform distribution of the high-frequency electromagnetic radiation over the cross-section of the housing module or segment in a very efficient manner, it has proved expedient if its geometric dimensions are adapted to the wavelength of the respectively used radiation are.
  • the thickness of the resonator (204) is approximately nx K / 2, where ⁇ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and n is a natural number not equal to 0, in particular an odd natural number; and or a diameter of the resonator (204) is approximately mx K / 2, where ⁇ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and m is a natural number not equal to 0, 1 and 3, in particular an odd natural number> 3.
  • ameter means the distance between its respective opposite sides.
  • “diameter” is the height of the triangle. In this way, in each case a maximum of the amplitude of the high-frequency electromagnetic radiation results in the peripheral region of the resonator, which is advantageous with regard to a uniform heating of a molded part over the cross-section of the tool module or segment.
  • the corners of a polygonal, z. B. square, resonator are rounded with respect to its sides small radii in order to avoid local heat peaks.
  • the resonant space bounding peripheral walls of the (sub) housing and / or the peripheral sides of the dielectric resonator with at least one advantage - for high-frequency electromagnetic Radiation non-permeable - material with high electrical conductivity, in particular from the group of metals including metal alloys and metal salts, for example gold, silver, copper, aluminum, (noble) steel, ferrite, aluminum nitrite, silicon nitrite, tungsten, titanium or the like, be coated to reflect the high frequency electromagnetic radiation towards the interior of the resonator.
  • the high-frequency electromagnetic radiation By multiple reflection can be achieved in this way not only a particularly uniform distribution of high-frequency electromagnetic radiation over the surface of the resonator or over the inner cross-section of the (sub-) housing a respective tool module or segment, but the high-frequency electromagnetic radiation also occurs predominantly perpendicular to the surface of the resonator from this from or perpendicular to the mold space, so that in turn interactions between adjacent tool modules or segments can be reliably avoided.
  • the (sub-) housing itself, for example, made of metal including metal alloys or also, in particular reinforced with glass fibers, ceramic or plastic materials, for which high temperature and pressure resistant polymer materials come into consideration.
  • polyether ketones PEK
  • polyetheretherketones PEEK
  • polyetheretherketones PEEEK
  • polyetherketone ketones PEKK
  • polyetheretherketone ketones PEEKK
  • polyetherketone-ether ketones PEEKEK
  • polyetherketone-ether-ketones PEKEEK
  • PAEK polyaryletherketones
  • ultra high molecular weight polyethylene U HMWPE, Ultra High Molecular Mass Polyethylene
  • polyimides PI
  • polyamides PA
  • PA polyamides
  • Poly (polycarboxylate) PA 6
  • PA 4.6 poly (N, N'-tetramethylene adipamide)
  • PA 6.6 poly (hexamethylene sebacamide)
  • PA 6.10 polyundecanolactam
  • PA 11 polylauryl lactam
  • PA 12 poly (m-phenylene isophthalamide) (PMPI), poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) or the like, including copolymers and polymer blends mentioned with the same, which should be expediently provided with for the high-frequency electromagnetic radiation substantially non-permeable coatings, such as from the above-mentioned metal compounds.
  • the at least one dielectric resonator are glass, for example quartz or flint glass, and glass particles, in particular glass fibers, reinforced polymers or diamond (and possibly also as a coating) offer the above-mentioned high temperature resistant polymers.
  • the resonator may in particular also have a sandwich-like structure with a plurality of glass fiber layers, which are embedded in the respective polymer matrix.
  • it may be appropriate to only one or more, for. B. two dielectric resonators, for example, with different scattering properties for the high-frequency electromagnetic radiation to use, which should be arranged in particular approximately congruent and in the passage direction of the radiation in a row.
  • the molding is not directly irradiated with high-frequency electromagnetic radiation, but primarily convection is to be heated, can be provided in an advantageous embodiment that the at least one in the (sub-) housing recorded dielectric Resonator - in the case of two or more resonators of the resonator facing the molding - on its side facing the molded part with a high-frequency electromagnetic radiation at least partially absorbing medium, in particular based on carbon, silicon, silicon, boron nitride, boron carbide, aluminum nitride, Aluminum oxide, ferrites and / or metal coated.
  • the resonator (s) can expediently be interchangeably fixed in the (sub) housing, for example screwed, in order to adapt the (sub) housing of a respective tool module or segment to the respective application to adapt and, for example, when a (also) convective heat transfer to a molded part is desired to replace an uncoated, for high frequency electromagnetic radiation largely per- permeable resonator by another resonator, which is provided with a coating of the aforementioned type.
  • the resonator or the resonators is or are preferably arranged with the clearance of an annular gap at a distance from the circumferential walls of the (sub-) housing in order to ensure both a particular thermal insulation and for the greatest possible decoupling of adjacent tool modules or segments, if a plurality of tool modules or segments for heating relatively large-area moldings are used.
  • the annular gap of the tool module or segment arranged between the peripheral walls of the (partial) housing and the dielectric resonator can be fluidly contacted in order to pass through a, in particular gaseous, cooling medium, such as, for example, ambient air.
  • a gaseous, cooling medium such as, for example, ambient air.
  • each tool module or segment with separate, z. B. at the opposite end of the mold space of the (part) housing arranged fluid connections, which z. B. from opposite sides in the annular gap, or alternatively or additionally, a plurality of adjacently arranged tool modules or segments with respect to such a fluid cooling means of lateral fluid channels, which communicate with each other, to be connected in series.
  • the circumferential walls of the (partial) housing delimiting the resonance chamber may be provided with a thermal insulation layer on its front side facing a molded part to be heated.
  • the (sub-) housing of the tool module or segment is best thermally decoupled from the heated molding.
  • the or each tool module or segment may preferably be equipped with at least one temperature sensor, such as an infrared sensor, a thermocouple or the like.
  • a temperature sensor such as an infrared sensor, a thermocouple or the like.
  • non-contact temperature sensors such as infrared sensors, or even conventional thermocouples, which z. B. in operative connection with a glass fiber bundle, which derive the heat of an upper and / or lower tool, which is provided with one or more tool modules or segments, to the thermocouple.
  • the temperature sensor can preferably be operatively connected to a control and / or regulating device of a plurality of radiation sources of several tool modules or segments in order to control each radiation source according to the desired temperature profile, be it a temperature gradient or a uniform temperature / or to regulate.
  • a mold according to the invention may be associated with a plurality of the tool modules or segments according to the invention in order to uniformly heat a respective area or volume section of the mold space of the mold or the molded part introduced therein by means of high-frequency electromagnetic radiation. If the respective radiation source of each tool module or segment can be controlled and / or regulated, it is possible, in particular, for a mold equipped with a plurality of tool modules or segments to have at least one parameter of the high-frequency electromagnetic generated by the radiation sources of the tool modules or segments Radiation from the group
  • Duration of action of the high-frequency electromagnetic radiation (which, of course, in the context of the present disclosure also addresses different cycle times of radiation pulses) independently controllable and / or regulated. Consequently, a molding can be heated very uniformly when the radiation sources of each tool module or segment are operated with the same parameters, but the inventive design also allows a targeted temperature gradient by the radiation sources in turn with an amplitude gradient and / or different exposure times over the surface of the mold space are acted upon.
  • the radiation sources of the plurality of tool modules or segments associated with the mold can in particular be operatively connected to a control and / or regulating device by means of which the amplitude and / or the duration of the emitted radiation, in particular programmable, are controlled and / or is regulated, which can advantageously be done in dependence on the sensory detected temperature of individual molding portions, which are associated with a respective tool module or segment.
  • the molding located in the mold cavity of the mold can be heated directly by coupled into the mold cavity high-frequency electromagnetic radiation without a convective heating / cooling of the tool by means of external heating / cooling equipment is required (if the Formtei l itself strah lu ngs - Has absorbent properties and the mold for the radiation is permeable), or the upper and / or the lower tool is itself heated by high-frequency electromagnetic radiation (be it by means of an above-mentioned radiation-absorbing coating of the dielectric resonator and / or be it by means of a suitable radiation-absorbing material of the upper and / or lower tool itself), wherein the heat is transmitted convectively to the molding located in the mold cavity.
  • the frequency or the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation emitted by the radiation source can in principle also be controlled and / or regulated, although the wavelength is preferably applied to the geometrical dimensions and to the material of the dielectric resonator for the abovementioned reasons. should be fit.
  • the wall of the upper tool and / or the lower tool facing the at least one tool module or segment is made of a material permeable to high-frequency electromagnetic radiation, in particular based on ceramic or polymers, such as B. those mentioned above
  • Type (provided that the radiation in particular is to be coupled directly into the molded part); or made of a high-frequency electromagnetic radiation at least partially absorbing material, in particular based on metal, (provided that the mold cavity (s) wall (s) of the mold to be heated by means of the radiation and the heat is convectively delivered to the molded part) is made ,
  • the molding tool according to the invention is more particularly-though not exclusively-suitable for producing fiber composite moldings from fiber structures or other structures embedded in a polymer matrix (thermoplastic or thermosetting), such as inserts in the form of functional parts the like, in that the optionally pre-impregnated fibers in the mold space, optionally with injection of a plasticized matrix polymer or a polymer curable, liquid resin mixture in the mold space, are irradiated with the "required radiant power", to the plasticized polymer in the plasticized state hold (for example, to ensure complete fiber wetting) or cure.
  • a polymer matrix thermoplastic or thermosetting
  • the molding tool can expediently be configured in the form of a pressing tool, so that its lower and upper tools are movable away from one another and under pressure.
  • Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of a mold according to the invention for heating moldings with microwave radiation, the upper tool comprises a plurality of tool modules.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a further embodiment of a molding tool whose upper tool comprises a plurality of tool modules;
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a mold corresponding to FIG. 2, whose upper tool and lower tool each comprise a plurality of tool modules;
  • FIGS. 1 to 3 shows a schematic sectional view of a tool module of a molding tool according to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a mold according to the invention, shown in a sectional view, for heating moldings F with high-frequency electromagnetic radiation - in the present case in the microwave spectrum - schematically reproduced.
  • the upper tool 2 is associated with a plurality of tool modules 201 explained in more detail below with reference to FIG. 4, which for example directly adjoin the mold space 3 limiting wall of the upper tool 2 are fixed.
  • a total of 20 arranged in a 4X5 matrix tool modules 201 are provided, the number and arrangement is basically of course freely selectable and the tool modules 201 z. B. also be provided individually or in rows.
  • the tool modules 201 are arranged close together and extend over the entire surface of the upper tool 2, which is congruent with the mold space 3.
  • the wall of the upper tool 2 bounding the mold space 3, which is equipped with the tool modules 201 at its side opposite the mold space 4, can either be microwave-permeable (if the microwave radiation is to be coupled directly into the molded part F located in the mold space 3) or microwave-absorbing. be designed (if the upper tool 2 itself heated and the heat convectively to the located in the mold space 3 molding F should be transferred).
  • the lower 1 and the upper tool 2 of the molding tool can be fixed in a manner known per se, for example on a press (not shown), so that it is a pressing tool.
  • the mold shown schematically in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 primarily in that the tool modules 201 on a heat transfer plate 20 are fixed, which is with the upper tool 2 under surface, heat-conducting contact. Also in this way is a full-surface and uniform heat transfer to the molding space (not shown in Fig. 2) located molding secured.
  • both the upper tool 2 and the lower tool 1 of the mold to assign a plurality of tool modules 201, 101, which in the present case in a mutually corresponding arrangement, such as in turn in each case Row or matrix arrangement, are provided and each have a heat transfer plate 20, 10 with the upper tool 2 and with the lower tool 1 under surface, heat-conducting contact.
  • each tool module 201 has a housing 202 which consists of a material which is not permeable to microwaves, z. B. made of metal.
  • the upper side of the housing 202 facing away from the molding tool is penetrated by a microwaving coupling means 203, for example in the form of a waveguide, such that one end of the coupling means 203 projects into the interior of the housing 202, while the opposite, outer end projects with one non-illustrated microwave radiation source, such as a magnetron, is in communication.
  • a microwaving coupling means 203 for example in the form of a waveguide, such that one end of the coupling means 203 projects into the interior of the housing 202, while the opposite, outer end projects with one non-illustrated microwave radiation source, such as a magnetron, is in communication.
  • the radiation sources of the respective tool modules 201, 101 are preferably independently controllable and / or regulatable with respect to one or preferably several parameters of the microwaves generated by them from the group amplitude and duration of action of the microwave radiation, wherein they expediently with a common control and / or Control device (not shown) are operatively connected, by means of which the operating parameters of the radiation sources are either programmable together or separately.
  • each tool module 201, 101 can preferably be equipped with a temperature sensor (also not shown), such as an infrared sensor, which measures the temperature of a molded part F (see, for example, FIGS Fig.
  • the interior of the housing 202 of the tool module 202 serves as the resonant cavity of the microwave radiation coupled therein, wherein in the housing 202 of each tool module 201 at least one dielectric resonator 204 of a microwave permeable material, such.
  • a microwave permeable material such as glass, glass fiber reinforced plastics or the like housed.
  • the coupling means 203 downstream resonator 204 is used in particular for evenly scattering the microwave radiation over the inner cross section of the housing 202 and can on its side facing away from the coupling means 203 bottom with a coating 205 from a microwave-absorbing medium, eg. B. on the basis of carbon, such as carbon fiber reinforced PEEK, be coated so that it is uniformly heated under the action of microwave radiation and the heat convectively to a in the mold space 3 (see Fig. 1) introduced molding F is able to transfer as it is advantageous for example to form a perfect surface thereof.
  • the resonator 204 is designed in the present case substantially in the form of an approximately square plates and consequently adapted to the - here also square - internal cross-section of the housing 202.
  • the geometric dimensions of the resonator 204 are further adapted to the wavelength of the microwave radiation, the radiation source in the present case, for example, generates microwave radiation with a frequency of 2.45 GHz, which corresponds to a wavelength ⁇ in the vacuum of about 12.25 cm.
  • the thickness of the resonator 204 may be e.g. B. about 3.05 cm (corresponding to ⁇ / 2), while the diameter or the side length of the square resonator plate about 9.15 cm (corresponding to 3 ⁇ / 2) may be to provide a perfect resonance.
  • the peripheral edges of the dielectric resonator 204 are also preferably rounded with small radii with respect to their diameter.
  • the dielectric resonator 204 is preferably spaced apart from the lateral walls of the housing 202, leaving an annular gap 206 free.
  • the annular gap 206 may further be fluidly contacted by means of fluid ports (not shown in the drawing) connecting it to the outside of the housing 202 in order to allow for the passage, as required, of a cooling medium, e.g. B. ambient air, to provide.
  • a particularly releasable attachment of the resonator 204 in the resonant space of the housing 202 can be done for example by means of screws 207, which connect the narrow sides of the resonator 204 with the side walls of the housing 202.
