DE102010041179B4

DE102010041179B4 - Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus Fasermaterial

Info

Publication number: DE102010041179B4
Application number: DE102010041179.5A
Authority: DE
Inventors: Joerg Theinert; Horst Mai; Falko Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2030-09-23
Also published as: DE102010041179A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Fasermaterial enthaltenden Vorformlings, mit folgenden Schritten: • Bereitstellen einer Fasermatte, die aus mehreren Fasermaterial enthaltenden Lagen besteht, • Einspannen der Fasermatte zwischen einem ersten Spannrahmenteil (2) und einem zweiten Spannrahmenteil (3) eines Spannrahmens (1) in einem Bereich zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug eines geöffneten Presswerkzeugs, • Schließen des Presswerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte zwischen unebene Berührflächen (6, 7) der beiden Spannrahmenteile (2, 3) eingespannt wird, wobei die Spannkraft, mit der die Spannrahmenteile (2, 3) die Fasermatte einspannen, so eingestellt wird, dass die Fasermatte beim Schließen des Presswerkzeugs in Richtung einer Kavität des Presswerkzeugs nachrutschen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus Fasermaterial gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einer mehrlagigen Fasermatte ist aus der DE 199 22 799 A1 bekannt. Zum relevanten Stand der Technik zählen ferner die DE 100 35 237 A1 , DE 101 53 035 A1 , die US 3 074 116 sowie die DE 602 17 170 T2 .
Karosserieteile von Fahrzeugen können anstatt als Blechteile auch als faserverstärkte Kunststoffteile dargestellt werden. Zur Verstärkung derartiger Kunststoffteile werden üblicherweise mehrlagige Fasermatten” verwendet, die z. B. aus Kohlefasern, Glasfasern und/oder anderen Materialien wie z. B. Metalldrähten, hergestellt sein können. Bei den Strukturen der einzelnen Lagen kann es sich um Gewebe, Gelege, Gewirke o. ä. handeln.
Zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils wird zunächst die zu verwendende Fasermatte in eine dem herzustellenden Kunststoffbauteil ähnelnde Form umgeformt. Man spricht dabei von einem sog. „Vorfomling” bzw. „Preform”. Den Vorgang des Umformens bezeichnet man als Vorformen” oder „Preforming”.
Zur Herstellung eines derartigen Vorformlings wird eine mehrlagige Fasermatte mittels eines Spannrahmens zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug eines geöffneten Presswerkzeugs aufgespannt. Die Werkzeugkavität des Presswerkzeugs entspricht der Form des herzustellenden Vorformlings. Durch Schließen des Presswerkzeugs wird die mehrlagige Fasermatte in die herzustellende Vorformling-Form umgeformt. Die im Spannrahmen eingespannte Fasermatte wird dabei durch die Werkzeughälften des Presswerkzeugs in die Presswerkzeugkavität gezogen. Die Fasermatte rutscht hierbei zwischen den sie einspannenden Spannrahmenteilen in die Werkzeugkavität nach. Dabei kann der Fall eintreten, dass die einzelnen Lagen der Fasermatte unterschiedlich stark nachrutschen, d. h. dass die einzelnen Lagen auch relativ zueinander verrutschen, was zu Faltenbildung führen kann. Versuche haben gezeigt, dass innere Lagen der Fasermatte bisweilen stärker nachrutschen als die beiden äußeren, unmittelbar an den Spannrahmenteilen anliegenden Lagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Fasermaterial enthaltenden Vorformlings anzugeben, bei dem eine Faltenbildung möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Als Edukt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Fasermatte bereitgestellt, die mehrere Fasermaterial enthaltende Lagen aufweist. Bei dem Fasermaterial kann es sich um Strukturen handeln, die aus Kohlefasern, Glasfasern, Stahldrähten o. ä. zusammengesetzt sind. Die einzelnen Lagen können z. B. die Struktur eines Gewebes, eines Gewirks, eines Geleges o. ä. haben. Die einzelnen Lagen können im wesentlichen lose aufeinandergelegt oder miteinander vernäht oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein. Sie können auch miteinander mehr oder weniger lose verklebt sein.
