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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Faserverbundtechnologie
und insbesondere eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Umfalten
eines Profilabschnitts eines zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
vorgesehenen textilen Halbzeugprofils.
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Im
Rahmen der Herstellung von Faserverbundbauteilen wird oftmals zunächst ein
textiles Halbzeug aus Fasermaterial (z. B. eine oder mehrere Lagen
von Gewebe, Gelege, Vlies etc.) gefertigt, aus welchem durch nachfolgende
Infiltration des Fasermaterials mit einem Matrixmaterial, üblicherweise
ein Harzsystem wie z. B. Epoxidharz, und Aushärtung des infiltrierten Fasermaterials
(z. B. thermische Aushärtung)
ein Faserverbundwerkstoff bzw. das Faserverbundbauteil entsteht.
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Das
Halbzeug kann bereits mit dem Matrixmaterial vorimprägniert als
so genanntes ”Prepreg” gefertigt
werden, wobei dem finalen Aushärteschritt gegebenenfalls
noch eine Umformung des Halbzeuges vorausgehen kann. Alternativ
kann ein ”trockenes” Halbzeug
gefertigt werden, welches nachträglich
noch mit dem Matrixmaterial zu infiltrieren ist, um sodann durch
einen Aushärteschritt
den gewünschten
Faserverbundwerkstoff herzustellen. Auch ein trockenes Halbzeug
kann vor oder nach seiner Infiltration – als ”Preform” (Vorformling) – noch einem oder
mehreren Umformschritten unterzogen werden. Von einem ”trockenen” Halbzeug
spricht man auch dann, wenn darin ein so genannter Binder (z. B.
in Form von einer oder mehreren Binderlagen) enthalten ist, welcher
für eine
gewisse mechanische Stabilisierung des Halbzeuges sorgt.
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Die
vorliegende Erfindung widmet sich der Problematik einer einfachen
Herstellung von textilen Halbzeugprofilen, welche z. B. zur Herstellung
von Faserver bund-Profilbauteilen verwendet werden. Solche Profilbauteile
können
z. B. sehr vorteilhaft in der Fahrzeugtechnik und der Luft- und
Raumfahrttechnik als Strukturbauteile (z. B. Spanten eines Flugzeugrumpfes)
mit niedrigem Gewicht und hoher mechanischer Belastbarkeit eingesetzt
werden.
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Der
Begriff ”Profil” ist im
Rahmen der Erfindung sehr breit zu verstehen. Bei dem textilen Halbzeugprofil
kann es sich sowohl um geradlinig als auch gekrümmt verlaufende Profile handeln.
Darüber hinaus
soll nicht ausgeschlossen sein, dass der Profilquerschnitt des Halbzeugprofils über die
(geradlinig oder gekrümmt
verlaufende) Länge
des Halbzeugprofils in seiner Form und/oder seinen Abmessungen variiert.
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Eine
reproduzierbar qualitativ hochwertige, einfache und kostengünstige Herstellung
von textilen Halbzeugprofilen bedingt oftmals Einschränkungen hinsichtlich
der Gestalt des Halbzeuges. Lediglich beispielhaft sei hierzu erwähnt, dass
unter Einsatz der so genannten Rundflechttechnik in sehr vorteilhafter
Weise Halbzeugprofile hergestellt werden können, dies jedoch nicht mit
beliebigen Profilquerschnitten, so dass das entstehende Rundgeflecht
gegebenenfalls noch einer Weiterverarbeitung unterzogen werden muss,
um daraus ein im Hinblick auf die gewünschte Gestalt des Faserverbundbauteils ”endkonturnahes” Halbzeug
zu schaffen. Als unmittelbares Ergebnis eines Rundflechtens entsteht
ein Halbzeugprofil mit im Wesentlichen O-förmigem Profilquerschnitt oder
zumindest ringförmig
geschlossen verlaufendem Profilquerschnitt. Durch einfache oder mehrfache
Auftrennung eines derartigen Profils in Längsrichtung können zwar
im Wesentlichen C-förmige
Profilquerschnitte erzeugt werden, nicht jedoch beispielsweise Z-Profilquerschnitte.
Hierfür
ist es vielmehr erforderlich, wenigstens einen Profilabschnitt des
Halbzeugprofils nachträglich
umzufalten.
