Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pressvorrichtung, umfassend ein Werkzeug, eine Krafterzeugungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine auf das Werkzeug wirkende Pressenkraft zu erzeugen, und mehrere flächig über das Werkzeug verteilte thermische Aktoren wobei ein jeweiliger Aktor ein Ausdehnungselement, das durch einen Festkörper ausgebildet ist und ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, ein Temperiermittel, das dazu eingerichtet ist, eine Temperaturänderung in einem zwischen den Enden liegenden Temperierabschnitt des Ausdehnungselements zu bewirken, und ein Lagermittel, durch das eine Position des ersten Endes festlegbar ist, umfasst und dazu eingerichtet ist, bei der Temperaturänderung eine vom ersten Ende zum zweiten Ende gerichtete Aktorenkraft bereitzustellen, wobei ein jeweiliger Aktor durch das Lagermittel derart mechanisch mit der Krafterzeugungseinheit gekoppelt ist, dass die Aktorenkraft die Pressenkraft überlagert.

Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Presserzeugnisses.

Das Dokument FR 2 956 450 A1 offenbart eine Heißpresse mit einer unteren Platte, die eine Form für ein zu formendes Werkstück trägt, und mit einer oberen Platte, an der thermische Aktoren mit einem Heizmittel angeordnet sind. Ein jeweiliger thermischer Aktor ist mit seinem ersten Ende fest auf der Höhe eines äußeren ausdehnbaren Bereichs mit der oberen Platte verbunden und liegt dem Werkstück mit seinem gegenüberliegenden Ende gegenüber.

Das Dokument WO 2017/037229 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem fließfähigen Harzsystem in einem Formwerkzeug, welches zumindest zwei Werkzeugteile zur Bildung einer Kavität umfasst, in einer Presse mit einer Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Pressdrucks auf das Formwerkzeug. Zur Beeinflussung einer Biegelinie eines Werkzeugteils, eines Fließprozesses bzw. einer Spaltweite der Kavität ist eine Korrekturvorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Sensor auf, welcher die Spaltweite oder Dehnungen am Werkzeug oder einer Aufspannplatte erfasst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Herstellung eines Presserzeugnisses anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pressvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der Messelemente vorgesehen sind, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein die Aktorenkraft und/oder eine durch die Aktorenkraft bewirkte Wegänderung und/oder eine durch die Aktorenkraft bewirkte Druckänderung beschreibendes Messsignal zu erzeugen.

Durch die thermischen Aktoren kann die Geometrie des Werkzeugs dreidimensional verändert werden. Die Erfindung ermöglicht es ferner, die Aktorenkraft durch eine vom Temperiermittel induzierte thermische Veränderung der Geometrie des Ausdehnungselements zu erzeugen. Mittels der Messelemente ist die Aktorenkraft mittelbar oder unmittelbar erfassbar und ggf. weiterverarbeitbar.

Da durch die Temperaturänderung bewirkte Längenänderungen vergleichsweise gering sind, aber mit einer hohen Aktorenkraft einhergehen, eignet sich der thermische Aktor hervorragend zur lokalen Veränderung der Geometrie eines Werkzeugs in einer Pressvorrichtung. Außerdem kann der Aktor bauteilarm, energiesparend, leicht regelbar und damit insgesamt kostengünstig betrieben werden. Auf hydraulische bzw. pneumatische Betriebsfluide kann verzichtet werden, sodass eine energieintensive Verdichtung eines Betriebsfluids und ein thermischer Einfluss auf ein Betriebsfluid entfallen.

Es kann bei der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung ferner vorgesehen sein, dass das Werkzeug einen ersten Werkzeugteil und einen dem ersten Werkzeugteil gegenüberliegenden zweiten Werkzeugteil umfasst. Zwischen den Werkzeugteilen kann eine zu verpressende Materialkombination aufgenommen werden. Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die thermischen Aktoren zumindest zum Teil auf Seiten des ersten Werkzeugteils angeordnet sind, wobei die Pressvorrichtung ferner mehrere die Krafterzeugungseinheit mechanisch mit dem Werkzeug koppelnde, flächig über das Werkzeug verteilt angeordnete Abstandshalter umfasst, von denen zumindest ein Teil auf Seiten des zweiten Werkzeugteils auf einer längs der von den am ersten Werkzeugteil angeordneten Aktoren ausgeübten Aktorenkraft verlaufenden Achse angeordnet und mit einem der Messelemente versehen ist. Dadurch, dass entlang der Achse einem Aktor jeweils ein Abstandshalter mit einem Messelement auf unterschiedlichen Werkzeugteilen gegenüberliegt, wird eine präzise Messung der Kraftwirkung des Aktors ermöglicht und gleichzeitig eine Beeinflussung des Messelements durch die Erwärmung des gegenüberliegenden Aktors reduziert.

