DE10330435A1

DE10330435A1 - Workpiece carrier and method for its production

Info

Publication number: DE10330435A1
Application number: DE2003130435
Authority: DE
Inventors: Oswald Gerl; Arndt Hartelt
Original assignee: HPP HIGH PERFORMANCE PRODUCTS; HPP HIGH PERFORMANCE PRODUCTS GmbH
Current assignee: CARBOSYSTEMS GMBH, 56651 NIEDERZISSEN, DE
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-07-05
Also published as: EP1493679A1; DE10330435B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkstückträger und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit einer Grundplatte (2) und einem Element (3) zur Aufnahme eines Werkstücks, wobei erfindungsgemäß die Grundplatte (2) und/oder das Element (3) aus Faserverbundwerkstoff besteht. Verfahrensgemäß wird zur Erzeugung der Grundplatte und/oder des Elementes (3) ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) schichtweise in ein Formnegativ laminiert und anschließend in dem Formnegativ in einem Autoklaven mittels Temperatur und Druck ausgehärtet.The invention relates to a workpiece carrier and a method for its production with a base plate (2) and an element (3) for receiving a workpiece, wherein according to the invention, the base plate (2) and / or the element (3) consists of fiber composite material. According to the method, to produce the base plate and / or the element (3), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is laminated in layers into a mold negative and then cured in the mold negative in an autoclave by means of temperature and pressure.

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einer Grundplatte und einem Element bestehenden Werkstückträger.The The invention relates to one of a base plate and an element existing workpiece carrier.

Werkstückträger werden für eine Vielzahl von Behandlungsmethoden von Werkstücken, insbesondere zur Montage, zur Durchführung mechanischer Bearbeitungen oder zur Wärmebehandlung benötigt.Become a workpiece carrier for one Variety of treatment methods of workpieces, in particular for assembly, to carry out mechanical processing or required for heat treatment.

Wärmebehandlungen erfolgen in Öfen bzw. Ofenanlagen und werden sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich geführt. Die dafür benötigten Werkstückträger müssen insbesondere hitzebeständig sein, aber auch resistent gegen weitere, häufig aggressive Behandlungen.heat treatments done in ovens or kilns and are both continuous and discontinuous guided. The one for it required workpiece carrier must in particular heat-resistant but also resistant to other, often aggressive treatments.

Bekannt sind Werkstückträger, insbesondere zum Wärmebehandeln aus verschiedenen Materialien und je nach Einsatzgebiet in den verschiedensten Formen.Known are workpiece carriers, in particular for heat treatment made of different materials and depending on the application in the most diverse To shape.

Nach DE 299 14 140 U1 sind Werkstückträger aus Kunststoff bekannt, die mittels Tiefziehen aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden, welcher aus einer harten Außenschicht aus Polystyrol und einer weichen Innenschicht, ebenfalls aus Polystyrol, bestehen.To DE 299 14 140 U1 plastic workpiece carriers are known, which are made by deep drawing of a composite material, which consist of a hard outer layer of polystyrene and a soft inner layer, also made of polystyrene.

In DE 197 37 212 A1 wird ein Werkstückträger zum Wärmebehandeln von Werkstücken offenbart, der aus hitzebeständigem faserverbundkeramischen Material besteht. Er ist einstückig monolithisch ausgebildet oder besteht aus einstückig monolithisch ausgebildeten faserverbundkeramischen Elementen, wobei in die Bohrungen dieser Elemente Stützprofile eingesetzt sind.In DE 197 37 212 A1 discloses a workpiece carrier for heat treating workpieces, which consists of heat-resistant fiber composite ceramic material. It is monolithically formed in one piece or consists of integrally monolithically formed fiber composite ceramic elements, wherein in the holes of these elements support profiles are used.

