DE102011006797A1

DE102011006797A1 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils und Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102011006797A1
Application number: DE102011006797A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rudolf Müller; Dietmar Drummer
Original assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Current assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: DE102011006797B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines plattenförmigen Halbzeugs (1, 5), gebildet aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix, Bereitstellen eines aus zumindest zwei Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) gebildeten Formwerkzeugs, Anordnen des Halbzeugs (1, 5) zwischen den Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18), Aufheizen zumindest eines Teils des Halbzeugs (1, 5) auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur TE der thermoplastischen Matrix, Schließen der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) mit einem ersten Schließdruck, so dass das Halbzeug (1, 5) zwischen umlaufenden Öffnungsrandern (2, 6, 16, 19) der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) eingeklemmt wird, Erzeugung eines auf eine Seite des Halbzeugs (1, 5) wirkenden Gasüberdrucks, so dass das im aufgeheizten Zustand gasdichte Halbzeug (1, 5) mit seiner anderen Seite gegen eine eine Kavität begrenzende Formwand (4, 8, 15) des einen Teilwerkzeugs (3, 7, 13, 18) gezwungen wird, und Abkühlen des verformten Halbzeugs (1, 5) und Entformen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstarkten Kunststoffteils sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Formwerkzeug.
Die DE 10 2009 010 589 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines hybriden Verbundprofils. Dabei werden zwei teilschalenformige Halbzeuge in eine Kavität eines Formwerkzeugs einer Spritzgießmaschine eingelegt. Anschließend werden die Halbzeuge unter Ausbildung eines Kerns durch Einspritzen einer Kunststoffschmelze zwischen die Halbzeuge miteinander verbunden. Als Halbzeuge konnen insbesondere thermoplastisch gebundene Gewebehalbzeuge eingesetzt werden, bei denen eine thermoplastische Kunststoffkomponente mit Endlosfasern verstärkt ist.
Die DE 41 17 197 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen, insbesondere von in sich geschlossenen profilierten Kunststoffteilen mit Hohlräumen. Zur Herstellung derartiger Kunststoffteile werden gleichzeitig zwei Platten aus Thermoplast eingespannt und jeweils einseitig von außen bis zur durchgehenden Plastifizierung beheizt. Die plastifizierten Platten werden sodann in einem einzigen Arbeitsgang getrennt voneinander verformt und ohne Zusatzmittel unter Druck verschweißt. Die Verformung erfolgt, indem die plastifizierten Platten mittels Vakuum in zugehörige Formen eingesaugt werden. Das bekannte Verfahren eignet sich nicht zur Herstellung von Kunststoffteilen, welche mit Endlosfasern verstärkt sind.
Die DE 198 03 965 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkorpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Lang- und/oder Endlosfaserverstärkung. Bei dem bekannten Verfahren wird ein plattenförmiges Halbzeug, welches aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix gebildet ist, erwärmt. Das erwärmte Halbzeug wird sodann verformt, indem es durch Aufblasen einer Polymerblase in den Formhohlraum einer Form gezwungen wird. Die Verwendung einer aufblasbaren Polymerblase zur Verformung des erwärmten Halbzeugs ist in vielerlei Hinsicht nachteilig. Die Polymerblase kann mit dem Halbzeug verkleben. In der Praxis kann die Polymerblase undicht werden. Das bekannte Verfahren ist nicht besonders zuverlässig und erfordert einen relativ hohen Aufwand.
Die DE 197 47 021 B4 offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen von mit Endlosfasern verstärkten Hohlkörpern. Dabei werden zunächst in Schlauchform hergestellte Endlosfasergeflechte in einem Spritzgießwerkzeug angeordnet und fixiert. Sodann werden die Endlosfasergeflechte von innen heraus von einer Kunststoffschmelze durchströmt, so dass sie vollständig in Kunststoff eingebettet werden. Anschließend wird mittels Gasinjektionstechnik in der Kunststoffschmelze ein Hohlraum erzeugt. Das Einlegen des Endlosfasergeflechts in die Form ist umständlich, fehleranfällig und zeitaufwendig.
