DE19838690A1

DE19838690A1 - Molding tool for resin injection of flat or curved structures with an outer skin and stiffening ribs in fiber reinforced plastic has a variable carrier frame holding stiffeners for the molding

Info

Publication number: DE19838690A1
Application number: DE1998138690
Authority: DE
Inventors: Peter Bewersdorf
Original assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-02

Abstract

The carrier frame (1) for forming the product contour comprises a frame of longitudinal (4) and transverse (3) members profiles connected together. Stiffening profiles (12) and other contour forming patterns (14) are attached to the longitudinal members by connectors (13) which are positioned to ensure they are always accessible.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung von flächigen wahl weise sowohl ebenen als auch gekrümmten Schalenstrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen mit einer Verstärkungsfasern enthaltenen Außenhaut sowie längs- und/oder quer verlaufenden Versteifungsprofilen aus faserverstärktem Kunststoff, hergestellt im Harzinjektionsverfahren, bestehend aus einem konturbildenden und einem oberflächenbildenden Werkzeugteil, einer Injektions- und einer Absaugein heit. Die Erfindung ist vorteilhaft für die Herstellung verstärkter Schalenstrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen für Reisezugwagenkästen, Kofferaufbauten und Behältern, letztere solche mit konstanter Querschnittsform und -größe, anwendbar.The invention relates to a device for producing flat choice wise both flat and curved shell structures made of fiber-reinforced Plastics with an outer skin containing reinforcing fibers and longitudinal and / or transverse stiffening profiles made of fiber-reinforced plastic, produced in the resin injection process, consisting of a contour-forming and a surface-forming tool part, an injection and a suction unit Ness. The invention is advantageous for the production of reinforced shell structures made of fiber-reinforced plastics for passenger coach bodies, box bodies and Containers, the latter those with constant cross-sectional shape and size, applicable.