Die DE 199 48 147 A1 offenbart dagegen einen Werkstückträger, der aus einer Grundplatte besteht, auf der ein Werkstückhalter in Form eines Rahmens zur Aufnahme mehrerer Werkstücke angebracht ist.The DE 199 48 147 A1 on the other hand discloses a workpiece carrier, which consists of a base plate on which a workpiece holder is mounted in the form of a frame for receiving a plurality of workpieces.

In der DE 196 51 408 C2 wird ein Werkstückträger aus hitzebeständigem faserverbundkeramischen Material zum Wärmebehandeln von darauf angeordneten Werkstücken offenbart. Der Werkstückträger besteht dabei aus streifenförmigen rechteckig angeordneten Bauteilen, deren nach oben gewandte Schmalseite die Auflagefläche für das Werkstück bilden.In the DE 196 51 408 C2 discloses a workpiece carrier made of heat-resistant fiber composite ceramic material for heat treating arranged thereon workpieces. The workpiece carrier consists of strip-shaped rectangularly arranged components whose upwardly facing narrow side form the bearing surface for the workpiece.

Die bekannten Werkstückträger haben die Nachteile, dass sie generell zu schwer sind und damit die Laufbänder und letztendlich die Motoren belasten, die dafür sorgen, dass die Werkstückträger mit den Werkstücken zu ihrer weiteren Behandlung an einen anderen Ort gefahren werden. Weiterhin haben sie häufig eine hohe Wärmeausdehnung sowie geringe Eigendämpfung, Festigkeit und Steifigkeit. Selten können die Werkstückträger mehrfach verwendet werden und verursachen somit hohe Kosten.The have known workpiece carrier the disadvantages that they are generally too heavy and therefore the treadmills and Finally, load the motors, which ensure that the workpiece carrier with the workpieces be driven to another location for their further treatment. They continue to be common a high thermal expansion as well as low internal damping, Strength and rigidity. Rarely can the workpiece carriers be repeated be used and thus cause high costs.

Es bestand nunmehr die Aufgabe, Werkstückträger zu finden, die eine geringe Wärmeausdehnung, geringes Gewicht, eine hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie eine hohe Eigendämpfung besitzen und darüber hinaus kostengünstig herstellbar sind.It Now the task was to find workpiece carrier, the low Thermal expansion, low weight, high strength and stiffness as well as a high self-damping own and above also inexpensive can be produced.

Die Aufgabe wurde mittels der Merkmalen des 1. und 14. Patentanspruchs gelöst.The Task was by means of the features of the 1st and 14th claim solved.

Dabei besteht der erfindungsgemäße Werkstückträger aus einer Grundplatte und einem Element zur Aufnahme des Werkstücks, wobei die Grundplatte und/oder das Element aus Faserverbundwerkstoff besteht. Grundplatte und Element können einstückig hergestellt sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, beide Teile getrennt voneinander zu fertigen und anschließend miteinander zu verbinden.there If the workpiece carrier according to the invention consists of a base plate and an element for receiving the workpiece, wherein the base plate and / or the element consists of fiber composite material. Base plate and element can one piece However, there is also the possibility to separate both parts from each other to manufacture and then connect with each other.

In einer besonderen Ausführungsform ist das Element mehrteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil des Elementes aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, vorzugsweise auf der Basis eines Epoxydharzes, und ein zweiter Teil aus einem metallischen Werkstoff. Der zweite Teil des Elementes ist in einer weiteren Ausführungsform ein aus Metall bestehender Aufsatz und auswechselbar und somit verschiedenen Werkstücken anpassbar. Insbesondere besteht das untere Element, welches auf der Grundplatte befestigt ist, aus dem Faserverbundwerkstoff.In a particular embodiment the element is formed in several parts, wherein a first part of Element consists of a fiber composite material, preferably based on an epoxy resin, and a second part of a metallic material. The second part of the element is in another embodiment an essay made of metal and exchangeable and therefore different workpieces customizable. In particular, the lower element which is on the base plate is attached, from the fiber composite material.