Die US 5,194,212 offenbart ein Verfahren zu Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffkörpers. Dabei wird zunächst eine aus Fasern gebildete Schicht über einen Formhohlraum einer Form gelegt. Die Schicht wird sodann mittels eines aufblasbaren Schlauchs in die Form gezwungen. Anschließend wird flüssiges Harz in den zwischen Formwand und dem aufgeblasenen Schlauch gebildeten Zwischenraum eingespritzt, welches die Faserschicht imprägniert.
Die WO 99/64221 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus zwei thermoplastischen Platten. Dabei überspannen die thermoplastischen Platten Hohlräume zweier einander gegenüberliegender Formhalbschalen. Die thermoplastischen Platten werden mittels eines Strahlungsheizkörpers auf Erweichungstemperatur erwärmt. Anschließend werden die erwärmten thermoplastischen Platten mittels Vakuum in die Formhohlraume gezwungen und durch Gegeneinanderpressen der Formhalbschalen miteinander verschweißt.
Die vorgenannten Verfahren eignen sich z. T. nicht zur Herstellung von mit Endlosfasern verstärkten Kunststoffteilen. Soweit sie sich zur Herstellung von mit Endlosfasern verstärkten Kunststoffteilen eignen, sind sie kompliziert, störanfallig und aufwändig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein einfach, schnell und kostengünstig durchführbares Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffteile angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen 2 bis 7 und 9 bis 11.
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Herstellung eines Faserverstärkten Kunststoffteils weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines plattenformigen Halbzeugs, gebildet aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix,
Bereitstellen eines aus zumindest zwei Teilwerkzeugen gebildeten Formwerkzeugs,
Anordnen des Halbzeugs zwischen den Teilwerkzeugen,
Aufheizen zumindest eines Abschnitts des Halbzeugs auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix,
Schließen der Teilwerkzeuge mit einem ersten Schließdruck, so dass das Halbzeug zwischen umlaufenden Offnungsrändern der Teilwerkzeuge eingeklemmt wird,
Erzeugung eines auf eine Seite des Halbzeugs wirkenden Gasüberdrucks, so dass das im aufgeheizten Zustand gasdichte Halbzeug mit seiner anderen Seite gegen eine eine Kavität begrenzende Formwand des einen Teilwerkzeugs gezwungen wird, und
Abkühlen des verformten Halbzeugs und Entformen.
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren werden plattenförmige Halbzeuge verwendet, welche mit Endlosfasern verstärkt sind. Derartige Halbzeuge sind auch bei Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix in Faserrichtung nicht oder kaum dehnbar. Das Halbzeug wird beim Schließen der Teilwerkzeuge zunachst mit einem ersten Schließdruck belastet, so dass es zwischen den umlaufenden Öffnungsränder der Teilwerkzeuge eingeklemmt wird. Dabei ist der Schließdruck so bemessen, dass beim Aufbringen des Gasüberdrucks das Halbzeug entgegen der durch den Schließdruck erzeugten Reibungskraft relativ zu den Öffnungsrändern verschoben und damit gegen die Formwand des einen Teilwerkzeugs gezwungen werden kann.
Erfindungsgemaß wird ein Halbzeug verwendet, welches im aufgeheizten Zustand gasdicht ist. Infolge dessen kann vorteilhafterweise auf die Verwendung einer Polymerblase, eines aufblasbaren Schlauchs oder eines Diaphragmas zum Zwingen des Halbzeugs gegen die Formwand verzichtet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mit Endlosfasern verstärkte Kunststoffteile herzustellen, welche dünnwandig ausgebildet sind und gleichzeitig eine hohe Festigkeit sowie Steifigkeit aufweisen. Das Verfahren ist einfach, schnell und störunanfällig. Es eignet sich zur Herstellung großer Stückzahlen.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
Bereitstellen zweier plattenförmiger Halbzeuge, gebildet aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix,
Bereitstellen eines aus zumindest zwei Teilwerkzeugen gebildeten Formwerkzeugs, wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge eine Kavität aufweist,
Anordnen der Halbzeuge zwischen den Teilwerkzeugen,
Aufheizen zumindest eines Abschnitts der Halbzeuge auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix,
Schließen der Teilwerkzeuge mit einem ersten Schließdruck, so dass die Halbzeuge zwischen umlaufenden Öffnungsrändern der Teilwerkzeuge aufeinanderliegend eingeklemmt werden,
Erzeugung eines auf die aufeinander zugewandten einen Seiten der Halbzeuge wirkenden Gasuberdrucks, so dass die im aufgeheizten Zustand gasdichten Halbzeuge mit ihren anderen Seiten gegen Formwände der Teilwerkzeuge gezwungen werden, und
Abkühlen der verformten Halbzeuge und Entformen.