Vorzugsweise ist an den Abstandshaltern kein dem Temperiermittel der Aktoren entsprechendes Temperiermittel angeordnet. Ein jeweiliger Abstandshalter kann auch als temperiermittelfrei bezeichnet werden. Insbesondere liegt eine sich parallel und/oder konzentrisch zur Achse erstreckende Oberfläche, insbesondere eine Mantelfläche, des Abstandshalters nach außen hin frei. Der Abstandhalter kann aus einem, insbesondere aus Metall und/oder Kunststoff und/oder Keramik gebildeten, Körper bestehen. Der Körper kann eine zylindrische und/oder prismatische und/oder kubische Außenform aufweisen. Typischerweise sind solche Abstandshalter, die mit einem Messelement versehen sind, in einer sich parallel zur Richtung der Aktorenkraft erstreckenden Richtung kürzer ausgebildet als solche Abstandshalter, die nicht mit einem Messelement versehen sind.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Aktoren auf Seiten des zweiten Werkzeugteils flächig verteilt angeordnet ist und ein Teil der Abstandshalter auf Seiten des ersten Werkzeugteils flächig verteilt auf einer längs der von auf Seiten des zweiten Werkzeugteils angeordneten Aktoren ausgeübten Aktorenkraft verlaufenden Achse angeordnet und mit einem der Messelemente versehen ist. Dadurch können die Messelemente an beiden Werkzeugteilen ohne die vorgenannte thermische Beeinflussung durch den gegenüberliegenden Aktor angeordnet werden.

Vorteilhafterweise können die Messelemente an einem dem Werkzeug abgewandten Ende der mit dem Messelement versehenen Abstandshalters angeordnet sein. Dadurch wird die thermische Beeinflussung der Messelemente durch einen Wärmefluss entlang der Abstandshalter besonders gut reduziert.

Es kann vorgesehen sein, dass die Pressvorrichtung einen Werkzeugträger, welcher über die auf Seiten des ersten Werkzeugteils angeordneten Aktoren mit dem ersten Werkzeugteil gekoppelt ist, aufweist und das Ausdehnungselement, insbesondere das erste Ende des Ausdehnungselements, der Aktoren auf dem Werkzeugträger aufliegt.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Pressvorrichtung einen Werkzeugträger, welcher über die auf Seiten des zweiten Werkzeugteils angeordneten Aktoren und Abstandshalter mit dem zweiten Werkzeugteil gekoppelt ist, aufweist und das Ausdehnungselement, insbesondere das erste Ende des Ausdehnungselements, der Aktoren auf dem Werkzeugträger aufliegt.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Aktoren die Messelemente umfasst. Dabei kann das Messelement am ersten Ende oder am zweiten Ende des Ausdehnungselements angeordnet sein. Bevorzugt ist ein jeweiliges Messelement lagermittelseitig angeordnet. Die Aktoren können auf ein Werkzeugteil oder auf beide Werkzeugteile wirken.

Es wird ferner bevorzugt, wenn zwischen dem Ausdehnungselement und dem Messelement ein Isolationselement angeordnet ist, welches dazu eingerichtet ist, eine Wärmeübertragung vom Ausdehnungselement zum Messelement zu hemmen. Dadurch kann eine stärkere Entkopplung des Messelements vom Ausdehnungselement erzielt werden. Die Pressvorrichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung kann ferner mehrere die Krafterzeugungseinheit mechanisch mit dem Werkzeug koppelnde Abstandhalter umfassen, die flächig über das Werkzeug verteilt angeordnet sind. Die Abstandshalter können beispielsweise zwischen dem Werkzeug oder einem Werkzeugteil und einem Werkzeugträger angeordnet sein. Es ist so besonders vorteilhaft möglich, eine herkömmliche Pressvorrichtung dahingehend zu modifizieren, dass ein Abstandshalter durch einen thermischen Aktor ersetzt wird oder gar durch Hinzufügen des Temperiermittels zum Abstandshalter in einen thermischen Aktor umgewandelt wird.

Es wird ferner bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Pressvorrichtung ferner eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Temperiermittel eines jeweiligen Aktors in Abhängigkeit der Messignale zumindest eines Teils der Messelemente, insbesondere aller Messelemente, anzusteuern, insbesondere derart, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug ausgeübter Druck homogen verteilt oder lokal erhöht ist. Dies ermöglicht es im Hinblick auf die Herstellung eines Faserverbunderzeugnisses beispielsweise, ein sich im Werkzeug befindliches plastifiziertes Matrixmaterial durch gezielte Einwirkung der Aktorenkraft definiert zu verteilen, indem eine oder mehrere Fließfronten des Matrixmaterials beim Imprägnieren eines Fasermaterials beeinflusst werden. Ebenso kann auf ein unterschiedlich ausgeprägtes Schwindungsverhalten des Matrixmaterials gezielt reagiert werden.

Hinsichtlich der Aktoren bewirkt die Aktorenkraft bei einer im Grenzfall vollständigen Hinderung einer Bewegung des zweiten Endes einen Druck auf ein mit dem zweiten Ende gekoppeltes Objekt, der proportional zum Elastizitätsmodul des Ausdehnungselements, zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ausdehnungselements sowie zur Temperaturänderung ist. Bei praktischen Anwendungen mit einer endlichen Steifigkeit des Objekts wird typischerweise sowohl eine Wegais auch eine Druckänderung durch die Aktorenkraft realisiert. Zweckmäßigerweise ist das Ausdehnungselements des Aktors aus einem Metall gebildet. Das Ausdehnungselement kann als Hohlkörper ausgebildet sein. Das Temperiermittel kann grundsätzlich zum Erwärmen und/oder zum Abkühlen des Ausdehnungselements eingerichtet sein. Die vom ersten Ende zum zweiten Ende gerichtete Aktorenkraft kann je nach Vorzeichen der Temperaturänderung zum ersten Ende oder zum zweiten Ende hin orientiert sein.