Der erfindungsgemäße Werkzeugträger mit mehreren Elementteilen hat neben der Grundplatte zum Beispiel 2 bis 5 Elementteile. Einzelne Elementteile können dabei auch aus dem Faserverbundwerkstoff oder aus einem Metall wie Stahl oder Aluminium bestehen.Of the Tool carrier according to the invention with several Element parts in addition to the base plate, for example, 2 to 5 element parts. Individual element parts can thereby also from the fiber composite material or from a metal like Steel or aluminum.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht der ganze Werkstückträger aus dem Faserverbundwerkstoff, in den Metallelemente eingebettet sind, die zur Auflage der Werkstücke dienen und diese somit positionieren.at another embodiment the whole workpiece carrier is made the fiber composite material in which metal elements are embedded, those for supporting the workpieces serve and thus position them.

Der verwendete Faserverbundwerkstoff wird bevorzugt nach dem sogenannten Prepreg-Verfahren hergestellt.Of the used fiber composite material is preferably after the so-called Prepreg process produced.

Die Grundplatte ist erfindungsgemäß mit dem Element und die Elementteile sind miteinander stoffschlüssig verbunden. Dabei ist die Grundplatte mit dem Element und/oder die Elementteile sind miteinander verklebt oder verschraubt.The base plate according to the invention with the element and the element parts are connected to each other cohesively connected. In this case, the base plate with the element and / or the element parts are glued or screwed together.

In einer anderen Ausführungsform ist die Grundplatte mit dem Element und/oder die Elementteile sind miteinander mittels einer Steckverbindung verbunden.In another embodiment is the base plate with the element and / or the element parts are connected to each other by means of a plug connection.

Weiterhin sind an dem Werkstückträger für das Werkstück ein oder mehrere auswechselbare Auflagepunkte aus Metall angebracht, auf denen das Werkstück aufgelegt und lagepositioniert wird und ggf. mit Spannvorrichtungen am Werkstückträger befestigt, d.h. lagefixiert wird.Farther are on or on the workpiece carrier for the workpiece several interchangeable contact points made of metal, on which the workpiece is placed and positionally positioned and possibly with tensioning devices attached to the workpiece carrier, i.e. is fixed in position.

Der Werkstückträger ist innen hohl, so dass flüssige und gasförmige Behandlungsmedien hineingelangen können.Of the Workpiece carrier is hollow inside, leaving liquid and gaseous Treatment media can get into it.

Vorzugsweise wird das Element durch eine umfangsseitig geschlossene, nach oben offene Wand ausgebildet.Preferably the element is closed by a circumferentially, upwards open wall formed.

Es ist jedoch auch möglich, das Element nach oben geschlossen auszubilden, z.B. durch den zweiten Teil des Elementes.It but it is also possible forming the element closed upwards, e.g. through the second Part of the element.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Werkstückträgern wird zunächst der Faserverbundwerkstoff hergestellt. Dabei wird

a) ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), insbesondere auf der Basis eines Epoxydharzes, schichtweise in ein Formnegativ des Elementes oder Elementteiles laminiert und anschließend
b) der CFK in einem Formnegativ des Elementes oder Elementteiles in einem Autoklaven mittels Temperatur und Druck ausgehärtet.

In the method according to the invention for producing workpiece carriers, first the fiber composite material is produced. It will

a) a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), in particular based on an epoxy resin, laminated in layers in a negative mold of the element or element part and then
b) the CFK cured in a mold negative of the element or element part in an autoclave by means of temperature and pressure.

