DE102009028456B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils (11) mit folgenden Schritten: Aufnehmen einer aus elektrisch leitfähigen Fasern (8) gebildeten Faserschicht (9) in einem Spannrahmen (10), wobei sich die Fasern (8) über eine vom Spannrahmen (10) umgebene Fläche erstrecken, Anordnen der im Spannrahmen (10) gehaltenen Faserschicht (9) über einer unteren Formschale (2, 2') eines Spritzgießwerkzeugs, Bewegen zeugs gegen die untere Formschale (2, 2'), so dass die Faserschicht (9) in einem zwischen der unteren (2, 2') und der oberen Formschale (1, 1') gebildeten Formhohlraum (3, 3') sich befindet, elektrisches Aufheizen der Faserschicht (9), Einspritzen einer aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellten Schmelze in den Formhohlraum (3, 3') mittels einer Spritzgießvorrichtung, Abkühlen der Faserschicht (9) und des thermoplastischen Kunststoffs, und Entformen des faserverstärkten Kunststoffteils (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils.
  • Aus der DE 103 51 178 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils bekannt. Dabei wird ein aus Kohlestofffasern und thermoplastischen Fasern gebildetes Halbzeug durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Kohlenstofffasern aufgeheizt, bis die thermoplastischen Fasern schmelzen. Anschließend wird das Gewebe zur Formgebung in einer Form verpresst und abgekühlt. – Das Ausgangsmatetrial, nämlich das aus den Kohlenstofffasern und den thermoplastischen Fasern hergestellte Halbzeug, erfordert einen hohen Herstellungsaufwand und ist relativ teuer.
  • Die DE 101 06 923 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff. Dabei wird ein mit Fasern belegter Kern in eine Form eingebracht. Nachfolgend wird flüssiger Kunststoff in die Form eingespritzt, so dass die Fasern mit Kunststoff infiltriert werden. Bei der Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs kann der Kern und/oder die Form elektrisch beheizt werden, um ein Abkühlen der thermoplastischen Kunststoffschmelze auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur zu vermeiden. – Das Herstellen eines im Wesentlichen der Form des Kunststoffteils entsprechenden, mit Fasern belegten Kerns ist aufwändig. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich lediglich zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen mit einer relativ einfachen Geometrie, beispielsweise zur Herstellung von Hohlkörpern, Antriebswellen, Blattfedern und dgl.
  • Die DE 10 2006 061 123 A1 betrifft ein Faserverbundbauteil. Das Faserverbundbauteil weist ein integriertes Widerstandsheizelement auf. Das Faserverbundbauteil kann z. B. Teil einer fluidführenden Einrichtung sein. Durch das Widerstandsheizelement kann das Fluid erwärmt werden.
  • Die DE 10 2007 038 926 B3 betrifft ein Faserstrukturbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung des Faserstrukturbauteils. Das Faserstrukturbauteil weist eine mit einem profilierten Stützelement versehene Versteifungsschicht auf. Das Stützelement ist elektrisch leitend ausgebildet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst universelles Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils angegeben werden, welches schnell und einfach durchführbar ist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13 und 15 bis 23.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
    Aufnehmen einer aus elektrisch leitfähigen Fasern gebildeten Faserschicht in einem Spannrahmen, wobei sich die Fasern über eine vom Spannrahmen umgebene Fläche erstrecken,
    Anordnen der im Spannrahmen gehaltenen Faserschicht über einer unteren Formschale eines Spritzgießwerkzeugs,
    Bewegen einer oberen Formschale des Spritzgießwerkzeugs relativ zur unteren Formschale, so dass die Faserschicht in einem zwischen der unteren und der oberen Formschale gebildeten Formhohlraum sich befindet,
    elektrisches Aufheizen der Faserschicht,
    Einspritzen einer aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellten Schmelze in den Formhohlraum mittels einer Spritzgießvorrichtung,
    Abkühlen der Faserschicht und des thermoplastischen Kunststoffs, und
    Entformen des faserverstärkten Kunststoffteils.