Im Sinne der Erfindung ist das Lagermittel des Aktors typischerweise ein Mittel, das im Zusammenwirken mit einem anderen Lagermittel geeignet ist, die Position des ersten Endes durch Eliminierung der Translationsfreiheitsgrade festzulegen. Das Lagermittel kann über eine bloße Lagerung hinaus auch die Rotationsfreiheitsgrade des ersten Endes eliminieren. Es ist beispielsweise möglich, dass das Lagermittel ein Einspannen und/oder ein Befestigen und/oder ein Haltern des ersten Endes ermöglicht. Das Lagermittel kann beispielsweise durch ein Gewinde ausgebildet sein, um die Position des freien Endes durch Verschrauben festzulegen. Es ist auch denkbar, dass das Lagermittel durch einen freien Bereich des Aktors, insbesondere des Ausdehnungselements, ausgebildet ist, an den das andere Lagermittel zum Festlegen der Position des ersten freien Endes angreifen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Aktors weist das Ausdehnungselement eine zylindrische und/oder prismatische und/oder kubische Außenform auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausdehnungselement eine zylindrische und/oder prismatische und/oder kubische Innenform aufweisen. Typischerweise ist der Aktor dabei derart ausgebildet, dass die Aktorenkraft senkrecht zu einer Grundfläche des Ausdehnungselements wirkt.

Das Ausdehnungselement des Aktors kann grundsätzlich entlang der Richtung der Aktorenkraft unterschiedliche Geometrien und/oder Materialeigenschaften aufweisen. Typischerweise ist das Ausdehnungselement einstückig, jedoch nicht notwendigerweise materialeinheitlich ausgebildet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Temperierabschnitt einen von einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem Temperierabschnitt und/oder von einem Abschnitt zwischen dem zweiten Ende und dem Temperierabschnitt abweichenden Materialparameter, insbesondere einen abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder einen abweichenden Elastizitätsmodul, aufweist. So ist es möglich, den Temperierabschnitt mit einem günstigeren Wärmeübertragungsverhalten als andere Abschnitte auszubilden oder an eine bestimmte Einbringungsart der Temperaturänderung durch das Temperiermittel anzupassen. Besonders bevorzugt ist der abweichende Materialparameter ein abweichender Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder ein abweichender Elastizitätsmodul. Dadurch lässt sich effektiv Einfluss auf die bewirkbare Weg- bzw. Druckänderung nehmen.

Hinsichtlich der Ausgestaltung des Temperiermittels wird es bei dem Aktor bevorzugt, wenn dieses ein Konduktionselement, das zum Bewirken der Temperaturänderung durch Wärmekonduktion mechanisch mit dem Ausdehnungselement gekoppelt ist, aufweist. Das Konduktionselement kann beispielsweise eine Heizmanschette sein, die elektrisch erwärmbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Konduktionselement einen Fluidkanal aufweisen, durch den ein die Temperaturänderung bewirkendes Fluid leitbar ist. Dadurch lässt sich besonders einfach ein Abkühlen des Ausdehnungselements durch das Temperiermittel realisieren.

Alternativ oder zusätzlich kann das Temperiermittel ein Induktionselement, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels Induktion eingerichtet ist, und/oder ein Ultraschallelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung akustisch mit dem Ausdehnungselement gekoppelt ist, und/oder ein Hochfrequenzelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder eingerichtet ist, aufweisen.

Es ist bei der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung außerdem von Vorteil, wenn diese ferner ein oder mehrere Temperierelemente umfasst, die jeweils zur Temperierung eines Abschnitts des Werkzeugs eingerichtet sind. Dadurch können die Abschnitte des Werkzeugs unterschiedlich erwärmt und/oder abgekühlt werden.

Besonders bevorzugt ist jedem Abschnitt einer der Aktoren zugeordnet. So lässt sich die auf das Werkzeug wirkende Aktorenkraft für jeden durch eines der Temperierelemente erwärmten Bereich spezifisch vorgeben und eine räumliche Verteilung der durch die Aktorenkraft bewirkten Längen- und/oder Kraftänderung erzielen.

Bei der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung können die Abstandshalter entsprechend dem Ausdehnungselement ausgebildet sein. Es ist so besonders vorteilhaft möglich, eine herkömmliche Pressvorrichtung mit Abstandshaltern dahingehend zu modifizieren, dass ein Abstandshalter durch einen thermischen Aktor ersetzt wird oder gar durch Hinzufügen des Temperiermittels zum Abstandshalter in einen thermischen Aktor umgewandelt wird.