Das Verfahren mit den vorgenannten Schritten ermöglicht insbesondere die Herstellung von Kunststoffhohlkorpern. Auch in diesem Fall kann auf die Verwendung einer aufblasbaren Polymerblase, eines aufblasbaren Schlauchs oder eines Diaphragmas zum Zwingen der aufgeheizten Halbzeuge gegen die Formwände der Teilwerkzeuge verzichtet werden. Auch in diesem Fall werden die Halbzeug zwischen den umlaufenden Öffnungsränder der Teilwerkzeuge mit einem ersten Schließdruck eingeklemmt, welcher beim Aufbringen des Gasüberdrucks eine Bewegung der Halbzeuge bezüglich der Öffnungsrander entgegen einer durch den Schließdruck aufgebrachten Reibungskraft ermöglicht. Damit können die Halbzeuge in formschlüssige Anlage mit den Formwänden gebracht werden. Dabei kann zumindest eine der Formwände eine Kavität begrenzen. Vorzugsweise begrenzt die Formwand jedes Teilwerkzeugs jeweils eine Kavität.
Vorteilhafterweise wird das zumindest eine Halbzeug nach dem Anordnen zwischen den Teilwerkzeugen mittels IR-Strahlung aufgeheizt. Dazu kann ein IR-Strahler gegenüberliegend der einen Seite des Halbzeugs angeordnet werden. Bei Vorsehen zweier Halbzeuge kann IR-Strahler zwischen den beiden einen Seiten der Halbzeuge angeordnet werden, so dass beide Halbzeuge gleichzeitig auf die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix aufgeheizt werden. Es kann auch sein, dass das oder die Halbzeug/e durch eine beidseitige Bestrahlung mit IR-Strahlen aufgeheizt werden.
Nach weiterer Ausgestaltung ist es auch möglich, dass das zumindest eine Halbzeug vor dem Anordnen zwischen den Teilwerkzeugen mittels einer Heizvorrichtung, vorzugsweise in einem Ofen, vorgeheizt oder auch aufgeheizt wird. Zur Beschleunigung des Verfahrens kann das zumindest eine Halbzeug beispielsweise durch einen Tunnelofen geführt und anschließend zwischen den Teilwerkzeugen angeordnet werden. D. h. der Schritt des Anordnens des Halbzeugs zwischen den Teilwerkzeugen und der Schritt des Aufheizens des Halbzeugs kann auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung beträgt der Gasüberdruck 1 bis 50 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar. Der Begriff ”Gasüberdruck” ist im Sinne der vorliegenden Erfindung allgemein zu verstehen. Es handelt sich dabei um einen ”Differenzdruck” welcher auf die eine Seite des zumindest einen Halbzeugs wirkt. Infolge dieses Differenzdrucks wird das Halbzeug gegen die Formwand des betreffenden Teilwerkzeugs gezwungen. Dazu kann vor dem Schließen der Teilwerkzeuge ein Öffnungsende einer Gasinjektionslanze in einen zwischen den einander gegenüberliegenden Teilwerkzeugen gebildeten Zwischenraum bewegt werden. Dabei befindet sich das Öffnungsende der Gasinjektionslanze zweckmäßigerweise innerhalb der zumindest einen Kavität. Anstelle der Gasinjektionslanze kann in einem der Teilwerkzeuge auch eine Duse vorgesehen sein. – Falls jedem der Teilwerkzeuge ein Halbzeug zugeordnet ist, wird die Gasinjektionslanze in einen zwischen den einander gegenüberliegenden Halbzeugen gebildeten Zwischenraum bewegt.