  • In Abkehr vom Stand der Technik kann erfindungsgemäß ein relativ kostengünstiges Ausgangsmaterial, nämlich eine lediglich aus elektrisch leitfähigen Fasern gebildete Faserschicht, verwendet werden. Eine solche Faserschicht kann unter Verwendung eines Spannrahmens derart in den Formhohlraum eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt werden, dass es vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff umspritzt werden kann. Um eine vollständige Infiltration der Faserschicht mit dem thermoplastischem Kunststoff zu gewährleisten, wird diese zumindest während des Einspritzvorgangs elektrisch beheizt. Es kann insbesondere auf die Herstellung eines mit Fasern belegten Kerns und dessen Einbringen in den Formhohlraum verzichtet werden. Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich einfach automatisieren und schnell durchführen.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”Faserschicht” allgemein ein aus elektrisch leitfähigen Fasern gebildetes schicht- oder mattenartiges Gebilde verstanden. Dabei kann es sich um ein aus Fasern gebildetes Vlies, Gelege, Gewebe oder Gewirk handeln. Zweckmäßigerweise ist die Faserschicht so ausgebildet, dass sie ohne Ausbildung von Falten an eine nichtebene Kontur angepasst werden kann. D. h. die Fasern können in der Faserschicht gegeneinander so bewegt werden, dass eine zunächst ebene Faserschicht im Wesentlichen ohne Ausbildung von Falten einer nichtebenen Kontur eines Formhohlraums angepasst werden kann.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden als Fasern aus Grafit oder Metall hergestellte Fasern verwendet. Bei der Verwendung von aus Kohlenstoff, vorzugsweise Grafit, hergestellten Fasern können besonders leichtgewichtige Kunststoffteile hergestellt werden. Bei den verwendeten Fasern handelt es sich zweckmäßigerweise um sogenannte Endlosfasern, welche sich zumindest von einer Seite des Spannrahmens bis zur gegenüberliegenden anderen Seite erstrecken.
  • Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Faserschicht mit einer vorgegebenen Klemmkraft im Spannrahmen gehalten wird. Dabei wird die Klemmkraft zweckmäßigerweise so eingestellt, dass die Faserschicht relativ zum Spannrahmen verschiebbar ist. Das ermöglicht ein faltenfreies Einlegen bzw. Drapieren der Faserschicht in Formhohlräume, welche uneben ausgebildet sind. Beim Schließen des Spritzgießwerkzeugs wird die Faserschicht z. B. durch eine Bewegung der oberen Formschale gegen die untere Formschale abschnittsweise nach innen in den Spannrahmen gezogen und relativ dazu bewegt. Die vorgegebene Klemmkraft kann auch variabel sein. Sie kann sich während der Durchführung des Verfahrens ändern. Beispielsweise kann es sein, dass während des Drapierens zunächst eine geringe Klemmkraft gewählt wird, welche ein Verschieben der Faserschicht ermöglicht. Nach dem Drapieren der Faserschicht kann zur Gewährleistung eines guten elektrischen Kontakts die Klemmkraft erhöht werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fasern zum Aufheizen über am Spannrahmen vorgesehene elektrische Kontakte mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Dazu können einander gegenüberliegende Rahmenabschnitte des Spannrahmens jeweils als Anode und Kathode ausgebildet sein. Die Anoden-/Kathodenpaare sind zweckmäßigerweise jeweils durch Isolationsmittel elektrisch voneinander isoliert.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, die Fasern induktiv zu beheizen. In diesem Fall ist das Vorsehen elektrischer Kontakte nicht erforderlich.
  • Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Fasern zumindest auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs entspricht. Zweckmäßigerweise werden die Fasern höchstens auf eine Temperatur aufgeheizt, welche 300°C, vorzugsweise 150 bis 200°C, über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt. Damit wird eine verbesserte Benetzbarkeit der Fasern und infolgedessen eine vollständige Infiltration des thermoplastischen Kunststoffs in die Faserschicht erreicht. Es bildet sich ein inniger Verbund zwischen einer aus dem thermoplastischen Kunststoff gebildeten Matrix und der Faserschicht aus.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Kontur der Faserschicht durch ein Verschwenken des Spannrahmens um zumindest zwei daran vorgesehene, vorzugsweise einander gegenüberliegende, Gelenke vor oder beim Einlegen etwa an eine Kontur eines Öffnungsrands der unteren und/oder oberen Formschale angepasst wird. Anstelle eines mit Gelenken versehenen Spannrahmens kann auch ein zumindest abschnittsweise flexibel ausgeführter Spannrahmen verwendet werden. Mit einem solchen Spannrahmen kann ein übermäßiges Verschieben der Faserschicht entgegen der Klemmkraft vermieden werden. Es kann so ein besonders gleichförmiges Einlegen der Faserschicht in den Formhohlraum erreicht werden.
  • Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als thermoplastischen Kunststoff Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) zu verwenden. Selbstverständlich können auch andere thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen (PE), Polykarbonat (PC), Polyethylentherephtalat (PET), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder dgl. verwendet werden. Der thermoplastische Kunststoff kann mit Kurzfasern gefüllt sein. Dabei kann es sich um herkömmliche Kurzfasern handeln. Sie müssen im Gegensatz zu den Endlosfasern der Faserschicht nicht unbedingt elektrisch leitfähig sein.
  • Eine aus dem thermoplastischen Kunststoff gebildete Schmelze kann im Formhohlraum mittels eines Hochfrequenzfelds beheizt und damit eine Viskosität der Schmelze auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Bei dem Hochfrequenzfeld kann es sich um ein Mikrowellenfeld handeln. Das vorgeschlagene Beheizen der thermoplastischen Schmelze innerhalb des Formhohlraums trägt zu einer weiter verbesserten Infiltration derselben in die Faserschicht bei.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Spritzgießwerkzeug temperiert, d. h. in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten. Damit kann ein besonders rasches Einfrieren der thermoplastischen Kunststoffschmelze innerhalb des Formhohlraums erreicht werden.
  • Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass eine dem Formhohlraum zugewandte Innenseite der oberen und unteren Formschale elektrisch isolierend ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann die Innenseite mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein, welche beispielsweise aus Al2O3 oder auf Basis von Kohlenstoff, z. B. aus Diamant, hergestellt ist. Beim Vorsehen einer elektrisch isolierenden Schicht ist es vorteilhafterweise möglich, auch nach dem Schließen des Spritzgießwerkzeugs die Faserschicht mit elektrischem Strom gleichmäßig zu beheizen. – Eine dem Formhohlraum zugewandte Innenseite der oberen und unteren Formschale kann auch thermisch isolierend ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann die Innenseite mit einer thermisch isolierenden Schicht versehen sein. Es kann auch sein, dass an der Innenseite eine thermisch isolierende und eine elektrisch isolierende Schicht oder eine Schicht vorgesehen ist, welche sowohl thermisch isolierende und als auch elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils mit einem zumindest eine untere und eine obere Formschale aufweisenden Spritzgießwerkzeugs vorgeschlagen, welches mit einer Spritzgießvorrichtung zum Einspritzen eines thermoplastischen Kunststoffs verbunden ist, wobei ein Spannrahmen zum Aufnehmen einer aus elektrisch leitfähigen Fasern gebildeten Faserschicht vorgesehen ist, mit dem die Faserschicht in einen zwischen der unteren und der oberen Formschale gebildeten Formhohlraum einlegbar ist, und wobei eine Einrichtung zum elektrischen Beheizen der im Spannrahmen gehaltenen Faserschicht vorgesehen ist. – Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine automatisierte und schnelle Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen. Dabei ist es vorteilhafterweise nicht mehr erforderlich, relativ teure Faserschichten mit darin enthaltenem thermoplastischen Kunststoff zu verwenden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Aufheizen der Faserschicht trägt zu einer schnellen und vollständigen Infiltration des im Spritzgießverfahren in den Formhohlraum eingespritzten thermoplastischen Kunststoffs bei.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Spannrahmen mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Klemmkraft zum Halten der darin aufgenommenen Faserschicht versehen. Zur Einstellung der vorgegebenen Klemmkraft können mechanische Federelemente, eine pneumatische oder auch eine hydraulische Einrichtung vorgesehen sein. Die Klemmkraft wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass bei Ausübung eines, beispielsweise mit der oberen Formschale bewirkten Drucks auf die Faserschicht, diese sich relativ zum Spannrahmen bewegt und nachrutscht. Die Klemmkraft dient insbesondere auch zum Kompensieren von Druckspannungen, die bei Drapieren im Gewebe entstehen können und zu einer Faltenbildung führen können. Infolgedessen kann die Kontur der Faserschicht an die Kontur, beispielsweise der oberen Formschale, angepasst werden, ohne dass sich Falten in der Faserschicht bilden oder die Faserschicht reißt.