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Aus
der
WO 2008/073164
A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung
von Faserverbundbauteilen bekannt. Gemäß dieses Stands der Technik
können
z. B. mehrlagige faserverstärkte thermoplastische
Materialien, abschnittweise oder in einem kontinuierlichen Prozess,
durch eine ”Formungsstruktur” hindurchgeführt werden.
Bei diesem Prozess können
Profilabschnitte des zugeführten Materials
umgefaltet werden, um insbesondere auch komplexere Profile beispielsweise
für Luftfahrtanwendungen
automatisiert zu fertigen.
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Um
mit dieser bekannten Technik ein bestimmtes Halbzeugprofil (z. B.
Z-Profil, U-Profil, T-Profil
oder dergleichen) zu fertigen, muss eine spezielle, in Anpassung
an das gewünschte
Profil ausgebildete Formungsstruktur verwendet werden. Je nach zu
verarbeitendem Material und Komplexität des gewünschten Profils kann die Bereitstellung
einer zuverlässig
arbeitenden Formungsstruktur relativ aufwendig sein.
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Aus
der
DE 101 53 035
A1 ist ein Umformen von faserverstärkten Matten in einem Presswerkzeug bekannt,
bei welchem die zu verformende Matte mittels eines elastischen Spannrahmens
zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug des Presswerkzeuges
gehalten wird. Der elastische Spannrahmen besteht hierbei aus vier
Paaren von elastischen Leisten.
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Gemäß dieses
Stands der Technik wird der faserverstärkten Matte durch Einsatz des
Presswerkzeuges mit speziell geformten Formflächen an dem Oberwerkzeug und
Unterwerkzeug seine gewünschte
Form verliehen. Ein gezieltes Umfalten eines Profilabschnitts ist
nicht vorgesehen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen einfachen Weg zum Umfalten eines Profilabschnitts eines zur
Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehenen textilen Halbzeugprofils
aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch
9 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Umfaltvorrichtung umfasst:
- – eine
Klemmeinrichtung zum Einklemmen eines nicht umzufaltenden Profilabschnitts
des Profils in einem in Längsrichtung
des Profils verlaufenden Spalt, aus welchem der umzufaltende Profilabschnitt
des Profils herausragt, und
- – ein
den umzufaltenden Profilabschnitt übergreifendes, biegsames Flächengebilde,
von welchem ein längsverlaufender
proximaler Gebildebereich an der Klemmeinrichtung fixiert ist und
ein längsverlaufender
distaler Gebildebereich zum Umfalten des Profilabschnitts verlagerbar
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die Schritte:
- – Einklemmen eines nicht umzufaltenden
Profilabschnitts des Profils in einem in Längsrichtung des Profils verlaufenden
Spalt einer Klemmeinrichtung, derart, dass der umzufaltende Profilabschnitt
des Profils aus dem Spalt herausragt, und
- – Verlagern
eines längsverlaufenden
distalen Gebildebereiches eines den umzufaltenden Profilabschnitt übergreifenden
biegsamen Flächengebildes,
von welchem ein längsverlaufender
proximaler Gebildebereich an der Klemmeinrichtung fixiert ist.
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Eine
bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich z. B. für
die Herstellung von Faserverbund-Profilbauteilen in der Fahrzeugtechnik
oder der Luft- und Raumfahrttechnik, beispielsweise zur Herstellung
von Verstärkungsprofilen.
Ein Beispiel hierfür
ist die Herstellung von Verstärkungsprofilen
(geradlinig oder gekrümmt verlaufend)
zur mechanischen Verstärkung
von Flugzeugrümpfen,
z. B. als in Umfangsrichtung des Rumpfes verlaufende ”Spanten” oder in
Längsrichtung
des Flugzeugrumpfes verlaufende ”Stringer”.
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Das
textile Halbzeugprofil enthält
im einfachsten Fall eine Einzellage eines flächig gefertigten textilen Halbzeuges,
z. B. eine Lage eines Gewebes, Geflechtes, Geleges oder Vlieses.
In einer Ausführungsform
ist jedoch vorgesehen, dass das textile Halbzeugprofil zumindest
bereichsweise mehrere derartige Lagen eines Fasermaterials enthält. Das zur
Herstellung des Halbzeugprofils verwendete Fasermaterial kann z.