Anstelle des Aufbringens eines Gasüberdrucks mittels der Gasinjektionslanze ist es auch möglich, die Halbzeuge mittels eines Unterdrucks gegen die Formwände zu zwingen. In diesem Fall weisen die Teilwerkzeuge Öffnungen auf, welche die Erzeugung eines auf die andere Seite des zumindest einen Halbzeugs wirkenden Unterducks ermöglichen.
Im Falle der Verwendung zweier Halbzeuge werden zweckmaßigerweise durch eine Erhöhung des ersten Schließdrucks auf einen vorgegebenen zweiten Schließdruck die Halbzeuge im Bereich der Öffnungsränder miteinander verschweißt. Der vorgeschlagene Schritt des Verschweißens der Halbzeuge kann einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden. Dabei konnen gleichzeitig auch überstehende Randabschnitte der Halbzeuge auf eine vorgegebene Form geschnitten bzw. gestanzt werden.
Zur Unterstützung des Schritts des Abkühlens können die Teilwerkzeuge gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise auch moglich, die verformten Halbzeuge mittels der Gasinjektionslanze mit einem kalten Gas zu beaufschlagen.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Formwerkzeug vorgeschlagen, umfassend zumindest ein erstes und ein zweites Teilwerkzeug mit zueinander korrespondierenden Öffnungsrändern, wobei zumindest einer der Öffnungsränder eine Kavitat umgibt, und wobei das erste Teilwerkzeug entgegen einer vorgegebenen Rückstellkraft bewegbar an einer Trägerplatte angebracht wird.
Das vorgeschlagene Formwerkzeug ermöglicht ein Schließen der Teilwerkzeuge unter Aufbringung des ersten Schließdrucks. Dabei ist der erste Schließdruck so bemessen, dass bei Erzeugung des auf die eine Seite des zumindest einen Halbzeugs wirkenden Gasüberdrucks das Halbzeug relativ zu den Öffnungsrändern sich bewegen und in Anlage mit der Formwand gezwungen werden kann. D. h. die Rückstellkraft ist stets so bemessen, dass sie bezüglich des vorgegebenen Gasüberducks ein Nachrutschen bzw. Drapieren des Halbzeugs in die zumindest eine Kavitat ermöglicht.
Zweckmäßigerweise ist das erste Teilwerkzeug gegen die Wirkung zumindest einer Feder gegen die Trägerplatte bewegbar. In diesem Fall wird die Rückstellkraft durch die zumindest eine Feder bereitgestellt. Zweckmäßigerweise ist das Teilwerkzeug mittels mehrerer Federn gegen die Tragerplatte bewegbar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Bewegungsweg des ersten Teilwerkzeugs durch die Trägerplatte begrenzt. Das ermoglicht auf einfache Weise die Aufbringung eines zweiten Schließdrucks, welcher größer als der erste Schließdruck ist. Anstelle der Trägerplatte kann der zweite Schließdruck auch durch geeignet ausgestaltete weitere Federn hervorgerufen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erste und/oder zweite Teilwerkzeug im Öffnungsrand eine Ausnehmung zum Durchführen einer Gasinjektionslanze auf. Bei der Ausnehmung handelt es sich vorteilhafterweise um eine rinnenartige Ausnehmung, welche bis zur Kavität des Teilwerkzeugs reicht, so dass ein Öffnungsende der Gasinjektionslanze sich in den Bereich der Kavität erstreckt. Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird die Gasinjektionslanze dichtend von den Halbzeugen umgeben.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
1A–E das erfindungsgemäße Verfahren anhand schematischer Schnittansichten,
2 eine perspektivische Ansicht eines Formwerkzeugs und
3 eine schematische Schnittansicht durch das Formwerkzeug gemäß 2 samt einer Detailansicht dazu.
