TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff sowie ein Formwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärktem, beispielsweise kohlefaserverstärktem, Kunststoff.

STAND DER TECHNIK

Bislang war es üblich, Formteile aus Kunststoff, beispielsweise aus

kohlefaserverstärktem Kunststoff, die zum Beispiel im Flugzeugbau Verwendung finden, zunächst unter thermischer Einwirkung zu verformen und das so hergestellte Formteil anschließend auf die erforderlichen Maße zu bearbeiten. Diese Bearbeitung erfolgt in der Regel auf mehrachsigen, numerisch gesteuerten Fräsmaschinen. Ein Nachteil bei dieser Vorgehensweise ist der hohe Aufwand für die sich an den Umformprozess anschließende Bearbeitung des Formteiles.

Zudem werden die Kanten des Formteils durch die sich an den Umformprozess anschließende Bearbeitung aufgeraut, wodurch die Enden der im Kunststoff enthaltenen Fasern freiliegen. Um zu vermeiden, dass die Fasern während des späteren Einsatzes des Formteils, beispielsweise durch Einwirken von Gasen oder Flüssigkeiten auf die offenen Kanten, Schaden nehmen, ist es erforderlich, die Kanten des Formteils nach der Bearbeitung zu versiegeln, wodurch ein weiterer Bearbeitungsschritt erforderlich wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff anzugeben, bei welchem die Anzahl der

Verfahrensschritte reduziert ist und somit die Herstellungskosten gegenüber dem Stand der Technik niedriger sind. Auch soll ein für ein derartiges Verfahren geeignetes Formwerkzeug angegeben werden.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß

Patentanspruch 1 gelöst.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus

Kunststoff weist die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen einer ein Kunststoffmaterial aufweisenden Platine;

b) Bearbeiten der Platine zur Erzeugung eines Rohlings mit einer Kontur, die der Abwicklung des fertigen Formteils in die Ebene der Platine entspricht; c) Erwärmen des Rohlings;

d) plastisches Umformen des erwärmten Rohlings zu einem Formteil mit der endgültigen Form mittels eines Formwerkzeugs, wobei zumindest eine der Kanten des Rohlings während des Verformens an im Formwerkzeug vorgesehenen Anlageflächen anliegt oder dort zur Anlage kommt.

VORTEILE Bei diesem Verfahren wird die Platine bereits im Schritt b) so auf Maß gearbeitet, dass eine zusätzliche Bearbeitung nach dem Umformschritt nicht mehr erforderlich ist. Die im Schritt b) bearbeiteten Konturkanten des Rohlings werden durch das Erwärmen im Schritt c) durch das dann fließfähige Matrixmaterial des Kunststoffs versiegelt, so dass der im Stand der Technik erforderliche zusätzliche Schritt des Versiegeins der Formteilkanten entfallen kann. Das Vorsehen von Anlageflächen im Formwerkzeug, an welche zumindest eine der Kanten des Rohlings während des Verformens zur Anlage kommt oder während des gesamten Umformprozesses anliegt, sorgt dafür, dass diese Kante am Ende des Umformschritts maßhaltig ist und nicht weiter zu überarbeitet werden braucht. Vorzugsweise werden alle relevanten Kanten des Rohlings während des Schrittes des plastischen Umformens gegen entsprechende Anlageflächen am Formwerkzeug, so genannte "Net-Moulding-Kanten" zur Anlage gebracht oder liegen während der Umformung an derartigen Anlageflächen des Formwerkzeugs an, wodurch die Maßhaltigkeit der Formteilkanten und folglich des gesamten fertigen Formteils gewährleistet wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Kunststoffmaterial faserverstärkt, insbesondere mit Kohlefasern verstärkt, und das Kunststoffmaterial weist ein thermoplastischen Matrixmaterial, insbesondere PPS (Polyphenylensulfid), auf.

Vorzugsweise erfolgt das Bearbeiten der Platine im Schritt b) durch spanlose und/oder spanabhebende Bearbeitungsschritte. Die spanlosen

Bearbeitungsschritte können beispielsweise Schneiden oder Stanzen sein und die spanabhebenden Bearbeitungsschritte sind beispielsweise Bohren, Sägen oder Fräsen.

Das Erwärmen des Rohlings im Schritt c) erfolgt vorzugsweise durch

Wärmeleitung. Hierdurch wird eine besonders homogene Erwärmung der Platine erzielt.

Es ist besonders von Vorteil, wenn das im Schritt d) gebildete Formteil für eine vorgegebene Zeitspanne im geschlossenen Formwerkzeug verbleibt und wenn in dieser Zeitspanne die Temperatur des Formwerkzeugs und damit des Formteils auf eine vorgegebene Temperatur heruntergekühlt wird, bevor das fertige Formteil aus dem Formwerkzeug entfernt wird. Diese Abkühlung des Formteils im

Formwerkzeug sorgt für eine besonders gute Maßhaltigkeit des fertigen Formteils.