B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern,
Stahlfasern oder Naturfasern enthalten. Als Matrixmaterial im Rahmen der
späteren
Fertigstellung des Faserverbundbauteils sind insbesondere duroplastische
Kunststoffe (Kunstharze) interessant. Ein spezielles Beispiel ist die
Herstellung von CFK-Profilbauteilen unter Verwendung eines Epoxidharzsystems.
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Für die konstruktive
Realisierung der Klemmeinrichtung kommen vielfältige Möglichkeiten in Betracht. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Klemmeinrichtung wenigstens zwei Klemmkörper mit
daran ausgebildeten, an den einzuklemmenden Profilabschnitt angepasste
Formflächen
umfasst, zwischen denen der Spalt definiert ist. Im einfachsten
Fall besteht die Klemmeinrichtung aus genau zwei solcher formangepasster
Klemmkörper,
etwa einer Klemmeinrich tungsbasis und einem hierzu relativverlagerbaren
Niederhalter. Die Klemmkörper
können
z. B. aus Metall oder auch aus einem Kunststoff hergestellt sein.
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Der
eigentliche Umfaltvorgang wird unter Verwendung des biegsamen Flächengebildes
bewerkstelligt, für
dessen Ausbildung vielfältige
Möglichkeiten
in Betracht kommen. In einer Ausführungsform ist z. B. vorgesehen,
dass das biegsame Flächengebilde
eine Folie, insbesondere eine Kunststofffolie ist. Die Folie kann
beschichtet sein, insbesondere zumindest auf derjenigen Seite, welche
mit dem Halbzeugprofil in Kontakt tritt. Auch kann vorgesehen sein,
dass das biegsame Flächengebilde
z. B. ein Gewebe oder Geflecht ist. Schließlich kommt z. B. auch eine
Kombination davon in Betracht, z. B. ein einseitig oder beidseitig
folienbeschichtetes Gewebe.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das biegsame Flächengebilde dehnbar ist, bevorzugt
zumindest in derjenigen Richtung, in welcher das Gebilde beim Umfalten
des davon übergriffenen Profilabschnitts
belastet wird. Der Begriff ”dehnbar” soll insbesondere
den Fall umfassen, dass in der betreffenden Dehnungsrichtung eine
Längendehnung auf
mindestens 150% oder sogar auf mehr als 200% erfolgen kann, ohne
dass das Gebilde reißt.
Hierfür
in Frage kommende Materialien (z. B. elastische Kunststoffe) sind
an sich bekannt und bedürfen
daher keiner näheren
Erläuterung.
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Zur
Fixierung des biegsamen Flächengebildes
(mit seinem proximalen Gebildebereich an der Klemmeinrichtung) kann
z. B. vorgesehen sein, dass es sich in den Spalt der Klemmeinrichtung
hinein erstreckt und durch die (ohnehin für das Profil vorgesehene) Einklemmung
fixiert wird.
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Bei
einem entsprechenden Umfaltverfahren kann hierfür z. B. vorgesehen sein, dass
das biegsame Flächengebilde
zusammen mit dem umzufaltenden textilen Halbzeugprofil in die Klemmeinrichtung eingelegt
wird, bevor die Einklemmung mittels dieser Klemmeinrichtung vorgenommen
wird. Wenn das Flächengebilde
ausschließlich
durch diese Einklemmung fixiert werden soll, so sollte sich das
Gebilde nennenswert weit in den Spalt hinein erstrecken. In einer
Ausführungsform
des Umfaltverfahrens ist sogar vorgesehen, dass das Gebilde so in
die Klemmeinrichtung eingelegt wird, dass es den gesamten Spalt
durchsetzt und gegebenenfalls nicht nur an demjenigen Spaltrand
herausragt, aus welchem der umzufaltende Profilabschnitt des Halbzeugprofils
herausragt, sondern auch an dem anderen Ende des Spaltes.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann zur Fixierung des biegsamen Flächengebildes vorgesehen sein, dass
dieses an einem den Spalt begrenzenden Klemmkörper der Klemmeinrichtung befestigt
ist (z. B. durch eine Verklebung, durch Formschluss etc.). Auch
in diesem Fall kann sich das Gebilde zumindest ein Stück weit
in den Spalt hinein erstrecken. In diesem Fall wird es für eine zuverlässige Fixierung
im Allgemeinen nicht erforderlich sein, dass sich das Gebilde nennenswert
weit in den Spalt hinein erstreckt oder sogar den gesamten Spalt
durchsetzt. Letzteres kann jedoch trotzdem zweckmäßig sein, etwa
wenn die im Spalt mit dem textilen Halbzeug in Kontakt tretende
Oberfläche
des Gebildes irgendeine vorteilhafte Beschaffenheit aufweist, welche
die entsprechende Oberfläche
des oder der Klemmkörper auf
der selben Seite des Halbzeuges nicht besitzen (z. B. anti-adhäsive Eigenschaft).