Typischerweise ist die erfindungsgemäße Pressvorrichtung als kontinuierlich arbeitende Pressvorrichtung, insbesondere als Doppelbandpresse, oder quasikonti- nuierlich arbeitende Pressvorrichtung, insbesondere als Intervallheißpressvorrichtung, oder als diskontinuierlich arbeitende Pressvorrichtung, insbesondere als statische Presse, ausgebildet.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Presserzeugnisses, wobei eine Pressvorrichtung verwendet wird, wobei die Pressvorrichtung umfasst: ein Werkzeug, eine Krafterzeugungseinheit, mehrere flächig über das Werkzeug verteilte thermische Aktoren, wobei ein jeweiliger Aktor ein Ausdehnungselement, das durch einen Festkörper ausgebildet ist und ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, ein Temperiermittel, das dazu eingerichtet ist, eine Temperaturänderung in einem zwischen den Enden liegenden Temperierabschnitt des Ausdehnungselements zu bewirken, und ein Lagermittel, durch das eine Position des ersten Endes festgelegt ist, umfasst und dazu eingerichtet ist, bei der Temperaturänderung eine vom ersten Ende zum zweiten Ende gerichtete Aktorenkraft bereitzustellen, und Messelemente; wobei mittels der Krafterzeugungseinheit eine auf das Werkzeug wirkende Pressenkraft erzeugt wird und die Aktorenkraft eines jeweiligen mechanisch durch das Lagermittel mit der Krafterzeugungseinheit gekoppelten Aktors die Pressenkraft überlagert, wobei die Messelemente ein die Aktorenkraft und/oder eine durch die Aktorenkraft bewirkte Wegänderung und/oder eine durch die Aktorenkraft bewirkte Druckänderung beschreibendes Messsignal erzeugen.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Pressvorrichtung mehrere die Krafterzeugungseinheit mechanisch mit dem Werkzeug koppelnde, flächig über das Werkzeug verteilt angeordnete Abstandshalter, an denen insbesondere kein dem Temperiermittel der Aktoren entsprechendes Temperiermittel angeordnet ist und von denen zumindest ein Teil auf Seiten des zweiten Werkzeugteils auf einer längs der von den am ersten Werkzeugteil angeordneten Aktoren ausgeübten Aktorenkraft verlaufenden Achse angeordnet und mit einem der Messelemente versehen ist, umfassen. Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der thermischen Aktoren die Messelemente umfasst.

Es wird bevorzugt, wenn das Temperiermittel eines jeweiligen Aktors in Abhängigkeit der Messignale zumindest eines Teils der Messelemente angesteuert wird. Insbesondere wird das Temperiermittel derart angesteuert, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug ausgeübter Druck homogen verteilt oder lokal erhöht wird.

Besonders bevorzugt werden mittels des Werkzeugs ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial zu einem Faserverbunderzeugnis als Presserzeugnis verpresst. Dabei wird bevorzugt die quasikontinuierlich arbeitende Pressvorrichtung verwendet. Alternativ kann als Presserzeugnis ein dekoriertes Folienmaterial erhalten werden, wobei insbesondere die diskontinuierlich arbeitende Pressvorrichtung verwendet wird. Als weitere Alternative kann als Presserzeugnis ein kaschierter Fließwerkstoff erhalten werden, wobei insbesondere die kontinuierliche arbeitende Pressvorrichtung verwendet wird.

Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Pressvorrichtung lassen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, sodass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie an anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines thermischen Aktors für ein ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung;

Fig. 2 eine Prinzipskizze des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung aus einer seitlichen Ansicht;

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Abstandshalters mit einem Messelement;

Fig. 4 eine Prinzipskizze einer Anordnung von Temperierelementen der in Fig. 2 gezeigten Pressvorrichtung aus einer Draufsicht;

Fig. 5 eine Prinzipskizze der Anordnung der Temperierelemente der in Fig. 2 gezeigten Pressvorrichtung aus einer Seitenansicht;

Fig. 6 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung; Fig. 7 eine Prinzipskizze eines thermischen Aktors für ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung;

Fig. 8 eine Prinzipskizze eines weiteren thermischen Aktors für das dritte Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine Prinzipskizze des dritten Ausführungsbeispiels der Pressvorrichtung;

Fig. 10 eine Prinzipskizze einer Anordnung der Temperierelemente aus einer Draufsicht beim dritten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 11 eine Prinzipskizze der Anordnung der Temperierelemente aus einer Seitenansicht beim dritten Ausführungsbeispiel.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines thermischen Aktors 1.

Der Aktor 1 umfasst ein Ausdehnungselement 2, das durch einen Festkörper, hier durch ein Metall, ausgebildet ist und ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4 aufweist. Ferner umfasst der Aktor 1 ein Temperiermittel 5, das dazu eingerichtet ist, eine Temperaturänderung in einem zwischen den Enden 3, 4 liegenden Temperierabschnitt 6 des Ausdehnungselements 2 zu bewirken. Der Aktor 1 ist damit dazu eingerichtet, bei der Temperaturänderung eine vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende gerichtete Aktorenkraft bereitzustellen.

Daneben umfasst der Aktor 1 ein Lagermittel 7, durch das eine Position des ersten Endes 3 festlegbar ist. Das Lagermittel 7 kann beispielsweise durch ein am ersten Ende 3 ausgebildetes Innengewinde im Ausdehnungselement 2 ausgebildet sein, um den Aktor 1 zu verspannen oder lediglich ein freier Abschnitt des Ausdehnungselements 2 sein, an den ein anderes Lagermittel, z. B. ein Passstift, zum Festlegen der Position des ersten Endes 3 angreifen kann. Das erste Ende 3 ist an einem Objekt 15 mittels des Lagermittels 7 und einem anderen objektseitigen Lagermittel gelagert, eingespannt, gehaltert oder befestigt. Am zweiten Ende 4 befindet sich ein weiteres Objekt 16, auf welches eine Weg- und Druckänderung durch die von der Temperaturänderung bewirkten Aktorenkraft ausgeübt wird. Dabei hat die Wegänderung jedoch im Vergleich zur Druckänderung einen untergeordneten Stellenwert. Typischerweise wird vom Aktor 1 lediglich ein Hub von weniger als einem Millimeter generiert.