  • the screws 207 are suitably made of non-conductive materials, such as Ceramics, high-temperature resistant plastics, eg. B. on the basis of polyetherether ketones (PEEK), or the like.
  • the resonant space bounding peripheral side walls of the housing 202 may be further coated with materials of high electrical conductivity to reflect the microwave radiation toward the interior of the resonator 204, such as with a metal mirror.
  • the circumferential side walls of the housing 202 delimiting the resonance space can advantageously be provided with a thermal insulation layer 208, for example, again of PEEK or the like, in the region of its free end (in FIG. 4 lower end), around the tool module 202 of the microwave radiation absorbing coating 205 of the resonator 204 as well as of the mold parts heated convectively as a result (see Figures 1 to 3) as far as possible thermally decoupled.
  • the tool modules 201 each have their own housing 202.
  • a coupling of adjacent housing 202 of the tool modules 201 can then take place, for example, by direct attachment of the adjacent housing 202 to each other or by suitable connecting means.
  • the housings 202 of adjacent tool modules 201 may be connected to one another by attaching the end faces of the housings 202 facing the molded part F to a connection, transmission and / or coupling body extending over a plurality of tool modules 201 it may preferably be the heat transfer plate 10, 20 and / or the lower tool 1 or the upper tool 2.
  • connection can be cohesively and / or via a fastening means such as at least one screw, wherein it is also possible that between the end face of the housing 202 and a contact surface of the heat transfer plate 10, 20 or the upper tool 2 or the lower tool 1, a thermal guide body or a thermal Guide medium is arranged as a conductive paste.
  • the tool modules are tool segments in which the tool modules are not designed as singular components. Rather, a tool segment is a component of a larger structural unit, which preferably has a plurality of such tool segments.
  • a tool segment is a component of a larger structural unit, which preferably has a plurality of such tool segments.
  • a tool segment is a component of a larger structural unit, which preferably has a plurality of such tool segments.
  • the tool modules or tool segments are each formed with the associated sub-segment or sub-housing 202, a resonator 204 arranged in the recess and an associated coupling-in means 203.
  • the end face of the molding F facing the molding part can have several tool segments continuous housing with a continuous heat transfer plate 10, 20 or the lower tool 1 or the upper tool 2 may be connected.
  • such a design with tool segments means that the illustrated vertical parting lines between the adjacent housings 202 are omitted.
  • tool segments with a continuous housing form a structural unit in which the tool segments can act on the molded part F in a matrix or row manner, in which case a plurality of such structural units can again be arranged in rows or in a matrix.
  • the upper or lower tool 1, 2 is acted only on a single molded part, which then extends over a majority of the front side of all tool modules or tool segments. But it is also possible that between the upper and lower tool 1, 2 several moldings F are processed, which may be the same or different moldings F. In this case, the molded parts F can extend over only one tool module or tool segment or over a plurality of tool modules or tool segments.
  • the tool modules 201 or tool segments can be arranged uniformly or unevenly in the rows or the matrix, wherein the distances between adjacent tool modules 201 or tool segments can be minimized or else can vary.
  • the mold planes of the upper tool 2 and the lower tool 1 are flat. It is also quite possible that the shaping planes are curved or formed with kinks and / or inclinations. In this case, the tool modules or segments may be arranged in different heights corresponding to the shape of the shaping planes and in the region of their end faces with the then also curved, kinked and / or inclined contact surfaces of the heat transfer plates 10, 20 or the lower tool 1 or the upper tool 2 may be coupled.
  • a pressing force for the molding on the tool modules 201 is applied.
  • this takes place via the (partial) housing 202 or a common housing of several tool segments and / or via the heat transfer plates 10, 20, the lower tool 1 or the upper tool 2.
  • a housing for a plurality of tool segments with a frame-like or grid-like structure and / or along the rows or matrix of the tool segments extending struts is formed, in which case, the recess for the resonator 204 and / or the coupling means 203 may be limited by the frame or lattice-like structure and / or the struts.

Abstract

A tool module (201) for heating moulded parts (F) with high-frequency electromagnetic radiation is proposed, comprising a radiation source for generating the high-frequency electromagnetic radiation. In order to provide uniform heating of the moulded part over the entire cross section of the tool module, the invention provides that the tool module has a housing (202), attached to which is a coupling-in means (203) of the radiation source for high-frequency electromagnetic radiation, which is operatively connected to the radiation source and protrudes into the interior of the housing serving as a resonant chamber, in order to couple the radiation into the resonant chamber. The resonant chamber of the housing (202) also accommodates a dielectric resonator (204) of a material that is permeable to high-frequency electromagnetic radiation, which is arranged between the coupling-in means and a moulded part to be heated. The invention also relates to a moulding tool equipped with one or more such tool modules and to a method that can be carried out with this moulding tool for producing fibre-composite moulded parts.

Description

WERKZEUGMODUL ODER -SEGMENT ZUR ERWÄRMUNG VON FORMTEILEN MIT HOCHFREQUENTER ELEKTROMAGNETISCHER STRAHLUNG, FORMWERKZEUG MIT EINEM SOLCHEN WERKZEUGMODUL ODER -SEGMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FASERVERBUND-FORMTEILEN MITTELS EINES SOLCHEN  TOOL MODULE OR SEGMENT FOR HEATING FORMS WITH HIGH FREQUENCY ELECTROMAGNETIC RADIATION, TOOLING TOOL WITH SUCH A TOOL MODULE OR SEGMENT, AND METHOD FOR PRODUCING FIBER COMPOSITE SHAPED PARTS THEREOF
FORMWERKZEUGS  FORM TOOL
Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmodul oder -segment zur Erwärmung von Formteilen mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einer Strahlungsquelle, welche zur Erzeugung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Formwerkzeug zur Erwärmung von Formteilen mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einem Oberwerkzeug und mit wenigstens einem Unterwerkzeug, welche zwischen sich einen Formraum zur Aufnahme des Formteils bilden, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Formteils, in dem The invention relates to a tool module or segment for heating molded parts with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one radiation source, which is designed to generate the high-frequency electromagnetic radiation. The invention further relates to a mold for heating moldings with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one upper tool and at least one lower tool, which form a mold space for receiving the molding between them, and to a method for producing a fiber composite molding, in the
- Fasern mit wenigstens einem Imprägnier-Polymer oder einem aushärtbaren Harz vorimprägniert und die vorimprägnierten Fasern in den Formraum eines Werkzeugs überführt werden, in welchem die vorimprägnierten Fasern unter Druck und bei erhöhter Temperatur zu dem Faserverbund-Formteil geformt werden; oder Fibers are pre-impregnated with at least one impregnating polymer or thermosetting resin and the prepreg fibers are transferred into the mold cavity of a tool in which the prepreg fibers are molded under pressure and at elevated temperature into the fiber composite molding; or
- Fasern in den Formraum eines Werkzeugs überführt werden, wonach in den Formraum wenigstens ein plastifiziertes Imprägnier-Polymer oder ein flüssiges Harz eingebracht, die Fasern hiermit imprägniert und unter Druck und bei erhöhter Temperatur zu dem Faserverbund-Form- teil geformt werden, wobei das Imprägnier-Polymer oder das Harz in dem Formraum des Werkzeugs mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung erwärmt wird. Faserverbund-Formteile, welche aus einer Polymermatrix mit einzelnen oder insbesondere in Bündeln oder anderen geometrischen Strukturen angeordneten Fasern gefertigt sind, finden für Bauteile verschiedenster Art zunehmenden Einsatz, wobei ihnen insbesondere ihr verhältnismäßig geringes Gewicht sowie die Möglichkeit zugutekommt, durch entsprechende Form und Anordnung der Faser(strukture)n in dem Formteil letzterem eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der potenziell einwirkenden Lasten zu verleihen. So gelangen beispielsweise mit Verstärkungsfasern versehene Polymer-Formteile in Form von Strukturbauteilen für die Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffsbauindustrie oder auch in Bauteilen für die Bauindustrie oder als Komponenten zur Energieerzeugung, wie beispielsweise Flügel für Windkraftanlagen, zum Einsatz. Dabei kann es sich bei den Verstärkungsfasern insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, um Lang- und Endlosfasern handeln, welche in geeigneten Strukturen, z. B. in Form von Faserbündeln oder -lagen, vorliegen und mit einem plastifizierbaren, thermoplastischen oder thermo- elastischen Polymer oder mit einem zu einem thermoplastischen bzw. thermoelastischen, elasto- meren oder duroplastischen Polymer aushärtbaren Harz imprägniert sind. Zur Herstellung von derartigen Faserverbund-Formteilen, deren Fasern beispielsweise von Kohle- bzw. Carbonfasern (carbonfaserverstärkte Kunststoffe, CFK) oder Glasfasern (glasfaserverstärkte Kunststoffe, GFK), aber grundsätzlich auch von mineralischen oder natürlichen Fasern gebildet sein und in geeigneten Strukturen, wie z. B. in Form von Bündeln, Lagen, Geflechten, Geweben, Gestricken, Gelegen, Vliesen oder dergleichen vorliegen können, sind verschiedene Verfahren bekannt. So kann die Herstellung von faserverstärkten Verbund-Formteilen beispielsweise dadurch geschehen, dass die Verstärkungsfaser(strukture)n mit einem thermoplastischen oder thermoelastischen Matrixpolymer im plastifizierten bzw. schmelzflüssigen Zustand oder mit einem zu einem duroplastischen oder elastomeren Polymer aushärtbaren, flüssigen Harz imprägniert werden, wonach die imprägnierte Faserverbundstruktur gegebenenfalls zunächst kon- solidiert und sodann in dem Formraum eines geeigneten Formwerkzeugs unter Einwirkung von Druck und Temperatur verpresst wird. Schließlich wird das thermoplastische Matrixpolymer unter Bildung der fertigen Polymermatrix unter Abkühlen desselben erstarrt oder wird das aushärtbare Harz zu dem duroplastischen oder elastomeren Polymer ausgehärtet. Die Imprägnierung dient in beiden Fällen vornehmlich zu einer möglichst vollständigen Benetzung der Verstärkungsfasern mit dem schmelzflüssigen Polymer bzw. mit dem flüssigen Harz, wobei die Verstärkungsfasern möglichst gänzlich imprägniert werden sollten, um die Bildung von Hohlräumen, welche zu einer lokal verminderten Festigkeit und Steifigkeit führen, zu verhindern. Darüber hinaus können zur Herstellung von derartigen Faserverbund-Formteilen auch die gegebenenfalls in der vorgenannten Weise imprägnierten Verstärkungsfaser(strukture)n in ein Spritzgieß- (z. B. im Falle eines thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer-Formteils) oder Gießwerkzeug (z. B. im Falle eines RI M-Verfahrens, "Reaction Injection Moulding", oder eines RRIM-Verfahrens, "Reinforced Reaction Injection Moulding") überführt werden, wonach entweder ein plastifiziertes, schmelzflüssiges Matrixpolymer oder eine zu einem Matrixpolymer aushärtbare, flüssige Harzmischung in das Formwerkzeug eingespritzt und mit der Faserstruktur in innigen Kontakt gebracht wird. Sodann wird das plastifizierte Polymer unter Bildung des fertigen faserverstärkten Polymer-Formteils erstarrt oder wird die Harzmischung unter Bildung des fertigen Formteils ausgehärtet, wonach das Formteil dem Formwerkzeug entnommen wird. - Fibers are transferred into the mold space of a tool, after which in the mold space at least one plasticized impregnating polymer or a liquid resin introduced, the fibers are impregnated herewith and formed under pressure and at elevated temperature to the fiber composite molding, the impregnating Polymer or the resin in the mold cavity of the tool is heated by means of high-frequency electromagnetic radiation. Fiber composite molded parts, which are made of a polymer matrix with individual or in particular arranged in bundles or other geometric structures fibers find increasing use for components of various kinds, with their particular their relatively low weight and the possibility benefits, by appropriate shape and arrangement of the fiber (structur) n in the molded part to give the latter increased strength and rigidity in the direction of the potentially acting loads. Thus, for example, provided with reinforcing fibers polymer moldings in the form of structural components for the vehicle, aircraft and shipbuilding industry or in components for the construction industry or as components for power generation, such as wings for wind turbines, are used. Here, the reinforcing fibers may in particular, though not exclusively, be long and continuous fibers, which in suitable structures, for. In the form of fiber bundles or layers, and are impregnated with a plasticizable, thermoplastic or thermoelastic polymer or with a resin which is curable to give a thermoplastic or thermoelastic, elastomeric or thermosetting polymer. For the production of such fiber composite moldings whose fibers are formed for example by carbon or carbon fibers (carbon fiber reinforced plastics, CFRP) or glass fibers (glass fiber reinforced plastics, GRP), but in principle also of mineral or natural fibers and in suitable structures such. As in the form of bundles, layers, braids, fabrics, knitted, laid, nonwovens or the like, various methods are known. Thus, the production of fiber-reinforced composite moldings can be done, for example, by impregnating the reinforcing fibers (structures) with a thermoplastic or thermoelastic matrix polymer in the plasticized or molten state or with a thermosetting or elastomeric polymer curable liquid resin, after which impregnated fiber composite structure optionally first consolidated and then pressed in the mold cavity of a suitable mold under the action of pressure and temperature. Finally, the thermoplastic matrix polymer is solidified to form the finished polymer matrix while cooling it, or the curable resin is cured to the thermoset or elastomeric polymer. In both cases, the impregnation primarily serves to wetting the reinforcing fibers as completely as possible with the molten polymer or with the liquid resin, wherein the reinforcing fibers should be impregnated as completely as possible in order to prevent the formation of cavities which lead to locally reduced strength and rigidity. to prevent. In addition, for the production of such fiber-composite molded parts, the reinforcing fiber (structures) n which may be impregnated in the above-mentioned manner can also be injected into an injection molding (eg in the case of a thermoplastic or thermoelastic polymer molding) or casting tool (eg in the Case of a RI M process, "Reaction Injection Molding", or a Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM) process, after which either a plasticized, molten matrix polymer or matrix polymer curable liquid resin mixture is injected into the mold and is brought into intimate contact with the fiber structure. Then, the plasticized polymer is solidified to form the finished fiber-reinforced polymer molding or the resin mixture is cured to form the finished molding, after which the molding is removed from the mold.
