DE3727926C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteiles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Platten aus faserverstärkten Thermoplasten, sogenannte "organische Bleche", sind bereits bekannt. Meistens sind hiervon sphärisch geformte Bauteile gefragt, welche nicht ohne weiteres herstellbar sind.

Aus der DE-PS 32 43 021 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines Formteiles bekannt, bei dem ein Halbzeug verwendet wird, das aus einer ebenen und/oder vorgeformten Platte mit wenig­ stens einer Schicht aus uni- oder multidirektional mit Kurz- oder Langfasern verstärktem Thermoplast gebildet ist. Dabei werden eine Formmulde mit dem Halbzeug, eine Formfolie und eine Abdeckung an ihren Rändern zusammengepreßt. Das Halb­ zeug wird erwärmt und unter Verwendung der Formfolie mittels Druck in die Formmulde gepreßt.

Da die Gummidecke nicht zwischen Halbzeug und Formmulde liegt, ist auf einer Seite eine hohe Formgenauigkeit erreichbar. Auf der zweiten Seite verschlech­ tert die Gummidecke durch ihr Dehnverhalten jedoch die Ober­ flächengüte. Der Gegenstand wird dort rauh.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem aus kurz- oder langfaserverstärkten Thermoplasten Bau­ teile in eindimensional gekrümmten (das heißt abrollbaren) oder zweidimensional gekrümmten (das heißt nicht abrollbaren) Konturen in nahezu absoluter Maßgenauigkeit und in reprodu­ zierbarer Qualität und kosten- und zeitgünstig hergestellt werden können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Eine vorteilhafte Aus­ bildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Wurden bisher Folien nur zum Abdichten verwendet und waren sie daher sehr elastisch, haben der Verformung also keinen bedeutenden Widerstand entgegengesetzt, so wird mit der Er­ findung ein neuer Weg beschritten. Da die Folie der Verfor­ mung einen größeren Widerstand entgegensetzt als das Halb­ zeug - eine höhere Formänderungsfestigkeit hat - bestimmt auch die Folie das Ziehverhalten und die Qualität des Er­ gebnisses und nicht mehr das Halbzeug. Eine rauhe, faltige Oberfläche oder das Herauspressen von Harz aus den Fasern wird vermieden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß damit die Herstellung von Bau- und Formteilen aus kurz- oder lang­ faserverstärkten Thermoplasten mit abrollbaren und insbe­ sondere nicht abrollbaren Konturen unter voller Gewähr­ leistung der Maß- und Toleranzgenauigkeit auf beiden Seiten möglich ist. Gegenüber bekannten Verfahren ist besonders vorteilhaft, daß damit eine gleichmäßige Faserverteilung ohne Schädigung der Fasern einhergeht und sonst notwendige Nacharbeiten, wie Oberflächenbehandlung und Nachverdichtung entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Ver­ wendung von billigen Materialien, wie Aluminium, das nicht superplastisch sein muß, für die Folie.

Die Stabilität (Festigkeit oder plastische Verformbarkeit) der Folie kann außer über die Wahl des Materials auch über die Wahl der Materialstärke oder über die Formgebung (Sicken, Versteifungen, Verstrebungen) variiert werden.

Ein Vorteil besteht darin, daß durch Einbringen der form­ stabileren Trennfolie (Formfolie) zwischen dem zu behandelnden Halbzeug und der Abdeckung Faltenbildungen an den Kontur­ flächen völlig vermieden werden, was aus einem gleichmäßigen Dehnungsverhalten der Folie während des Umformvorganges resultiert. Ferner wird durch Verwendung eines pneumatischen oder hydrostatischen Druckmittels ein gleichmäßiger Druck­ verlauf innerhalb des verformten Halbzeugs und eine gleich­ mäßige und vom Winkel der Kontur unabhängige Verdichtung im Halbzeug erreicht. Außerdem besteht zwischen dem Halbzeug und dem Druckmedium eine geringe Reibung. Schließlich sind bei mehrteiligen Formmulden Hinterschnei­ dungen möglich.