Exemplarisch weist das Ausdehnungselement 2 sowohl eine zylindrische Außenform als auch eine zylindrische Innenform auf. Das Ausdehnungselement 2 kann insofern auch als Buchse aufgefasst werden. Der Temperierabschnitt 6 ist aus einem anderen Material als ein Abschnitt 8 des Ausdehnungselements 2 zwischen dem ersten Ende 3 und dem Temperierabschnitt 6 und als ein Abschnitt 9 zwischen dem zweiten Ende 4 und dem Temperierabschnitt 6 gebildet. Das Material des Temperierabschnitts 6 weist einen von den Materialien der Abschnitte 8, 9 abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen abweichenden Elastizitätsmodul auf. So kann eine für die Bewirkung der Temperaturänderung durch das Temperiermittel 5 und das gewünschte Ausdehnungsverhalten des Ausdehnungselements 2 geeignete Materialauswahl im Temperierbereich 6 und eine für die Kraftübertragung und das Lagern des Aktors 1 geeignete Materialauswahl in den Bereichen 8, 9 getroffen werden.

Das Temperiermittel 5 weist ein Konduktionselement, das zum Bewirken der Temperaturänderung durch Wärmekonduktion mechanisch mit dem Ausdehnungselement 2 gekoppelt ist, auf. Das Konduktionselement 5 ist vorliegend als um das Ausdehnungselement 2 angeordnete Heizmanschette ausgebildet, die elektrisch erwärmbar ist. Das Temperiermittel 5 ist durch ein Steuersignal 13 ansteuerbar.

Der Aktor 1 kann auch eine prismatische oder kubische Außenform bzw. eine prismatische oder kubische Innenform aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zum Konduktionselement kann der Aktor 1 ein Induktionselement, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels Induktion eingerichtet ist, und/oder ein Ultraschallelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung akustisch mit dem Ausdehnungselement gekoppelt ist, und/oder ein Hochfrequenzelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder, insbesondere Mikrowellenstrahlung, eingerichtet ist, aufweisen. Das Konduktionselement kann ferner einen Fluidkanal aufweisen, durch den ein die Temperaturänderung bewirkendes Fluid leitbar ist. Dadurch lässt sich auch effektiv eine Abkühlung des Temperierabschnitt 6 realisieren.

Fig. 2 ist eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer Pressvorrichtung 17. Diese umfasst ein aus einem ersten Werkzeugteil 18 und einem zweiten Werkzeugteil 19 bestehendes Werkzeug 20 sowie eine Krafterzeugungseinheit 21 mit hydraulischen Zylindern 22, 23 und einer schematisch dargestellten Hydraulikpumpe 24. Die Krafterzeugungseinheit 21 ist dazu eingerichtet, eine auf das Werkzeug 20 wirkende Pressenkraft zu erzeugen, wobei es möglich ist, dass eine in zwei Raumrichtungen unterschiedliche Pressenkraft erzeugt wird. Zur Erzeugung der Pressenkraft wird das erste Werkzeugteil 18 in Richtung des zweiten Werkzeugteils 19 bewegt.

Über das Werkzeug 20 verteilt sind auf Seiten des ersten Werkzeugteils 18 thermische Aktoren 1 wie zuvor gemäß Fig. 1 beschrieben angeordnet.

Damit die von den Aktoren 1 bewirkte Aktorenkraft die Pressenkraft überlagert, sind die ersten Enden 3 der Aktoren 1 über Werkzeugträger 26 mechanisch mit der Krafterzeugungseinheit 21 gekoppelt. An ihrem zweiten Ende 4 sind die Aktoren 1 über Temperierelemente 27, 28 mit dem ersten Werkzeugteil 18 gekoppelt.

Neben den Aktoren 1 weist die Pressvorrichtung 17 ferner mehrere die Krafterzeugungseinheit 21 mechanisch mit dem Werkzeug 20 koppelende Abstandshalter 30 auf, die flächig über das Werkzeug 20 auf Seiten beider Werkzeugteile 18, 19 verteilt angeordnet und entsprechend dem Ausdehnungselement 2 ausgebildet sind. Die Abstandshalter 30 weisen mithin kein Temperiermittel 5 auf und dienen lediglich der mechanischen Kopplung der Werkzeugträger 26 mit den Temperierelementen 27, 28 bzw. mit den Werkzeugteilen 18, 19 (siehe Fig. 3).

Die Pressvorrichtung 17 umfasst ferner Messelemente 10, mit denen solche auf Seiten des zweiten Werkzeugteils 19 angeordnete Abstandshalter 30 versehen sind, die auf einer längs der von den auf Seiten des ersten Werkzeugteils 18 angeordneten Aktoren 1 ausgeübten Aktorenkraft verlaufenden Achse A angeordnet sind. Die Messelemente 10 sind dazu eingerichtet ist, ein die Aktorenkraft oder eine durch die Aktorenkraft bewirkte Druckänderung beschreibendes Messsignal 11 zu erzeugen. Die Messelemente 10 sind an dem dem Werkzeug 20 abgewandten Ende 30a eines jeweiligen Abstandshalters 30 angeordnet (siehe Fig. 3).