Der CFK wird während dem Laminieren und vor dem Aushärten im Autoklaven mit Auflagepunkten aus Metall zur späteren Aufnahme des Werkstücks versehen. Die Auflagepunkte können auch nach dem Aushärten des CFK angebracht werden. Insbesondere werden die an das Element angebrachten Auflagepunkte mechanisch behandelt, um eine exakte lagegerechte Positionierung des Werkstücks zu gewährleisten. Die mechanische Bearbeitung wird entweder vor oder nach dem Zusammenbau des Elementes bzw. der Elementteile mit der Grundplatte durchgeführt.Of the CFK is being used during lamination and before curing in an autoclave with support points made of metal for later recording of the workpiece Mistake. The support points can even after curing the CFK are attached. In particular, the to the element attached support points mechanically treated to an exact To ensure correct positioning of the workpiece. The mechanical Machining will be done either before or after assembly of the item or the element parts performed with the base plate.

Werden mehrere Elementteile hergestellt, so werden diese nach dem Aushärten des CFK stoffschlüssig mittels eines Klebers miteinander verklebt oder verschraubt oder mittels einer Steckverbindung verbunden.Become made several element parts, so these are after curing of the CFRP cohesive glued or screwed together by means of an adhesive or connected by means of a plug connection.

Der so hergestellte Werkstückträger wird Erfindungsgemäß zur weiteren Bearbeitung, Montage und/oder Wärmebehandlung von Werkstücken verwendet.Of the thus produced workpiece carrier is According to the invention for further Machining, assembly and / or heat treatment of workpieces uses.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to embodiments and accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1: dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers, 1 : three-dimensional representation of a workpiece carrier according to the invention,

2: Seitenansicht eines Werkstückträgers mit einem Element aus zwei Teilen. 2 : Side view of a workpiece carrier with an element of two parts.

In 1 ist der Werkstückträger 1 dargestellt, bei welchem auf einer Grundplatte 2 ein einteiliges Element 3 befestigt ist. Das Element 3 ist als eine sich vertikal von der Grundplatte 2 nach oben erstreckende umfangsseitig geschlossene Wand W mit einer z.B. konstanten Wanddicke D ausgebildet. Der Werkstückträger 1 ist somit hohl und nach oben offen ausgebildet. Die von der Grundplatte 2 wegweisende Oberkante der Wand W des Elementes 3 ist entsprechend des aufzunehmenden Werkstückes strukturiert, d.h. die Höhe der Wand W variiert von einer großen Höhe H1 bis zu einer geringen Höhe H2. In die Wand W sind zwei Auflagepunkte 6.1 und 6.2 aus metallischem Werkstoff für das aufzunehmende Werkstück eingebettet. Zusätzlich ist in der Grundplatte 1 innerhalb des Bereiches, der von der Unterseite der Wand W eingeschlossen ist, ein Auflagepunkt 7 aus Metall vorgesehen.In 1 is the workpiece carrier 1 shown in which on a base plate 2 a one-piece element 3 is attached. The element 3 is as a vertically from the base plate 2 upwardly extending circumferentially closed wall W formed with a constant wall thickness D, for example. The workpiece carrier 1 is thus hollow and open at the top. The of the base plate 2 groundbreaking upper edge of the wall W of the element 3 is structured according to the male workpiece, ie the height of the wall W varies from a high altitude H1 to a low altitude H2. In the wall W are two support points 6.1 and 6.2 embedded in metallic material for the workpiece to be picked up. In addition, in the base plate 1 within the area enclosed by the bottom of the wall W, a bearing point 7 made of metal.

Die Grundplatte 2 und das Element 3 bestehen aus Faserverbundmaterial und wurden separat im Prepreg-Verfahren hergestellt und anschließend miteinander verklebt. Die Auflagepunkte 6.1, 6.2 und 7 wurden beim Übereinanderlegen der einzelnen Lagen (Zuschnitte) bereits mit eingearbeitet und sind nach dem Aushärten im Autoklaven fest in den Werkstückträger integriert. Da beim Herstellen des Prepregstapels die geforderte Maßhaltigkeit schwer einzuhalten ist, werden die Auflagepunkte 6.1, 6.2, 7 abschießend mechanisch bearbeitet, um die geforderte Form- und Maßgenauigkeit zu gewährleisten.The base plate 2 and the element 3 consist of fiber composite material and were prepared separately in the prepreg process and then glued together. The support points 6.1 . 6.2 and 7 were already incorporated in the superimposition of the individual layers (blanks) and are integrated after curing in the autoclave firmly in the workpiece carrier. Since the required dimensional accuracy is difficult to maintain when manufacturing the prepreg stack, the support points 6.1 . 6.2 . 7 Shooting mechanically processed to ensure the required dimensional and dimensional accuracy.