Es sind ganz allgemein Schalenstrukturen bekannt, die derart hergestellt werden, indem das trockene Verstärkungsmaterial der Außenhaut in eine feste Form, welche die Außenkontur der Außenhaut einschließlich der Öffnungskonturen z. B. von Fen steröffnungen aufweist, eingelegt und fixiert wird und auf das Verstärkungsmaterial die gesondert gefertigten Versteifungsprofile in den vorgesehenen Abständen ein gelegt und fixiert werden. Anschließend wird das Laminierharz nach dem Vakuum- oder Druck-Vakuum-Injektionsverfahren in das Verstärkungsmaterial eingebracht, wobei der Abschluß des Laminates nach innen durch eine Plast- oder Elastfolie ge bildet wird. Hierbei sind die Werkzeugbaugruppen für die zu bildenden Öffnungs konturen auf der festen Außenform mit Durchgangsschrauben befestigt, was die Va riabilität ihrer Positionierung begrenzt. Weiterhin ist die Variabilität des Formwerk zeugs nach dem beschriebenen Konzept eingeschränkt, da in der Regel an die Oberfläche der Außenhaut hohe Qualitätsanforderungen gestellt werden und damit der Möglichkeiten zu deren Aufarbeitung Grenzen gesetzt sind. Demgegenüber sind an die Konturtreue und Maßhaltigkeit insbesondere der Innenkonturen und Verstei fungsprofile hohe Anforderungen zu stellen, da sie in der Regel die Bezugsebene zum Innenausbau bilden. Hier weist das beschriebene Werkzeug den Nachteil auf, daß die Außenkontur der Außenhaut durch die feste Form maß- und konturgenau abgebildet wird und sich Toleranzen entgegen dem Erfordernis nach innen aufbau en, wobei die Toleranzen infolge der Bauschelastizität des trocken in die Form ein gelegten Verstärkungsmaterials beträchtlich sein kann.Shell structures are generally known which are produced in such a way by making the dry reinforcement material of the outer skin into a solid form, which the outer contour of the outer skin including the opening contours z. B. from Fen Has openings, inserted and fixed and on the reinforcing material the separately manufactured stiffening profiles at the specified intervals be placed and fixed. Then the laminating resin after the vacuum or pressure-vacuum injection method introduced into the reinforcing material, the conclusion of the laminate ge inside by a plastic or elastic film is forming. Here are the tool assemblies for the opening to be formed contours attached to the solid outer shape with through screws, which the Va limited their positioning. Furthermore, the variability of the molding limited according to the concept described, as a rule to the The surface of the outer skin must meet high quality requirements the possibilities for processing them are limited. Are against of the contour accuracy and dimensional accuracy, especially of the inner contours and reinforcement to make high demands because they are usually the reference level form for interior fittings. Here the tool described has the disadvantage that the outer contour of the outer skin due to the solid shape accurate and contour is mapped and tolerances build up against the requirement internally en, the tolerances due to the structural elasticity of the dry in the mold laid reinforcement material can be considerable.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung zur Herstellung von flächigen, verstärkten Schalenstrukturen aus Faser verbund-Kunststoffen nach dem Injektionsverfahren zu entwickeln, welche einfach aufgebaut ist, eine hohe Variabilität der zu fertigenden Schalenstrukturen mit und ohne Öffnungen zuläßt sowie eine exakte innere Kontur zur Anbindung des Innen ausbaus gewährleistet.The problem specified in the invention is based on a problem Device for the production of flat, reinforced shell structures made of fiber to develop composite plastics using the injection process, which is simple is built, a high variability of the shell structures to be manufactured with and without openings and an exact inner contour for connecting the inside expansion guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem die konturbildende Trageinheit gerüstartig gestaltet ist, aus Gerüstspanten und Längsprofilen besteht, welche miteinander verbunden sind, wobei auf den Längsprofilen die Versteifungs profile oder andere formbildenden Modelle kontur- und maßgerecht abgelegt und mittels der Verbindungselemente fixiert sind, sowie in jedem Betriebszustand der Einrichtung die Zugänglichkeit zu den Verbindungselementen gewährleistet ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die oberflächenbildende Formeinheit aus einer biegeelastischen, oberflächenbildenden Platte, welche durch rückseitig linienförmig angebundene, vorzugsweise längs verlaufende Versteifungselemente nur in einer Richtung biegesteif verstärkt ist, besteht.According to the invention, the object is achieved in that the contour-forming Support unit is designed like a scaffold, consists of scaffold frames and longitudinal profiles, which are connected to each other, with the stiffening on the longitudinal profiles profiles and other shape-forming models are stored in accordance with the contours and dimensions, and are fixed by means of the connecting elements, as well as in any operating state Accessibility to the connecting elements is guaranteed. Furthermore, it is according to the invention that the surface-forming molding unit from one resilient, surface-forming plate, which is linear on the back connected, preferably longitudinal stiffening elements only in one Direction is reinforced rigid.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen insbesondere darin, daß mit dieser Einrichtung vorgefertigte Baugruppen gleichzeitig mit dem Umformprozeß der Schalenflächen verbunden werden und damit zusätzliche Montageprozesse vermie den werden können, ein sehr hoher Integrationsgrad möglich ist sowie in Grenzen (Verwendung von Beilagen) oder durch den Einsatz anderskonturiger Gerüstspanten variable, mit unterschiedlich angeordneten Öffnungen versehene Schalenstrukturen fertigbar sind. Weiterhin gewährleistet die Ausbildung der Trageinheit als konturbil dendes Werkzeugteil höchste Maß- und Konturgenauigkeit in der Schnittstelle zu den Nachbarbaugruppen des Innenausbaus.The advantages of the solution according to the invention are in particular that with this device prefabricated assemblies simultaneously with the forming process Shell surfaces are connected and thus avoid additional assembly processes a very high degree of integration is possible and within limits (Use of inserts) or by using scaffold frames with different contours variable shell structures with differently arranged openings are producible. Furthermore, the design of the support unit ensures that it is contoured The tool part has the highest dimensional and contour accuracy in the interface the neighboring assemblies of the interior.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert wer den. Hierbei zeigen die dazugehörigen Zeichnungen inThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment the. The associated drawings show in

Fig. 1: einen Querschnitt durch die Einrichtung Fig. 1: a cross section through the device

Fig. 1a: eine Schraubverbindung zur Befestigung der Längsprofile auf den Gerüstspanten Fig. 1a: a screw connection for fastening the longitudinal profiles on the scaffold frames

Fig. 2: den Schnitt A-A gemäß Fig. 1 FIG. 2 shows the section AA of Figure 1.