Das in 1A–E gezeigte Verfahren betrifft die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers aus zwei Halbzeugen. Die Halbzeuge weisen eine thermoplastische Matrix auf. Als Thermoplast können dabei die folgenden Materialien verwendet werden: PP, PA, PE, PA6, PA66, PA11, PA12, PC, PSU, PE, PA, PPS, PPE, PEK, TPU, PUR, PET, PBT, PI, PES, SAN, PC/PET, PC/PBT und dgl. Auch Kombinationen der vorgenannten Materialien sind möglich. Die aus dem Thermoplast gebildete Matrix ist mit Endlosfasern verstärkt. Bei den Endlosfasern kann es sich um Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, aus Metall hergestellte Fasern, Naturfasern und dgl. handeln. Die Anteile der Endlosfasern und der Matrix sind so aufeinander abgestimmt, dass das Halbzeug auch bei Erreichen der Erweichungstemperatur T_E des die Matrix bildeten Thermoplast bezuglich des zur Umformung des Halbzeugs gewählten Gasüberdrucks gasdicht bleibt. Insbesondere ist das Halbzeug so ausgestaltet, dass es auch bis zu einer Temperatur von bis zu 50°C oberhalb der Erweichungstemperatur des T_E des jeweiligen Thermoplasts bezüglich des zur Verformung gewählten Gasüberdrucks gasdicht bleibt.
Zur Erreichung einer Gasdichtigkeit des Halbzeugs ist z. B. das Verhältnis des Flächengewichts der Endlosfasern und das Gewicht der Matrix pro Flacheneinheit in geeigneter Weise zu wählen. Die Viskosität der Matrix kann durch einen Zusatz von Kurzfasern oder geeigneten Füllstoffen geeignet eingestellt werden. Ferner kann die Matrix z. B. durch Zusätze oder Strahleneinwirkung in geeigneter Weise vernetzt werden, so dass die Matrix bei Temperaturen im Bereich der Erweichungstemperatur gasdicht ist. Eine Gasdichtigkeit der Halbzeuge kann auch durch einen mehrschichtigen Aufbau erreicht werden. Beispielsweise kann das Halbzeug mit einer aus einem weiteren Kunststoff hergestellten Sperrschicht kaschiert sein, welche dem Halbzeug eine gasdichte Eigenschaft verleiht. Die Sperrschicht kann eine weitere Erweichungstemperatur T'_E aufweisen, welche oberhalb der Erweichungstemperatur T_E der Matrix liegt. Eine solche mit dem Halbzeug fest verbundene Sperrschicht muss bei der Verformung nicht bis zu deren weiterer Erweichungstemperatur T'_E erwarmt werden. Sie wird durch Verstrecken zusammen mit dem damit verbundenen Halbzeug verformt.
Bei dem in 1A gezeigten Verfahrensschritt liegt ein erstes Halbzeug 1 an einem ersten Öffnungsrand 2 eines ersten Teilwerkzeugs 3 an. Der erste Öffnungsrand 2 umgibt eine erste Kavität 4 des ersten Teilwerkzeugs. In ähnlicher Weise liegt ein zweites plattenförmiges Halbzeug 5 an einem zweiten Öffnungsrand 6 eines zweiten Teilwerkzeugs 7 an. Der zweite Öffnungsrand 6 umgibt eine zweite Kavität 8 des zweiten Teilwerkzeugs 7.
Das erste 1 und das zweite Halbzeug 5 konnen am ersten 2 und am zweiten Offnungsrand 6 mittels geeigneter mechanischer Haltevorrichtungen, beispielsweise Nadelgreifer oder in das jeweilige Teilwerkzeug 3, 7 eintauchbare Stützstifte, Vakuumöffnungen oder dgl. gehalten werden.
Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein IR-Strahler bezeichnet, der in einem zwischen dem ersten 1 und dem zweiten Halbzeug 5 gebildeten Zwischenraum angeordnet ist. Mittels des IR-Strahlers werden die Halbzeuge 1, 5 auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix des ersten 1 und zweiten Halbzeugs 5 aufgeheizt. Es werden zweckmäßigerweise Halbzeuge 1, 5 verwendet, bei denen die thermoplastische Matrix ähnlich ist. Der IR-Strahler 9 wird so angeordnet, dass die thermoplastische Matrix beider Halbzeuge 1, 5 gleichzeitig erweicht.
