WO2019048141A1 - Smc-werkzeug, verfahren zur herstellung eines smc-bauteils und smc-bauteil - Google Patents

Smc-werkzeug, verfahren zur herstellung eines smc-bauteils und smc-bauteil Download PDF

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WO2019048141A1
WO2019048141A1 PCT/EP2018/070826 EP2018070826W WO2019048141A1 WO 2019048141 A1 WO2019048141 A1 WO 2019048141A1 EP 2018070826 W EP2018070826 W EP 2018070826W WO 2019048141 A1 WO2019048141 A1 WO 2019048141A1
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WO
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smc
tool
coupling element
component
axis
Prior art date
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PCT/EP2018/070826
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Andreas Beil
Simon Spitzer
Holger Stute
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/72—Encapsulating inserts having non-encapsulated projections, e.g. extremities or terminal portions of electrical components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs

Definitions

  • SMC tool method for manufacturing an SMC component and SMC
  • the invention relates to an SMC tool, a method for producing an SMC component and an SMC component.
  • SMC components sheet-molding compound components
  • a plate-shaped, dough-like molding compound is first generated, from a non-cured plastic matrix, e.g. a thermoset, and admixed reinforcing fibers.
  • the cut molding compound is placed in a dipping edge tool (SMC tool) and pressed.
  • SMC tool is closed for this purpose, wherein the tool parts of the SMC tool along a closing axis are linearly moved towards each other.
  • the pressure of the SMC tool distributes the molding compound throughout the tool cavity.
  • the tool is opened and the SMC component demolded, i. taken from the tool.
  • the Entformungsachse is usually the same as the closing axis of the SMC tool. After demolding, protruding areas can be separated.
  • the object of the invention is to provide a way in which the integration of coupling elements in an SMC component can be improved in a cost effective and reliable manner.
  • an SMC tool for producing a fiber composite component is specified with a first tool part and a second tool part, which can be fed to one another along a closing axis and enclose a cavity when closed.
  • a Haitervorrichiung projecting into the cavity is provided for positioning a Koppiungseiements with its coupling axis transverse or at an angle to the locking axis of the SMC tool and fixing the coupling element in the cavity.
  • a method for producing an SMC component in which initially at least one coupling element is placed on holding surfaces of a projecting into the cavity of an SMC tool holding device, whereby the coupling element with its Koppiungsachse positioned transversely or at an angle to the closing axis of the SMC tool and is fixed at least transversely to the locking axis.
  • An SMC blank is inserted into the SMC tool.
  • the SMC tool is closed and pressed the SMC blank, wherein the coupling element is held stationary in the closed SMC tool by the holding device and the molding compound, the coupling element circumferentially at least partially flows around.
  • the molding compound is consolidated, the pressing tool is opened and the component removed from the mold.
  • the SMC molding compound includes a non-cured thermoset such as a synthetic resin and fibers embedded therein.
  • the fibers can be, for example, carbon, glass, aramid or basalt fibers. Also, different types of fibers may be embedded together in an SMC molding compound.
  • the fibers preferably have a length of up to 50 mm. New fibers and / or recycled fibers may be used.
  • a high-performance SMC is preferably used, in which on the one hand carbon fibers are used and on the other hand a high fiber volume content is produced in the composite.
  • the fiber content in the composite is preferably not more than 70 percent by mass.
  • the coupling element is a body, preferably a metal body, on or in which a coupling section extends along a coupling axis.
  • the Kopplungsabschniit serves to attach to the finished component another component or Anbautetl, eg rob by Versch.
  • the coupling portion may be formed, for example, in the form of an internal or external thread, a blind hole or a pin-shaped portion.
  • the coupling axis can accordingly be formed, for example, by the thread axis or the longitudinal axis of the pin or blind hole.
  • the coupling element is positively integrated into the fiber-reinforced plastic of the SMC component and for this purpose at least partially surrounded by the molding compound. In order to ensure a positive connection in all loading directions, the coupling element can be structured on its outer surface, for example correspondingly.
  • the coupling element is a sleeve-shaped stainless steel part with internal thread.
  • the coupling element is arranged with its coupling axis transversely or at an angle to the closing axis of the tool and thus transversely or at an angle to the Entformungsachse of the component.
  • the coupling axis of the coupling element can be arbitrarily inclined relative to the locking axis or Entformungsachse, for example in a range of 1 degree to 90 degrees, particularly preferably the Koppiungselement
  • introduced with a strong inclination relative to the locking axis or Entformungsachse for example with a slope in a range of 39 degrees to 90 degrees.
  • coupling elements can also be integrated into the SMC component whose coupling axes extend parallel to the closing axis of the tool or the demolding axis of the component.
  • the holding device is formed by a holder, which protrudes from the first tool part in the direction of Schi manacbse in the cavity and a counter-holder, which protrudes from the second tool part in the direction of the locking axis in the cavity.
  • the coupling element is fixed by the closing movement of the pressing tool between the holder, on the holding surfaces it rests, and the counter-holder, which is lowered onto the coupling element.
  • the holder is formed by holding elements, which are spaced from each other and the counter-holder is formed in the form of a holding web, which - viewed along the closing axis of the SMC tool - is arranged between the holding elements.