Die Pressvorrichtung 17 weist ferner eine Steuereinheit 29 auf, die dazu eingerichtet ist, die Temperiermittel 5 eines jeweiligen Aktors 1 durch Steuersignale 13 derart in Abhängigkeit der Messsingale 11 der Messelemente anzusteuern, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug 20 ausgeübter Druck entweder homogen verteilt oder lokal erhöht ist.

Die Pressvorrichtung 17 ist als quasikontinuierlich arbeitende Intervallheißpressvorrichtung ausgebildet, um im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines Presserzeugnisses beispielsweise mittels des Werkzeugs 20 ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial zu einem Faserverbunderzeugnis zu verpressen. Dabei kennzeichnet ein Pfeil 31 eine Produktionsrichtung der Pressvorrichtung 17.

Fig. 4 ist eine Prinzipskizze einer Anordnung der Temperierelemente 27, 28 der Pressvorrichtung 17.

In Fig. 4 sind die Aktoren 1 durch ein Kreuz gekennzeichnet. Die auf Seiten des ersten Werkzeugteils 18 angeordneten Abstandshalter 30 sind ohne eine solche Kennzeichnung dargestellt. Verbindungen für die Steuersignale 13 sind repräsentativ bei zwei der Aktoren 1 für die Übrigen dargestellt. Entlang der Produktionsrichtung, die auch hier durch den Pfeil 31 symbolisiert ist, sind zunächst zwei Heizzonen 32a, 32b mit Temperierelementen 27, die jeweils zum Erwärmen eines Abschnitts des Werkzeugs 20 ausgebildet sind, und eine Kühlzone 33 mit Temperierelementen 28, die jeweils zum Kühlen eines Abschnitts des Werkzeugs 20 ausgebildet sind, vorgesehen.

In den Heizzonen 32a, 32b sind jeweils drei Temperierelemente 27 angeordnet. In der ersten Heizzone 32a ist nur das innere Temperierelement 27 mit Aktoren 1 versehen, wohingegen für die äußeren Temperierelemente 27 lediglich Abstandshalter 30 vorgesehen sind. In der zweiten Heizzone 32b sind alle Temperierelemente 27 mit Aktoren 1 versehen. In der Kühlzone 33 sind die Temperierelement 28 jeweils mit einem Aktor 1 und mit einem Abstandshalter 30 versehen.

Die Steuereinheit 29 ist dazu eingerichtet, die Temperierelemente 27 in den Heizzonen 32a, 32b in Abhängigkeit der Messignale 11 so anzusteuern, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug 20 ausgeübter Druck in den Heizzonen 32a, 32b derart verteilt ist, dass ein gezielter Einfluss auf einen Verlauf einer Imprägnierfront innerhalb einer zwischen den Werkzeugteilen 18, 19 aufgenommenen Materialkombination genommen werden kann. In der Kühlzone 33 ist wegen der voranschreitenden Abkühlung des imprägnierten Fasermaterials hingegen mit einer punktuellen Schwindung zu rechnen. In diesem Bereich steuert die Steuereinheit 29 die Temperierelemente 28 so an, dass trotz der Schwindung ein homogener Druck auf das Presserzeugnis ausgeübt wird.

Fig. 5 ist eine Prinzipskizze der Anordnung der Temperierelemente der in Fig. 2 gezeigten Pressvorrichtung aus einer Seitenansicht, die mögliche durch die Aktoren 1 bewirkte Verstellmöglichkeiten zeigt, wobei die Darstellung nicht maßstabsgetreu ist.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 6 ist eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Pressvorrichtung 19, das bis auf die im Folgenden beschriebenen Abweichungen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind auf Seiten des zweiten Werkzeugteils 19 ebenfalls thermische Aktoren 1 angeordnet. Auf Seiten des ersten Werkzeugteils 18 sind auf einer längs der von den am zweiten Werkzeugteil 19 angeordneten Aktoren 1 ausgeübten Aktorenkraft verlaufenden Achse A jeweils mit einem der Messelemente 10 versehene Abstandshalter 30 angeordnet. Die auf Seiten des zweiten Werkzeugteils 19 angeordneten Aktoren 1 liegen mit dem ersten Ende 3 des Ausdehnungselements 2 auf einem weiteren Werkzeugträger 26 auf. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Steuereinheit 29 durch zwei Blöcke dargestellt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 ist eine Prinzipskizze eines thermischen Aktors 1 .

Der thermische Aktor 1 umfasst ein Ausdehnungselement 2, dass durch einen Festkörper, hier durch ein Metall, ausgebildet ist und ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4 aufweist. Ferner umfasst der thermische Aktor 1 ein Temperiermittel 5, das dazu eingerichtet ist, eine Temperaturänderung in einem zwischen den Enden 3, 4 liegenden Temperierabschnitt 6 des Ausdehnungselements 2 zu bewirken. Der thermische Aktor 1 ist damit dazu eingerichtet, bei der Temperaturänderung eine vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende gerichtete Aktorenkraft bereitzustellen.

Daneben umfasst der thermische Aktor 1 ein Lagermittel 7, durch das eine Position des ersten Endes 3 festlegbar ist. Das Lagermittel 7 kann beispielsweise durch ein am ersten Ende 3 ausgebildetes Innengewinde im Ausdehnungselement 2 ausgebildet sein, um den thermischen Aktor 1 mit einem Objekt zu verspannen oder lediglich ein freier Abschnitt des Ausdehnungselements 2 sein, an den ein anderes Lagermittel zum Festlegen der Position des ersten Endes 3 angreifen kann.