Sobald die Erweichungstemperatur T_E der Halbzeuge 1, 5 erreicht oder um einen vorgegebenen Betrag überschritten worden ist, wird der IR-Strahler 9 aus dem Zwischenraum zwischen den Halbzeugen 1, 5 entfernt. Wie aus 1B ersichtlich ist, wird nun in den Zwischenraum eine Gasinjektionsnadel 10 eingefahren derart, dass ein Öffnungsende 10a der Gasinjektionsnadel 10 in die Kavitäten 4, 8 reicht. Die einander gegenüberliegend angeordneten Teilwerkzeuge 3, 7 werden mit ihren Öffnungsrändern 2, 6 aufeinander zu bewegt, bis die auf den Öffnungsrändern 2, 6 aufliegenden Abschnitte des ersten 1 und des zweiten Halbzeugs 5 aufeinander liegen bzw. die Gasinjektionsnadel 10 dichtend umschließen (siehe 1C). Anschließend wird durch die Gasinjektionsnadel 10 Gas in den zwischen den Halbzeugen 1, 5 gebildeten Zwischenraum gedrückt. Es bildet sich im Zwischenraum ein Gasüberdruck aus, durch den das erste 1 und das zweite Halbzeug 5 gegen die Formwände des ersten 3 und des zweiten Teilwerkzeugs 7 gezwungen werden. Dabei wirkt der Gasdruck auf die einander gegenüberliegenden einen Seiten der Halbzeuge 1, 5, so dass die der Gasinjektionsnadel 10 abgewandten anderen Seiten der Halbzeuge 1, 5 gegen die die Kavitäten 4, 8 bildenden Formwände gedrückt werden.
Wahrend der Verformung der Halbzeuge 1, 5 werden deren zwischen den Öffnungsrändern 2, 6 der Teilwerkzeuge 3, 7 eingeklemmte Randabschnitte entgegen einer darauf wirkenden ersten Schließkraft ins Innere des Formwerkzeugs gezogen. Dabei ist die erste Schließkraft so gewählt, dass eine Bewegung bzw. ein Nachrutschen der randlich eingeklemmten Halbzeuge 1, 5 möglich ist, diese aber gleichzeitig bezüglich des aufgebrachten Gasdrucks dichtend aneinander gedrückt bleiben.
Nach dem in 1 gezeigten Schritt der Verformung der Halbzeuge 1, 5 werden die Teilwerkzeuge 3, 7 mit einem zweiten Schließdruck gegeneinander gedrückt, welcher größer als der erste Schließdruck ist. Dabei werden die noch zwischen den Öffnungsrändern 2, 6 befindlichen Randabschnitte der Halbzeuge 1, 5 miteinander verschweißt. – Das Aufbringen des zweiten Schließdrucks kann auch nach dem Herausziehen der Gasinjektionsnadel 10 aus dem zwischen den Halbzeugen 1, 5 gebildeten Zwischenraum erfolgen.
1E zeigt den Schritt des Entformens des aus dem ersten 1 und dem zweiten Halbzeug 5 gebildeten Kunststoffhohlkörpers.
Das obige Verfahren ist beispielhaft anhand der Herstellung eines Kunststoffhohlkörpers aus zwei Halbzeuge 1, 5 gezeigt worden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Verfahren mit mehr als zwei oder lediglich einem Halbzeug 1, 5 durchzufuhren. Dabei kann lediglich eines der beiden Teilwerkzeuge 3, 7 eine Kavität 4, 8 aufweisen. Es konnen auch Kunststoffhohlkorper mit mehreren Hohlräumen hergestellt werden.
Anstelle des Aufbringens eines Gasüberducks mittels einer Gasinjektionsnadel 10 kann bei den erfindungsgemäßen Verfahren die Verformung der Halbzeuge 1, 5 auch mittels Vakuum erfolgen, welches im Raum zwischen der anderen Seite des oder der Halbzeuge 1, 5 und jeweiligen Kavitat 4, 8 erzeugt wird.