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Bevorzugt
erstreckt sich das biegsame Flächengebilde
in proximaler Richtung zumindest etwas weiter als der umzufaltende
Profilabschnitt. Dies besitzt z. B. den Vorteil, dass beim eigentlichen
Umfaltprozess alle Bereiche des aus dem Spalt herausragenden Profilabschnitts
von dem Flächengebilde
belastet und somit definiert umgefaltet werden können. Ein weiterer Vorteil
eines solchen ”Überstandes” des Flächengebildes über den
distalen Rand des umzufaltenden Profilabschnitts hinaus besteht
darin, dass die Verlagerung des distalen Gebildebereiches zur Bewerkstelligung
des Umfaltprozesses damit in der Regel vereinfacht ist, insbesondere
wenn diese Verlagerung automatisiert erfolgen soll.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ferner Antriebsmittel zum wenigstens teilweise
automatischen Einklemmen des nicht umzufaltenden Profilabschnitts
und/oder zum Verlagern des distalen Gebildebereiches beim eigentlichen
Umfaltprozess.
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Die
Antriebsmittel können
z. B. dazu ausgebildet sein, ein motorisch angetriebenes Öffnen und Schließen der
Klemmeinrichtung derart zu bewerkstelligen, dass in einem geöffneten
Zustand der Klemmeinrichtung das Halbzeugprofil komfortabel eingelegt
werden kann (manuell oder automatisiert, z. B. mittels eines Roboters),
und dass durch das Schließen
der (enge) Spalt ausgebildet wird bzw. die Einklemmung erfolgt.
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Die
Vorrichtung kann ferner eine Formeinrichtung für ein nachträgliches
Umformen des bereits umgefalteten Profilabschnitts und/oder zur
Fixierung desselben umfassen. Die Formeinrichtung kann z. B. von
einem automatisiert nach dem eigentlichen Umfaltprozess gegen den
umgefalteten Profilabschnitt fahrenden Andruckkörper gebildet sein. Alternativ oder
zusätzlich
kann die Formeinrichtung auch z. B. eine über den umgefalteten Profilabschnitt
laufende Andruckrolle umfassen. Solche Andruckkörper oder Andruckrollen können auch
beheizt sein, um neben der Anwendung von Druck auch die Anwendung
von (erhöhter)
Temperatur bei der weiteren Umformung bzw. Fixierung des umgefalteten
Profilabschnitts zu ermöglichen.
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Das
Umfaltverfahren kann derart vorgesehen sein, dass zunächst die
Klemmeinrichtung in einem geöffneten
Zustand bereitgestellt wird oder automatisiert (z. B. motorisch
angetrieben) in diesen Zustand gebracht wird, sodann das textile
Halbzeugprofil (und gegebenenfalls auch das biegsame Flächengebilde)
in die Klemmeinrichtung eingelegt wird (z. B. automatisiert), dann
die Klemmeinrichtung geschlossen wird (z. B. automatisiert), und
dann der distale Gebildebereich verlagert wird (z. B. automatisiert).
Abschließend
kann gegebenenfalls noch die oben bereits erwähnte Formeinrichtung aktiviert
werden (z. B. automatisiert), um den zuvor umgefalteten Profilabschnitt
noch weiter umzuformen und/oder zu fixieren (z. B. thermische Aktivierung
eines im Halbzeug enthaltenen Binders oder teilweise Aushärtung eines
im Halbzeug enthaltenen Harzes).