Der auf das Formwerkzeug gerichtete Teil der Aufgabe wird durch das

Formwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Das Formwerkzeug weist zumindest eine Matrize und zumindest einen Stempel auf, die gegeneinander verfahrbar sind, wobei der Stempel und/oder die Matrize Anlageflächen für zumindest eine der Kanten des umzuformenden Rohlings aufweist. Diese Anlageflächen, die auch als "Net-Moulding-Kanten" bezeichnet werden, sorgen für eine Fixierung der zugeordneten Kanten des umzuformenden Rohlings, wodurch eine Maßhaltigkeit der entsprechenden Kanten des fertigen Formteils gewährleistet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen Platinen-Rohling;

Fig. 2 ein fertiges Formteil in der Frontansicht in Richtung des Pfeils Il in

Fig. 3;

Fig. 3 das fertige Formteil in der Ansicht von unten in Richtung des Pfeils III in Fig. 2;

Fig. 4 das fertige Formteil in der Seitenansicht von links in Richtung des

Pfeils IV in Fig. 2; Fig. 5 ein geöffnetes Formwerkzeug zur Herstellung des in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Formteils.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN In Fig. 1 ist ein ebener Rohling 1 dargestellt, der aus einer Kunststoff-Platine, beispielsweise durch Schneiden oder Fräsen, herausgearbeitet worden ist. Die Umrisskante 10 des Rohlings 1 begrenzt die geometrische Abwicklung eines zu erzeugenden fertigen Formteils in die Ebene der Platine. Strichpunktierte

Doppellinien A, B, C bezeichnen die Faltkanten, entlang derer der Rohling beim Umformen abgekantet wird. Die Faltkanten A, B und C unterteilen den Rohling 1 in mehrere Flächenbereiche, nämlich in einen unteren Frontflächenbereich 12, einen seitlich-oberen Frontflächenbereich 14, einen Bodenbereich 16 und einen linken Seitenbereich 18.

Der Rohling 1 wird zunächst so weit erwärmt, dass das Matrixmaterial des

Kunststoffs weich und verformbar wird. Danach wird der Rohling in ein

Formwerkzeug eingelegt und entlang der an den Bodenbereich angrenzenden Doppellinien A und C um einen vorgegebenen Winkel, im vorliegenden Fall um 90°, abgekantet. Anschließend wird der Rohling 1 noch um die Doppellinie B abgekantet und erhält so seine in den Fig. 2 bis 4 gezeigte endgültige Form. In den Fig. 2, 3 und 4, die unterschiedliche Ansichten des fertigen Formteils zeigen, sind die Faltkanten A, B und C sowie die abgekanteten Flächenbereiche 12, 14, 16 und 18 dargestellt.

Fig. 5 zeigt ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Das Formwerkzeug weist als Oberwerkzeug einen Stempel 2 und als Unterwerkzeug eine Matrize 3 auf.

Die Matrize 3 umfasst einen Eintauchrahmen 30, in dem ein gefederter Boden 32 derart verschiebbar gelagert ist, dass der gefederte Boden 32 von einer Druckkraft des Stempels 2 beaufschlagt gegen eine Federkraft in den Eintauchrahmen 30 hineinschiebbar ist.

Die Oberseite 34 des gefederten Bodens 32 bildet eine Negativform mit zwei Vertiefungen 36, 38, die jeweils von einer Formkante 35 beziehungsweise 37 gegen den erhabenen Teil der Oberseite 34 des gefederten Bodens 32 begrenzt sind. Die Formkanten 35, 37 entsprechen in ihrer Kontur den Kantenabschnitten 16', 16" des Bodenbereichs 16 des Rohlings 1.

Der Rohling 1 wird mit seinem Bodenbereich 16 so auf der Oberseite 34 des gefederten Bodens 32 platziert, dass die beiden Teile des Bodenbereichs 16 in den Vertiefungen 36 beziehungsweise 38 zu liegen kommen. Die Kante 16' des Bodenbereichs 16 liegt dabei an der Formkante 35 der Vertiefung 36 an und die Kante 16" des Bodenbereichs 16 liegt dabei an der Formkante 37 der Vertiefung 38 an. Anschließend wird der Stempel 2 gegen die Matrize 3 verfahren, sodass die untere Fläche 20 des Stempels 2 auf der Oberseite 34 des gefederten Bodens 32 und dem Bodenbereich 16 des Rohlings 1 aufliegt. Der Rohling 1 ist auf diese Weise im Formwerkzeug fixiert.