Die Bau- und Formteile und deren Oberflächen sind damit in guter reproduzierbarer Qualität herstellbar, da das Thermo­ plast-Halbzeug nach seiner Umformung aufgrund des gleich­ mäßigen Fließverhaltens der Fasern direkt an der Werkzeug­ form anliegt und dadurch deren Kontur genau wiedergibt.

Zugleich ist damit eine Zeit- und Kosteneinsparung verbunden und es kann mit einfachen Mitteln weitgehend und ohne grö­ ßeren Aufwand vollständig automatisiert werden. Zur Bedie­ nung genügt selbst ohne Automatisierung eine Mannkraft. Aufwendige Drapierarbeiten entfallen, da das Halbzeug schon als Platte verfügbar ist.

Das Halbzeug liegt vor in Form von ebenen Platten aus uni- oder multidirektional mit Kurz- oder Langfasern verstärkter Thermoplastmatrix (sogenanntes organisches Blech). Verwend­ bar sind alle zur Zeit bekannten Fasertypen, insbesondere E-Glas, S-Glas, Aramid, Whiskers und C-Fasern. Als Träger­ material sind alle thermoplastischen Matrices verwendbar wie Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyetheretherketon, Polyamid, Polytetrafluorethylen, Perfluoralkoxycopolymere oder thermoplastische Polyimide.

Nach Einlegen des Thermoplast-Halbzeugs und einer darüber­ gelegten Formfolie in eine Werkzeugform mit Formmulde, wird das Werkzeug zusammen mit dem Thermoplast-Halbzeug und der Formfolie durch eine Heizung mit einer Temperatur beaufschlagt, bei der die dynamische Viskosität des Halb­ zeugs, bevorzugt zwischen 4000 und 1500 Pa sec liegt. Eine Beheizung des Formwerkzeuges ist nicht zwingend not­ wendig. Nach Erreichen der Viskositätswerte wird das Halb­ zeug mit einem von einem gasförmigen oder flüssigen Druck­ medium erzeugten Druck, bevorzugt zwischen 2 und 20 bar, beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit Temperatur und Druck erfolgt dabei bevorzugt so lange, bis das weiche Thermo­ plast-Halbzeug und die Formfolie sich an den Konturen der Werkzeugform angelegt haben.

Bei der Umformung dient dabei die Formfolie aufgrund ihrer höheren Festigkeit als Überträger gleichmäßiger Dehnungs­ eigenschaften und verhindert unkontrollierte Ausdehnungen des Thermoplasthalbzeugs. Gleichzeitig fungiert die Form­ folie als Trennmembran, die ein Durchschlagen des Druckes durch das Thermoplast-Halbzeug verhindert. Anschließend wird zunächst die Temperatur bis ausreichend unter den Glaspunkt des Thermoplast-Halbzeugs abgebaut. Danach wird nach Abbau der Druckbeaufschlagung das Werkzeug geöffnet und das fertige Bau- oder Formteil entnommen.

Die Formfolie besteht am günstigsten aus einer Aluminium­ legierung. Erlaubt die Umformtemperatur kein gutes Fließ­ verhalten der Aluminiumfolie oder überschreitet der Umform­ grad ihre maximale Bruchdehnung, so kann die Formfolie aus Kunststoff bestehen. Soll das Halbzeug eine mittlere dyna­ mische Viskosität von 1500 bis 200 Pa · sec oder darunter erreichen, so wird die Temperatur erhöht, so daß sich die Matrix des Halbzeugs gleichmäßiger verteilen kann.