Alternativ ist es auch möglich, die Auflagepunkte aus Faserverbundmaterial herzustellen und mechanisch zu bearbeiten.alternative it is also possible to produce the contact points of fiber composite material and mechanically to edit.

2 zeigt die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1. Dieser besteht aus dem Element 3, befestigt auf der Grundplatte 2, mit den Elementteilen 4 und 5. Das auf der Grundplatte sitzende Elementteil 4 besteht wie die Grundplatte 2 aus Faserverbundmaterial. Das Elementteil 5 besteht aus Metall und weist die Auflageflächen 6.1, 6.2, 6.3 (und ggf. weitere Auflageflächen) für das aufzunehmende Werkstück auf. Die Elementteile 4 und 5 sind mittels einer Steckverbindung, hier zu sehen als Verbindungsteil 8, miteinander verbunden. Auch das Werkstück wird mittels solcher Steckverbindungsteile 8 auf dem Werkstückträger 1 befestigt. Das Elementteil 5 ist auswechselbar, entsprechend des aufzunehmenden Werkstückes. Es wird somit eine modulare Bauweise eines Werkstückträgers geschaffen, die verschiedenen Werkstückformen anpassbar ist. 2 shows the side view of another embodiment of the workpiece carrier according to the invention 1 , This consists of the element 3 , fixed on the base plate 2 , with the element parts 4 and 5 , The element part sitting on the base plate 4 is like the base plate 2 made of fiber composite material. The element part 5 consists of metal and has the bearing surfaces 6.1 . 6.2 . 6.3 (and possibly wide Re support surfaces) for the male workpiece. The element parts 4 and 5 are by means of a connector, seen here as a connecting part 8th , connected with each other. Also, the workpiece is by means of such connector parts 8th on the workpiece carrier 1 attached. The element part 5 is replaceable, according to the male workpiece. It is thus created a modular design of a workpiece carrier, which is adaptable to different workpiece shapes.

Die Grundplatte 2 und das darauf sitzende Elementteil 4 können vorgefertigt werden und das Elementteil 5, welches das Werkstück positioniert, wird entsprechend ausgewählt und auf dem Werkstückträger adaptiert. Das Elementteil 5 wird vorzugsweise nach dem Befestigen auf dem Elementteil 4 mechanisch auf Maß bearbeitet.The base plate 2 and the element part sitting thereon 4 can be prefabricated and the element part 5 , which positions the workpiece, is selected accordingly and adapted to the workpiece carrier. The element part 5 is preferably after fixing on the element part 4 Machined to measure.

Gemäß nicht näher dargestellter Ausführungsvarianten ist es auch möglich, in den Werkstückträger Spannzeuge zum Lagefixieren der Werkstücke zu integrieren.Not according to shown in more detail variants it is also possible into the workpiece carrier clamping tools for fixing the position of the workpieces to integrate.

Der erfindungsgemäße Werkstückträger zeichnet sich durch ein geringes Gewicht, hohe Steifigkeit, Festigkeit und Beanspruchbarkeit sowie hohe Form- und Maßgenauigkeit aus. Weiterhin vorteilhaft ist die geringe thermische Ausdehnung und auch die hohe Eigendämpfung, wodurch Vibrationen und Schwingungen entkoppelt werden.Of the inventive workpiece carrier draws characterized by low weight, high rigidity, strength and Strength and high dimensional accuracy. Farther advantageous is the low thermal expansion and also the high Natural attenuation, which decouples vibrations and vibrations.