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Beim
eigentlichen Umfaltprozess wird im einfachsten Fall lediglich ein
dem Spalt unmittelbar benachbarter Bereich des aus dem Spalt herausragenden
Profilabschnitts umgefaltet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass
der aus dem Spalt herausragende Profilabschnitt an mehreren einzelnen
Stellen umgefaltet wird und/oder über wenigstens einen ausgedehnten
Bereich umgefaltet (also in diesem Bereich gekrümmt) wird.
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Die
gewünschte
Endgestalt des umgefalteten Profilabschnitts kann vorteilhaft in
einfacher Weise durch eine entsprechend gestaltete Formfläche der
Vorrichtung definiert werden. Bei dieser Formfläche kann es sich z. B. um einen
der Spaltmündung unmittelbar
benachbarten Oberflächenbereich
eines Klemmkörpers
handeln, welcher zur Ausbildung der Klemmeinrichtung vorgesehen
ist. Falls die Formfläche
einen oder mehrere konkave Flächenbereiche besitzt,
so dass der umzufaltende Profilabschnitt nicht mittels des biegsamen
Flächengebildes
auch in die konkaven Bereiche gedrückt werden kann, so kann dies
z. B. mittels einer oben bereits erwähnten Formeinrichtung (mit
Andruckkörper,
Andruckrolle etc.) bewerkstelligt werden.
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Bei
der Bearbeitung von relativ dicken Halbzeugprofilen kann das bis
hierher beschriebene Umfaltverfahren Probleme hinsichtlich der Qualität der Umfaltung
aufwerfen.
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Insbesondere
vor diesem Hintergrund umfasst ein gemäß der Erfindung vorgesehenes
vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen textilen
Halbzeugprofils die Schritte:
- – Bereitstellen
wenigstens eines ersten textilen Halbzeugprofils und Durchführen eines
Umfaltprozesses der oben beschriebenen Art, und
- – Auflegen
wenigstens eines zweiten textilen Halbzeugprofils auf das wenigstens
eine, bereits umgefaltete erste Profil und erneutes Durchführen eines
Umfaltprozesses der oben beschriebenen Art.
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Mit
anderen Worten lässt
sich das erfindungsgemäße Umfaltverfahren
vorteilhaft auch mehrmals hintereinander durchführen, um ein gewünschtes
Endprodukt (mehrlagiges Halbzeugprofil) durch Aufeinanderstapelung
mehrerer Halbzeuge zu erzeugen, wobei nach jeder Hinzufügung eines
weiteren Halbzeuges dieses unter Umfaltung des betreffenden Profilabschnitts
mit den bereits gestapelten und umgefalteten Profilen verbunden
wird. Hinsichtlich dieser Verbindung ist es von Vorteil, wenn die verwendete
Vorrichtung sowohl den jeweils umgefalteten Profilabschnitt als
auch den jeweils nicht umzufaltenden Profilabschnitt zu heizen vermag
(z. B. durch Heizeinrichtungen sowohl an einer Formeinrichtung der
oben beschriebenen Art als auch an der verwendeten Einklemmeinrichtung).
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 bis 4 schematische
Querschnittsansichten einer Umfaltvorrichtung gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels,
wobei die einzelnen Figuren vier Stadien eines damit durchgeführten Umfaltverfahrens
zeigen, nämlich
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1 ein
Anfangsstadium (vor dem Einlegen eines umzufaltenden Halbzeugprofils),
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2 ein
erstes Zwischenstadium (nach dem Einlegen des Halbzeugprofils),
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3 ein
zweites Zwischenstadium (während
des Umfaltprozesses), und
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4 ein
Endstadium, und
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5 eine
der 2 entsprechende Querschnittsansicht einer Umfaltvorrichtung
gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt
in einer Querschnittsansicht wesentliche Komponenten einer Vorrichtung 10 zur
Bewerkstelligung eines Umfaltprozesses an einem Halbzeugprofil 12 (z.
B. in 2 ersichtlich).
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Die
Vorrichtung 10 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Umfaltwerkzeugbasis 20 und einen durch nicht dargestellte
Antriebsmittel relativ dazu verstellbaren Niederhalter 22.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 ein biegsames Flächengebilde
in Form einer Kunststofffolie 24.