  • Insbesondere bei der Herstellung von Kunststoffteilen mit tiefen und/oder komplizierten Konturen sind hohe Umformgrade erforderlich. Hier hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Spannrahmen zumindest zwei, vorzugsweise einander gegenüberliegende, Gelenke aufweist, so dass die Faserschicht in ihrer Kontur etwa der Kontur eines Öffnungsrands der unteren und/oder oberen Formschale anpassbar ist. Durch das Vorsehen der Gelenke kann die Faserschicht zur Anpassung an die Kontur des Öffnungsrands der unteren und/oder oberen Formschale beispielsweise V-förmig gefaltet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Gelenke oder elastische Abschnitte am Spannrahmen vorzusehen. Damit kann die Faserschicht z. B. in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen V-förmig gefaltet werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung sind am Spannrahmen elektrische Kontakte zum Beaufschlagen der darin gehaltenen Fasern mit elektrischem Strom vorgesehen. Bei den elektrischen Kontakten kann es sich um elektrisch isolierend voneinander am Spannrahmen angebrachte, einander gegenüberliegende Kathoden-/Anodenpaare handeln. Die vorzugsweise als Endlosfasern ausgebildeten Fasern erstrecken sich jeweils von der Kathode zur Anode eines Kathoden-/Anodenpaars, so dass sie mit elektrischem Strom durchflossen und damit beheizt werden können. Es ist allerdings auch möglich, eine Einrichtung zum induktiven Beheizen der Fasern vorzusehen. In diesem Fall kann auf die vorgenannten elektrischen Kontakte verzichtet werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zur Einstellung einer vorgegebenen Temperatur der Fasern eine Steuerung oder Regelung vorgesehen. Damit ist es beispielsweise möglich, bei Erreichen einer vorgegebenen Fasertemperatur den Vorgang des Einlegens der Faserschicht in den Formhohlraum zu starten. Desgleichen ist es auch möglich, bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur der Faserschicht den Einspritzvorgang des thermoplastischen Kunststoffs in den Formhohlraum zu starten. Gleichzeitig oder auch nach der Füllung des Formhohlraums kann das elektrische Beheizen der Faserschicht beendet werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Temperieren des Spritzgießwerkzeugs vorgesehen. Das Spritzgießwerkzeug kann beispielsweise mit Kanälen zum Durchführen eines Fluids versehen sein. Ferner kann die Einrichtung zum Temperieren ein Fördermittel zum Fördern des Fluids umfassen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine dem Formhohlraum zugewandte Innenseite der oberen und unteren Formschale elektrisch isolierend ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann die Innenseite mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein, welche vorzugsweise aus Al2O3 oder auf Basis von Kohlenstoff, z. B. aus Diamant, hergestellt ist.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein erstes Spritzgießwerkzeug,
  • 2 einen ersten Verfahrensschritt, bei dem eine Faserschicht in einem Spannrahmen gehalten ist,
  • 3 einen zweiten Verfahrensschritt, bei dem die Faserschicht in einen Formhohlraum gedrückt wird,
  • 4 einen dritten Verfahrensschritt, bei dem thermoplastischer Kunststoff in den Formhohlraum gespritzt wird und
  • 5 einen vierten Verfahrensschritt, bei dem ein Kunststoffteil aus dem zweiten Spritzgießwerkzeug entformt wird.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ein erstes Spritzgießwerkzeug. Zwischen einer oberen Formschale 1 und einer unteren Formschale 2 ist ein Formhohlraum 3 gebildet. Die obere Formschale 1 weist erste Kühlkanäle 4 und die untere Formschale 2 zweite Kühlkanäle 5 zum Durchleiten eines Kühlfluids auf. Mit dem Bezugszeichen 6 ist eine an der dem Formhohlraum 3 zugewandten Innenseite der oberen Formschale 1 vorgesehene erste elektrisch isolierende Schicht bezeichnet. Analog dazu ist an einer weiteren Innenseite der unteren Formschale 2 eine zweite elektrisch isolierende Schicht 7 vorgesehen. Die elektrisch isolierenden Schichten 6, 7 können beispielsweise aus Al2O3, Diamant oder dgl. hergestellt sein. Mit dem Bezugszeichen 8 sind Endlosfasern bezeichnet, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind. Es kann sich dabei um Grafitfasern, metallische Fasern oder dgl. handeln. Die Fasern 8 erstrecken sich über eine Breite, welche größer ist als eine weitere Breite der ersten 1 und zweiten Formschale 2. Sie sind an ihrem einen Ende über eine Anode A und an ihrem anderen Ende über eine Kathode K mit einer Stromquelle V verbunden.
  • Die Endlosfasern 8 bilden eine Faserschicht 9, welche in Form eines Geleges, eines Gewebes, eines Gewirks, eines Vlieses oder dgl. ausgebildet sein kann.
