DE102009053947A1

DE102009053947A1 - Verfahren zum Herstellen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102009053947A1
Application number: DE102009053947A
Authority: DE
Inventors: Thiemo Adolf Erb; Norbert Schwan
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: US8409387B2; US20110114253A1; DE102009053947B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen im Strangziehverfahren zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen, nämlich faserverstärkten Hohlbauteilen, im Strangziehverfahren, wobei zunächst Fasern mit einem Imprägnierwerkstoff imprägniert werden, anschließend die imprägnierten Fasern vorausgerichtet werden, darauffolgend die vorausgerichteten Fasern in einem beheizten Strangziehwerkzeug unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs zu einem Hohlprofil endgeformt werden, und anschließend von dem so hergestellten Hohlprofil Segmente abgetrennt werden, wobei zumindest beim Endformen an einer Position des strangzuziehenden Hohlprofils in Strangziehrichtung des Hohlprofils eine Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen wird, wobei die Trennfolie an dieser Position ein Verbinden der Fasern über den auszuhärtenden Imprägnierwerkstoff verhindert, und wobei ein von dem so hergestellten Hohlprofil abgetrenntes Segment zur Herstellung eines Bauteils an dieser Position unter Entfernung der Trennfolie aufgeklappt wird, nachfolgend im Hohlraum des aufgeklappten Segments mindestens eine Baugruppe positioniert wird, und darauffolgend an dieser Position benachbarte Abschnitte des Segments dauerhaft miteinander verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen im Strangziehverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen ist aus dem Stand der Technik das Strangziehverfahren bekannt. Strangziehverfahren werden auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet. Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise beim Strangziehen von faserverstärkten Bauteilen ergibt sich aus 1. So zeigt 1, dass in einem ersten Schritt 10 eines Strangziehverfahrens auf Spulen 11 bereitgehaltene Fasern 12, z. B. Glas- oder Kohlestofffasern, von den Spulen 11 abgezogen und in einem nachfolgenden Schritt 13 mit einem Imprägnierwerkstoff 14, z. B. Harz, imprägniert werden. Auf diese Art und Weise imprägnierte Fasern 15 werden in einem nachfolgenden Schritt 16 mit einem Vorformwerkzeug 17 vorausgerichtet und so dann in einem nachfolgenden Schritt 18 mithilfe eines Strangziehwerkzeugs 19 endgeformt, nämlich unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs. Hierzu ist das Strangziehwerkzeug 19 als beheiztes Strangziehwerkzeug 19 ausgeführt, welches gemäß 1 zwei Zonen aufweist, nämlich eine erste Zone, in welcher eine Temperatur T1 herrscht, und eine zweite Zone, in welcher eine Temperatur T2 herrscht. In der ersten Zone, in welcher die Temperatur T1 herrscht, werden die imprägnierten und vorausgerichteten Fasern endgeformt und in der zweiten Zone, in welcher die Temperatur T2 herrscht, wird dann der Imprägnierwerkstoff der endgeformten Fasern ausgehärtet. Ein so hergestelltes Profil 21 wird gemäß dem Schritt 20 mithilfe einer Zugeinrichtung 22 durch die Bearbeitungsstationen der vorhergehenden Verfahrensschritte 10, 13, 16 und 18 gezogen und einem Schneidwerkzeug 23 zugeführt, um in einem nachfolgenden Schritt 24 vom stranggezogenen Profil 21 durch Schneiden Segmente 25 abzutrennen.
Das Strangziehwerkzeug 19, welches dem Endformen der vorgeformten Fasern und der Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs dient, verfügt zumindest über eine Außenform, die eine Außenkontur eines strangzuziehendes Profils bestimmt, und dann, wenn ein Hohlprofil durch Strangziehen hergestellt werden soll, zusätzlich über eine Kernform, die dann eine Innenkontur des strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt. Mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Strangziehverfahren ist es demnach bereits möglich, Hohlprofile bzw. Hohlbauteile zu fertigen.
Bislang bereitet es jedoch Schwierigkeiten, solche Hohlbauteile durch Strangziehen zu fertigen, in deren Hohlraum weitere Baugruppen zu positionieren sind.
Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von Bauteilen im Strangziehverfahren zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zumindest beim Endformen an einer Position des strangzuziehenden Hohlprofils in Strangziehrichtung des Hohlprofils eine Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen wird, wobei die Tennfolie an dieser Position ein Verbinden der Fasern über den auszuhärtenden Imprägnierwerkstoff verhindert, und wobei ein von dem so hergestellten Hohlprofil abgetrenntes Segment zur Herstellung eines Bauteils an dieser Position unter Entfernung der Trennfolie aufgeklappt wird, nachfolgend im Hohlraum des aufgeklappten Segments mindestens eine Baugruppe positioniert wird, und darauffolgend an dieser Position benachbarte Abschnitte des Segments dauerhaft miteinander verbunden werden. Unter Fasern soll dabei auch Faserhalbzeug wie Gewebe, Gelege, o. ä. verstanden werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf einfache Art und Weise möglich, selbst solche Hohlbauteile durch Strangziehen herzustellen, in deren Hohlraum nachfolgend an das Strangziehen mindestens eine Baugruppe positioniert werden muss.