Bei dem thermischen Aktor 1 weist das Ausdehnungselement 2 sowohl eine zylindrische Außenform als auch eine zylindrische Innenform auf. Das Ausdehnungselement 2 kann insofern auch als Buchse aufgefasst werden. Der Temperierabschnitt 6 ist aus einem anderen Material als ein Abschnitt 8 des Ausdehnungselements 2 zwischen dem ersten Ende 3 und dem Temperierabschnitt 6 und als ein Abschnitt 9 zwischen dem zweiten Ende 4 und dem Temperierabschnitt 6 gebildet. Das Material des Temperierabschnitts 6 weist einen von den Materialien der Abschnitte 8, 9 abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen abweichenden Elastizitätsmodul auf. So kann eine für die Bewirkung der Temperaturänderung durch das Temperiermittel 5 und das gewünschte Ausdehnungsverhalten des Ausdehnungselements 2 geeignete Materialauswahl im Temperierbereich 6 und eine für die Kraftübertragung und das Lagern des thermischen Aktors geeignete Materialauswahl in den Bereichen 8, 9 getroffen werden.

Das Temperiermittel 5 weist ein Konduktionselement, das zum Bewirken der Temperaturänderung durch Wärmekonduktion mechanisch mit dem Ausdehnungselement 2 gekoppelt ist, auf. Das Konduktionselement 5 ist vorliegend als um das Ausdehnungselement 2 angeordnete Heizmanschette ausgebildet, die elektrisch erwärmbar ist.

Fig. 8 ist eine Prinzipskizze eines weiteren thermischen Aktors 1 a, für den die Ausführungen zum Aktor 1 gemäß Fig. 7 entsprechend gelten.

Der thermische Aktor 1 a weist darüber hinaus ein lagermittelseitig angeordnetes Messelement 10 auf, dass dazu eingerichtet ist, ein die Aktorenkraft oder eine durch die Aktorenkraft bewegte Druckänderung beschreibendes Messsignal 11 zu erzeugen. Daneben weist der thermische Aktor 1 a optional ein lediglich schematisch dargestelltes Steuermittel 12 auf, welches dazu eingerichtet ist, dass Temperiermittel 5 in Abhängigkeit des Messsignals 10 anzusteuern. Das Steuermittel 12 erzeugt in Abhängigkeit des Messsignals 11 Steuersignale 13, die eine Veränderung der Erwärmung durch das Temperierelemente 5 bewirken. Das Steuermittel 12 realisiert eine Regelung der Aktorenkraft bzw. einer Weg- und Druckänderung durch die Aktorenkraft.

Zwischen dem Ausdehnungselement 2 und dem Messelement 10 ist ferner ein Isolationselement 14 angeordnet, welches dazu eingerichtet ist, eine Wärmeübertragung vom Ausdehnungselement 2 zum Messelement 10 zu hemmen.

In Fig. 8 ist ferner ersichtlich, dass das erste Ende 3 an einem Objekt 15 mittels des Lagermittels 7 und einem anderen objektseitigen Lagermittel gelagert, eingespannt, gehaltert oder befestigt ist. Am zweiten Ende 4 befindet sich ein weiteres Objekt 16, auf welches eine Weg- und Druckänderung durch die von der Temperaturänderung bewirkten Aktorenkraft ausgeübt wird. Dabei hat die Wegänderung jedoch im Vergleich zur Druckänderung einen untergeordneten Stellenwert. Typischerweise wird vom thermischen Aktor 1 a lediglich ein Hub von weniger als einem Millimeter generiert.

Alternativ weist der thermische Aktor eine prismatische oder kubische Außenform bzw. eine prismatische oder kubische Innenform auf. Alternativ oder zusätzlich zum Konduktionselement weist das Temperiermittel ein Induktionselement auf, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels Induktion eingerichtet ist, und/oder ein Ultraschallelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung akustisch mit dem Ausdehnungselement gekoppelt ist, und/oder ein Hochfrequenzelement, das zum Bewirken der Temperaturänderung mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder, insbesondere Mikrowellenstrahlung, eingerichtet ist. Das Konduktionselement kann ferner einen Fluidkanal aufweisen, durch den ein die Temperaturänderung bewirkendes Fluid leitbar ist. Dadurch lässt sich auch effektiv eine Abkühlung des Temperierabschnitt 6 realisieren.

Fig. 9 ist eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels einer Pressvorrichtung 17. Diese umfasst ein aus einem ersten Werkzeugteil 18 und einem zweiten Werkzeugteil 19 bestehendes Werkzeug 20 sowie eine Krafterzeugungseinheit 21 mit hydraulischen Zylindern 22, 23 und einer schematisch dargestellten Hydraulikpumpe 24. Die Krafterzeugungseinheit 21 ist dazu eingerichtet, eine auf das Werkzeug 20 wirkende Pressenkraft zu erzeugen, wobei es möglich ist, dass eine in zwei Raumrichtungen unterschiedliche Pressenkraft erzeugt wird. Zur Erzeugung der Pressenkraft wird das erste Werkzeugteil 18 in Richtung des zweiten Werkzeugteils 19 bewegt.