  • Die 2 bis 5 zeigen schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils. Bei dem in 2 gezeigten ersten Verfahrensschritt wird eine aus den Endlosfasern 8 gebildete Faserschicht 9 klemmend in einem Spannrahmen 10 aufgenommen. Eine Klemmkraft, mit der die Faserschicht 9 im Spannrahmen 10 gehalten wird, ist mit dem Bezugszeichen F1 bezeichnet.
  • In 3 ist mit dem Bezugszeichen 1' eine weitere obere Formschale und mit dem Bezugszeichen 2' eine weitere untere Formschale eines zweiten Spritzgießwerkzeugs bezeichnet.
  • Die Klemmkraft F1 ist so gewählt, dass damit eine Kraft auf den eingeklemmten Abschnitt der Faserschicht 9 ausgeübt wird, welche kleiner ist als die Schließkraft F2, welche auf den vom Spannrahmen 10 umgebenen weiteren Abschnitt der Faserschicht 9 ausgeübt wird. Infolgedessen wird die Faserschicht 9 beim in 3 gezeigten zweiten Verfahrensschritt durch die darauf ausgeübte Schließkraft F2 randlich abschnittsweise aus dem Spannrahmen 10 gezogen. Die Faserschicht 9 passt sich der Kontur des zwischen der weiteren oberen Formschale 1' und der weiteren unteren Formschale 2' gebildeten weiteren Formhohlraums 3' an. Die Faserschicht 9 wird spätestens in einem dritten Verfahrensschritt, welcher in 4 gezeigt ist, durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise 30 bis 60 V nach Art einer Widerstandsheizung beheizt. Sobald die Faserschicht 9 eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, welche zweckmäßigerweise 100 bis 300°C höher liegt als der Schmelzpunkt des verwendeten thermoplastischen Kunststoffs, wird in den weiteren Formhohlraum 3' mittels einer (hier nicht näher gezeigten) Spritzgießvorrichtung flüssiger thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise PP oder PA, eingespritzt. Da die Faserschicht 9 sich zumindest auf einer Temperatur befindet, welche der Schmelztemperatur des eingespritzten thermoplastischen Kunststoffs entspricht, wird sie vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff infiltriert. Zu diesem Zeitpunkt oder auch während oder nach einer Nachdruckphase wird der Stromfluss durch die Faserschicht 9 unterbrochen. Die im weiteren Formhohlraum 3' befindliche thermoplastische Kunststoffschmelze wird durch geeignetes Temperieren der weiteren oberen 1' und der weiteren unteren Formschale 2' eingefroren und nachfolgend entformt.
  • 5 zeigt einen vierten Verfahrensschritt, bei dem ein so hergestelltes faserverstärktes Kunststoffteil 11 aus dem zweiten Spritzgießwerkzeug entformt wird.
  • An der weiteren oberen Formschale 1' kann eine Tauchkante 12 vorgesehen sein, mit der beim Schließen des zweiten Spritzgießwerkzeugs der weitere Formhohlraum 3' geschlossen wird. Dabei kann auch die Faserschicht 9 entlang eines Umfangsrands des zweiten Spritzgießwerkzeugs abgeschert werden, so dass das faserverstärkte Kunststoffteil 11 beim Entformen bereits vom umgebend verbliebenen Rand der Faserschicht 9 getrennt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    obere Formschale, weitere obere Formschale
    2, 2'
    untere Formschale, weitere untere Formschale
    3, 3'
    Formhohlraum, weiterer Formhohlraum
    4
    erste Kühlkanäle
    5
    zweite Kühlkanäle
    6
    erste elektrisch isolierende Schicht
    7
    zweite elektrisch isolierende Schicht
    8
    Endlosfaser
    9
    Faserschicht
    10
    Spannrahmen
    11
    faserverstärktes Kunststoffteil
    12
    Tauchkante
    A
    Anode
    F1
    Klemmkraft
    F2
    Schließkraft
    K
    Kathode
    V
    Stromquelle

Claims (23)

  1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils (11) mit folgenden Schritten: Aufnehmen einer aus elektrisch leitfähigen Fasern (8) gebildeten Faserschicht (9) in einem Spannrahmen (10), wobei sich die Fasern (8) über eine vom Spannrahmen (10) umgebene Fläche erstrecken, Anordnen der im Spannrahmen (10) gehaltenen Faserschicht (9) über einer unteren Formschale (2, 2') eines Spritzgießwerkzeugs, Bewegen einer oberen Formschale (1, 1') des Spritzgießwerkzeugs relativ zur unteren Formschale (2, 2'), so dass die Faserschicht (9) in einem zwischen der unteren (2, 2') und der oberen Formschale (1, 1') gebildeten Formhohlraum (3, 3') sich befindet, elektrisches Aufheizen der Faserschicht (9), Einspritzen einer aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellten Schmelze in den Formhohlraum (3, 3') mittels einer Spritzgießvorrichtung, Abkühlen der Faserschicht (9) und des thermoplastischen Kunststoffs, und Entformen des faserverstärkten Kunststoffteils (11).