Fig. 3: eine Einzelheit x gemäß Fig. 1 Fig. 3 shows a detail X of Figure 1.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht die Einrichtung für die Herstellung großflächiger Scha lenstrukturen, beispielsweise Schienenfahrzeugdächer, aus der Trageinheit 1, der Formeinheit 2 sowie der Injektionseinheit A und der Absaugeinheit B. Die Injektions- und Absaugeinheiten (A, B) sind im Ausführungsbeispiel entsprechend dem an sich bekannten Stand der Technik gestaltet und werden deshalb in der Beschreibung nicht näher erläutert. Die Trageinheit 1 besteht aus den im Abstand und fluchtend zueinander angeordneten, konturgebenden Gerüstspanten 3 und den Längsprofilen 4, die mittels Schraubverbindungen 5 gem. Fig. 1a oder anderen geeigneten Ver bindungselementen parallel und im Abstand zueinander auf den Gerüstspanten 3 befestigt sind. Ihre Anordnung ist aus der Fig. 2 ersichtlich. Im Interesse einer uni versellen Nutzbarkeit der Einrichtung ist es zweckmäßig, die Schraubverbindungen 5 im Zusammenwirken mit den Gerüstspanten 3 und den Längsprofilen 4 verstellbar zu gestalten. Im Ausführungsbeispiel ist das in allgemein bekannter Weise einer seits durch die Schlitzlöcher 6 in den Gerüstspanten 3 und andererseits durch die Nuten 7 mit den Nutensteinen 8 sowie den Schlitzlöchern 9 in den Längsprofilen 4 gewährleistet. Die beschriebene Lösung hat weiterhin den Vorteil, daß die durch die Längsprofile 4 gebildete Querschnittskontur 10 gem. Fig. 1 durch die Beilagen 11 ebenfalls korrigiert werden kann, wobei die Beilagen 11 den Längsprofilen 4 zuge ordnet unterschiedliche Dicken aufweisen können. Die Längsprofile 4 dienen der konturhaltenden Ablage der vorgefertigten Versteifungsprofile 12 der herzustellen den Schalenstruktur sowie deren Fixierung mittels an sich bekannter Verbindungs elemente 13, beispielsweise Schnellspannverbinder, gemäß Fig. 3. Die Kontur 10' der abgelegten und auf Abstand fixierten Versteifungsprofile 12 ist identisch mit der Querschnittskontur 10 der Längsprofile 4. Zwischen den Versteifungsprofilen 12 können beliebig die Modelle 14 für die Öffnungen der Schalenstruktur angeordnet und fixiert sein. Den äußeren Abschluß bildet die Formeinheit 2, die aus einer bieg samen Platte 15 und den mit dieser quasi linienförmig verbundenen, vorzugsweise parallel und im Abstand zueinander angeordneten Versteifungselemente 16 der Formeinheit 2 sowie den an den Längskanten 17; 17' befindlichen Abschlußprofile 18, 18' mit den nicht näher erläuterten Spannvorrichtungen 19, 19'. Die Platte 15 kann aus Stahl-, Aluminiumblech oder Kunststoff bestehen und ruht auf dem trocke nen eingelegten Verstärkungsmaterialien 21 für die Außenhaut 20 der Schalen struktur. Die Außenhaut 20, das Verstärkungsmaterial 21, die Versteifungsprofile 12 sowie das Modell 14 wurden zum besseren Verständnis der Funktionen der Ein richtung dargestellt, gehören aber nicht zum erfindungsgemäßen Gegenstand. Der vakuumdichte Abschluß der Einrichtung auf der Innenseite ist in vorteilhafter An wendung der Lösung nach dem Patent DE 196 39 339 realisierbar.As shown in FIG. 1, the device for the production of large-scale structures, for example rail vehicle roofs, consists of the supporting unit 1 , the molding unit 2 and the injection unit A and the suction unit B. The injection and suction units (A, B) are in the exemplary embodiment designed according to the known prior art and are therefore not explained in the description. The support unit 1 consists of the spaced and aligned to each other, contouring scaffold frames 3 and the longitudinal profiles 4 , which according to screw connections 5 . Fig. 1a or other suitable Ver fasteners parallel and spaced from each other on the scaffold frames 3 are attached. Their arrangement can be seen in FIG. 2. In the interest of universal usability of the device, it is expedient to make the screw connections 5 adjustable in cooperation with the scaffold frames 3 and the longitudinal profiles 4 . In the exemplary embodiment, this is ensured in a generally known manner on the one hand through the slotted holes 6 in the scaffold frames 3 and on the other hand through the grooves 7 with the sliding blocks 8 and the slotted holes 9 in the longitudinal profiles 4 . The solution described also has the advantage that the cross-sectional contour 10 formed by the longitudinal profiles 4 acc. Fig. 1 can also be corrected by the supplements 11 , the supplements 11 assigned to the longitudinal profiles 4 can have different thicknesses. The longitudinal profiles 4 are used for form-retaining tray of the prefabricated stiffening profiles 12 form the shell structure and its fixation elements by means of known per se connection 13, for example, quick-release connector of FIG. 3. The contour 10 'of the deposited and fixed spaced stiffening profiles 12 is identical to the Cross-sectional contour 10 of the longitudinal profiles 4 . The models 14 for the openings of the shell structure can be arranged and fixed as desired between the stiffening profiles 12 . The outer end forms the molding unit 2 , which consists of a flexible plate 15 and the quasi linearly connected to it, preferably parallel and spaced stiffening elements 16 of the molding unit 2 and the on the longitudinal edges 17 ; 17 'located end profiles 18 , 18 ' with the clamping devices 19 , 19 'not explained in detail. The plate 15 may be made of steel, aluminum sheet or plastic and rests on the dry reinforcing materials 21 for the outer skin 20 of the shell structure. The outer skin 20 , the reinforcing material 21 , the stiffening profiles 12 and the model 14 have been shown for a better understanding of the functions of the device, but are not part of the subject matter of the invention. The vacuum-tight closure of the device on the inside can be realized in an advantageous application of the solution according to patent DE 196 39 339.