  • the holding device allows a particularly secure fixation and stabilization of the coupling element in the cavity.
  • the holding device is formed by interchangeable inserts.
  • the inserts can be designed, for example, as a plug connection and be insertable into corresponding recesses in the tool parts, it being possible for additional fixing to be provided, for example, by a screw connection.
  • an exposed connection surface of the coupling element can be achieved in a particularly simple manner by positioning the coupling element adjacent to a tool wall bounding the cavity by the holder device with a connection surface. This reliably prevents the SMC compound from covering the connection surface during the pressing process. Rework is reduced.
  • the coupling element can also be positioned by the holding device with two attachment surfaces adjacent to the tool wall.
  • a connection surface can already be sealed against the tool wall of the lower tool when the coupling element is being inserted, and a second connection surface can be sealed first by closing the tool.
  • the upper tool when closing press against the connection surface of the Kopplungselemenis and this against ingress of.
  • Seal matrix material softer against the coupling element in the area of the upper tool, a plastic tool insert, such as PEEK, reduce or prevent wear due to friction of the upper tool on the coupling element.
  • the invention provides an SMC component having at least one coupling element integrated in a form-fitting manner in the fiber composite plastic, wherein the coupling axis of the coupling element is aligned transversely or at an angle to a demolding axis of the SMC component.
  • the Entformungsachse of the SMC component is perpendicular to a parting plane of the same.
  • the parting plane of the SMC component can be recognized by means of a separating seam which extends along the interface of the two tool parts of the SMC tool is created and which is perpendicular to the closing axis of the tool.
  • the SMC component can be manufactured using the method described above and the SMC tool described above.
  • the method and tool are particularly suitable for producing highly stressed components.
  • the component may be a structural component of a motor vehicle, in particular a passenger car.
  • More than one coupling element can be integrated in the component, with the coupling axes of the individual coupling elements not having to run parallel to one another.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary SMC tool in a sectional view
  • Figure 2 is a perspective detail view of an exemplary holder device
  • FIG. 3 shows an exemplary SMC component produced with the SMC tool from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a section of an SMC tool in a sectional view.
  • the SMC tool 1 includes a first tool part 2 and a second one
  • Tool part 3 which in the closed state, shown in Figure 1, enclose a cavity 4 as a mold.
  • the tool shape forms the outer contour of a fiber-reinforced component to be produced.
  • a (not shown) molding compound in the form of a cut SMC semi-finished in the opened SMC tool inserted closing the SMC tool he ⁇ follows by a linear feed movement of the tool parts 2, 3 along a locking axis S. , whereby pressure is exerted on the SMC semi-finished product and this is distributed in the mold and the cavity 4 fills.
  • the molding compound is consolidated in the closed mold 1.
  • the SMC tool 1 is opened by moving apart of the tool parts 2, 3 against the closing direction and the fiber-reinforced component can be removed.
  • the removal of the component takes place in the direction of the closing axis S, ie the Entformungsachse E ( Figure 3) corresponds to the locking axis S.
  • the holding device 10 serves to position and fix a coupling element 20, which is to be integrated directly into the molding compound during the production of the SMC component, during the pressing process.
  • the holding device 10 is formed by a holder 1 1 in the first tool part 2 and a counter-holder 12 in the second tool part 3.
  • Holder 1 1 and counter-holder 12 are matched to one another such that the Koppiungsele- ment 20 is fixed at a closed tool 1 between the retaining surfaces of the holder 1 1 and the support surface of the counter-holder 12 in a predetermined position.
  • holder 1 1 and counterholder 12 prevent the coupling element 20 from moving within the mold during the pressing operation.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the holding device 10 from FIG. 1 in a perspective view.
  • the holder 1 which protrudes from the first tool part 2, includes four holding elements in the form of webs, which are arranged along the axis of the closing direction and of which three webs 13, 14, 15 are visible in Figure 2. At their free ends, the webs each have holding surfaces, of which three retaining surfaces 16, 17, 18 can be seen in Figure 1.
  • the holding surfaces are formed according to the contour of the male coupling element 20, so that the coupling element 20, when it is placed on the Haite inhabit is positively received and is fixed transversely to the locking axis S or Entformungsachse.
  • the web-shaped counter-holder 12 When lowering the second tool part 3 in the context of the Schi manbe- weighing the SMC tool 1, the web-shaped counter-holder 12 is lowered from above onto the coupling element 20 and fixes this in the closing direction on the holder 11th
  • the holding surface 19 of the counter-holder 12, which comes into contact with the coupling element 20, may preferably also be designed in accordance with the contour of the coupling element 20, whereby an additional positive-locking fixation is provided.
  • the coupling element 20 of Figure 2 is designed as a stainless steel part as a sleeve-shaped insert with internal thread 22.
  • the coupling element 20, for torsion-proof fixation in the component and in the adhesive device 10, has three sections 11, 23, 24, 25 with a hexagonal contour which attack the retaining surfaces of the holder and counter-holder.
  • the coupling element 20 is arranged with its coupling axis K, which is given by the axis of the internal thread, transversely to the closing axis S or Entformungsachse E.
  • the webs forming the holder are preferably spaced from each other, wherein each two webs 12 and 14 and 13 and the non-visible fourth web support an end portion of the coupling element.