Die 2 und 3 zeigen ein Beispiel eines zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Formwerkzeugs. Das Formwerkzeug kann mit einer Heizung versehen sein. Es kann sich dabei um eine elektrische Heizung handeln. Es kann aber auch sein, dass durch im Formwerkzeug vorgesehenen Kanäle ein heißes Fluid hindurchgeführt wird. Die Heizung kann insbesondere eine sich entlang einer Schweißnaht des Kunststoffhohlkorpers erstreckende Heizzone aufweisen.
Bei dem Formwerkzeug ist auf einer Trägerplatte 11 entgegen der Rückstellkraft mehrerer Federn 12 ein weiteres erstes Teilwerkzeug 13 bewegbar gehalten. Das weitere erste Teilwerkzeug 13 ist mit von der Trägerplatte 11 sich erstreckenden Führungsbolzen 14 geführt, welche von den Federn 12 umgeben sind. Das weitere erste Teilwerkzeug 13 weist eine weitere erste Kavität 15 auf. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein weiterer erster Öffnungsrand des weiteren ersten Teilwerkzeugs 13 bezeichnet. Die Trägerplatte 11 weist Tauchkanten 17 auf welche korrespondierend zu einem nach Art einer Matrize ausgebildeten weiteren zweiten Teilwerkzeug 18 ausgestaltet sind. In 3 ist mit dem Bezugszeichen 19 ein weiterer zweiter Öffnungsrand des weiteren zweiten Teilwerkzeugs 18 bezeichnet. Im weiteren ersten Teilwerkzeug 13 ist eine Ausnehmung 20 zum Durchfuhren einer Gasinjektionsnadel vorgesehen. Die Ausnehmung 20 ist seitlich von Dichtungswülsten 21 begrenzt, welche beim Aufbringen einer ersten Schließkraft einen gasdichten Abschluss zwischen der Gasinjektionsnadel 10 und der sie umgebenden Halbzeuge 1, 5 ermöglicht.
Die Funktion des in den 2 und 3 gezeigten Formwerkzeugs ist folgende:
Nach dem Anordnen der (hier nicht gezeigten) Halbzeuge zwischen den weiteren Öffnungsrändern 16, 19 und deren Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E wird eine Gasinjektionsnadel (hier nicht gezeigt) in die Ausnehmung 20 eingefahren. Anschließend wird das als Kern ausgestaltete weitere erste Teilwerkzeug 13 in das weitere zweite Teilwerkzeug 18 bewegt. Zwischen den weiteren Öffnungsrändern 16, 19 werden die Halbzeuge mittels einer durch die Federn 12 vorgegebene erste Schließkraft eingeklemmt. Anschließend wird mittels der Gasinjektionsnadel (hier nicht gezeigt) Gas zwischen die Halbzeuge gedrückt. Durch den sich ausbildenden Überdruck werden die Halbzeuge 1, 5 randlich entgegen dem ersten Schließdruck ins Formwerkzeug gezogen und gegen die Formwande der weiteren Teilwerkzeuge 13, 18 gezwungen. Anschließend wird auf die Tragerplatte 11 ein erhöhter Druck aufgebracht, so dass die zwischen den weiteren Öffnungsrändern 18, 19 eingeklemmten Randabschnitte der Halbzeuge 1, 5 mit einem zweiten Schließdruck beaufschlagt werden. Infolgedessen werden die Randabschnitte der Halbzeuge miteinander verschweißt.