Sowohl bei den erstgenannten Pressverfahren, bei welchen eine Art Halbzeug aus bereits mit dem plastifizierbaren, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer bzw. mit der zu einem Polymer aushärtbaren, flüssigen Harzmischung imprägnierten Verstärkungsfasern zu dem Formteil geformt wird, als auch bei den letztgenannten Spritz- bzw. Gießverfahren, bei welchen die in dem Formraum des Formwerkzeugs positionierten Fasern erst dort mit dem schmelzflüssigen, plastifizierten Polymer bzw. mit der flüssigen Harzmischung umspritzt bzw. umgössen wird, wird die zur Plastifizierung des thermoplastischen/thermoelastischen Matrixpolymers bzw. die zur Aushärtung des zu dem Matrixpolymer aushärtbaren Harzes erforderliche Wärme üblicherweise durch externe Beheizung des Formwerkzeugs aufgebracht, indem das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. In der Regel weist das Formwerkzeug hierzu eine Mehrzahl an, insbesondere elektrischen, Heizelementen auf. Dies ist einerseits in energetischer Hinsicht nachteilig, andererseits erfordert das ständige Aufwärmen und Abkühlen des Werkzeugs hohe Taktzeiten, um zum Einen für den notwendigen Wärmeübergang von der Werkzeugwand in das Formteil, zum Anderen für die erforderliche Temperierung des Formwerkzeugs selbst zu sorgen. Dies gilt umso mehr für den Fall, dass verschiedene lokale Bereiche des in den Formraum des Werkzeugs eingebrachten Formteils unterschiedliche Temperierungen erfordern, um beispielsweise bei Formteilen mit relativ komplexer Geometrie und/oder mit komplexen Faserstrukturen sowohl für eine gänzliche Imprägnierung der Fasern mit dem plastifizierten Polymer bzw. mit dem flüssigen Harz als auch - im Falle von aushärtbaren Harzen - für eine gänzliche Aushärtung zu sorgen. Insbesondere ist es bei derart konvektiv beheizten Formwerkzeugen aber auch bei verhältnismäßig langen Taktzeiten praktisch unmöglich, für eine homogene Erwärmung der den Formraum umgebenden Werkzeugwandungen und folglich des Formteils selbst zu sorgen, was insbesondere dann, wenn Imprägnierharze von Verstärkungsfaserstrukturen gleichmäßig ausgehärtet werden müssen, zu erheblichen Qualitätsmängeln bis hin zu Ausschuss führt. Both in the first-mentioned pressing method in which a kind of semi-finished product is formed from already impregnated with the plasticizable, thermoplastic or thermoelastic polymer or with the polymer curable, liquid resin mixture impregnated reinforcing fibers to the molding, as well as in the latter injection or casting in which the fibers positioned in the molding space of the molding tool are molded or encapsulated only there with the molten, plasticized polymer or with the liquid resin mixture, the resin which is capable of plasticizing the thermoplastic / thermoelastic matrix polymer or curing the matrix polymer is hardened Resin required heat usually applied by external heating of the mold by the lower tool and / or the upper tool is heated to the desired temperature. As a rule, the molding tool has a plurality of, in particular electrical, heating elements for this purpose. On the one hand, this is disadvantageous in terms of energy, on the other hand, the constant warming and cooling of the tool requires high cycle times in order to provide for the necessary heat transfer from the mold wall into the molding, on the other hand for the required temperature of the mold itself. This applies all the more in the case where different local areas of the molded part introduced into the mold space of the tool require different tempering, for example for molded parts with relatively complex geometry and / or complex fiber structures both for a complete impregnation of the fibers with the plasticized polymer or with the liquid resin and - in the case of thermosetting resins - to ensure complete curing. In particular, it is virtually impossible for such convectively heated molds but also for relatively long cycle times, for a homogeneous heating of the mold walls surrounding the mold space and consequently of the To ensure molding itself, which in particular when impregnating resins of reinforcing fiber structures must be cured uniformly, leading to significant quality defects to committee.
Die DE 10 201 1 010 683 A1 beschreibt ein zur Herstellung von Faserverbund-Formteilen der vorgenannten Art geeignetes Formwerkzeug, bei welchem das Formteil mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenspektrum erwärmt wird. Die den Formraum umgebende Wandung des Formwerkzeug ist dabei zumindest abschnittsweise aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenspektrum permeablen Material, wie beispielsweise aus keramischen Werkstoffen, gefertigt, so dass in den Formraum mittels einer äußeren Mikrowellenstrahlungsquelle Mikrowellen eingekoppelt werden können, um das Formteil direkt zu erhitzen. Hierzu dient je ein Mikrowellengenerator für das Ober- und für das Unterwerkzeug, so dass das Formwerkzeug aus einer Art Unterwerkzeugmodul und Oberwerkzeugmodul ausgestaltet ist, welche jeweils das Unter- bzw. Oberwerkzeug mit dem ihm zugeordneten Mikrowellengenerator umfasst. Während das bekannte Formwerkzeug folglich eine gegenüber konven- tionellen, konvektiv erwärmten Werkzeugen eine deutlich bessere Energiebilanz aufweist, besteht auch hier der Nachteil einer nur relativ ungleichmäßigen Erwärmung des Formteils, wobei dort, wo die Mikrowellenstrahlung in den Formraum eingekoppelt wird, Wärmespitzen erzeugt werden, während dazwischen eine vornehmlich konvektive Wärmeleitung stattfindet. Ferner ist es auch nur bedingt möglich, verschiedene Formteilbereiche auf unterschiedliche Temperaturen zu erhitzen, wie es insbesondere bei der Herstellung von Faserverbund-Formteilen in manchen Fällen erwünscht ist. DE 10 201 1010683 A1 describes a suitable for the production of fiber composite moldings of the aforementioned type mold in which the molding is heated by means of high-frequency electromagnetic radiation in the microwave spectrum. The wall of the mold surrounding the mold space is at least partially made of a permeable material for high-frequency electromagnetic radiation in the microwave spectrum, such as ceramic materials, so that in the mold cavity by means of an external microwave radiation source microwaves can be coupled to heat the molding directly , For this purpose, a microwave generator for the upper and for the lower tool is used, so that the mold is configured from a kind of lower tool module and upper tool module, which in each case comprises the lower or upper tool with its associated microwave generator. While the known mold thus has a significantly better energy balance compared to conventional convection-heated tools, there is also the disadvantage of only relatively uneven heating of the molded part, where heat peaks are generated where the microwave radiation is coupled into the mold cavity in between a predominantly convective heat conduction takes place. Furthermore, it is also possible only to a certain extent to heat different molding regions to different temperatures, as is desirable in some cases, in particular in the production of fiber composite molding parts.
EP 0 233 846 A2 offenbart eine Presse für ein Formteil in Form eines Dichtrings aus Gummi. Hierbei wird die Presskraft über ein oberes und ein unteres Rahmenteil ausgeübt. In einer Ausnehmung des oberen Rahmenteils befindet sich ein bielektrisches Material, welches im Bereich der dem unteren Rahmenteil zugewandten Stirnseite die Formhälfte zur Bildung der Kavität für den O-Ring ausbildet. In dem unteren Rahmenteil ist eine großvolumige Elektrode in ein dielektrisches Material eingebettet, welches in einer Ausnehmung des unteren Rahmenteils angeordnet ist. Die dem oberen Rahmenteil zugewandte Stirnseite der Elektrode bildet die andere Formhälfte zur Bildung der Kavität für den O-Ring aus. Einerseits die Elektrode und andererseits das untere Rahmenteil sind jeweils mit einem Anschluss eines Impedanz-Adapters eines Mikrowellen-Generators verbunden. Vorgeschlagen wird auch, dass an demselben Werkzeug zwei Kavitäten zur gleichzeitigen Herstellung von zwei O-Ringen vorgesehen sein können, wobei in jedem Fall eine Formhälfte aus dem dielektrischen Material bestehen soll. Für das dielektrische Material wird der Einsatz von Kristallglas, keramischen Materialien, Aluminium oder Steatit vorgeschlagen. Die minimale Abmessung des dielektrischen Bereichs der Form in Wellenausbreitungsrichtung soll vergleichbar oder kleiner sein als eine Wellenlänge der Mikrowellen. Durch geeignete Dimensio- nierung des dielektrischen Materials und Abstimmung mit der Frequenz der Wellenlängen soll insbesondere ein Resonanzbetrieb mit Intensivierung des elektrischen Felds erfolgen. EP 0 233 846 A2 discloses a press for a molded part in the form of a rubber sealing ring. Here, the pressing force is exerted on an upper and a lower frame part. In a recess of the upper frame part is a bielectric material, which forms the mold half for forming the cavity for the O-ring in the region of the lower frame part facing end side. In the lower frame part, a large-volume electrode is embedded in a dielectric material, which is arranged in a recess of the lower frame part. The upper part of the frame facing the front side of the electrode forms the other mold half to form the cavity for the O-ring. On the one hand the electrode and on the other hand the lower frame part are each connected to a terminal of an impedance adapter of a microwave generator. It is also proposed that on the same tool two cavities can be provided for the simultaneous production of two O-rings, in each case a Form half should consist of the dielectric material. For the dielectric material, the use of crystal glass, ceramic materials, aluminum or steatite is proposed. The minimum dimension of the dielectric region of the shape in the wave propagation direction should be comparable or smaller than a wavelength of the microwaves. By suitable dimensioning of the dielectric material and matching with the frequency of the wavelengths, resonant operation with intensification of the electric field is to take place in particular.
DE 10 2009 045 016 A1 beschäftigt sich mit einem über ein Fahrwerk mobilen Werkzeug, welches in einen Autoklaven eingefahren werden kann. Hier liegt das Formteil auf einer formgebenden Oberfläche des verfahrbaren Werkzeugs auf. Das Formteil ist innerhalb einer Haube angeordnet, welche eine Mikrowellenkammer begrenzt. Die Haube trägt auf ihrer Oberseite eine Einrichtung zum Einkoppeln von Mikrowellenstrahlung. Das Formteil kann hierbei unter einem mikrowellentransparenten Vakuumsack liegen, der gegenüber der formgebenden Oberfläche des Werkzeugs abgedichtet ist, wobei die Formkavität zwischen dem Vakuumsack und der formgebenden Oberfläche evakuiert ist, so dass das Formteil mittels der über dem Vakuumsack wirkenden Druckdifferenz an die formgebende Oberfläche angepresst wird und eine Kompak- tierung des Formteils erfolgt. Alternativ kann anstelle des formstabilen Vakuumsacks das Formteil auch durch eine mikrowellentransparente formstabile Formhälfte abgedeckt werden. Die Einkopplung der Mikrowellenstrahlung erfolgt hier, um einen Matrixharzanteil des Formteils auszuhärten, um ein faserverstärktes Verbundbauteil auszubilden. Die Haube bildet einen Fara- day'schen Käfig um das Formteil aus und begrenzt die Mikrowellenstrahlung auf die Mikrowellenkammer. Hierzu können die Wände der Haube aus Metall als Lochbleche, Gitter oder Netze ausgebildet sein. Eine Einkopplung der Mikrowellenstrahlung in die Mikrowellenkammer kann über einen mit einem Magnetron verbundenen Hohlleiter erfolgen. DE 10 2009 045 016 A1 deals with a mobile tool that can be moved into an autoclave via a chassis. Here, the molding rests on a shaping surface of the movable tool. The molding is disposed within a hood which defines a microwave chamber. The hood carries on its top a means for coupling microwave radiation. The molded part may in this case lie under a microwave-transparent vacuum bag which is sealed off from the shaping surface of the tool, the mold cavity being evacuated between the vacuum bag and the shaping surface, so that the molded part is pressed against the shaping surface by means of the pressure difference acting over the vacuum bag and a Kompak- tion of the molding takes place. Alternatively, instead of the dimensionally stable vacuum bag, the molded part can also be covered by a microwave-transparent dimensionally stable mold half. The coupling of the microwave radiation takes place here in order to harden a matrix resin portion of the molded part in order to form a fiber-reinforced composite component. The hood forms a Faraday cage around the molding and confines the microwave radiation to the microwave chamber. For this purpose, the walls of the hood can be made of metal as perforated plates, grids or nets. A coupling of the microwave radiation into the microwave chamber can take place via a waveguide connected to a magnetron.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugmodul oder -segment sowie ein Formwerkzeug der eingangs genannten Art unter zumindest weitestgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteile dahingehend weiterzubilden, dass ein in den Formraum des Werkzeugs eingebrachtes Formteil in energieeffizienter Weise sowohl homogen erwärmt als auch vorzugsweise gezielt mit einem Temperaturgradienten beaufschlagt werden kann. Sie ist ferner auf ein insbesondere mittels eines solchen Formwerkzeugs durchführbares Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Formteils der eingangs genannten Art gerichtet, welches eine homogene Erwärmung des Formteils sowie vorzugsweise eine Beaufschlagung desselben mit einem gewünschten Temperaturgradienten ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Werkzeugmodul oder -segment der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es ein (Teil-) Gehäuse aufweist, an welchem ein mit der Strahlungsquelle wirkverbundenes Einkopplungsmittel der Strahlungsquelle für hochfrequente elektromagnetische Strahlung festgelegt ist, welche in das als Resonanzraum dienende Innere des (Teil-) Gehäuses hineinragt, um die Strahlung in den Resonanzraum einzukoppeln, wobei in dem Resonanzraum des (Teil-) Gehäuses wenigstens ein dielektrischer Resonator aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung permeablen Material aufgenommen ist, welcher zwischen dem Einkopplungsmittel und einem zu erwärmenden Formteil angeordnet ist. The invention is therefore the object of developing a tool module or segment and a mold of the type mentioned under at least largely avoiding the aforementioned disadvantages to the effect that an introduced into the mold space of the mold molding in an energy efficient manner both homogeneously heated and preferably with targeted a temperature gradient can be applied. It is further directed to a feasible in particular by means of such a mold process for producing a fiber composite molding of the type mentioned, which allows a homogeneous heating of the molding and preferably an admission of the same with a desired temperature gradient. According to the invention this object is achieved in a tool module or segment of the type mentioned in that it has a (partial) housing to which an operatively connected to the radiation source Einkopplungsmittel the radiation source is set for high-frequency electromagnetic radiation, which in serving as a resonance chamber Inner of the (sub-) housing protrudes to couple the radiation in the resonant cavity, wherein in the resonant space of the (sub-) housing at least one dielectric resonator from a high-frequency electromagnetic radiation permeable material is taken, which between the coupling means and a to be heated Molded part is arranged.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ferner bei einem Formwerkzeug der eingangs genannten Art vor, dass es wenigstens ein derartiges Werkzeugmodul oder -segment aufweist. To achieve this object, the invention further provides for a mold of the type mentioned that it has at least one such tool module or segment.
In verfahrenstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung des ihr zugrundeliegenden Problems bei einem Verfahren der eingangs genannten Art schließlich vor, dass ein derartiges Formwerkzeug mit wenigstens einem Werkzeugmodul oder -segment der vorgenannten Art verwendet wird. Das Einkopplungsmittel des erfindungsgemäßen Werkzeugmoduls oder -segments, welches beispielsweise in Form eines Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenleiters, wie eines Hohlleiters, ausgebildet sein kann, koppelt folglich die von der Strahlungsquelle erzeugte hochfrequente elektromagnetische Strahlung in das als Resonanzraum dienende Innere des (Teil-) Gehäuses ein, von wo aus sie in den dielektrischen Resonator eingeleitet wird, um sie gleichmäßig über den Querschnitt des (Teil-) Gehäuses zu streuen bzw. zu "verteilen". Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine sehr gute Energiebilanz, da praktisch die gesamte hochfrequente elektromagnetische Strahlung direkt in Richtung des zu erwärmenden Formteils gerichtet werden kann, sondern wird infolge der gleichmäßigen Streuung der Strahlung insbesondere eine sehr homogene Erwärmung des Formteils über den gesamten Querschnitt des Werkzeugmoduls oder -segments sicher- gestellt, so dass es weder zu lokalen Überhitzungen noch zu einer lokal nicht ausreichenden Erwärmung kommt, so dass eine stets reproduzierbare, vollständige Erwärmung des Formteils gewährleistet ist, welche zu einer gleichbleibenden Qualität desselben unter Vermeidung von Ausschuss führt. Das (Teil-) Gehäuse des Werkzeugmoduls oder -segments ist dabei zweckmäßigerweise aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung nicht permeablen Material, insbesondere aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise (Edel)stahl, Aluminium oder dergleichen oder auch Komposit-Werkstoffen, wie Kunststoff-/Metall-, Keramik-/Metall- Verbundmaterialien etc., gefertigt, um für eine Abschirmung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung nach außen sowie - im Falle eines weiter unten noch näher erläuterten Einsatzes einer Mehrzahl an Werkzeugmodulen oder -Segmenten - eine Wechselwirkung zwischen benachbart angeordneten Werkzeugmodulen oder -Segmenten zu verhindern. Auf diese Weise wird im Falle des Einsatzes mehrerer parallel angeordneter Werkzeugmodule oder -segmente jeder Volumenabschnitt des Formteils nur mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung des dem jeweiligen Volumenabschnitt zugeordneten Werkzeugmoduls oder -segments bestrahlt, wodurch wiederum eine sehr homogene Erwärmung auch großflächiger Formteile erreicht werden kann. Der Resonator des oder eines jeden Werkzeugmoduls oder -segments dient folg- lieh erfindungsgemäß als eine Art "Gleichrichter" der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung, so dass diese über den Querschnitt des (Teil-) Gehäuses eines jeweiligen Werkzeugmoduls oder -segments gleichmäßig verteilt wird, um den dem Werkzeugmodul oder -segment zugeordneten Volumenabschnitt des Formteils gleichmäßig bestrahlen zu können und Temperaturgradienten des Formteils innerhalb eines jeweiligen, einem jeweiligen Werkzeugmodul oder -seg- ment zugeordneten Volumenabschnittes des Formteils zu verhindern. In procedural terms, the invention provides for solving the underlying problem in a method of the type mentioned finally, that such a mold with at least one tool module or segment of the aforementioned type is used. The coupling means of the tool module or segment according to the invention, which may be in the form of a high-frequency or microwave waveguide, such as a waveguide, consequently couples the high-frequency electromagnetic radiation generated by the radiation source into the interior of the (sub-) housing serving as resonance space from where it is introduced into the dielectric resonator so as to uniformly spread over the cross-section of the (sub) housing. In this way, not only results in a very good energy balance, since virtually the entire high-frequency electromagnetic radiation can be directed directly towards the molded part to be heated, but in particular a very homogeneous heating of the molded part over the entire cross-section of the radiation due to the uniform scattering of the radiation Tool module or segment ensured so that there is neither local overheating nor a locally insufficient heating, so that an always reproducible, complete heating of the molded part is ensured, which leads to a constant quality of the same while avoiding waste. The (sub-) housing of the tool module or segment is expediently made of a non-permeable to high-frequency electromagnetic radiation material, in particular of metallic materials, such as (precious) steel, aluminum or the like or composite materials, such as plastic / metal , Ceramic / metal Composite materials, etc., manufactured to prevent a shielding of the high-frequency electromagnetic radiation to the outside and - in the case of an application of a plurality of tool modules or segments explained in more detail below - an interaction between adjacently arranged tool modules or segments. In this way, in the case of using a plurality of parallel tool modules or segments each volume portion of the molding is irradiated only with high frequency electromagnetic radiation of the respective volume portion associated tool module or segment, which in turn a very homogeneous heating and large-scale moldings can be achieved. According to the invention, the resonator of the or each tool module or segment serves as a kind of "rectifier" of the high-frequency electromagnetic radiation so that it is evenly distributed over the cross-section of the (sub-) housing of a respective tool module or segment in order to achieve the same uniformly irradiating the volume portion of the molding associated with the tool module or segment and preventing temperature gradients of the molding within a respective volume portion of the molding associated with a respective tool module or segment.
Bei einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug mit mehreren solcher Werkzeugmodule oder -segmente kann folglich vorzugsweise vorgesehen sein, dass dem Oberwerkzeug und/oder dem Unterwerkzeug eine Mehrzahl an nebeneinander, insbesondere im Wesentlichen in Reihen oder matrixartig in Reihen und Spalten, angeordneten Werkzeugmodulen oder -Segmenten zuge- ordnet sind. Auf diese Weise wird die von der Strahlungsquelle eines jeden Werkzeugmoduls oder -segments erzeugte hochfrequente elektromagnetische Strahlung an den ihr zugeordneten Abschnitt des Formraums des Formwerkzeugs - oder genauer: in den dem jeweiligen Werkzeugmodul oder -segment zugeordneten Volumenabschnitt des Formraums - übertragen. Das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug eines solchermaßen ausgestalteten Formwerkzeugs kann demnach eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen oder -Segmenten umfassen oder gänzlich hieraus gebildet sein, so dass es möglich wird, den Formraum des Formwerkzeug entsprechend der Größe und Anzahl an Werkzeugmodulen oder -Segmenten zu "rastern", wobei ein jeder Volumenabschnitt eines solchen "Rasters" mit einer jeweiligen Strahlungsquelle eines jeweiligen Werkzeugmoduls oder -segments in Wechselwirkung steht. Wie bereits angedeutet, kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle eines (jeden) Werkzeugmoduls oder -segments von einem Mikrowellengenerator, wie einem Magnetron, gebildet ist, welcher zur Erzeugung von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenspektrum ausgebildet ist. Hieraus resultiert ein besonders hoher Wirkungsgrad der eingesetzten Energie, wenngleich sich die Erfindung je nach Anwendungsfall grundsätzlich auch für andersartige elektromagnetische Strahlung anbietet, wobei in diesem Zusammenhang lediglich beispielhaft auch Strahlung im ultravioletten oder im Infrarotspektrum angesprochen sei. In the case of a molding tool according to the invention having a plurality of such tool modules or segments, it can therefore be preferably provided that a plurality of tool modules or segments arranged side by side, in particular essentially in rows or in a matrix-like manner in rows and columns, are assigned to the upper tool and / or the lower tool are. In this way, the high-frequency electromagnetic radiation generated by the radiation source of each tool module or segment is transmitted to the section of the molding space of the molding tool assigned to it-or more precisely to the volume section of the molding space assigned to the respective tool module or segment. The lower tool and / or the upper tool of a molding tool configured in this way can accordingly comprise or be formed entirely from a plurality of tool modules or segments, so that it is possible to "scrape" the mold space of the molding tool according to the size and number of tool modules or segments Each volume portion of such a "grid" interacts with a respective radiation source of a respective tool module or segment. As already indicated, it can be provided in an advantageous embodiment that the radiation source of a (each) tool module or segment of a microwave generator, such as a magnetron, is formed, which for generating high-frequency electromagnetic Radiation is formed in the microwave spectrum. This results in a particularly high efficiency of the energy used, although the invention basically offers depending on the application also for different types of electromagnetic radiation, in which context only radiation in the ultraviolet or in the infrared spectrum is addressed.
Der dielektrische Resonator des bzw. eines jeden Werkzeugmoduls oder -segments kann vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet sein und erstreckt sich zweckmäßigerweise im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt des als Resonanzraum dienenden Gehäuseinnern, um für eine gleichmäßige Verteilung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung über praktisch den gesamten Querschnitt des Werkzeugmoduls oder -segments zu sorgen. The dielectric resonator of the or each tool module or segment may preferably be substantially plate-shaped and expediently extends substantially over the entire cross-section of the interior of the housing serving as a resonance chamber, in order to ensure a uniform distribution of the high-frequency electromagnetic radiation over virtually the entire cross-section of the Tool module or segment.
Der wenigstens eine dielektrische Resonator sowie insbesondere auch das (Teil-) Gehäuse mit seinem Resonanzraum eines (jeweiligen) erfindungsgemäßen Werkzeugmoduls oder -segments kann vorzugsweise einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei der Querschnitt grundsätzlich auch andersartig, z. B. in Form eines gleichseitigen Drei- oder Sechsecks, ausgestaltet sein kann. Dabei sollte vorteilhafterweise sichergestellt sein, dass sich eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen oder -Segmenten mit ihren (Teil-) Gehäusen nach Art eines "Rasters" oder Arrays dicht an dicht anordnen lassen, so dass einem jeden Volumenabschnitt des Formraums eines mit einer Mehrzahl derartiger Werkzeugmodule oder -segmente ausgestatteten Formwerkzeugs ein jeweiliges Werkzeugmodul oder -segment zugeordnet sein kann. The at least one dielectric resonator and in particular also the (partial) housing with its resonance space of a (respective) tool module or segment according to the invention may preferably have a substantially square cross-section, the cross-section in principle also being different, e.g. B. in the form of an equilateral three- or hexagon, can be configured. In this case, it should advantageously be ensured that a plurality of tool modules or segments with their (sub-) housings can be arranged close to one another in the manner of a "grid" or array, so that each volume section of the mold space has one with a plurality of such tool modules Segmented mold a respective tool module or segment can be assigned.
Damit der dielektrische Resonator seine ihm zugedachte Funktion einer gleichmäßigen Verteilung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung über den Querschnitt des Gehäusemoduls oder -segments in sehr effizienter Weise zu erfüllen vermag, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn seine geometrischen Abmessungen an die Wellenlänge der jeweils verwendeten Strahlung angepasst sind. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dicke des Resonators (204) etwa n x K/2 beträgt, wobei λ die Wellenlänge der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und n eine natürliche Zahl ungleich 0, insbesondere eine ungerade natürliche Zahl, ist; und/oder ein Durchmesser des Resonators (204) etwa m x K/2 beträgt, wobei λ die Wellenlänge der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und m eine natürliche Zahl ungleich 0, 1 und 3, insbesondere ein ungerade natürliche Zahl > 3, ist. In order for the dielectric resonator to be able to fulfill its intended function of uniform distribution of the high-frequency electromagnetic radiation over the cross-section of the housing module or segment in a very efficient manner, it has proved expedient if its geometric dimensions are adapted to the wavelength of the respectively used radiation are. In this context, it has proven to be advantageous if the thickness of the resonator (204) is approximately nx K / 2, where λ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and n is a natural number not equal to 0, in particular an odd natural number; and or a diameter of the resonator (204) is approximately mx K / 2, where λ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and m is a natural number not equal to 0, 1 and 3, in particular an odd natural number> 3.
Im Falle eines etwa mehreckigen oder insbesondere quadratischen Resonators ist mit "Durch- messer" der Abstand seiner jeweils entgegengesetzten Seiten gemeint. Im Falle eines gleichseitig dreieckigen Resonators ist mit "Durchmesser" die Höhe des Dreiecks angesprochen. Auf diese Weise ergibt sich im Umfangsbereich des Resonators jeweils ein Maximum der Amplitude der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung, was hinsichtlich einer gleichmäßigen Erwärmung eines Formteils über den Querschnitt des Werkzeugmoduls oder -segments von Vorteil ist. Gleichfalls hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ecken eines mehreckigen, z. B. quadratischen, Resonators mit gegenüber seinen Seiten kleinen Radien abgerundet sind , um lokale Wärmespitzen zu vermeiden. In the case of an approximately polygonal or in particular square resonator, "diameter" means the distance between its respective opposite sides. In the case of an equilateral triangular resonator, "diameter" is the height of the triangle. In this way, in each case a maximum of the amplitude of the high-frequency electromagnetic radiation results in the peripheral region of the resonator, which is advantageous with regard to a uniform heating of a molded part over the cross-section of the tool module or segment. Likewise, it has proved to be advantageous if the corners of a polygonal, z. B. square, resonator are rounded with respect to its sides small radii in order to avoid local heat peaks.