  • the counter-holder is - viewed in the direction of the closing axis - arranged between the webs and comes into contact with a central portion of the Kopplungselernents. This arrangement of the holder 1 1 and the counter-holder 12 ensures a particularly stable and secure fixing of the coupling element 20th
  • the molding compound also flows around the coupling member 20 and the retainer 10.
  • the webs which form the holder or the counter-holder, extend in the direction of the closing axis S and taper towards their end.
  • the counter-holder 12 with the second tool part 3 is moved upwards.
  • the component with the coupling element 20 integrated therein can then be removed upwards out of the SMC tool.
  • FIG. 3 shows a detail of an SMC component 30 in the form of a body structural component with integrated coupling elements which are arranged transversely to the unfolding direction. Due to the holding device used In the tool, the coupling element 20 is circumferentially not completely enclosed by fiber-reinforced plastic, but there remain recesses 31 to 34, where the holding device 10 was located during component manufacture. In the illustrated component portion, two coupling elements are integrated, with only one coupling element is visible, the position of the second Koppiungselements is indicated by the recesses 31 A to 34 A.
  • the position and position of the holding device 10 is u.a. chosen such that the resulting recesses 31 to 34 and 31 A to 34 A in the component 30 cause no appreciable component weakening.
  • connection surface 26 of the coupling element 20 is exposed and essentially flush with a surface 36 of the component.
  • the holder 1 1 in the SMC tool is preferably designed such that the coupling element 20 abuts when resting on the holding surfaces with its Anitatisfikiee 26 on an inner wall of the SMC tool 1.
  • a coupling element can be used, which allows coupling to two opposite sides.
  • the coupling element can be designed as a threaded bush with a continuous thread, so that a connection of other components of both end faces of the Koppiungselements is possible.
  • the second An effetsfiumblee can Tooled present as exposed to ⁇ itatisfikiee.
  • This can be realized, for example, in that the upper tool 3, which passes by the closing element 20 on closing, passes precisely past its end face, whereby the Kopplungseiement is pressed against the mold wall and sealed.
  • a plastic tool insert for example PEEK be provided.
  • the holder 1 1 and the holding device 12 may be designed as interchangeable inserts, which are temporarily fastened in the tool parts via fastening devices, not shown. This allows the use of different holding devices in a tool and thus an additional variation of the type and number of integrated in the component coupling elements 20th
  • the method and tool enable the easy integration of coupling elements transversely or at an angle to the demolding axis of SMC components and are particularly suitable for the production of structural components of a motor vehicle, e.g. a gutter, a cowl, other body parts or suspension components, which can be manufactured in the SMC process.
  • the embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible.
  • more than one coupling element is integrated in the component. wherein individual of the coupling elements may well be arranged in Entformungscardi of the component.
  • the tool can also have a plurality of holding devices in order to be able to integrate a plurality of coupling elements into the SMC component as described above.
  • the holding device can be designed to position the coupling element also at an angle to the demolding direction or to the axis of the closing movement of the tool, wherein in principle any angle between 0 degrees and 90 degrees is conceivable. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Die Erfindung betrifft SMC-Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils mit zwei Werkzeugteilen (2, 3), die entlang einer Schließachse (S) aufeinander zustellbar sind und die im geschlossenen Zustand eine Kavität (4) umschließen, wobei eine in die Kavität (4) hineinragende Haltervorrichtung (10) vorgesehen ist zur Positionierung eines Kopplungselements (20) mit seiner Kopplungsachse (K) quer oder winklig zur Schließachse (S) des SMC- Werkzeugs und zur Fixierung des Kopplungselements (20) in der Kavität (4). Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils und ein SMC-Bauteil angegeben.

Description

Beschreibung
SMC-Werkzeug, Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils und SMC-
Bauteil
Die Erfindung betrifft ein SMC-Werkzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils sowie ein SMC-Bauteil.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Fahrzeugstrukturbauteile als Sheet-Moulding-Compound Bauteile (SMC-Bauteile) herzustellen. Hierzu wird zunächst eine plattenformige, teigartige Pressmasse generiert, aus einer nicht ausgehärteten Kunststoffmatrix, z.B. einem Duroplast, und beigemischten Verstärkungsfasern.
Die zugeschnittene Pressmasse wird in ein Tauchkantenwerkzeug (SMC- Werkzeug) eingelegt und verpresst. Das SMC-Werkzeug wird hierzu geschlossen, wobei die Werkzeugteile des SMC-Werkzeugs entlang einer Schließachse linear aufeinander zubewegt werden. Durch den Druck des SMC-Werkzeugs verteilt sich die Pressmasse in der gesamten Werkzeug- kavität. Nach dem Aushärten der Matrix wird das Werkzeug geöffnet und das SMC-Bauteil entformt, d.h. dem Werkzeug entnommen. Die Entformungsachse stimmt dabei üblicherweise mit der Schließachse des SMC-Werkzeugs überein. Nach dem Entformen können überstehende Bereiche abgetrennt werden.