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1 zeigt
die Vorrichtung 10 in einem Ausgangszustand bzw. Anfangsstadium
eines damit zu bewerkstelligenden Umfaltprozesses. Der Niederhalter 22 befindet
sich in relativ großem
Abstand zur Basis 20. Insbesondere befinden sich am Niederhalter 22 ausgebildete
Formflächen 26 und 28 in
relativ großem
Abstand zu korrespondierenden Formflächen 30 und 32 der
Basis 20.
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Zur
Durchführung
des Umfaltprozesses wird das betreffende textile Halbzeugprofil 12,
z. B. ein einlagiges oder mehrlagiges Kohlenstofffasergewebe, in
den Zwischenraum zwischen der Basis 20 und dem Niederhalter 22 zusammen
mit der Folie 24 eingelegt und der Niederhalter 22 durch
die nicht dargestellten Antriebsmittel in Richtung zur Basis 20 verfahren.
Daraus ergibt sich der in 2 dargestellte Zustand.
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Die
Basis 20 und der Niederhalter 22 bilden zusammen
mit entsprechenden Verstellmitteln eine Klemmeinrichtung zum Einklemmen
eines nicht umzufaltenden Profilabschnitts 16, 18 (siehe 2)
des in die Vorrichtung eingelegten Halbzeugprofils 12.
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2 zeigt
das ursprünglich
einen etwa U-förmigen
Profilquerschnitt besitzende Halbzeugprofil 12 im eingeklemmten
Zustand, bestehend aus jeweils geradlinig verlaufenden, aneinandergereihten Profilabschnitten 14, 16 und 18.
Die Formflächen 26 bis 32 sind
derart an den hier beispielhaft dargestellten Profilquerschnitt
angepasst, dass im geschlossenen Zustand der Einklemmeinrichtung 20, 22 ein Spalt 34 zwischen
diesen Formflächen
verbleibt, welcher den nicht umzufaltenden Profilabschnitt (zusammengesetzt
aus den beiden Profilabschnitten 16 und 18) in
diesem Spalt einklemmt. An einer Stelle (Spaltmündung) 36 ragt der
umzufaltende Profilabschnitt 14 aus dem Spalt 34 heraus.
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Die
Folie 24 wurde im dargestellten Ausführungsbeispiel derart in die
Klemmeinrichtung 20, 22 eingelegt, dass diese
den gesamten Spalt 34 durchsetzt und das gesamte Halbzeugprofil 12 übergreift, wobei
die beiden längsverlaufenden
Ränder 38 und 40 der
Folie 24 sich außerhalb
des Spaltes 34 befinden.
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Seitens
der Spaltmündung 36 erstreckt
sich die Folie 24 mit einem gewissen Überstand d weiter aus dem Spalt 34 heraus
als der umzufaltende Profilabschnitt 14.
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Der
eigentliche Umfaltprozess wird dadurch bewirkt, dass der distale
(vorrichtungsferne) Folienrand 38 derart verlagert wird,
dass der aus dem Spalt 34 herausragende Profilabschnitt 14 durch
den aus dem Spalt 14 herausragenden Folienabschnitt umgefaltet
wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der distale Folienrand 38 beispielsweise entlang eines
in den 2 bis 4 gestrichelt eingezeichneten
Kreisbogens nach unten verlagert.
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3 zeigt
ein Zwischenstadium dieses Umfaltprozesses. 4 zeigt
das Endstadium, in welchem der Profilabschnitt 14 um etwa
180° (bezüglich seiner
Ausgangsorientierung) umgefaltet ist. Es resultiert somit ein umgefaltetes
Halbzeugprofil 12 mit einem etwa Z-förmigen Profilquerschnitt.
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Wie
es in den Figuren symbolisiert ist, kann der distale Folienrand 38 zur
Ausbildung einer in Längsrichtung
verlaufenden Tasche umgefaltet sein, in welcher ein (nicht dargestellter)
Betätigungsstab eingeschoben
sein kann, welcher mit den Antriebsmitteln gekoppelt ist, um den
Betätigungsstab
und somit den distalen Folienrand 38 entlang des vorgesehenen
Verlagerungsweges (hier: gestrichelt eingezeichneter Kreisbogen)
zu verlagern.
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Anstatt
einer Tasche kann an dieser Stelle auch ein Wulst wie z. B. ein
Keder ausgebildet sein, um eine Möglichkeit zur formschlüssigen Kopplung des
distalen Folienrandes 38 mit den Antriebsmitteln zu schaffen.