Über das Werkzeug 20 sind an beiden Werkzeugteilen 18, 19 thermische Aktoren 1 a gemäß dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel ohne Steuermittel 12 und thermische Aktoren 1 b verteilt angeordnet. Die thermischen Aktoren 1 b unterscheiden sich von den thermischen Aktoren 1 a dadurch, dass diese kein Messelement 10 aufweisen und das Ausdehnungselement 2 verlängert ist.

Damit die von den Aktoren 1 a, 1 b bewirkte Aktorenkraft die Pressenkraft überlagert, sind die ersten Enden 3 der Aktoren 1a, 1 b über Werkzeugträger 26 mechanisch mit der Krafterzeugungseinheit 21 gekoppelt. An ihrem zweiten Ende 4 sind die Aktoren 1 a, 1 b über Temperierelemente 27, 28 mit den Werkzeugteilen 18, 19 gekoppelt.

Die Pressvorrichtung 17 weist ferner eine Steuereinheit 29 auf, die dazu eingerichtet ist, dass Temperiermittel 5 eines jeweiligen Aktors 1 a, 1 b durch Steuersignale 13 derart in Abhängigkeit der Messsingale 11 der Aktoren 1 a anzusteuern, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug 20 ausgeübter Druck entweder homogen verteilt oder lokal erhöht ist.

Neben den Aktoren 1 a, 1 b weist die Pressvorrichtung 17 ferner mehrere die Krafterzeugungseinheit 21 mechanisch mit dem Werkzeug 20 koppelende Abstandshalter 30 auf, die flächig über das Werkzeug 20 verteilt angeordnet und entsprechend dem Ausdehnungselement 2 ausgebildet sind. Die Abstandshalter 30 weisen mithin weder ein Temperiermittel 5 noch ein Messelement 10 auf und dienen lediglich der mechanischen Kopplung der Werkzeugträger 26 mit den Temperierelementen 27, 28 bzw. mit den Werkzeugteilen 18, 19.

Die Pressvorrichtung 17 ist als quasikontinuierlich arbeitende Intervallheißpressvorrichtung ausgebildet, um im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines Presserzeugnisses beispielsweise mittels des Werkzeugs 20 ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial zu einem Faserverbunderzeugnis zu verpressen. Dabei kennzeichnet ein Pfeil 31 eine Produktionsrichtung der Pressvorrichtung 17.

Fig. 10 ist eine Prinzipskizze einer Anordnung der Temperierelemente 27, 28 der Pressvorrichtung 17. Fig. 10 zeigt dabei einen Blick in Richtung des zweiten Werkzeugteils 19 aus der Perspektive des ersten Werkzeugteils 18.

In Fig. 10 sind die Aktoren 1 a mit einem Messelement 10 durch ein Kreuz gekennzeichnet und die Aktoren 1 b ohne Messelement 10 durch einen Punkt gekennzeichnet. Die Abstandshalter 30 sind ohne eine solche Kennzeichnung dargestellt. Verbindungen für die Messsignale 11 und die Steuersignale 13 sind repräsentativ für einen der Aktoren 1 a bzw. einen der Aktoren 1 b dargestellt. Entlang der Produktionsrichtung, die auch hier durch den Pfeil 31 symbolisiert ist, sind zunächst zwei Heizzonen 32a, 32b mit Temperierelementen 27, die jeweils zum Erwärmen eines Abschnitts des Werkzeugs 20 ausgebildet sind, und eine Kühlzone 33 mit Temperierelementen 28, die jeweils zum Kühlen eines Abschnitts des Werkzeugs 20 ausgebildet sind, vorgesehen.

In den Heizzonen 32a, 32b sind jeweils drei Temperierelemente 27 angeordnet. In der ersten Heizzone 32a ist nur das innere Temperierelement 27 mit Aktoren 1 a, 1 b versehen, wohingegen für die äußeren Temperierelemente 27 lediglich Abstandshalter 30 vorgesehen sind. In der zweiten Heizzone 32b sind alle Temperierelemente 27 mit Aktoren 1 a, 1 b versehen. In der Kühlzone 33 sind die Temperierelemente 28 jeweils mit einem Aktor 1a, 1 b und mit einem Abstandshalter 30 versehen, wobei für das innere Temperierelement 28 ein Aktor 1 b und für die äußeren Temperierelemente 28 jeweils ein Aktor 1 a vorgesehen sind. Die Steuereinheit 29 ist dazu eingerichtet, die Temperierelemente 27 in den Heizzonen 32a, 32b in Abhängigkeit der Messignale 13 so anzusteuern, dass ein durch die Pressenkraft und die Aktorenkraft auf das Werkzeug 20 ausgeübter Druck in den Heizzonen 32a, 32b derart verteilt ist, dass ein gezielter Einfluss auf einen Verlauf einer Imprägnierfront genommen werden kann. In der Kühlzone 33 ist wegen der voranschreitenden Abkühlung des imprägnierten Fasermaterials hingegen mit einer punktuellen Schwindung zu rechnen. In diesen Bereich steuert die Steuereinheit 29 die Temperierelemente 28 so an, dass trotz der Schwindung ein homogener Druck auf das Presserzeugnis ausgeübt wird.

Fig. 11 ist eine Prinzipskizze der Anordnung der Temperierelemente der in Fig. 9 gezeigten Pressvorrichtung aus einer Seitenansicht, die mögliche durch die Aktoren 1 a, 1 b bewirkte Verstellmöglichkeiten zeigt, wobei die Darstellung nicht maß- stabsgetreu ist.