Oftmals ist es wünschenswert, an den SMC-Bauteilen weitere Bauteile anbinden zu können. Während bei Metallbauteilen das Einschneiden von Gewinden eine Möglichkeit darstellt, ist dies materialbedingt bei SMC-Bauteilen nicht ohne weiteres möglich. Daher greift man auf Kopplungselemente zurück, die bereits bei der Herstellung der SMC-Bauteile oder später in diese integriert werden. Beispielsweise ist es bekannt, die Kopplungselemente einzukleben. Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Verfahrensschritt. Auch ist die mechanische Belastbarkeit und Haltbarkeit derartiger Klebeverbindungen beschränkt.
Weiterhin ist es bekannt, Kopplungselemente in Form von Gewindebuchsen bereits bei der Herstellung in das SMC-Bauteil zu integrieren. Hierzu werden die Gewindebuchsen auf Stifte aufgesteckt, die in die Werkzeugkavität hineinragen. Beim Pressvorgang fließt die SMC-Pressmasse um die Gewindebuchsen herum und umschließt diese. Durch eine z.B. mit Rücksprüngen versehene Außenkontur sind die Gewindebuchsen nach der Konsolidierung des Matrixwerkstoffs in das SMC-Bauteil formschlüssig eingebunden. Beim Öffnen des SMC-Werkzeugs bzw. beim Entformen des SMC-Bauteils müssen die Stifte aus den Gewindebuchsen herausgezogen werden. Daher können solche Gewindebuchsen bislang lediglich so in SMG-Bauteile integriert werden, dass ihre Gewinde parallel zur Richtung der Schließachse bzw. der Entformungsachse verlaufen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit anzugeben, wie die Integration von Kopplungselementen in ein SMC-Bauteil auf kostengünstige und zuverlässige Art und Weise verbessert werden kann.
Gelöst wird dies durch ein SMC-Werkzeug nach Patentanspruch 1 , ein Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils nach Patentanspruch 5 und ein SMC-Bauteil nach Patentanspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein SMC-Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils angegeben mit einem ersten Werkzeugteil und einem zweiten Werkzeugteil, die entlang einer Schließachse aufeinander zustellbar sind und im geschlossenen Zustand eine Kavität umschließen. Es ist eine in die Kavi- tät hineinragende Haitervorrichiung vorgesehen zur Positionierung eines Koppiungseiements mit seiner Kopplungsachse quer oder winklig zur Schließachse des SMC-Werkzeugs und Fixierung des Kopplungselements in der Kavität.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils angegeben, bei dem zunächst wenigstens ein Kopplungselement auf Halteflächen einer in die Kavität eines SMC-Werkzeugs hineinragenden Haltevorrichtung eingelegt wird, wodurch das Kopplungselement mit seiner Koppiungsachse quer oder winklig zur Schließachse des SMC-Werkzeugs positioniert und zumindest quer zur Schließachse fixiert wird. Es wird ein SMC-Zuschnitt in das SMC-Werkzeug eingebracht. Das SMC-Werkzeug wird geschlossen und der SMC-Zuschnitt verpresst, wobei das Kopplungselement im geschlossenen SMC-Werkzeug durch die Haltevorrichtung ortsfest gehalten wird und die Pressmasse das Kopplungselement umfangsseitig zumindest teilweise umfließt. Die Pressmasse wird konsolidiert, das Presswerkzeug geöffnet und das Bauteil entformt.
Die SMC-Pressmasse beinhaltet einen nicht ausgehärteten Duroplasten, wie z.B. ein Kunstharz, sowie darin eingebettete Fasern. Die Fasern können beispielsweise Carbon-, Glas-, Ararnid- oder Basaltfasern sein. Es können auch verschiedene Faserarten gemeinsam in einer SMC-Pressmasse eingebettet sein. Die Fasern weisen vorzugsweise eine Länge von bis zu 50 mm auf. Es können neue Fasern und/oder recycelte Fasern verwendet werden. Um die Anforderungen an Strukturbauteile im Fahrzeugbau zu erfüllen, kommt vorzugsweise ein Hochleistungs-SMC zum Einsatz, bei dem einerseits Kohlen- stofffasern verwendet werden und zum anderen ein hoher Faservolumengehalt im Verbund erzeugt wird. Vorzugsweise beträgt der Faseranteil im Verbund jedoch maximal 70 Masseprozent. Bei dem Kopplungselement handelt es sich um einen Körper, vorzugsweise einen Metalikörper, an dem oder in dem sich ein Kopplungsabschniit entlang einer Kopplungsachse erstreckt. Der Kopplungsabschniit dient dazu, am fertigen Bauteil ein weiteres Bauteil oder ein Anbautetl zu befestigen, z.B. durch Versch rauben. Der Kopplungsabschnitt kann beispielsweise in Form eines Innen- oder Außengewindes, eines Sacklochs oder eines stifttörmigen Abschnitts ausgebildet sein. Die Kopplungsachse kann dementsprechend z.B. durch die Gewindeachse oder die Längsachse des Stifts oder Sacklochs gebildet sein. Das Kopplungselement wird formschlüssig in den faserverstärkten Kunststoff des SMC-Bauteils integriert und hierzu zumindest teilweise von der Pressmasse umflossen. Um einen Formschluss in alle Belastungsrichtungen zu gewährleisten, kann das Kopplungselement an seiner Außenfläche beispielsweise entsprechend strukturiert sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Kopplungselement um ein hülsenför- miges Edelstahlteil mit Innengewinde.