Der Stempel 2 ist an seiner in Fig. 5 vorderen Seite 22 mit einer großflächigen Vertiefung 24 versehen, die von einer äußeren Formkante 23 zum erhabenen Teil der vorderen Seite 22 des Stempels 2 begrenzt ist. Innerhalb der Vertiefung 24 ist ein weiterer erhabener Bereich 26 vorgesehen, der gegenüber der Vertiefung von einer inneren Formkante 25 begrenzt ist. Die vordere Seite 22 des Stempels 2 ist mit einer weiteren Vertiefung 28 versehen, die gegenüber dem nicht vertieften Bereich der vorderen Seite 22 von einer seitlichen Formkante 27 begrenzt ist.

Die in Fig. 5 linke Seite 21 des Stempels 2 ist mit einer seitlichen Vertiefung 29 versehen, die gegenüber dem nicht vertieften Bereich der linken Seite 21 durch eine seitliche Formkante 29' abgegrenzt ist. Die Vertiefungen 28, 29 gehen ineinander über.

Wird der Stempel 2 gegen die elastische Kraft des gefederten Bodens 32 in Richtung des Pfeils P weiter nach unten gefahren, so taucht der gefederte Boden 32 zusammen mit dem Stempel 2 in den Eintauchrahmen 30 der Matrize 3 ein. Der zwischen der Oberseite 34 der Matrize 3 und der Unterseite 20 des Stempels 2 eingespannte Rohling 1 wird dann von dem umlaufenden Rand 31 des

Eintauchrahmens 30 nach oben gezwungen, wobei der Rohling entlang der in Fig. 1 gezeigten Doppellinien A und C abgebogen wird. Beim weiteren Eintauchen des Stempels 2 in den Eintauchrahmen 30 legt sich der untere Frontflächenbereich 12 des Rohlings in die Vertiefung 24 an der vorderen Seite 22 des Stempels 2 und der linke Seitenbereich 18 des Rohlings 1 legt sich in die seitliche Vertiefung 29 des Stempels 2.

Nachdem der Stempel 2 in den Eintauchrahmen 30 der Matrize 3 eingetaucht ist, wird der seitlich-obere Frontflächenbereich 14 des Rohlings 1 mittels eines— nicht gezeigten— Schiebers entlang der Doppellinie B in Fig. 1 um den in Fig. 5 gezeigten Kantenabschnitt 29" des Stempels 2 abgebogen, sodass der seitlichobere Frontflächenbereich 14 in der Vertiefung 28 des Stempels 2 zu liegen kommt.

In dieser eingetauchten Position liegt die äußere Umfangskante 12' des unteren Frontflächenbereichs 12 des Rohlings 1 gegen die Formkante 23 der vorderen Seite 22 des Stempels 2 an und die innere Formkante 12" des unteren

Frontflächenbereichs 12 liegt gegen die Formkante 25 des erhabenen Abschnitts 16 der vorderen Seite 22 des Stempels 2 an. Die Außenumfangskante 18 ^* des linken Seitenbereichs 18 des Rohlings 1 liegt an der seitlichen Formkante 29' des Stempels 2 an und ein unterer Abschnitt 14' des seitlich-oberen Frontflächenbereichs 14 des Rohlings 1 gerät gegen einen

Abschnitt der Formkante 27 zur Anlage. Die Formkanten 35, 37 in der Matrize 3 und die Formkanten 23, 25, 27 und 29' des Stempels 2 bilden somit maßtreue Begrenzungen für das fertige Formteil, das nach dem Abkühlen des Formwerkzeugs aus diesem entnommen wird. Das fertige Formteil entspricht somit den durch die Vertiefungen 36, 38 in der Matrize 3 und die Vertiefungen 24, 28, 29 des Stempels 2 bestimmten vorgegebenen Abmessungen, sodass das fertige Formteil nicht mehr beschnitten werden muss. Während des Umformschrittes stützen sich somit Kantenabschnitte der

Umfangskante 10 des Rohlings gegen im Formwerkzeug vorgesehene und Formkanten bildende Anlageflächen ab, wodurch gewährleistet wird, dass die Kantenabschnitte nach dem Umformen des Rohlings 1 eine definierte räumliche Lage einnehmen, die jeweils einem Sollmaß des fertigen Formteils entspricht. Dadurch ist ein Nachbearbeiten der Kanten des fertigen Formteils nicht mehr erforderlich.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Bezugszeichenliste

Es bezeichnen:

1 Rohling

2 Stempel

3 Matrize

10 Umform kante

12 unterer Frontflächenbereich

14 seitlich-oberer Frontflächenbereich

14 unterer Abschnitt von 14

16 Bodenbereich

18 linken Seitenbereich

20 Unterseite von 2

21 linke Seite von 2

22 vordere Seite von 2

23 äußere Formkante

24 Vertiefung

25 innere Formkante

26 erhabener Bereich

27 Formkante

28 Vertiefung

29 Vertiefung

29 Formkante

29 Kantenabschnitt

30 Eintauchrahmen

31 umlaufender Rand

32 gefederter Boden

34 Oberseite von 32

35 Form kante

36 Vertiefung

37 Formkante

38 Vertiefung

A, B, C Faltkanten