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Bevorzugt
erfolgt das Einklemmen des nicht umzufaltenden Profilabschnitts 16, 18 und/oder
das Verlagern des distalen Folienrandes 38 wenigstens teilweise
automatisiert. Bevorzugt werden diese beiden Vorgänge durch
eine Bedienungseingabe an einer Steuereinrichtung initiiert, welche
zur Ansteuerung der Antriebsmittel mit diesen verbunden ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu einem direkten Antrieb des distalen Folienrandes 38 kann
vorgesehen sein, dass die Antriebsmittel auf einen Folienbereich
zwischen der Spaltmündung 36 und
dem distalen Folienrand 38 einwirken. Hierfür kann z.
B. wenigstens eine Umfaltrolle (oder ein Umfaltgleitkörper) vorgesehen
sein, welche auf der Folie, unter Belastung derselben, ausgehend
von der Spaltmündung 36 in
Richtung des distalen Folienrandes 38 auf dem biegsamen
Flächengebilde
(hier: Folienmaterial) abrollt (bzw. entlanggleitet).
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Der
proximale (vorrichtungsnahe) Folienrand 40 kann, falls
notwendig, an der Basis befestigt sein (z. B. durch nicht dargestellte
Befestigungsmittel), um der Folie 24 einen zusätzlichen
Halt (neben ihrer Einklemnmung) zu verleihen.
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Wenn
die Folie 24 dehnbar ist, so kann abweichend vom beschriebenen
Ausführungsbeispiel auch
vorgesehen sein, dass im Verlauf der Kreisbogenbewegung des distalen
Folienrandes 38 eine nennenswerte Dehnung der Folie 24 erfolgt.
In diesem Fall könnte
der distale Folienrand 38 z. B. auf einer Spiralbahn (mit
sich vergrößerndem
Abstand zur Spaltmündung 36)
bewegt werden. Damit kann z. B. ein ”Herausschieben” von etwaig
sich bildenden Falten bzw. Verwerfungen des Profilabschnitts 14 gefördert werden,
wobei vorgesehen sein kann, dass die vor stehend beschriebene Einwirkung
auf den Folienbereich zwischen der Spaltmündung 36 und dem distalen
Folienrand 38 erfolgt (z. B. durch eine sich über die
gesamte Länge
des umzufaltenden Profilabschnitts 14 erstreckende Umfaltrolle
mit in Längsrichtung
verlaufender Rollenachse).
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4 zeigt
schließlich
noch eine weitere (optionale) Besonderheit der beschriebenen Umfaltvorrichtung
bzw. des damit realisierten Umfaltverfahrens, nämlich die Verwendung eines
Andruckkörpers 42 zum
finalen Formen und/oder Fixieren des umgefalteten Profilabschnitts 14.
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Der
Andruckkörper 42 besteht
im dargestellten Beispiel aus einem Andruckkörperkorpus 44 und einer
vorrichtungsseitig daran angeordneten Heizeinrichtung 46.
Der Andruckkörper 42 wird
am Ende des eigentlichen Umfaltprozesses (4) ebenfalls durch
die Antriebsmittel angetrieben gegen den umgefalteten Profilabschnitt 14 verfahren,
um diesen zu ”glätten” und durch
thermische Aktivierung eines im Halbzeugprofil 12 befindlichen
Binders zu fixieren. Zusätzlich
kann eine solche Fixierung auch für den nicht-umzufaltenden Profilabschnitt 16, 18 vorgesehen
sein, indem die Basis 20 und/oder der Niederhalter 22 mit
einer geeigneten Heizeinrichtung versehen wird, die im Verlauf des
dargestellten Umfaltverfahrens aktiviert wird.
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Am
Ende des beschriebenen Umfalt- und Fixierungsprozesses wird, durch
die ansteuerbaren Antriebsmittel angetrieben, der Andruckkörper 42 wieder
zurückgezogen
und der Niederhalter 22 wieder von der Basis 20 zurückgezogen,
so dass das umgefaltete Halbzeugprofil 12 aus dem geöffneten Werkzeug
entnommen werden kann.