Erfindungsgemäß wird das Kopplungselement mit seiner Kopplungsachse quer oder winklig zur Schließachse des Werkzeugs und damit quer oder winklig zur Entformungsachse des Bauteils angeordnet. Dies ermöglicht neue Gestaltungsfreiräume bei der Anfeindung von Bauteilen, wie z.B. Karosserieteilen, oder Anbauteilen, wie Sensoren o.a. Die Kopplungsachse des Kopplungselements kann beliebig gegenüber der Schließachse oder Entformungsachse geneigt sein, beispielsweise in einem Bereich von 1 Grad bis 90 Grad, besonders bevorzugt wird das Koppiungselement jedoch mit einer starken Neigung gegenüber der Schließachse bzw. Entformungsachse eingebracht, z.B. mit einer Neigung in einem Bereich von 39 Grad bis 90 Grad. Darüber hinaus können auch Kopplungselemente mit in das SMC-Bauteil integriert sind, deren Kopplungsachsen parallel zur Schließachse des Werkzeugs oder der Entformungsachse des Bauteils verlaufen. Bevorzugt wird die Haltevorrichtung gebildet durch einen Halter, der vom ersten Werkzeugteil in Richtung der Schiießacbse in die Kavität hineinragt und einen Gegenhalter, der vom zweiten Werkzeugteil in Richtung der Schließachse in die Kavität hineinragt. Indem sowohl Halter als auch Gegenhalter entlang der Schließachse des SMC-Werkzeugs ausgerichtet sind, ist die problemlose Entformung des faserverstärkten Bauteils gewährleistet. Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung eine einfache und kostengünstige Realisierung des SMC-Werkzeugs, da auf aufwendige Schieber oder ähnliches verzichtet werden kann.
Vorzugsweise wird das Kopplungselement durch die Schließbewegung des Presswerkzeugs zwischen dem Halter, auf dessen Halteflächen es aufliegt, und dem Gegenhalter, der auf das Kopplungselement abgesenkt wird, fixiert.
Vorzugsweise wird der Halter von Halteelementen gebildet, die voneinander beabstandet sind und der Gegenhalter ist in Form eines Haltestegs ausgebildet, der - entlang der Schließachse des SMC-Werkzeugs betrachtet - zwischen den Halteelementen angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung der Haltevorrichtung ermöglicht eine besonders sichere Fixierung und Stabilisierung des Kopplungselements in der Kavität.
Zur Variation der Art und Anzahl der in das Bauteil eingebundenen Kopplungselemente kann es vorteilhaft sein, wenn die Haltevorrichtung durch auswechselbare Einsätze gebildet wird. Die Einsätze können beispielsweise als Steckverbindung konzipiert sein und in entsprechende Aussparungen in die Werkzeugteile einsetzbar sein, wobei ggf. eine zusätzliche Fixierung z.B. durch eine Schraubverbindung vorgesehen sein kann. Eine freiliegende Anbindungsfläche des Kopplungselements lässt sich in einer Ausgestaltung der Erfindung auf besonders einfache Weise dadurch erzielen, dass das Kopplungselement durch die Haltervorrichtung mit einer Anbindungsfläche angrenzend an eine die Kavität begrenzende Werkzeugwandung positioniert wird. So wird zuverlässig verhindert, dass SMC-Press- masse während des Pressvorgangs die Anbindungsfläche bedeckt. Nacharbeit wird verringert. Wird ein Kopplungselement verwendet» das eine Anbin- dung von beiden Stirnseiten aus ermöglicht, wie beispielsweise eine Gewindebuchse mit durchgehenden Gewinde, so kann das Kopplungselement durch die Haltevorrichtung auch mit beiden Anbindungsflächen angrenzend an die Werkzeugwandung positioniert sein. So .kann z.B. eine Anbindungsfläche bereits beim Einlegen des Kopplungselemenis gegen die Werkzeugwandung des Unterwerkzeugs abgedichtet werden und eine zweite Anbindungsfläche erste durch Schließen des Werkzeugs. Beispielsweise kann das Oberwerkzeug beim Schließen gegen die Anbindungsfläche des Kopplungselemenis drücken und diese gegen ein Eindringen von. Matrixwerkstoff abdichten, im Bereich des Oberwerkzeugs, weicher gegen das Kopplungselement drückt, kann ein Werkzeugeinsatz aus Kunststoff, z.B. PEEK, einen Verschleiß durch Reibung des Oberwerkzeugs am Kopplungselement reduzieren bzw. verhindern.
Durch die Erfindung wird ein SMC-Bauteil mit mindestens einem in den Faserverbundkunststoff formschlüssig integrierten Kopplungselements bereitgestellt, wobei die Kopplungsachse des Kopplungselements quer oder winklig zu einer Entformungsachse des SMC-Bauteils ausgerichtet ist.
Die Entformungsachse des SMC-Bauteils liegt senkrecht zu einer Trennebene desselben. Die Trennebene des SMC-Bauteils ist anhand einer Trennnaht zu erkennen, die entlang der Grenzfläche der beiden Werkzeugteile des SMC-Werkzeugs entsteht und die senkrecht zur Schließachse des Werkzeugs liegt.