Zum Zwecke einer guten Streuung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung über den gesamten Innenquerschnitt des (Teil-) Gehäuses können - die den Resonanzraum begrenzenden umfänglichen Wandungen des (Teil-) Gehäuses und/oder die Umfangsseiten des dielektrischen Resonators mit Vorteil mit wenigstens einem - für hochfrequente elektromagnetische Strahlung nicht permeablen - Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere aus der Gruppe der Metalle einschließlich Metalllegierungen und Metallsalzen, beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, (Edel)stahl, Ferrit, Aluminiumnitrit, Siliciumnitrit, Wolfram, Titan oder dergleichen, beschichtet sein, um die hochfrequente elektromagnetische Strahlung in Richtung des Inneren des Resonators zu reflektieren. Durch Mehrfachreflexion lässt sich auf diese Weise nicht nur eine besonders gleichmäßige Verteilung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung über die Fläche des Resonators bzw. über den Innenquerschnitt des (Teil-) Gehäuses eines jeweiligen Werkzeugmoduls oder -segments erreichen, sondern tritt die hochfrequente elektromagnetische Strahlung auch vornehmlich senkrecht zur Fläche des Resonators aus diesem aus bzw. senkrecht in den Formraum ein, so dass wiederum Wechselwirkungen zwischen benachbarten Werkzeugmodulen oder -Segmenten zuverlässig vermieden werden können. Wie bereits angedeutet, kann das (Teil-) Gehäuse selbst beispielsweise aus Metall einschließlich Metalllegierungen oder auch aus, insbesondere mit Glasfasern verstärkten, Keramik- oder Kunststoffmaterialien gefertigt sein, wobei hierfür hochtemperatur- und druckfeste Polymermaterialien in Betracht kommen. Lediglich beispielhaft seien in diesem Zusammenhang Polyetherketone (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetheretheretherketone (PEEEK), Polyetherketonketone (PEKK), Polyetherether- ketonketone (PEEKK), Polyetheretherketonetherketone (PEEKEK), Polyetherketonetherether- ketone (PEKEEK) und Polyaryletherketone (PAEK) einschließlich Copolymeren und Polymer- Blends mit den vorgenannten Polymeren, polyhalogenierte Polyolefine, insbesondere poly- fluorierten Polyolefine, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), hochmolekulare Polyolefine, wie z. B. ultrahochmolekulares Polyethylen (U HMWPE, Ultra High Molecular Mass Polyethylene) und Polyimide (PI) oder Polyamide (PA) einschließlich Copolymeren und Polymer-Blends mit denselben, wie z. B. Polycaprolacatam (PA 6), Poly-(N,N'-tetramethylenadipindiamid) (PA 4.6), Poly-(N,N'-hexamethylenadipindiamid) (PA 6.6), Poly-(hexamethylensebacamid) (PA 6.10), Poly- (hexamethylendodecandiamid) (PA 6.12), Polyundecanolactam (PA 1 1 ), Polylauryllactam (PA 12), Poly-(m-phenylenisophthalamid) (PMPI), Poly-(p-phenylenterephthalamid) (PPTA) oder dergleichen einschließlich Copolymeren und Polymer-Blends mit denselben erwähnt, welche zweckmäßigerweise mit für die hochfrequente elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen nicht permeablen Beschichtungen, wie aus den oben genannten Metallverbindungen, versehen sein sollten. Als Materialien für den wenigstens einen dielektrischen Resonator haben sich insbesondere Glas, beispielsweise Quarz- oder Flintglas, sowie aus mit Glaspartikeln, insbesondere Glasfasern, verstärkte Polymere oder Diamant (u. U. auch als Beschichtung) als geeignet erwiesen, wobei sich als Polymere wiederum beispielsweise die vorstehend genannten hochtemperaturfesten Polymere anbieten. Dabei kann der Resonator insbesondere auch einen sandwichartigen Aufbau mit mehreren Glasfaserschichten aufweisen, welche in die jeweilige Polymermatrix eingebettet sind. Ferner kann es zweckmäßig sein, nur einen oder auch mehrere, z. B. zwei, dielektrische Resonatoren, beispielsweise mit unterschiedlichen Streuungseigenschaften für die hochfrequente elektromagnetische Strahlung, einzusetzen, welche insbesondere etwa deckungsgleich und in Durchgangsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sein sollten. Sofern das Formteil nicht direkt mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, sondern vornehmlich konvektiv erwärmt werden soll, kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der wenigstens eine in dem (Teil-) Gehäuse aufgenommene dielektrische Resonator - im Falle von zwei oder mehreren Resonatoren der dem Formteil zugewandten Resonator - an seiner dem zu erwärmenden Formteil zugewandten Seite mit einem hochfrequente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Medium, insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff, Silizium, Silikon, Bornitrid, Borkarbid, Aluminiumnitrid, Aluminium- oxide, Ferite und/oder Metall, beschichtet ist. Auf diese Weise ist es möglich, nicht (nur) das Formteil selbst gleichmäßig zu bestrahlen, sondern (auch) die dem Formteil zugewandte Seite des Werkzeugmoduls oder -segments mittels hochfrequenter elektromagnetscher Strahlung zu erhitzen, indem sich die Beschichtung aus dem strahlungsabsorbierenden Medium erwärmt und diese Wärme konvektiv an das Formteil abzugeben vermag. An dieser Stelle sei auch darauf verwiesen, dass der oder die Resonator(en) zweckmäßigerweise austauschbar in dem (Teil-) Gehäuse festgelegt, beispielsweise verschraubt, sein können, um das (Teil-) Gehäuse eines jeweiligen Werkzeugmoduls oder -segments an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen und beispielsweise dann, wenn eine (auch) konvektive Wärmeübertragung auf ein Formteil erwünscht ist, einen unbeschichteten, für hochfrequente elektromagnetische Strahlung weitestgehend per- meablen Resonator durch einen weiteren Resonator zu ersetzen, welcher mit einer Beschichtung der vorgenannten Art versehen ist. For the purpose of a good dispersion of the high-frequency electromagnetic radiation over the entire inner cross-section of the (sub-) housing can - the resonant space bounding peripheral walls of the (sub) housing and / or the peripheral sides of the dielectric resonator with at least one advantage - for high-frequency electromagnetic Radiation non-permeable - material with high electrical conductivity, in particular from the group of metals including metal alloys and metal salts, for example gold, silver, copper, aluminum, (noble) steel, ferrite, aluminum nitrite, silicon nitrite, tungsten, titanium or the like, be coated to reflect the high frequency electromagnetic radiation towards the interior of the resonator. By multiple reflection can be achieved in this way not only a particularly uniform distribution of high-frequency electromagnetic radiation over the surface of the resonator or over the inner cross-section of the (sub-) housing a respective tool module or segment, but the high-frequency electromagnetic radiation also occurs predominantly perpendicular to the surface of the resonator from this from or perpendicular to the mold space, so that in turn interactions between adjacent tool modules or segments can be reliably avoided. As already indicated, can the (sub-) housing itself, for example, made of metal including metal alloys or also, in particular reinforced with glass fibers, ceramic or plastic materials, for which high temperature and pressure resistant polymer materials come into consideration. By way of example only polyether ketones (PEK), polyetheretherketones (PEEK), polyetheretheretherketones (PEEEK), polyetherketone ketones (PEKK), polyetheretherketone ketones (PEEKK), polyetheretherketone-ether ketones (PEEKEK), polyetherketone-ether-ketones (PEKEEK) and polyaryletherketones (PAEK) may be mentioned in this context Copolymers and polymer blends with the aforementioned polymers, polyhalogenated polyolefins, in particular polyfluorinated polyolefins, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), high molecular weight polyolefins, such. As ultra high molecular weight polyethylene (U HMWPE, Ultra High Molecular Mass Polyethylene) and polyimides (PI) or polyamides (PA) including copolymers and polymer blends with the same, such as. Poly (polycarboxylate) (PA 6), poly (N, N'-tetramethylene adipamide) (PA 4.6), poly (N, N'-hexamethylene adipamide) (PA 6.6), poly (hexamethylene sebacamide) (PA 6.10), (hexamethylenedodecanediamide) (PA 6.12), polyundecanolactam (PA 11), polylauryl lactam (PA 12), poly (m-phenylene isophthalamide) (PMPI), poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) or the like, including copolymers and polymer blends mentioned with the same, which should be expediently provided with for the high-frequency electromagnetic radiation substantially non-permeable coatings, such as from the above-mentioned metal compounds. Particularly suitable materials for the at least one dielectric resonator are glass, for example quartz or flint glass, and glass particles, in particular glass fibers, reinforced polymers or diamond (and possibly also as a coating) offer the above-mentioned high temperature resistant polymers. In this case, the resonator may in particular also have a sandwich-like structure with a plurality of glass fiber layers, which are embedded in the respective polymer matrix. Furthermore, it may be appropriate to only one or more, for. B. two dielectric resonators, for example, with different scattering properties for the high-frequency electromagnetic radiation to use, which should be arranged in particular approximately congruent and in the passage direction of the radiation in a row. If the molding is not directly irradiated with high-frequency electromagnetic radiation, but primarily convection is to be heated, can be provided in an advantageous embodiment that the at least one in the (sub-) housing recorded dielectric Resonator - in the case of two or more resonators of the resonator facing the molding - on its side facing the molded part with a high-frequency electromagnetic radiation at least partially absorbing medium, in particular based on carbon, silicon, silicon, boron nitride, boron carbide, aluminum nitride, Aluminum oxide, ferrites and / or metal coated. In this way, it is possible not only uniformly to irradiate the molding itself, but also to heat the mold part facing side of the tool module or segment by means of high-frequency electromagnetic radiation by the coating of the radiation-absorbing medium heated and this Heat convective to the molding is able to deliver. It should also be pointed out at this point that the resonator (s) can expediently be interchangeably fixed in the (sub) housing, for example screwed, in order to adapt the (sub) housing of a respective tool module or segment to the respective application to adapt and, for example, when a (also) convective heat transfer to a molded part is desired to replace an uncoated, for high frequency electromagnetic radiation largely per- permeable resonator by another resonator, which is provided with a coating of the aforementioned type.
Der Resonator bzw. die Resonatoren ist bzw. sind vorzugsweise unter Freilassung eines Ringspaltes mit Abstand von den umfänglichen Wandungen des (Teil-) Gehäuses angeordnet, um sowohl für eine insbesondere thermische Isolierung als auch für eine größtmögliche Entkopplung benachbarter Werkzeugmodule oder -segmente zu sorgen, sofern eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen oder -Segmenten zur Erwärmung relativ großflächiger Formteile zum Einsatz gelangen. The resonator or the resonators is or are preferably arranged with the clearance of an annular gap at a distance from the circumferential walls of the (sub-) housing in order to ensure both a particular thermal insulation and for the greatest possible decoupling of adjacent tool modules or segments, if a plurality of tool modules or segments for heating relatively large-area moldings are used.
Der zwischen den umfänglichen Wandungen des (Teil-) Gehäuses und dem dielektrischen Resonator angeordnete Ringspalt des Werkzeugmoduls oder -segments kann dabei fluidisch kontaktiert sein, um ein, insbesondere gasförmiges, Kühlmedium, wie beispielsweise Umgebungsluft, hindurchzuleiten. Dabei kann selbstverständlich ein jedes Werkzeugmodul oder -segment mit separaten, z. B. an der dem Formraum entgegengesetzten Oberseite des (Teil-) Gehäuses angeordneten Fluidanschlüssen versehen sein, welche z. B. von entgegengesetzten Seiten in den Ringspalt münden, oder können alternativ oder zusätzlich mehrere, benachbart angeordnete Werkzeugmodule oder -segmente hinsichtlich einer solchen Fluidkühlung mittels seitlicher Fluidkanäle, welche miteinander kommunizieren, in Reihe geschaltet sein. Im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Werkzeugmoduls oder -segments kann überdies vorgesehen sein, dass die den Resonanzraum begrenzenden, umfänglichen Wandungen des (Teil-) Gehäuses an ihrer einem zu erwärmenden Formteil zugewandten Stirnseite mit einer thermischen Isolierlage versehen sind. Auf diese Weise wird das (Teil-) Gehäuse des Werkzeugmoduls oder -segments bestmöglich thermisch von dem erwärmten Formteil entkoppelt. The annular gap of the tool module or segment arranged between the peripheral walls of the (partial) housing and the dielectric resonator can be fluidly contacted in order to pass through a, in particular gaseous, cooling medium, such as, for example, ambient air. Of course, each tool module or segment with separate, z. B. at the opposite end of the mold space of the (part) housing arranged fluid connections, which z. B. from opposite sides in the annular gap, or alternatively or additionally, a plurality of adjacently arranged tool modules or segments with respect to such a fluid cooling means of lateral fluid channels, which communicate with each other, to be connected in series. With regard to optimum efficiency of the tool module or segment according to the invention, moreover, provision may be made for the circumferential walls of the (partial) housing delimiting the resonance chamber to be provided with a thermal insulation layer on its front side facing a molded part to be heated. In this way, the (sub-) housing of the tool module or segment is best thermally decoupled from the heated molding.
Darüber hinaus kann das oder kann ein jeweiliges Werkzeugmodul oder -segment vorzugsweise mit wenigstens einem Temperatursensor, wie einem Infrarot-Sensor, einem Thermoelement oder dergleichen, ausgestattet sein. Hierfür bieten sich beispielsweise berührungsfreie Temperatur- sensoren, wie Infrarot-Sensoren, oder auch herkömmliche Thermoelemente an, welche z. B. mit einem Glasfaserbündel in Wirkverbindung stehen, welches die Wärme eines Ober- und/oder Unterwerkzeugs, das mit einem oder mehreren Werkzeugmodulen oder -Segmenten versehen ist, an das Thermoelement ableiten. Der Temperatursensor kann dabei bevorzugt mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Mehrzahl an Strahlungsquellen mehrerer Werkzeug- module oder -segmente wirkverbunden sein, um eine jede Strahlungsquelle entsprechend dem gewünschten Temperaturprofil - sei es ein Temperaturgradient oder sei es eine einheitliche Temperatur - zu steuern und/oder zu regeln. Moreover, the or each tool module or segment may preferably be equipped with at least one temperature sensor, such as an infrared sensor, a thermocouple or the like. For this purpose, for example, non-contact temperature sensors, such as infrared sensors, or even conventional thermocouples, which z. B. in operative connection with a glass fiber bundle, which derive the heat of an upper and / or lower tool, which is provided with one or more tool modules or segments, to the thermocouple. The temperature sensor can preferably be operatively connected to a control and / or regulating device of a plurality of radiation sources of several tool modules or segments in order to control each radiation source according to the desired temperature profile, be it a temperature gradient or a uniform temperature / or to regulate.