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An
dieser Stelle ist anzumerken, dass das Umfaltverfahren auch mehrmals
hintereinander durchgeführt
werden kann, etwa um ein dickeres, mehrlagiges Halb zeugprofil durch
Aufeinanderstapelung mehrerer Halbzeuge zu erzeugen, wobei nach jeder
Hinzufügung
eines weiteren Halbzeuges dieses unter Umfaltung des betreffenden
Profilabschnitts mit den bereits gestapelten und umgefalteten Profilen verbunden
wird (z. B. durch thermisches Aktivieren eines enthaltenen Binders
bzw. teilweises Vernetzen eines enthaltenen Harzsystems).
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Die
sich an den (ein- oder mehrfach durchgeführten) Umfaltprozess anschließende Weiterverarbeitung
des resultierenden Halbzeugprofils zu einem Faserverbund-Profilbauteil
erfolgt bevorzugt in einem oder mehreren separaten Werkzeugen, z.
B. in einem gegebenenfalls erforderlichen Infiltrationswerkzeug
zur Infiltration des textilen Halbzeugprofils mit dem Matrixmaterial,
und einem Aushärtewerkzeug zum
thermischen Aushärten
des infiltrierten Profils.
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Hinsichtlich
der Infiltration des Halbzeuges mit dem Matrixmaterial (Harzsystem)
kann auf an sich bekannte Verfahren zurückgegriffen werden (z. B. RTM,
DP-RTM, VAP, VARI
etc.). Dasselbe gilt für den
nachfolgenden Aushärteschritt.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels
werden für
gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet,
jeweils ergänzt
durch einen kleinen Buchstaben ”a” zur Unterscheidung
der Ausführungsform. Dabei
wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen
Ausführungsbeispiel eingegangen
und im Übrigen
hiermit ausdrücklich
auf die Beschreibung des vorangegangenen Ausführungsbeispiels verwiesen.
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5 veranschaulicht
in einer der 2 entsprechenden Ansicht ein
modifiziertes Ausführungsbeispiel
einer Umfaltvorrichtung 10a umfassend eine Basis 20a und
einen Niederhalter 22a.
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Ein
erster Unterschied zu der oben beschriebenen Vorrichtung 10 besteht
darin, dass eine für
den eigentlichen Umfaltprozess verwendete Folie 24a nicht
als separate Komponente zu Beginn des Verfahrens in die Vorrichtung 20a, 22a eingelegt
wird, sondern mit einem proximalen Folienbereich 40a an einer
Formfläche 26a des
Niederhalters 22a befestigt ist. Im dargestellten Beispiel
ragt die Folie 24a nur ein Stück weit in den Spalt 34a hinein
und ist in diesem Bereich z. B. an der Formfläche 26a verklebt.
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Ein
zweiter Unterschied besteht darin, dass der aus dem Spalt 34a herausragende
Profilabschnitt 14a um mehr als 180° umgefaltet wird. Hierfür ist eine der
Spaltmündung
benachbarte Außenfläche der
Basis 20a entsprechend gestaltet.
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Zusammenfassend
kann mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ein teil-
oder vollautomatisierter Prozess zum Umfalten von textilen Halbzeugprofilen
dargestellt werden. Mithilfe eines flächigen Gebildes (z. B. Folie,
Gewebe etc.) wird das Halbzeugprofil (”Preform”) umgefaltet. Die über das
Flächengebilde
auf den umzufaltenden Profilabschnitt ausgeübte Kraft kann derart vorgesehen
sein, dass beim Umfalten eine Front erzeugt wird, welche etwaig
durch das Umfalten sich bildende Falten bzw. Verwerfungen im Halbzeugmaterial
vor sich herschiebt (bis zum distalen Rand des Halbzeuges). Optional
kann im Anschluss an den eigentlichen Umfaltprozess das Halbzeug
durch Druck und/oder Temperatur noch in seiner Lage fixiert werden.
Abweichend von dem oben beschriebenen direkten Antrieb eines distalen
Gebildebereiches (z. B. Folienrand 38) kann alternativ
oder zusätzlich
ein antreibbarer Andruckkörper
(z. B. Andruckrolle) vorgesehen sein, welcher das Flächengebilde
auf seiner dem umzufaltenden Profilabschnitt abgewandten Seite belastet,
um den eigentlichen Umfaltprozess zu bewerkstelligen oder zu unterstützen.