Das SMC-Bauteil kann insbesondere mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren und dem voranstehend beschriebenen SMC-Werkzeug hergestellt werden. Das Verfahren und Werkzeug eignet sich besonders zur Herstellung hochbelasteter Bauteile, So kann in einer Ausgestaltung das Bauteil ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs sein, insbesondere eines PKW.
In dem Bauteil können mehr als nur ein Koppiungseleement integriert sein, wobei die Kopplungsachsen der einzelnen Kopplungselemente nicht parallel zueinander verlaufen müssen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich anhand der Zeichnung und im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften SMC-Werkzeugs in einer Schnittansicht,
Figur 2 eine perspektivische Detailansicht einer beispielhaften Haltervorrichtung und
Figur 3 ein beispielhaftes mit dem SMC-Werkzeug aus Figur 1 hergestelltes SMC-Bauteil. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines SMC-Werkzeugs in einer Schnittansicht. Das SMC-Werkzeug 1 beinhaltet ein erstes Werkzeugteil 2 und ein zweites
Werkzeugteil 3, welche im geschlossenen Zustand, dargestellt in Figur 1 , als Werkzeugform eine Kavität 4 umschließen. Die Werkzeugform bildet die äußere Kontur eines herzustellenden faserverstärkten Bauteils ab.
Zur Herstellung eines faserverstärkten SMG-Baüteiis wird eine (nicht dargestellte) Pressmasse in Form eines zugeschnittenen SMC-Halbzeugs in das geöffnete SMC-Werkzeug eingelegt Das Schließen des SMC-Werkzeugs er¬ folgt durch eine lineare Zustellbewegung der Werkzeugteile 2, 3 entlang einer Schließachse S, wodurch Druck auf das SMC-Halbzeug ausgeübt wird und sich dieses in der Werkzeugform verteilt und die Kavität 4 ausfüllt. Die Pressmasse wird im geschlossenen Werkzeug 1 konsolidiert. Danach wird das SMC-Werkzeug 1 durch Auseinanderfahren der Werkzeugteile 2, 3 entgegen der Schließrichtung geöffnet und das faserverstärkte Bauteil kann entnommen werden. Die Entnahme des Bauteils erfolgt in Richtung der Schließachse S, d.h. die Entformungsachse E (Figur 3) entspricht der Schließachse S.
Von der die Kavität 4 begrenzenden Innenwandung der Werkzeugteile 2, 3 ragt eine Haltevorrichtung 10 in die Kavität 4 hinein. Die Haltevorrichtung 10 dient dazu, ein Kopplungselement 20, welches bei der Herstellung des SMC- Bauteils direkt mit in die Pressmasse integriert werden soll, während des Pressvorgangs zu positionieren und zu fixieren.
Die Haltevorrichtung 10 ist durch einen Halter 1 1 im ersten Werkzeugteil 2 und einen Gegenhalter 12 im zweiten Werkzeugteil 3 gebildet. Halter 1 1 und Gegenhalter 12 sind derart aufeinander abgestimmt, dass das Koppiungsele- ment 20 bei geschlossenem Werkzeug 1 zwischen den Halteflächen des Halters 1 1 und der Haltefläche des Gegenhalters 12 in vorgegebener Position fixiert wird.
Insbesondere verhindern Halter 1 1 und Gegenhalter 12, dass sich das Kopplungselement 20 während des Pressvorgangs innerhalb der Werkzeugform bewegen kann.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Halte Vorrichtung 10 aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der Halter 1 1 , welche aus dem ersten Werkzeugteil 2 vorsteht, beinhaltet vier Halteelemente in Form von Stegen, die entlang der Achse der Schließrichtung angeordnet sind und von denen drei Stege 13, 14, 15 in Figur 2 sichtbar sind. An ihren freien Enden weisen die Stege jeweils Halteflächen auf, von denen drei Halteflächen 16., 17, 18 in Figur 1 erkennbar sind. Die Halteflächen sind entsprechend der Kontur des aufzunehmenden Kopplungselementes 20 ausgeformt, so dass das Kopplungselement 20, wenn es auf die Haiteflächen aufgelegt wird, formschlüssig aufgenommen wird und quer zur Schließachse S bzw. Entformungsachse fixiert ist. Beim Absenken des zweiten Werkzeugteils 3 im Rahmen der Schiießbe- wogung des SMC-Werkzeugs 1 wird der stegförmige Gegenhalter 12 von oben auf das Kopplungselement 20 abgesenkt und fixiert dieses in Schließrichtung am Halter 11 . Die Haltefläche 19 des Gegenhalters 12, welche mit dem Kopplungselement 20 in Kontakt kommt, kann vorzugsweise ebenfalls entsprechend der Kontur des Kopplungselements 20 ausgestaltet sein, wodurch eine zusätzliche formschlüssige Fixierung bereitgestellt wird.
Das Kopplungselement 20 aus Figur 2 ist als Edelstahiteil als hülsenförmiger Einsatz mit Innengewinde 22 ausgebildet. Umfangssertig weist das Kopp- lungseiement 20 zur verdrehsicheren Fixierung im Bauteil und in der Haftevorrichtung 10 drei Abschnitte 23, 24, 25 mit sechskantiger Kontur auf, an denen die Halteflächen des Halters und Gegenhalters angreifen. Das Kopplungselement 20 wird mit seiner Kopplungsachse K, die durch die Achse des Innengewindes gegeben ist, quer zur Schließachse S bzw. Entformungsachse E angeordnet.