Mit Hilfe des Werkstückträger konnte eine elegante Lösung gefunden werden, kostengünstig Werkstücke zu transportieren, diese weiter zu behandeln sowie zu montieren.With Help of the workpiece carrier could an elegant solution can be found cost-effectively to transport workpieces, to further treat and assemble them.

Claims

Workpiece carrier, consisting of a base plate ( 2 ) and an element ( 3 ) for receiving a workpiece, characterized in that the base plate ( 2 ) and / or the element ( 3 ) consists of fiber composite material.

Workpiece carrier according to claim 1, characterized in that the element ( 3 ) is formed one or more parts.

Workpiece carrier according to claim 1 or 2, characterized in that a first part ( 4 ) of the fiber composite element and the second part ( 5 ) of the element consists of a metallic material.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second part of the element ( 5 ) is a metal existing essay.

Workpiece carrier after one of the claims 1 to 3, characterized in that the second part of the element is interchangeable.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the base plate ( 2 ) with the element ( 3 ) and / or the first part ( 4 ) and the second part ( 5 ) of the element ( 3 ) are materially connected to each other.

Workpiece carrier according to claim 6, characterized in that the base plate ( 2 ) with the element ( 3 ) and / or the first part ( 4 ) and the second part ( 5 ) of the element ( 3 ) are glued together.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the base plate ( 2 ) with the element ( 3 ) and / or the first part ( 4 ) and the second part ( 5 ) of the element ( 3 ) are bolted together.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the base plate ( 2 ) with the element ( 3 ) and / or the first part ( 4 ) and the second part ( 5 ) of the element ( 3 ) with each other by means of a plug connection ( 8th ) are connected.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 9, characterized in that the workpiece carrier ( 1 ) for the workpiece one or more support points ( 6 . 7 ) made of metal.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 9, characterized in that the support points ( 6 . 7 ) of metal in the fiber composite material of the element ( 3 ) are embedded.

Workpiece carrier according to one of claims 1 to 10, characterized in that the workpiece carrier ( 1 ) is at least partially hollow.

Workpiece carrier according to claim 12, characterized in that the element ( 3 ) is formed as a, from the base plate vertically upwardly extending, circumferentially closed wall (W).

Workpiece carrier according to claim 12 or 13, characterized in that the element ( 3 ) is open at the top.

Workpiece carrier according to claim 12 or 13, characterized in that the element ( 3 ) is closed at the top.

Workpiece carrier after Claim 15, characterized in that the element by the second part is closed upwards.

Method for producing a workpiece carrier consisting of a base plate ( 2 ) and an element ( 3 ) for receiving a workpiece, according to claim 1, characterized in that a) for the production of the base plate and / or the element ( 3 ) a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer by layer in a mold negative and then b) is cured in the mold negative in an autoclave by means of temperature and pressure.

A method according to claim 17, characterized in that the CFK of the element ( 3 ) is provided after the lamination and before curing in the autoclave with support points made of metal for later recording of the workpiece.

A method according to claim 17, characterized in that the CFK of the element ( 3 ) is provided after curing in an autoclave with support points made of metal for later recording of the workpiece.

Method according to one of Claims 18 and 19, characterized that individual element parts after curing of the CFRP cohesively means glued or screwed together.

Method according to one of claims 17 to 20, characterized that after curing the CFK the element or an element part glued to the base plate or screwed.

Method according to one of claims 17 to 20, characterized that after curing CFK the element or an element part with the base plate by means of a plug connection is connected.

Method according to one of Claims 17 to 22, characterized that the support points located on the element can be machined mechanically are.

Workpiece carrier according to one of claims 17 to 23, characterized in that the base plate ( 2 ) and / or the element ( 3 ) was prepared in the prepreg process.