Weisen die Formteile eine ungenügende Verdichtung auf, so können sie durch Erhöhen des hydrostatischen Druckes nach erfolgter Einformung in das Gesenk aber vor und während Abbau der Temperatur besser verdichtet werden. Um zu ver­ meiden, daß sich in Fällen, bei denen sich das Halbzeug nach der Umformung nicht oder nur schwer aus dem Formwerk­ zeug oder von der Formfolie lösen läßt, sind Trennmittel­ schichten z. B. aus Teflon oder einem haftvermindernden Spray auf den kontaktierten Oberflächen aufzubringen. Ist im Halbzeug unerwünschtes Gas enthalten oder eine Gasauf­ nahme möglich, so kann das Gas durch Anlegen von Vakuum am Halbzeug abgezogen werden. Soll auf dem Halbzeug an seiner Oberfläche eine sogenannte "Speckschicht" aufgebracht werden, so sind zwischen den Oberflächen von Halbzeug und Werkzeugform Zusatzmatrix­ folien aufzubringen. Umformbar sind auch Hybridhalbzeuge, das heißt Platten, die sich aus Lagen unterschiedlicher verstärkter oder unverstärkter Thermoplastmatrices, Metall­ schichten oder syntaktischen Schäumen zusammensetzen (z. B. Sandwichplatten). Die Temperaturbeaufschlagung des oder der Halbzeuge erfolgt je nach Erfordernis durch am Formwerkzeug angeordnete Heizvorrichtungen oder z. B. durch Infrarot-, Induktiv-, Kapazitiv- oder Strahlungsheizung; eventuell auch durch eine vom Druckmedium bewirkte Wärmeübergangs­ heizung. Möglich ist auch eine lokal unterschiedliche Temperierung der Formfolie.

Um den Eigenschaften oder den physikalischen Materialkenn­ werten von verschiedenen Thermoplast-Halbzeugen zu ent­ sprechen wird bevorzugt eine Abkühlrate von größer als 10°C/min eingehalten (z. B. für das Haltzeug PEEK). Zur Erzeugung hoher Umformgrade können das Halbzeug und/oder die Formfolie in dem Formwerkzeug aufgeblasen werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt die prinzipielle Anordnung eines Formwerk­ zeugs 1, bestehend aus einer beheizbaren (siehe Pfeile) Formmulde 2 mit Abdeckung 3 und einem dazwischen eingeleg­ ten faserverstärkten Thermoplast als Halbzeug 4, welches entsprechend einer in der Formmulde 2 vorgesehenen Form­ kontur 5 verformt werden soll.

Auf der Oberseite des Halbzeugs 4 ist eine Formfolie 6 angeordnet, die auf Dichtlippen 11 aufliegt. Die Formmulde 2 weist einen von der Kontur 5 nach außen füh­ renden Kanal 8 auf, durch welchen ein durch die Verformung des Halbzeugs 4 verdrängtes Volumen abgeführt oder Vakuum gezogen werden kann (siehe Pfeil). Die Abdeckung 3 weist einen Druckraum 9 auf, der mit einem nach außen führenden Kanal 7 verbunden ist und durch den ein gasförmiges oder flüssiges Druckmedium zugeführt wird (siehe Pfeil).

Die Formmulde 2 mit Halbzeug 4, Formfolie 6 und Abdeckung 3 werden an ihren Rändern durch Verschraubungen 10 zusam­ mengepreßt. Die Verschraubung 10 gewährleistet eine Ver­ pressung der Dichtlippen 11 mit der Formfolie 6, so daß der im Druckraum 9 aufgebaute Druck und/oder das zwischen Formfolie 6 und Formkontur 5 erzeugte Vakuum erhalten bleibt.

Nach erfolgter Umformung und Abkühlung wird das Formwerk­ zeug 1 geöffnet und das fertig geformte Formteil daraus entnommen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Formteiles aus einem Halbzeug (4), das aus einer ebenen und/oder vorgeform­ ten Platte mit wenigstens einer Schicht aus uni- oder multidirektional mit Kurz- oder Langfasern verstärktem Thermoplast gebildet ist, bei dem eine Formmulde (2) mit dem Halbzeug (4), eine Formfolie (6) und eine Ab­ deckung an ihren Rändern zusammengepreßt werden, bei dem das Halbzeug (4) erwärmt und unter Verwendung der Formfolie (6) mittels Druck in die Formmulde (2) ge­ preßt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Formfolie (6) ein Metall oder ein Kunststoff verwendet wird und daß die Formfolie (6) einen größeren Verformungswiderstand als das Halbzeug (4) und ein gleichmäßiges Dehnverhalten aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Halbzeuges (4) und der Formfolie (6) mittels einer am Formwerkzeug (1) angeordneten Heiz­ vorrichtung erfolgt.