Wie aus Figur 2 zu erkennen, sind die den Halter bildenden Stege vorzugsweise beabstandet zueinander ausgebildet, wobei jeweils zwei Stege 12 und 14 bzw. 13 und der nicht sichtbare vierte Steg einen Endabschnitt des Kopplungselements abstützen. Der Gegenhalter ist - in Richtung der Schließ- achse betrachtet - zwischen den Stegen angeordnet und kommt mit einem mittleren Abschnitt des Kopplungselernents in Kontakt. Diese Anordnung des Halters 1 1 und des Gegenhalters 12 sorgt für eine besonders stabile und sichere Fixierung des Kopplungselements 20.
Beim Verpressen der SMC-Pressmasse im SMC-Werkzeug 1 fließt die
Pressmasse in freie Abschnitte der Kavität 4 und füllt diese. Die Pressmasse fließt auch um das Kopplungselement 20 und die Haltevorrichtung 10 herum. Um eine einfache Entformung des Bauteils nach der Konsolidierung sicherzustellen, erstrecken sich die Stege, welche den Halter bzw. den Gegenhalter bilden., in Richtung der Schließachse S und verjüngen sich zu ihrem Ende hin.
Wird das SMC-Werkzeug 1 nach der Konsolidierung der Pressmasse geöffnet, so wird der Gegenhalter 12 mit dem zweiten Werkzeugteil 3 nach oben bewegt. Das Bauteil mit dem darin integrierten Kopplungselement 20 kann dann nach oben aus dem SMC-Werkzeug entnommen werden,.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines SMC-Bauteils 30 in Form eines Karosserie-Strukturbauteils mit integrierten Kopplungselementen, die quer zur Entfor- rnungsrichtung angeordnet sind. Aufgrund der verwendeten Haltevorrichtung im Werkzeug wird das Kopplungselement 20 umfangsseitig nicht vollständig von faserverstärktem Kunststoff umschlossen, sondern es verbleiben Aussparungen 31 bis 34, wo sich während der Bauteilherstellung die Haltevorrichtung 10 befand. In dem dargestellten Bauteilabschnitt sind zwei Kopplungselemente integriert, wobei nur ein Kopplungselement sichtbar ist, die Lage des zweiten Koppiungselements wird durch die Aussparungen 31 A bis 34A angezeigt.
Die Position und Lage der Haltevorrichtung 10 wird u.a. derart gewählt, dass die resultierenden Aussparungen 31 bis 34 bzw. 31 A bis 34A im Bauteil 30 keine nennenswerte Bauteilschwächung bewirken.
Wie in Figur 3 zu erkennen, liegt eine Anbindungsfiäche 26 des Kopplungselementes 20 frei und im Wesentlichen bündig mit einer Oberfläche 36 des Bauteils. Um dies sicherzustellen, ist die Halterung 1 1 im SMC-Werkzeug vorzugsweise derart gestaltet, dass das Kopplungselement 20 bei Auflage auf die Halteflächen mit seiner Anbindungsfiäche 26 an einer Innenwandung des SMC-Werkzeugs 1 anliegt.
Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kann selbstverständlich auch ein Kopplungselement verwendet werden, welches eine Kopplung an zwei einander abgewandten Seiten ermöglicht. Beispielsweise kann das Kopplungselement als Gewindebuchse mit einem durchgehenden Gewinde ausgestaltet sein, so dass eine Anbindung weiterer Bauteile von beiden Stirnseiten des Koppiungselements möglich ist.
Auch die zweite Anbindungsfiäche kann werkzeugfallend als freiliegende An¬ bindungsfiäche vorliegen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Oberwerkzeug 3, welches beim Schließen am Koppiungsele- ment 20 vorbeifährt, passgenau an dessen Stirnfläche vorbeifährt, wodurch das Kopplungseiement gegen die Werkzeugwandung gedrückt und abgedichtet wird. Um den Verschleiß beim Schließen und Öffnen zu reduzieren, kann in dem Bereich des Werkzeugs, weicher mit dem Kopplungselement in Kontakt kommt, beispielsweise ein Werkzeugeinsatz aus Kunststoff, z.B. PEEK vorgesehen sein.
Wie in Figur 1 zu erkennen, können der Halter 1 1 und die Haltevorrichtung 12 als auswechselbare Einsätze konzipiert sein, die über nicht dargestellte Befestigungsvorrichtungen vorübergehend in den Werkzeugteilen befestigbar sind. Dies ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Haltevorrichtungen in einem Werkzeug und damit eine zusätzliche Variation von Art und Anzahl der in das Bauteil integrierten Kopplungselemente 20.