Die Fasermatte wird über einen Spannrahmen gespannt bzw. in einen Spannrahmen eingespannt. Der Spannrahmen weist ein erstes Spannrahmenteil und ein zweites Spannrahmenteil auf, zwischen welche die Fasermatte eingespannt wird. Die Fasermatte wird in einem Bereich zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug eines geöffneten Presswerkzeugs aufgespannt. Durch Schließen des Presswerkzeugs wird die Fasermatte in eine Formkavität des Presswerkzeugs gezogen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Fasermatte zwischen Berührflächen der Spannrahmenteile eingespannt wird, die uneben sind, wobei die Spannkraft, mit der die Spannrahmenteile die Fasermatte einspannen, so eingestellt wird, dass die Fasermatte beim Schließen des Presswerkzeugs in Richtung des Presswerkzeugs nachrutschen kann.
Vorzugsweise sind die Berührflächen der Spannrahmenteile so „profiliert” und die Spannkraft wird so eingestellt, dass beim Nachrutschen der Fasermatte die einzelnen Lagen im wesentlichen gleichmäßig nachrutschen. Unter „gleichmäßig” wird verstanden, dass die einzelnen Lagen „miteinander” nachrutschen, d. h. dass sie im wesentlichen nicht oder nur vergleichsweise wenig relativ zueinander verrutschen. Dadurch soll vermieden werden, dass innere Lagen der Fasermatte wesentlich stärker nachrutschen als die beiden äußeren Lagen, die an den beiden Berührflächen der Spannrahmenteile anliegen.
Versuche haben gezeigt, dass ein gleichmäßiges oder relativ gleichmäßiges Nachrutschen der einzelnen Lagen der Fasermatte erreicht werden kann, wenn die Berührfläche des ersten Spannrahmenteils mindestens eine Erhebung und die damit zusammenwirkende Berührfläche des zweiten Spannrahmenteils eine der Erhebung zugeordnete, d. h. im wesentlichen komplementär zu der Erhebung gestaltete, nutartige Vertiefung aufweist. Die Fasermatte rutscht, vergleichbar mit einer Welle, zwischen den Berührflächen des Spannrahmenteils durch. Durch eine Gestaltung der Berührflächen in der Form „Erhebung, die in eine Nut „eingreift” wird eine lokale Erhöhung der Spannkraft bzw. der Flächenpressung erreicht, wodurch wiederum bewirkt wird, dass auch die inneren Lagen der Fasermatte hinreichend stark eingespannt werden und alle Lagen der Fasermatte in etwa „parallel”, d. h. in etwa gleich stark nachrutschen.
Für die Herstellung von Vorformlingen, bei denen nur elf sehr geringes Nachrutschen der Fasermatte angestrebt wird, kann mit einem Spannrahmen gearbeitet werden, dessen Berührflächen verzahnungsartig ineinander greifen und mehrere Erhebungen bzw. Vertiefungen, die hintereinander angeordnet sind, aufweisen. Ein derartiges Profil ermöglicht sehr hohe Spannkräfte.
Um eine Beschädigung der Fasermatte, insbesondere der äußeren Lagen der Fasermatte zu verhindern, sollten die Berührflächen der Spannrahmenteile glatt, gerundet und im Berührbereich mit der Fasermatte kantenlos ausgebildet sein. Je größer die Krümmungsradien der Erhebung bzw. der Erhebungen und der Vertiefung bzw. der Vertiefungen sind, umso leichter kann die Fasermatte während des Umformprozesses in die Werkzeugkavität gezogen werden.
Die Herstellung eines derartigen Vorformlings kann in einem speziellen Vorformpresswerkzeug erfolgen, wobei der Spannrahmen unmittelbar an dem Presswerkzeug oder im Bereich des Presswerkzeugs angeordnet sein kann. In einem separaten Spritzwerkzeug, in das der Vorformling eingebracht wird, kann dann ein faserverstärktes Kunststoffteil hergestellt werden, wobei der Vorformling mit flüssigem Kunststoff, insbesondere mit flüssigem Kunstharz, umspritzt wird.