Bezugszeichenliste

1: erstes Halbzeug
2: erster Öffnungsrand
3: erstes Teilwerkzeug
4: erste Kavität
5: zweites Halbzeug
6: zweiter Öffnungsrand
7: zweites Teilwerkzeug
8: zweite Kavitat
9: IR-Strahler
10: Gasinjektionsnadel
10a: Öffnungsende
11: Trägerplatte
12: Feder
13: weiteres erstes Teilwerkzeug
14: Führungsbolzen
15: weitere erste Kavitat
16: weiterer erster Öffnungsrand
17: Tauchkante
18: weiteres zweites Teilwerkzeug
19: weiterer zweiter Öffnungsrand
20: Ausnehmung
21: Dichtungswulst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009010589 A1 [0002]
DE 4117197 A1 [0003]
DE 19803965 A1 [0004]
DE 19747021 B4 [0005]
US 5194212 [0006]
WO 99/64221 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines plattenformigen Halbzeugs (1, 5), gebildet aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix, Bereitstellen eines aus zumindest zwei Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) gebildeten Formwerkzeugs, Anordnen des Halbzeugs (1, 5) zwischen den Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18), Aufheizen zumindest eines Abschnitts des Halbzeugs (1, 5) auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix, Schließen der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) mit einem ersten Schließdruck, so dass das Halbzeug (1, 5) zwischen umlaufenden Öffnungsrändern (2, 6, 16, 19) der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) eingeklemmt wird, Erzeugung eines auf eine Seite des Halbzeugs (1, 5) wirkenden Gasüberdrucks, so dass das im aufgeheizten Zustand gasdichte Halbzeug (1, 5) mit seiner anderen Seite gegen eine eine Kavität begrenzende Formwand (4, 8, 15) des einen Teilwerkzeugs (3, 7, 13, 18) gezwungen wird, und Abkühlen des verformten Halbzeugs (1, 5) und Entformen.
Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit folgenden Schritten: Bereitstellen zweier plattenformiger Halbzeuge (1, 5), gebildet aus einer mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen Matrix, Bereitstellen eines aus zumindest zwei Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) gebildeten Formwerkzeugs, wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) eine Kavität aufweist, Anordnen der Halbzeuge (1, 5) zwischen den Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18), Aufheizen zumindest eines Abschnitts der Halbzeuge (1, 5) auf eine Temperatur oberhalb einer Erweichungstemperatur T_E der thermoplastischen Matrix, Schließen der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) mit einem ersten Schließdruck, so dass die Halbzeuge (1, 5) zwischen umlaufenden Öffnungsrändern (2, 6, 16, 19) der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) aufeinanderliegend eingeklemmt werden, Erzeugung eines auf die einander zugewandten einen Seiten der Halbzeuge (1, 5) wirkenden Gasuberdrucks, so dass die im aufgeheizten Zustand gasdichten Halbzeuge (1, 5) mit ihren anderen Seiten gegen Formwände der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) gezwungen werden, und Abkühlen der verformten Halbzeuge (1, 5) und Entformen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest eine Halbzeug (1, 5) nach dem Anordnen zwischen den Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) mittels IR-Strahlung aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei das zumindest eine Halbzeug (1, 5) vor dem Anordnen zwischen den Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) mittels einer Heizvorrichtung (9), vorzugsweise in einem Ofen, vorgeheizt oder aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasüberdruck 1,0 bis 50 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar, betragt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Schließen der Teilwerkzeuge (3, 7, 13, 18) ein Öffnungsende (10a) einer Gasinjektionslanze (10) in einen zwischen den einander gegenüberliegenden Teilwerkzeugen (3, 7, 13, 18) gebildeten Zwischenraum bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Halbzeuge (1, 5) durch eine Erhohung des ersten Schließdrucks auf einen vorgegebenen zweiten Schließdruck im Bereich der Öffnungsrander (2, 6, 16, 19) miteinander verschweißt werden.
Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein erstes (13) und ein zweites Teilwerkzeug (18) mit zueinander korrespondierenden Öffnungsrändern (16, 19), wobei zumindest einer der Öffnungsränder (16, 19) eine Kavitat (15) umgibt, und wobei das erste Teilwerkzeug (13) entgegen einer vorgegebenen Rückstellkraft bewegbar an einer Trägerplatte (11) angebracht ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 8, wobei das erste Teilwerkzeug (13) gegen die Wirkung zumindest einer Feder (12) gegen die Tragerplatte (11) bewegbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Bewegungsweg des ersten Teilwerkzeugs (13) durch die Trägerplatte (11) begrenzt ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das erste (13) und/oder zweite Teilwerkzeug (18) im Öffnungsrand (16, 19) eine Ausnehmung (20) zum Durchführen einer Gasinjektionslanze (10) aufweist.