Wie bereits erwähnt, können einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug mehrere der erfindungsgemäßen Werkzeugmodule oder -segmente zugeordnet sein, um einen jeweiligen Flächen- bzw. Volumenabschnitt des Formraumes des Formwerkzeugs bzw. des hierin eingebrachten Formteils mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung gleichmäßig zu erwärmen. Sofern die jeweilige Strahlungsquelle eines jeden Werkzeugmoduls oder -segments steuerbar und/oder regelbar ist, ist es insbesondere möglich, dass bei einem mit mehreren Werkzeugmodulen oder -Segmenten ausgestatteten Formwerkzeug wenigstens ein Parameter der von den Strah- lungsquellen der Werkzeugmodule oder -segmente erzeugten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung aus der Gruppe As already mentioned, a mold according to the invention may be associated with a plurality of the tool modules or segments according to the invention in order to uniformly heat a respective area or volume section of the mold space of the mold or the molded part introduced therein by means of high-frequency electromagnetic radiation. If the respective radiation source of each tool module or segment can be controlled and / or regulated, it is possible, in particular, for a mold equipped with a plurality of tool modules or segments to have at least one parameter of the high-frequency electromagnetic generated by the radiation sources of the tool modules or segments Radiation from the group
Amplitude der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und Amplitude of high-frequency electromagnetic radiation and
Einwirkungsdauer der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung (womit im Rahmen der vorliegenden Offenbarung selbstverständlich auch unterschiedliche Taktzeiten von Strahlungspulsen angesprochen sind) unabhängig voneinander Steuer- und/oder regelbar ist. Folglich lässt sich ein Formteil sehr gleichmäßig erwärmen, wenn die Strahlungsquellen eines jeden Werkzeugmoduls oder -segments mit denselben Parametern betrieben werden, wobei die erfindungsgemäße Ausgestaltung aber auch einen gezielten Temperaturgradienten ermöglicht, indem die Strahlungsquellen ihrerseits mit einem Amplitudengradienten und/oder verschiedenen Einwirkzeiten über die Fläche des Formraums beaufschlagt werden. Die Strahlungsquellen der mehreren, dem Formwerkzeug zugeordneten Werkzeugmodule oder -segmente können dabei insbeson d ere m it ei n er Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Wirkverbindung stehen, mittels welcher die Amplitude und/oder die Dauer der emittierten Strahlung, insbesondere programmierbar, gesteuert und/oder geregelt wird, was vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der sensorisch erfassten Temperatur einzelner Formteilbereiche geschehen kann, welche einem jeweiligen Werkzeugmodul oder -Segment zugeordnet sind. In jedem Fall kann das in dem Formraum des Formwerkzeugs befindliche Formteil mittels in den Formraum eingekoppelter hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung direkt beheizt werden, ohne dass eine konvektive Beheizung/Abkühlung des Werkzeugs mittels externer Heiz-/Kühleinrichtungen erforderlich ist (sofern das Formtei l selbst strah lu ngs- absorbierende Eigenschaften aufweist und das Formwerkzeug für die Strahlung permeabel ist), oder das Ober- und/oder das Unterwerkzeug wird selbst mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung beheizt (sei es mittels einer oben erwähnten strahlungsabsorbierenden Beschichtung des dielektrischen Resonators und/oder sei es mittels eines geeigneten strahlungs- absorbierenden Materials des Ober- und/oder Unterwerkzeugs selbst), wobei die Wärme kon- vektiv auf das in dem Formraum befindliche Formteil übertragen wird. Hierbei ergibt sich ein erheblich geringerer Energiebedarf als beim Stand der Technik herkömmlicher Heizeinrichtungen, wodurch die Energieeffizienz deutlich verbessert und die Taktzeiten verkürzt werden und insbesondere eine gleichmäßige Erwärmung des Formteils ohne sogenannte "Hot-Spots" und ohne nicht hinreichend erwärmte Bereiche sichergestellt wird. Duration of action of the high-frequency electromagnetic radiation (which, of course, in the context of the present disclosure also addresses different cycle times of radiation pulses) independently controllable and / or regulated. Consequently, a molding can be heated very uniformly when the radiation sources of each tool module or segment are operated with the same parameters, but the inventive design also allows a targeted temperature gradient by the radiation sources in turn with an amplitude gradient and / or different exposure times over the surface of the mold space are acted upon. The radiation sources of the plurality of tool modules or segments associated with the mold can in particular be operatively connected to a control and / or regulating device by means of which the amplitude and / or the duration of the emitted radiation, in particular programmable, are controlled and / or is regulated, which can advantageously be done in dependence on the sensory detected temperature of individual molding portions, which are associated with a respective tool module or segment. In any case, the molding located in the mold cavity of the mold can be heated directly by coupled into the mold cavity high-frequency electromagnetic radiation without a convective heating / cooling of the tool by means of external heating / cooling equipment is required (if the Formtei l itself strah lu ngs - Has absorbent properties and the mold for the radiation is permeable), or the upper and / or the lower tool is itself heated by high-frequency electromagnetic radiation (be it by means of an above-mentioned radiation-absorbing coating of the dielectric resonator and / or be it by means of a suitable radiation-absorbing material of the upper and / or lower tool itself), wherein the heat is transmitted convectively to the molding located in the mold cavity. This results in a significantly lower energy consumption than in the prior art conventional heaters, whereby the energy efficiency significantly improved and the cycle times are shortened and in particular a uniform heating of the molding without so-called "hot spots" and without not sufficiently heated areas is ensured.
Selbstverständlich kann grundsätzlich auch die Frequenz bzw. die Wellenlänge der von der Strahlungsquelle emittierten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung Steuer- und/oder regelbar sein, wobei die Wellenlänge jedoch aus den oben genannten Gründen vorzugsweise an die die geometrischen Abmessungen und an das Material des dielektrischen Resonators ange- passt sein sollte. Wie bereits angedeutet, ist es bei einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug denkbar, dass die dem wenigstens einen Werkzeugmodul oder -segment zugewandte Wandung des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung permeablen Material, insbeson- dere auf der Basis von Keramik oder Polymeren, wie z. B. solchen der weiter oben genanntenOf course, the frequency or the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation emitted by the radiation source can in principle also be controlled and / or regulated, although the wavelength is preferably applied to the geometrical dimensions and to the material of the dielectric resonator for the abovementioned reasons. should be fit. As already indicated, it is conceivable in the case of a molding tool according to the invention that the wall of the upper tool and / or the lower tool facing the at least one tool module or segment is made of a material permeable to high-frequency electromagnetic radiation, in particular based on ceramic or polymers, such as B. those mentioned above
Art (sofern die Strahlung insbesondere direkt in das Formteil eingekoppelt werden soll); oder aus einem hochfrequente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Material, insbesondere auf der Basis von Metall, (sofern die den Formraum begrenze(n) Wandung(en) des Formwerkzeugs mittels der Strahlung erwärmt und die Wärme konvektiv an das Formteil abgegeben werden soll) gefertigt ist. Type (provided that the radiation in particular is to be coupled directly into the molded part); or made of a high-frequency electromagnetic radiation at least partially absorbing material, in particular based on metal, (provided that the mold cavity (s) wall (s) of the mold to be heated by means of the radiation and the heat is convectively delivered to the molded part) is made ,
Wie bereits erwähnt, bietet sich das erfindungsgemäße Formwerkzeug im Übrigen insbesondere - wenn auch nicht ausschließlich - zur Herstellung von Faserverbund-Formteilen aus in einer Polymermatrix (sei sie thermoplastisch oder sei sie duroplastisch) eingebetteten Faserstrukturen oder anderen Strukturen, wie Einlegern in Form von Funktionsteilen oder dergleichen, an, indem die gegebenenfalls vorimprägnierten Fasern in dem Formraum, gegebenenfalls unter Einspritzen eines plastifizierten Matrixpolymers oder einer zu einem Polymer aushärtbaren, flüssigen Harzmischung in den Formraum, mit der jeweils erforderlichen "Strahlungsleistung" bestrahlt werden, um das plastifizierte Polymer im plastifizierten Zustand zu halten (um z. B. eine vollständige Faserbenetzung sicherzustellen) oder auszuhärten. Aufgrund der Steuer- und/oder Regelbarkeit der Strahlungsquellen einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Werkzeugmodulen oder -Segmenten unabhängig voneinander kann dabei auch ein relativ großflächiges, in den Formraum des Formwerkzeugs eingebrachtes Formteil je nach Bedarf über seinen gesamten Querschnitt entweder mit einer sehr gleichmäßigen Temperatur oder auch mit einem Temperaturgradienten beaufschlagt werden. Das Formwerkzeug kann dabei zweckmäßigerweise in Form eines Presswerkzeugs ausgestaltet sein, so dass dessen Unter- und Oberwerkzeug voneinander fort und unter Druck aufeinander zu verlagerbar sind. Incidentally, as already mentioned, the molding tool according to the invention is more particularly-though not exclusively-suitable for producing fiber composite moldings from fiber structures or other structures embedded in a polymer matrix (thermoplastic or thermosetting), such as inserts in the form of functional parts the like, in that the optionally pre-impregnated fibers in the mold space, optionally with injection of a plasticized matrix polymer or a polymer curable, liquid resin mixture in the mold space, are irradiated with the "required radiant power", to the plasticized polymer in the plasticized state hold (for example, to ensure complete fiber wetting) or cure. Due to the controllability and controllability of the radiation sources of a plurality of tool modules or segments according to the invention independently can also be a relatively large, introduced into the mold space of the mold molding as needed over its entire cross section either with a very uniform temperature or with a temperature gradient can be applied. The molding tool can expediently be configured in the form of a pressing tool, so that its lower and upper tools are movable away from one another and under pressure.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprüng- liehen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rück- beziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden . Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein , aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features mentioned in the description and combinations of several features are merely exemplary and may be effective alternatively or cumulatively, without the advantages of compelling embodiments of the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, the following additional features apply to the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another and their relative arrangement and operative connection remove. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different claims is also possible deviating from the selected back relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Um- fangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen: The reference signs contained in the patent claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Showing:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs zur Erwärmung von Formteilen mit Mikrowellenstrahlung, dessen Oberwerkzeug eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen umfasst; Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Formwerkzeugs, dessen Oberwerkzeug eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen umfasst; Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of a mold according to the invention for heating moldings with microwave radiation, the upper tool comprises a plurality of tool modules. FIG. 2 shows a schematic side view of a further embodiment of a molding tool whose upper tool comprises a plurality of tool modules; FIG.
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines der Fig. 2 entsprechenden Formwerkzeugs, dessen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug jeweils eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen umfasst; und 3 shows a schematic side view of a mold corresponding to FIG. 2, whose upper tool and lower tool each comprise a plurality of tool modules; and
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugmoduls eines Formwerkzeugs gemäß Fig. 1 bis 3. 4 shows a schematic sectional view of a tool module of a molding tool according to FIGS. 1 to 3.
In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, in Schnittansicht dargestellten Formwerkzeugs zur Erwärmung von Formteilen F mit hochfrequenter elektromagnetischer Strah- lung - im vorliegenden Fall im Mikrowellenspektrum - schematisch wiedergegeben. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei das Unterwerkzeug 1 des Formwerkzeugs z. B. in herkömmlicher Weise aus Metall gefertigt und begrenzt zwischen sich und einem Oberwerkzeug 2 den Formraum 3. Dem Oberwerkzeug 2 ist eine Mehrzahl an weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 im Einzelnen erläuterten Werkzeugmodulen 201 zugeordnet, welche beispielsweise unmittelbar an der den Formraum 3 begrenzenden Wandung des Oberwerkzeugs 2 festgelegt sind. Während im vorliegenden Fall beispielsweise insgesamt 20 in einer 4X5-Matrix angeordnete Werkzeugmodule 201 vorgesehen sind, ist deren Anzahl und Anordnung grundsätzlich selbstverständlich frei wählbar und können die Werkzeugmodule 201 z. B. auch lediglich einzeln oder in Reihen vorgesehen sein. Die Werkzeugmodule 201 sind dicht an dicht angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Fläche des Oberwerkzeugs 2, welche mit dem Formraum 3 deckungsgleich ist. Die den Formraum 3 begrenzende Wandung des Oberwerkzeugs 2, welche an ihre dem Formraum 4 entgegengesetzten Seite mit dem Werkzeugmodulen 201 ausgestattet ist, kann entweder mikrowellenpermeabel (sofern die Mikrowellenstrahlung direkt in das in dem Formraum 3 befindliche Formteil F eingekoppelt werden soll) oder mikrowellenabsorbierend aus- gestaltet sein (sofern das Oberwerkzeug 2 selbst erwärmt und die Wärme konvektiv an das in dem Formraum 3 befindliche Formteil F übertragen werden soll). Das Unter- 1 und das Oberwerkzeug 2 des Formwerkzeugs können in als solcher bekannter Weise beispielsweise an einer Presse (nicht gezeigt) festgelegt sein, so dass es sich um ein Presswerkzeug handelt. 1 shows an embodiment of a mold according to the invention, shown in a sectional view, for heating moldings F with high-frequency electromagnetic radiation - in the present case in the microwave spectrum - schematically reproduced. In the present embodiment, while the lower tool 1 of the mold z. The upper tool 2 is associated with a plurality of tool modules 201 explained in more detail below with reference to FIG. 4, which for example directly adjoin the mold space 3 limiting wall of the upper tool 2 are fixed. While in the present case, for example, a total of 20 arranged in a 4X5 matrix tool modules 201 are provided, the number and arrangement is basically of course freely selectable and the tool modules 201 z. B. also be provided individually or in rows. The tool modules 201 are arranged close together and extend over the entire surface of the upper tool 2, which is congruent with the mold space 3. The wall of the upper tool 2 bounding the mold space 3, which is equipped with the tool modules 201 at its side opposite the mold space 4, can either be microwave-permeable (if the microwave radiation is to be coupled directly into the molded part F located in the mold space 3) or microwave-absorbing. be designed (if the upper tool 2 itself heated and the heat convectively to the located in the mold space 3 molding F should be transferred). The lower 1 and the upper tool 2 of the molding tool can be fixed in a manner known per se, for example on a press (not shown), so that it is a pressing tool.
Das in der Fig. 2 schematisch dargestellte Formwerkzeug unterscheidet sich von jenem gemäß Fig. 1 vornehmlich dadurch, dass die Werkzeugmodule 201 an einer Wärmeübertragungsplatte 20 festgelegt sind, welche mit dem Oberwerkzeug 2 unter flächigem, wärmeleitendem Kontakt steht. Auch auf diese Weise ist eine vollflächige und gleichmäßige Wärmeübertragung an das im Formraum (in Fig. 2 nicht gezeigt) befindliche Formteil sichergestellt. The mold shown schematically in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 primarily in that the tool modules 201 on a heat transfer plate 20 are fixed, which is with the upper tool 2 under surface, heat-conducting contact. Also in this way is a full-surface and uniform heat transfer to the molding space (not shown in Fig. 2) located molding secured.
Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist es selbstverständlich auch möglich, sowohl dem Oberwerkzeug 2 als auch dem Unterwerkzeug 1 des Formwerkzeugs eine Mehrzahl an Werkzeugmodulen 201 , 101 zuzuordnen, welche im vorliegenden Fall in einer einander entsprechenden Anordnung, wie beispielsweise wiederum jeweils in einer Reihen- oder Matrixanordnung, vorgesehen sind und jeweils über eine Wärmeübertragungsplatte 20, 10 mit dem Oberwerkzeug 2 bzw. mit dem Unterwerkzeug 1 unter flächigem, wärmeleitenden Kontakt stehen. Wie insbesondere der geschnitten dargestellten Detailansicht eines einzelnen Werkzeugmoduls 201 gemäß Fig. 4 (das Werkzeugmodul 101 der Fig. 3 kann entsprechend ausgestaltet sein) zu entnehmen ist, weist ein jedes Werkzeugmodul 201 ein Gehäuse 202 auf, welches aus einem für Mikrowellen nicht permeablen Material, z. B. aus Metall, gefertigt ist. Die dem Formwerkzeug abgewandte Oberseite des Gehäuse 202 ist von einem Einkopplungsmittel 203 für Mikrowellen, beispielsweise in Form eines Hohlleiters, derart durchsetzt, dass das eine Ende des Einkopp- lungsmittels 203 ins I nnere des Gehäuses 202 hineinragt, während das entgegengesetzte, äußere Ende mit einer nicht zeichnerisch wiedergegebenen Strahlungsquelle für Mikrowellen, wie einem Magnetron, in Verbindung steht. Die Strahlungsquellen der jeweiligen Werkzeugmodule 201 , 101 sind mit Vorzug hinsichtlich eines oder vorzugsweise mehrerer Parameter der von ihnen erzeugten Mikrowellen aus der Gruppe Amplitude und Einwirkungsdauer der Mikrowellenstrahlung unabhängig voneinander Steuer- und/oder regelbar, wobei sie zweckmäßigerweise mit einer gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (nicht gezeigt) in Wirkverbindung stehen, mittels welcher die Betriebsparameter der Strahlungsquellen wahlweise gemeinsam oder getrennt voneinander programmierbar sind. Darüber hinaus kann ein jedes Werkzeugmodul 201 , 101 vorzugsweise mit einem Temperatursensor (ebenfalls nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Infrarot-Sensor, ausgestattet sein, welcher die Temperatur eines in dem Formraum 3 des Formwerkzeugs angeordneten Formteils F (vgl. z. B. die Fig. 1 ) zu erfassen vermag und gleichfalls mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Verbindung steht, um die Strahlungsquellen der Werkzeugmodule 201 , 101 gemäß einem vorab festgelegten Temperaturprofil - sei es ein Temperaturgradient oder sei es eine konstante Temperatur über jeden, einem jeweiligen Werkzeugmodul 201 , 101 zugeordneten Volumenabschnitt des Formraums 3 hinweg - zu regeln. Wie weiterhin aus der Fig. 4 ersichtlich, dient das Innere des Gehäuses 202 des Werkzeugmoduls 202 als Resonanzraum der hierin eingekoppelten Mikrowellenstrahlung, wobei in dem Gehäuse 202 eines jeden Werkzeugmoduls 201 wenigstens ein dielektrischer Resonator 204 aus einem für Mikrowellen permeablen Material, wie z. B. Glas, glasfaserverstärkten Kunststoffen oder dergleichen, untergebracht. Der dem Einkopplungsmittel 203 nachgeordnete Resonator 204 dient dabei insbesondere zur gleichmäßigen Streuung der Mikrowellenstrahlung über den Innenquerschnitt des Gehäuses 202 und kann an seiner dem Einkopplungsmittel 203 abgewandten Unterseite mit einer Beschichtung 205 aus einem mikrowellenabsorbierenden Medium, z. B. auf der Basis von Kohlenstoff, wie beispielsweise kohlenfaserverstärktem PEEK, beschichtet sein, so dass er sich unter Einwirkung von Mikrowellenstrahlung gleichmäßig erwärmt und die Wärme konvektiv an ein in dem Formraum 3 (vgl. Fig. 1 ) eingebrachtes Formteil F zu übertragen vermag, wie es beispielsweise zur Ausbildung einer einwandfreien Oberfläche desselben vorteilhaft ist. Der Resonator 204 ist im vorliegenden Fall im Wesentlichen in Form einer etwa quadratischen Platten ausgestaltet und folglich dem - hier gleichfalls quadratischen - Innenquerschnitt des Gehäuses 202 angepasst. Die geometrischen Abmessungen des Resonators 204 sind ferner an die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung angepasst, wobei die Strahlungsquelle im vorliegenden Fall beispielsweise Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt, was einer Wellenlänge λ im Vakuum von etwa 12,25 cm entspricht. Beträgt die Ausbreitungswellenlänge in dem Resonatormaterial beispielsweise 6,1 cm, so kann die Dicke des Resonators 204 z. B. etwa 3,05 cm (entsprechend λ/2) betragen, während der Durchmesser bzw. die Seitenlänge der quadratischen Resonatorplatte etwa 9,15 cm (entsprechend 3λ/2) betragen kann, um für eine einwandfreie Resonanz zu sorgen. Die Umfangskanten des dielektrischen Resonators 204 sind ferner vorzugsweise mit gegenüber seinem Durchmesser kleinen Radien abgerundet. As is apparent from Fig. 3, it is of course also possible, both the upper tool 2 and the lower tool 1 of the mold to assign a plurality of tool modules 201, 101, which in the present case in a mutually corresponding arrangement, such as in turn in each case Row or matrix arrangement, are provided and each have a heat transfer plate 20, 10 with the upper tool 2 and with the lower tool 1 under surface, heat-conducting contact. As can be seen, in particular, from the detailed view of a single tool module 201 shown in FIG. 4 (the tool module 101 of FIG. 3 can be designed accordingly), each tool module 201 has a housing 202 which consists of a material which is not permeable to microwaves, z. B. made of metal. The upper side of the housing 202 facing away from the molding tool is penetrated by a microwaving coupling means 203, for example in the form of a waveguide, such that one end of the coupling means 203 projects into the interior of the housing 202, while the opposite, outer end projects with one non-illustrated microwave radiation source, such as a magnetron, is in communication. The radiation sources of the respective tool modules 201, 101 are preferably independently controllable and / or regulatable with respect to one or preferably several parameters of the microwaves generated by them from the group amplitude and duration of action of the microwave radiation, wherein they expediently with a common control and / or Control device (not shown) are operatively connected, by means of which the operating parameters of the radiation sources are either programmable together or separately. In addition, each tool module 201, 101 can preferably be equipped with a temperature sensor (also not shown), such as an infrared sensor, which measures the temperature of a molded part F (see, for example, FIGS Fig. 1) and also communicates with the control and / or regulating device in connection to the radiation sources of the tool modules 201, 101 according to a predetermined temperature profile - be it a temperature gradient or a constant temperature above each, a respective one Tool module 201, 101 associated volume portion of the mold space 3 away - to regulate. 4, the interior of the housing 202 of the tool module 202 serves as the resonant cavity of the microwave radiation coupled therein, wherein in the housing 202 of each tool module 201 at least one dielectric resonator 204 of a microwave permeable material, such. As glass, glass fiber reinforced plastics or the like housed. The coupling means 203 downstream resonator 204 is used in particular for evenly scattering the microwave radiation over the inner cross section of the housing 202 and can on its side facing away from the coupling means 203 bottom with a coating 205 from a microwave-absorbing medium, eg. B. on the basis of carbon, such as carbon fiber reinforced PEEK, be coated so that it is uniformly heated under the action of microwave radiation and the heat convectively to a in the mold space 3 (see Fig. 1) introduced molding F is able to transfer as it is advantageous for example to form a perfect surface thereof. The resonator 204 is designed in the present case substantially in the form of an approximately square plates and consequently adapted to the - here also square - internal cross-section of the housing 202. The geometric dimensions of the resonator 204 are further adapted to the wavelength of the microwave radiation, the radiation source in the present case, for example, generates microwave radiation with a frequency of 2.45 GHz, which corresponds to a wavelength λ in the vacuum of about 12.25 cm. For example, if the propagation wavelength in the resonator material is 6.1 cm, the thickness of the resonator 204 may be e.g. B. about 3.05 cm (corresponding to λ / 2), while the diameter or the side length of the square resonator plate about 9.15 cm (corresponding to 3λ / 2) may be to provide a perfect resonance. The peripheral edges of the dielectric resonator 204 are also preferably rounded with small radii with respect to their diameter.
Zum Zwecke einer sowohl elektrischen als auch insbesondere thermischen Isolation ist der di- elektrische Resonator 204 bevorzugt unter Freilassung eines Ringspaltes 206 von den seitlichen Wandungen des Gehäuses 202 beabstandet. Der Ringspalt 206 kann ferner mittels ihn mit der Außenseite des Gehäuses 202 verbindender Fluidanschlüsse (nicht zeichnerisch dargestellt) fluidisch kontaktiert sein, um für die bedarfsweise Hindurchleitung eines Kühlmediums, z. B. Umgebungsluft, zu sorgen. Eine insbesondere lösbare Befestigung des Resonators 204 in dem Resonanzraum des Gehäuses 202 kann beispielsweise mittels Schrauben 207 geschehen, welche die Schmalseiten des Resonators 204 mit den seitlichen Wandungen des Gehäuses 202 verbinden. Die Schrauben 207 sind zweckmäßigerweise aus nicht leitfähigen Materialien, wie Keramik, hochtemperaturfesten Kunststoffen, z. B. solchen auf der Basis von Polyetherether- ketonen (PEEK), oder dergleichen, gefertigt. For the purpose of both electrical and in particular thermal insulation, the dielectric resonator 204 is preferably spaced apart from the lateral walls of the housing 202, leaving an annular gap 206 free. The annular gap 206 may further be fluidly contacted by means of fluid ports (not shown in the drawing) connecting it to the outside of the housing 202 in order to allow for the passage, as required, of a cooling medium, e.g. B. ambient air, to provide. A particularly releasable attachment of the resonator 204 in the resonant space of the housing 202 can be done for example by means of screws 207, which connect the narrow sides of the resonator 204 with the side walls of the housing 202. The screws 207 are suitably made of non-conductive materials, such as Ceramics, high-temperature resistant plastics, eg. B. on the basis of polyetherether ketones (PEEK), or the like.
Die den Resonanzraum begrenzenden umfänglichen Seitenwände des Gehäuses 202 (und/oder auch die Umfangsseiten des Resonators 204) können ferner mit Materialien mit hoher elek- trischer Leitfähigkeit beschichtet sein, um die Mikrowellenstrahlung in Richtung des Inneren des Resonators 204 zu reflektieren, wie beispielsweise mit einem Metallspiegel. Ferner können die den Resonanzraum begrenzenden umfänglichen Seitenwände des Gehäuses 202 mit Vorteil im Bereich ihres freien (in Fig. 4 unteren) Endes mit einer thermischen Isolierlage 208, beispielsweise wiederum aus PEEK oder dergleichen, versehen sein, um das Werkzeugmodul 202 von der mikrowellenstrahlungsabsorbierenden Beschichtung 205 des Resonators 204 sowie von den hierdurch konvektiv erwärmten Formwerkzeugteilen (vgl. Fig. 1 bis 3) weitestgehend thermisch zu entkoppeln. The resonant space bounding peripheral side walls of the housing 202 (and / or the peripheral sides of the resonator 204) may be further coated with materials of high electrical conductivity to reflect the microwave radiation toward the interior of the resonator 204, such as with a metal mirror. Furthermore, the circumferential side walls of the housing 202 delimiting the resonance space can advantageously be provided with a thermal insulation layer 208, for example, again of PEEK or the like, in the region of its free end (in FIG. 4 lower end), around the tool module 202 of the microwave radiation absorbing coating 205 of the resonator 204 as well as of the mold parts heated convectively as a result (see Figures 1 to 3) as far as possible thermally decoupled.
Möglich ist, dass in dem Oberwerkzeug 2 und/oder dem Unterwerkzeug 3 in Reihen oder matrixartig angeordnete Werkzeugmodule 201 als singuläre Bauelemente, Komponenten oder Teil- einheiten ausgebildet sind. Hierbei können die Werkzeugmodule 201 jeweils über eigene Gehäuse 202 verfügen. Eine Kopplung benachbarter Gehäuse 202 der Werkzeugmodule 201 kann dann erfolgen bspw. durch unmittelbare Befestigung der benachbarten Gehäuse 202 aneinander oder durch geeignete Verbindungsmittel. Alternativ oder kumulativ möglich ist, dass die Gehäuse 202 benachbarter Werkzeugmodule 201 darüber miteinander verbunden sind, dass die dem Formteil F zugewandten Stirnseiten der Gehäuse 202 an einem sich über mehrere Werkzeugmodule 201 erstreckenden Verbindungs-, Übertragungs- und/oder Kopplungskörper befestigt sind, bei welchem es sich vorzugsweise um die Wärmeübertragungsplatte 10, 20 und/oder das Unterwerkzeug 1 oder das Oberwerkzeug 2 handeln kann. Diese Verbindung kann stoffschlüssig und/oder über ein Befestigungsmittel wie mindestens eine Schraube erfolgen, wobei auch möglich ist, dass zwischen der Stirnseite des Gehäuses 202 und einer Kontaktfläche der Wärmeübertragungsplatte 10, 20 oder dem Oberwerkzeug 2 oder dem Unterwerkzeug 1 ein thermischer Leitkörper oder ein thermisches Leitmedium wie eine Leitpaste angeordnet ist. It is possible that in the upper tool 2 and / or the lower tool 3 in rows or matrix-like arranged tool modules 201 are formed as singular components, components or sub-units. Here, the tool modules 201 each have their own housing 202. A coupling of adjacent housing 202 of the tool modules 201 can then take place, for example, by direct attachment of the adjacent housing 202 to each other or by suitable connecting means. Alternatively or cumulatively, it is possible for the housings 202 of adjacent tool modules 201 to be connected to one another by attaching the end faces of the housings 202 facing the molded part F to a connection, transmission and / or coupling body extending over a plurality of tool modules 201 it may preferably be the heat transfer plate 10, 20 and / or the lower tool 1 or the upper tool 2. This connection can be cohesively and / or via a fastening means such as at least one screw, wherein it is also possible that between the end face of the housing 202 and a contact surface of the heat transfer plate 10, 20 or the upper tool 2 or the lower tool 1, a thermal guide body or a thermal Guide medium is arranged as a conductive paste.
Möglich ist aber auch, dass die Werkzeugmodule Werkzeugsegmente sind, bei welchen die Werkzeugmodule nicht als singuläre Bauelemente ausgebildet sind. Vielmehr ist eine Werkzeug- segment ein Bestandteil einer größeren Baueinheit, die vorzugsweise mehrere derartige Werkzeugsegmente aufweist. Bspw. kann hier ein durchgehendes Gehäuse zur Bildung mehrerer Werkzeugsegmente genutzt werden, indem in dem durchgehenden Gehäuse mehrere Ausnehmungen und Befestigungseinrichtungen für jeweils einen Resonator 204 und ein Einkopplungs- mittel 203 vorgesehen sind. In diesem Fall sind die Werkzeugmodule bzw. Werkzeugsegmente jeweils gebildet mit dem zugeordneten Teilsegment oder Teilgehäuse 202, einem in der Aus- nehmung angeordneten Resonator 204 und einem zugeordneten Einkopplungsmittel 203. In diesem Fall kann des Weiteren die dem Formteil F zugewandte Stirnseite des über mehrere Werkzeugsegmente durchgehenden Gehäuses mit einer durchgehenden Wärmeübertragungsplatte 10, 20 oder dem Unterwerkzeug 1 oder dem Oberwerkzeug 2 verbunden sein. Für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 bedeutet eine derartige Ausbildung mit Werkzeugsegmen- ten, dass die dargestellten vertikalen Trennlinien zwischen den benachbarten Gehäusen 202 entfallen. It is also possible that the tool modules are tool segments in which the tool modules are not designed as singular components. Rather, a tool segment is a component of a larger structural unit, which preferably has a plurality of such tool segments. For example. Here can be a continuous housing to form several Tool segments are used by a plurality of recesses and fastening means for each of a resonator 204 and a coupling means 203 are provided in the continuous housing. In this case, the tool modules or tool segments are each formed with the associated sub-segment or sub-housing 202, a resonator 204 arranged in the recess and an associated coupling-in means 203. In this case, furthermore, the end face of the molding F facing the molding part can have several tool segments continuous housing with a continuous heat transfer plate 10, 20 or the lower tool 1 or the upper tool 2 may be connected. For the embodiment according to FIGS. 1 to 3, such a design with tool segments means that the illustrated vertical parting lines between the adjacent housings 202 are omitted.