Alternativ dazu könnte auch vorgesehen sein, dass der Vorformling in einem kombinierten Press-/Spritzwerkzeug hergestellt wird, wobei in einem ersten Arbeitsschritt durch Schließen des Press-/Spritzwerkzeugs die Fasermatte in den Vorformling umgeformt wird und anschließend in ein demselben Werkzeug durch Einspritzen flüssigen Kunststoffs, insbesondere flüssigen Kunstharzes, ein faserverstärktes Kunststoffteil erzeugt wird.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1, 2 ein Ausführungsbeispiel eines Spannrahmens, der eine einzelne Profilierung aufweist;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Spannrahmens, der ein wellenartiges Berührflächenprofil aufweist.
1 zeigt einen Spannrahmen 1 bestehend aus einem ersten Spannrahmenteil 2 und einem zweiten Spannrahmenteil 3. In dem ersten Spannrahmenteil 2 ist eine nutartige Vertiefung 4 vorgesehen, die im wesentlichen komplementär oder zumindest ähnlich in Bezug auf eine an der Oberseite des zweiten Spannrahmenteils 3 vorgesehene zahnartige Erhebung 5 gestaltet ist.
Bei der Herstellung eines Vorformlings wird eine hier nicht näher dargestellte mehrlagige Fasermatte zwischen die beiden Spannrahmenteile 2, 3 eingespannt.
2 zeigt geometrische Details der Vertiefung 4 und der Erhebung 5. Deutlich zu erkennen ist, dass die Berührflächen 6, 7 der beiden Spannrahmenteile 2, 3 glatt, gerundet und insbesondere kantenlos im Berührflächenbereich ausgebildet sind, wodurch ein Beschädigen der Fasermatte vermieden wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spannrahmens 1, bei dem sowohl die Berührfläche 6 des einen Spannrahmenteils 2 als auch die Berührfläche 7 des zweiten Spannrahmenteils 3 mehrfach gewellt ausgebildet ist. Jede der Berührflächen 6, 7 weist mehrere hintereinander angeordnete Erhebungen bzw. Vertiefungen auf, wodurch beim Einspannen sehr hohe Spannkräfte übertragen werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fasermaterial enthaltenden Vorformlings, mit folgenden Schritten: • Bereitstellen einer Fasermatte, die aus mehreren Fasermaterial enthaltenden Lagen besteht, • Einspannen der Fasermatte zwischen einem ersten Spannrahmenteil (2) und einem zweiten Spannrahmenteil (3) eines Spannrahmens (1) in einem Bereich zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug eines geöffneten Presswerkzeugs, • Schließen des Presswerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte zwischen unebene Berührflächen (6, 7) der beiden Spannrahmenteile (2, 3) eingespannt wird, wobei die Spannkraft, mit der die Spannrahmenteile (2, 3) die Fasermatte einspannen, so eingestellt wird, dass die Fasermatte beim Schließen des Presswerkzeugs in Richtung einer Kavität des Presswerkzeugs nachrutschen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft so eingestellt wird, dass beim Nachrutschen der Fasermatte die einzelnen Lagen der Fassermatte im wesentlichen gleichmäßig nachrutschen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berührfläche (6) des ersten Spannrahmenteils (2) mindestens eine Erhebung (5) und die Berührfläche des zweiten Spannrahmenteils (7) mindestens eine zugeordnete nutartige Vertiefung (7) aufweist, wobei die Fasermatte beim Nachrutschen wellenartig dazwischen durchrutscht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührflächen (6, 7) ineinander eingreifende gewellte Profile mit mehreren Erhebungen bzw. Vertiefungen sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Berührflächen (6, 7) verwendet werden, die glatt, gerundet und im Berührbereich mit der Fasermatte kantenlos ausgebildet sind.