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Fasern (8) aus Kohlenstoff, vorzugsweise Grafit, oder Metall hergestellte Fasern verwendet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserschicht (9) mit einer vorgegebenen Klemmkraft (F1) im Spannrahmen (10) gehalten wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kontur der Faserschicht (9) durch ein Verschwenken des Spannrahmens (10) um zumindest zwei daran vorgesehene, vorzugsweise einander gegenüberliegende, Gelenke vor oder beim Einlegen etwa an eine Kontur eines Öffnungsrands der unteren (2, 2') und/oder oberen Formschale (1, 1') anpasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (8) zum elektrischen Aufheizen über am Spannrahmen (10) vorgesehene elektrische Kontakte (A, K) mit elektrischem Strom (V) beaufschlagt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (8) induktiv elektrisch aufgeheizt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in den Formhohlraum (3, 3') eingespritzte Schmelze mittels einer Hochfrequenzheizung beheizt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (8) zumindest auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs entspricht.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (8) höchstens auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche 300°C über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als thermoplastischer Kunststoff PP oder PA verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermoplastische Kunststoff mit Kurzfasern gefüllt ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spritzgießwerkzeug temperiert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine dem Formhohlraum (3, 3') zugewandte Innenseite der oberen (1, 1') und unteren Formschale (2, 2') elektrische isolierend ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils (11) mit einem zumindest eine untere (2, 2') und eine obere Formschale (1, 1') aufweisenden Spritzgießwerkzeug, welches mit einer Spritzgießvorrichtung zum Einspritzen eines thermoplastischen Kunststoffs verbunden ist, wobei ein Spannrahmen (10) zum Aufnehmen einer aus elektrisch leitfähigen Fasern (8) gebildeten Faserschicht (9) vorgesehen ist, mit dem die Faserschicht (9) in einen zwischen der unteren (2, 2') und der oberen Formschale (1, 1') gebildeten Formhohlraum (3, 3') einlegbar ist, und wobei eine Einrichtung zum elektrischen Aufheizen der im Spannrahmen (10) gehaltenen Faserschicht (9) vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Spannrahmen (10) mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer vorgegeben Klemmkraft (F1) zum Halten der darin aufgenommenen Faserschicht (9) versehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Spannrahmen (10) zumindest zwei, vorzugsweise einander gegenüberliegende, Gelenke aufweist, so dass die Faserschicht (9) in ihrer Kontur etwa der Kontur eines Öffnungsrands der unteren (2, 2') und/oder oberen Formschale (1, 1') anpassbar ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei am Spannrahmen (10) elektrische Kontakte (A, K) zum Beaufschlagen der darin gehaltenen Fasen (8) mit elektrischem Strom (V) vorgesehen sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Einrichtung zum induktiven Beheizen der Fasern (8) vorgesehen ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei eine Hochfrequenzheizung zum Beheizen einer in den Formhohlraum (3, 3') eingespritzten, aus dem thermoplastischen Kunststoff gebildeten Schmelze vorgesehen ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei zur Einstellung einer vorgegebenen Temperatur der Fasern (8) eine Steuerung oder Regelung vorgesehen ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei eine Einrichtung zum Temperieren (4, 5) des Spritzgießwerkzeugs vorgesehen ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei eine dem Formhohlraum (3, 3') zugewandte Innenseite der oberen (1, 1') und unteren Formschalen (2, 2') elektrisch und/oder thermisch isolierend ausgebildet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Innenseite mit einer elektrisch isolierenden Schicht (6, 7) versehen ist, welche vorzugsweise aus Al2O3 oder auf Basis von Kohlenstoff, vorzugsweise aus Diamant, hergestellt ist.
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