Durchaus möglich ist aber auch, dass mehrere Werkzeugsegmente mit einem durchgehenden Gehäuse eine Baueinheit bilden, in der die Werkzeugsegmente matrix- oder reihenartig auf das Formteil F einwirken kann, wobei in diesem Fall wiederum mehrere derartige Baueinheiten reihen- oder matrixartig angeordnet sein können. It is also quite possible that several tool segments with a continuous housing form a structural unit in which the tool segments can act on the molded part F in a matrix or row manner, in which case a plurality of such structural units can again be arranged in rows or in a matrix.
Möglich ist, dass mittels des Ober- oder Unterwerkzeugs 1 , 2 lediglich auf ein einziges Formteil eingewirkt wird, welches sich dann über einen Großteil der Stirnseite sämtlicher Werkzeugmodule oder Werkzeugsegmente erstreckt. Möglich ist aber auch, dass zwischen dem Ober- und Unterwerkzeug 1 , 2 mehrere Formteile F bearbeitet werden, wobei es sich um gleiche oder unter- schiedliche Formteile F handeln kann. In diesem Fall können sich die Formteile F über lediglich ein Werkzeugmodul oder Werkzeugsegment erstrecken oder über mehrere Werkzeugmodule oder Werkzeugsegmente. It is possible that by means of the upper or lower tool 1, 2 is acted only on a single molded part, which then extends over a majority of the front side of all tool modules or tool segments. But it is also possible that between the upper and lower tool 1, 2 several moldings F are processed, which may be the same or different moldings F. In this case, the molded parts F can extend over only one tool module or tool segment or over a plurality of tool modules or tool segments.
Die Werkzeugmodule 201 oder Werkzeugsegmente können gleichmäßig oder ungleichmäßig in den Reihen oder der Matrix angeordnet sein, wobei die Abstände zwischen benachbarten Werk- zeugmodulen 201 oder Werkzeugsegmenten minimiert sein können oder auch variieren können. The tool modules 201 or tool segments can be arranged uniformly or unevenly in the rows or the matrix, wherein the distances between adjacent tool modules 201 or tool segments can be minimized or else can vary.
Für die dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Formebenen des Oberwerkzeugs 2 und des Unterwerkzeug 1 eben ausgebildet. Durchaus möglich ist aber auch, dass die Formebenen gekrümmt oder mit Knicken und/oder Neigungen ausgebildet sind. In diesem Fall können die Werkzeugmodule oder -segmente einsprechend der Form der Formebenen in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein und im Bereich ihrer Stirnseiten mit den dann ebenfalls gekrümmten, geknickten und/oder geneigten Kontaktflächen der Wärmeübertragungsplatten 10, 20 oder des Unterwerkzeugs 1 oder des Oberwerkzeugs 2 gekoppelt sein. For the illustrated embodiments, the mold planes of the upper tool 2 and the lower tool 1 are flat. It is also quite possible that the shaping planes are curved or formed with kinks and / or inclinations. In this case, the tool modules or segments may be arranged in different heights corresponding to the shape of the shaping planes and in the region of their end faces with the then also curved, kinked and / or inclined contact surfaces of the heat transfer plates 10, 20 or the lower tool 1 or the upper tool 2 may be coupled.
Möglich ist, dass eine Presskraft für das Formteil über die Werkzeugmodule 201 appliziert wird. Vorzugsweise erfolgt dies aber über die (Teil-) Gehäuse 202 oder ein gemeinsames Gehäuse mehrerer Werkzeugsegmente und/oder über die Wärmeübertragungsplatten 10, 20, das Unterwerkzeugs 1 oder das Oberwerkzeugs 2. It is possible that a pressing force for the molding on the tool modules 201 is applied. Preferably, however, this takes place via the (partial) housing 202 or a common housing of several tool segments and / or via the heat transfer plates 10, 20, the lower tool 1 or the upper tool 2.
Des Weiteren ist möglich, dass ein Gehäuse für mehrere Werkzeugsegmente mit einer rahmen- oder gitterartigen Struktur und/oder sich entlang der Reihen oder Matrix der Werkzeugsegmente erstreckenden Streben ausgebildet ist, wobei in diesem Fall auch die Ausnehmung für den Resonator 204 und/oder das Einkopplungsmittel 203 durch die rahmen- oder gitterartige Struktur und/oder die Streben begrenzt sein kann. Furthermore, it is possible that a housing for a plurality of tool segments with a frame-like or grid-like structure and / or along the rows or matrix of the tool segments extending struts is formed, in which case, the recess for the resonator 204 and / or the coupling means 203 may be limited by the frame or lattice-like structure and / or the struts.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Werkzeugmodul oder -segment (201 ) zur Erwärmung von Formteilen (F) mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einer Strahlungsquelle, welche zur Erzeugung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäuse (202) oder Teilgehäuse aufweist, an welchem ein mit der Strahlungsquelle wirkverbundenes Einkopplungsmittel (203) der Strahlungsquelle für hochfrequente elektromagnetische Strahlung festgelegt ist, welche in das als Resonanzraum dienende Innere des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses hineinragt, um die Strahlung in den Resonanzraum einzu- koppeln, wobei in dem Resonanzraum des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses wenigstens ein dielektrischer Resonator (204) aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung permeablen Material aufgenommen ist, welcher zwischen dem Einkopplungsmittel (203) und einem zu erwärmenden Formteil (F) angeordnet ist. 1 . Tool module or segment (201) for heating molded parts (F) with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one radiation source, which is designed to generate the high-frequency electromagnetic radiation, characterized in that it comprises a housing (202) or partial housing, on which a coupled to the radiation source Einkopplungsmittel (203) of the radiation source for high-frequency electromagnetic radiation is set, which protrudes into serving as a resonance chamber interior of the housing (202) or sub-housing to einzopp the radiation into the resonance chamber, wherein in the resonance chamber of the housing (202) or part housing at least one dielectric resonator (204) made of a high-frequency electromagnetic radiation permeable material is accommodated, which is arranged between the coupling-in means (203) and a molded part (F) to be heated.
2. Werkzeugmodul oder -segment nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle von einem Mikrowellengenerator, wie einem Magnetron, gebildet ist, welcher zur Erzeugung von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenspektrum ausgebildet ist. 2. Tool module or segment according to claim 1, characterized in that the radiation source is formed by a microwave generator, such as a magnetron, which is designed to generate high-frequency electromagnetic radiation in the microwave spectrum.
3. Werkzeugmodul oder -segment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dielektrische Resonator (204) im Wesentlichen plattenformig ausgestaltet ist. 3. tool module or segment according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one dielectric resonator (204) is designed substantially plate-shaped.
4. Werkzeugmodul oder -segment nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Resonator (204) und der Resonanzraum des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen. 4. Tool module or segment according to claim 1 or 3, characterized in that the at least one resonator (204) and the resonance space of the housing (202) or part housing have a substantially square cross-section.
5. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5. tool module or segment according to one of claims 1 to 4, characterized in that
die Dicke des Resonators (204) etwa n x K/2 beträgt, wobei λ die Wellenlänge der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und n eine natürliche Zahl ungleich 0, insbesondere eine ungerade natürliche Zahl, ist; und/oder ein Durchmesser des Resonators (204) etwa m x h/2 beträgt, wobei λ die Wellenlänge der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und m eine natürliche Zahl ungleich 0, 1 und 3, insbesondere ein ungerade natürliche Zahl > 3, ist. the thickness of the resonator (204) is approximately nx K / 2, where λ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and n is a natural number not equal to 0, in particular an odd natural number; and or a diameter of the resonator (204) is approximately mxh / 2, where λ is the wavelength of the high-frequency electromagnetic radiation and m is a natural number not equal to 0, 1 and 3, in particular an odd natural number> 3.
6. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Tool module or segment according to one of claims 1 to 5, characterized in that
die den Resonanzraum begrenzenden umfänglichen Wandungen des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses und/oder  the circumferential wall of the housing (202) or part housing and / or bounding the resonance space
die Umfangsseiten des Resonators (204) mit wenigstens einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere aus der Gruppe der Metalle, beschichtet ist, um die hochfrequente elektromagnetische Strahlung in Richtung des Inneren des Resonators (204) zu reflektieren.  the peripheral sides of the resonator (204) are coated with at least one material of high electrical conductivity, in particular from the group of metals, in order to reflect the high-frequency electromagnetic radiation in the direction of the interior of the resonator (204).
7. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Resonator (204) aus Glas und/oder aus mit Glaspartikeln, insbesondere Glasfasern, verstärkten Polymeren gefertigt ist. 7. Tool module or segment according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one resonator (204) made of glass and / or with glass particles, in particular glass fibers, reinforced polymers is made.
8. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein in dem Resonanzraum des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses aufgenommener Resonator (204) an seiner dem zu erwärmenden Formteil (F) zugewandten Seite mit einem hochfrequente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Medium, insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff und/oder Metall, beschichtet (205) ist. 8. Tool module or segment according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one in the resonant space of the housing (202) or part housing resonator (204) at its the molded part to be heated (F) facing side with a high-frequency electromagnetic Radiation is at least partially absorbing medium, in particular based on carbon and / or metal, coated (205).
9. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Resonator (204) unter Freilassung eines Ringspaltes (206) mit Abstand von den den Resonanzraum begrenzenden, umfänglichen Wandungen des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses angeordnet ist. 9. Tool module or segment according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one resonator (204), leaving an annular gap (206) at a distance from the resonance space limiting, circumferential walls of the housing (202) or part housing arranged is.
10. Werkzeugmodul oder -segment nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den umfänglichen Wandungen des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses und dem Resonator (204) angeordnete Ringspalt (206) fluidisch kontaktiert ist, um ein Kühlmedium hindurchzuleiten. 10. Tool module or segment according to claim 9, characterized in that between the circumferential walls of the housing (202) or part of the housing and the resonator (204) arranged annular gap (206) is fluidically contacted to pass a cooling medium.
1 1 . Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Resonanzraum begrenzenden, umfänglichen Wandungen des Gehäuses (202) oder Teilgehäuses an ihrer einem zu erwärmenden Formteil (F) zugewandten Stirnseite mit einer thermischen Isolierlage (208) versehen sind. 1 1. Tool module or segment according to one of claims 1 to 10, characterized in that the resonant space delimiting, circumferential walls of the housing (202) or part housing at its one to be heated molding (F) facing end face with a thermal insulating layer (208) are provided ,
12. Werkzeugmodul oder -segment nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es mit wenigstens einem, Temperatursensor, wie einem Infrarot-Sensor, einem Thermoelement oder dergleichen, ausgestattet ist. 12. Tool module or segment according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that it is equipped with at least one, temperature sensor, such as an infrared sensor, a thermocouple or the like.
13. Formwerkzeug zur Erwärmung von Formteilen (F) mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einem Werkzeug, insbesondere wenigstens einem Oberwerkzeug (2) und wenigstens einem Unterwerkzeug (3), welche zwischen sich einen Formraum (3) zur Aufnahme des Formteils (F) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens ein Werkzeugmodul oder -segment (201 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist. 13. mold for heating moldings (F) with high-frequency electromagnetic radiation, with at least one tool, in particular at least one upper tool (2) and at least one lower tool (3), which between them a mold space (3) for receiving the molded part (F) forming, characterized in that it comprises at least one tool module or segment (201) according to one of the preceding claims.
14. Formwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeug, insbesondere dem Oberwerkzeug (2) und/oder dem Unterwerkzeug (3), eine Mehrzahl an nebeneinander, insbesondere im Wesentlichen in Reihen oder matrixartig in Reihen und Spalten, angeordneten Werkzeugmodulen oder -Segmenten (201 ) zugeordnet ist/sind. 14. Forming tool according to claim 13, characterized in that the tool, in particular the upper tool (2) and / or the lower tool (3), a plurality of side by side, in particular substantially in rows or matrix-like in rows and columns, arranged tool modules or Segments (201) is assigned / are.
15. Formwerkzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter der von den Strahlungsquellen der Werkzeugmodule oder -segmente (201 ) erzeugten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung aus der Gruppe 15. A mold according to claim 13 or 14, characterized in that at least one parameter of the radiation sources of the tool modules or segments (201) generated high-frequency electromagnetic radiation from the group
Amplitude der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung und  Amplitude of high-frequency electromagnetic radiation and
Einwirkungsdauer der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung  Exposure duration of the high-frequency electromagnetic radiation
unabhängig voneinander Steuer- und/oder regelbar sind. independently controllable and / or controllable.
16. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dem wenigstens einen Werkzeugmodul oder -segment (201 ) zugewandte Wandung des Werkzeugs, insbesondere des Oberwerkzeugs (2) und/oder des Unterwerkzeugs (3), 16. Forming tool according to one of claims 13 to 15, characterized in that the at least one tool module or segment (201) facing the wall of the tool, in particular of the upper tool (2) and / or the lower tool (3),
aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung permeablen Material, insbesondere auf der Basis von Keramik oder Polymeren; oder  of a material permeable to high-frequency electromagnetic radiation, in particular based on ceramics or polymers; or
aus einem hochfrequente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Material, insbesondere auf der Basis von Metall, gefertigt ist. from a high-frequency electromagnetic radiation at least partially absorbing material, in particular based on metal, is made.
17. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Formteils (F), indem 17. A process for producing a fiber composite molding (F) by
Fasern mit wenigstens einem Imprägnier-Polymer oder einem aushärtbaren Harz vorimprägniert und die vorimprägnierten Fasern in den Formraum (3) eines Formwerkzeugs überführt werden, in welchem die vorimprägnierten Fasern unter Druck und bei erhöhter Temperatur zu dem Faserverbund-Formteil (F) geformt werden;  Fibers are pre-impregnated with at least one impregnating polymer or thermosetting resin and the prepreg fibers are transferred to the forming space (3) of a mold in which the prepreg fibers are molded under pressure and elevated temperature to the fiber composite molding (F);
oder or
Fasern in den Formraum (3) eines Formwerkzeugs überführt werden, wonach in den Formraum (3) wenigstens ein plastifiziertes Imprägnier-Polymer oder ein flüssiges Harz eingebracht, die Fasern hiermit imprägniert und unter Druck und bei erhöhter Temperatur zu dem Faserverbund-Formteil (F) geformt werden,  Fibers are transferred into the forming space (3) of a molding tool, after which at least one plasticized impregnating polymer or liquid resin is introduced into the molding space (3), the fibers are impregnated therewith and compressed under pressure and at elevated temperature to form the fiber composite molding (F) be shaped
wobei das Imprägnier-Polymer oder das Harz in dem Formraum (3) des Formwerkzeugs mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16 verwendet wird. wherein the impregnating polymer or resin in the mold cavity (3) of the mold is heated by means of high-frequency electromagnetic radiation, characterized in that a mold according to one of claims 13 to 16 is used.
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