Nach dem Positionieren der Verstärkungsprofile 12 auf den Längsprofilen 4, dem Einbringen eventueller Modelle 14 für Öffnungen in der Schalenstruktur, dem inne ren vakuumdichten Abschluß, dem Einlegen des fasrigen Verstärkungsmaterials 21 für die Außenhaut 20 sowie dem Aufbringen und Spannen der Formeinheit 2 kann mit dem Injektionsverfahren begonnen werden.After positioning the reinforcement profiles 12 on the longitudinal profiles 4 , the introduction of any models 14 for openings in the shell structure, the inner vacuum-tight closure, the insertion of the fibrous reinforcement material 21 for the outer skin 20 and the application and tensioning of the molding unit 2 can with the injection method be started.

Reference list

11

Trageinheit
Support unit

22nd

Formeinheit
Molding unit

33rd

Gerüstspanten
Scaffold frames

44th

Längsprofile
Longitudinal profiles

55

Schraubverbindungen
Screw connections

66

Schlitzlöcher
Slotted holes

77

Nuten
Grooves

88th

Nutensteine
Sliding blocks

99

Schlitzlöcher
Slotted holes

1010th

, ,

1010th

'Querschnittskontur
'' Cross-sectional contour

1111

Beilagen
Side dishes

1212th

Versteifungsprofile
Stiffening profiles

1313

Verbindungselemente
Fasteners

1414

Modelle
Models

1515

Platte
plate

1616

Versteifungselemente
Stiffening elements

1717th

, ,

1717th

'Längskanten
'Long edges

1818th

, ,

1818th

'Abschlußprofile
'End profiles

1919th

, ,

1919th

'Spannvorrichtungen
'' Fixtures

2020th

Außenhaut
Outer skin

2121

Verstärkungsmaterial
AInjektionseinheit
BAbsaugeinheit
Reinforcement material
Injection unit
BExtraction unit

Claims

1.Device for the production of planar, optionally both flat and curved shell structures made of fiber-reinforced plastics with an outer skin containing reinforcing fibers, and longitudinal and / or transverse stiffening profiles made of fiber-reinforced plastic, produced in the resin injection process, consisting of a contour-forming and a surface-forming Tool part, an injection and a suction unit, characterized in that the contour-forming support unit ( 1 ) is designed like a scaffold, consisting of scaffold frames ( 3 ) and longitudinal profiles ( 4 ), which are connected to each other, the stiffening profiles on the longitudinal profiles ( 4 ) ( 12 ) or other shape-forming models ( 14 ) are stored in accordance with the contours and dimensions and are fixed by means of the connecting elements ( 13 ), and access to the connecting elements ( 13 ) is ensured in every operating state of the device.

2. Device for the production of flat shell structures according to claim 1, characterized in that the surface-forming molding unit ( 2 ) consists of a flexible, surface-forming plate ( 15 ), which is connected in a one-sided manner, preferably longitudinally running stiffening elements ( 16 ), by means of line-shaped reinforcement elements ( 16 ) is reinforced rigid.