Das Verfahren und das Werkzeug ermöglichen die einfache Integration von Kopplungselementen quer oder winklig zur Entformungsachse von SMC- Bauteilen und eignen sich insbesondere zur Herstellung von Strukturbauteilen eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. einer Wasserrinne, eines Windlaufs, anderer Karosseriebauteile oder Fahrwerksbauteile, welche im SMC-Verfahren gefertigt werden können.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Insbesondere ist es möglich, dass in dem Bauteil mehr als nur ein Kopplungselement integriert ist. wobei einzelne der Kopplungselemente durchaus auch in Entformungsrichtung des Bauteils angeordnet sein können. Das Werkzeug kann selbstverständlich auch mehrerer Haltevorrichtungen aufweisen, um mehrere Kopplungselemente wie voranstehend beschrieben in das SMC-Bauteil integrieren zu können. Die Haltevorrichtung kann ausgebildet sein, um das Kopplungselement auch winklig zur Entformungsrichtung bzw. zur Achse der Schließbewegung des Werkzeugs zu positionieren, wobei grundsätzlich jeder Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad denkbar ist. Bezugszeichenliste
1 SMC-Werkzeug
2 erstes Werkzeugteil
3 zweites Werkzeugteil
4 Kavrtät
10 Haltevorrichtung
20 Kopplungselement
1 1 Harter
12 Gegenhalter
13, 14, 15 Stege
16, 1 7, 18, 19 Halteflächen
22 Innengewinde
23, 24, 25 Abschnitte des Kopplungselements
26 Anbindungsfläche
30 SMC-Bauteil
36 Bauteiloberfläche
31 bis 34,
31 A bis 34A Aussparungen
E Entformungsachse
K Kopplungsachse
S Schließachse

Claims

Patentansprüche
1 . SMC-WerkzGug zur Herstellung eines Faserverbund- Bauteils mit :
zwei Werkzeugteilen (2, 3), die entlang einer Schließachse (S) aufeinander zustellbar sind und die im geschlossenen Zustand eine Kavität (4) umschließen, wobei
eine in die Kavität (4) hineinragende Haftervorrichtung (10) vorgesehen ist zur Positionierung eines Kopplungselements (20) mit seiner Kopplungsachse
(K) quer oder winklig zur Schließachse (S) des SMC-Werkzeugs und zur Fixierung des Kopplungselements (20) in der Kavität (4).
2. SMC-Werkzeug nach Patentanspruch 1 ,
wobei die Haitevorrichtung (10) gebildet wird durch
einen Halter (1 1 ), der vom ersten Werkzeugieil (2) in die Kavität (4) hineinragt und
einen Gegenhalier (12), der vom zweiten Werkzeugteil (3) in Schließrichtung in die Kavität hineinragt
3. SMC-Werkzeug nach Patentanspruch 2,
bei dem
der Halter (1 1 ) von Halteelementen (13, 14, 15) gebildet wird, die voneinander beabstandet sind und
der Gegenhalter (12) in Form eines Haltestegs ausgebildet ist, der - entlang der Schließachse (S) des SMC-Werkzeugs betrachtet - zwischen den Halteelementen (13, 14, 15) angeordnet ist.
4. SMC-Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
bei dem die Haitevorrichtung (10) durch auswechselbare Einsätze gebildet wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines SMC-Bauteils mit den Schritten:
Einlegen wenigstens eines Kopplungselements (20) auf Haitefiächen (16, 17, 18} einer in die Kavität (4) eines SMC-Werkzeugs (1 ) hineinragenden Halte- Vorrichtung (10), wodurch das Kopplungselement {20) mit seiner Kopplungsachse (K) quer oder 'winklig zur Schiießachse (S) des SMC-Werkzeugs (1 ) positioniert und zumindest quer zur Schließachse (S) fixiert wird,
Einbringen eines SMC-Zuschnitts in das SMC-Werkzeug (1 ),
Schließen des SMC-Werkzeugs (1 ) und Verprassen des SMC-Zuschnitts, wobei das Koppiungseiement (20) im geschlossenen SMC-Werkzeug durch die Haitevorrichtung (10) ortsfest gehalten wird und die Pressmasse das Koppiungseiement (20) umfangsseitig zumindest teilweise umfließt,
Konsolidieren der Pressmasse,
Öffnen des SMC-Werkzeugs (1 ) und
Entformen des SMC-Bauteils (30).
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, bei dem
das Kopplungselement (20) durch die Schließbewegung des SMC-Werkzeugs zwischen einem Halter (1 1 ) der Haltevorrichtung (10), auf dessen Haitefiächen (16, 17, 18) es aufliegt, und einem Gegenhalter (12) der Haltevorrichtung (10), der auf das Kopplungselement (20) abgesenkt wird, fixiert wird.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 5 oder 6,
bei dem das Kopplungselement (20) durch die HaltervoTichtung (10) mit ei ner Anbindungsfläche (26) angrenzend an eine die Kavität begrenzende Werkzeugwandung positioniert wird.
8. SMC-Bauteil (30) mit mindestens einem in den Faserverbundkunststoff formschlüssig integrierten Kopplungselement (20), wobei die Kopplungsachse (K) des Kopplungselements (20) quer oder winklig zu einer Entforrnungsachse (E) des SMC-Bauteils (30) ausgerichtet ist.
9. SMC-Bauteil nach Patentanspruch 8, das mit einem Werkzeug nach einem der Patentansprüche 4 bis 7 ausgebildet wurde, wodurch das Kopplungselement (20) umfangsseitig nur teilweise von faserverstärktem Kunststoff umgeben ist.
10. SMC-Bauteil nach Patentanspruch 8 oder 9,
das ein Strukturbauteil eines Fahrzeugs ist.
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