Vorzugsweise wird beim Vorausrichten und beim Endformen an der einen Position des strangzuziehenden Hohlprofils die Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen wird. Das Einziehen der Trennfolie bereits beim Vorausrichten der Fasern hat prozesstechnische Vorteile.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Endformen der vorausgerichteten Fasern und beim Aushärten des Imprägnierwerkstoffs ein Strangziehwerkzeug mit einer zumindest zweiteiligen Außenform verwendet, wobei die Trennfolie an einer Position zwischen die imprägnierten Fasern und zwischen die beiden benachbarten Teile der Außenform eingezogen wird. Dann, wenn beim Strangziehen eine zumindest zweiteilige Außenform verwendet wird, ist das Herstellen selbst komplex konturierter, aufklappbarer Hohlprofilsegmente auf einfache Art und Weise möglich.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen im Strangziehverfahren;
2: eine schematisierte Darstellung eines beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise verwendeten Strangziehwerkzeugs;
3: eine schematisierte Darstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, aufgeklappten Segments; und
4: eine schematisierte Darstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Hohlbauteilen durch ein Strangziehverfahren, wobei Strangziehverfahren auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet werden. Die grundsätzliche Vorgehensweise beim Strangziehen ist, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, aus dem Stand der Technik bekannt. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun eine derartige Weiterentwicklung des Strangziehverfahrens, mit der auch solche Hohlbauteile durch Strangziehen gefertigt werden können, in deren Hohlraum nach dem Strangziehen mindestens eine weitere Baugruppe positioniert werden muss.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest beim Endformen des strangzuziehenden Hohlprofils, also während des Schritts 18 in 1, an einer Position des strangzuziehenden Hohlprofils in Strangziehrichtung des Hohlprofils eine sich in Strangziehrichtung erstreckende Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen, wobei die Trennfolie an dieser Position ein Verbinden der Fasern über den auszuhärtenden Imprägnierwerkstoff verhindert.
Dabei ist es möglich, dass die Trennfolie, die das Verbinden der Fasern an der definierten Position des strangzuziehenden Hohlprofils beim Endformen und Aushärten während des Schritts 18 verhindert, schon beim Vorausrichten während des Schritts 16 in die vorimprägnierten Fasern eingezogen wird.
Besonders vorteilhaft kann die Trennfolie dann beim Endformen und Aushärten zwischen die imprägnierten Fasern eingezogen werden, wenn gemäß 2 ein Strangziehwerkzeug 19 mit einer zumindest zweiteiligen Außenform 26, welche die Außenkontur eines strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt, verwendet wird.
So zeigt 2 eine aus einem Unterteil 27 und einem Oberteil 36 zusammengesetzte Außenform 26 eines Strangziehwerkzeugs 19, welche im Schritt 18 des Strangziehverfahrens zum Endformen der imprägnierten und vorausgerichteten Fasern und Aushärten des Imprägnierwerkstoffs verwendet wird, und welche die Außenkontur des herzustellenden bzw. strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt. In dieser Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 ist gemäß 2 eine Kernform 28 positioniert, welche die Innenkontur des strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt. In einem zwischen der Kernform 28 und der Außenform 26 ausgebildeten Hohlraum 29 werden beim Strangziehen die vorgeformten, imprägnierten Fasern unter Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs endgeformt, um so das strangzuziehende Hohlprofil bereitzustellen.
Dabei wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Trennfolie an einer Position zwischen die Fasern eingezogen, nämlich bei der zweiteiligen Außenform 26 der 2 an einer Position 30 zwischen dem Unterteil 36 und dem angrenzenden Oberteil 27 der Außenform 26. 2 zeigt eine derartige Trennfolie 31, die bei der zweiteiligen Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 der 2 einerseits an der definierten Position 30 zwischen die Fasern des strangzuziehenden Hohlprofils und andererseits zwischen die benachbarten Teile 26 und 27 der Außenform 26 eingezogen wird. Diese Trennfolie 31 verhindert demnach, dass beim Endformen der Fasern und Aushärten des Imprägnierwerkstoffs derselben die Fasern an der Position 30 miteinander verbunden werden.
Nachfolgend an das Abtrennen von Segmenten 25 von dem stranggezogenen Hohlprofil kann gemäß 3 ein Segment 25 an der Position, an welcher sich die Tennfolie 31 befindet, unter Entfernung der Trennfolie 31 aufgeklappt werden, um so im Hohlraum 32 des Segments 25 nachfolgend mindestens eine Baugruppe 33 zu positionieren und darauffolgend das Segment 25 gemäß 4 an der Position, an welcher dasselbe beim Strangziehen nicht verbunden wurde, über benachbarte Abschnitte 34 des Segments 25 durch zum Beispiel Verkleben dauerhaft miteinander zu verbinden.
Als Trennfolie 31 wird vorzugsweise eine Thermoplastfolie, insbesondere eine PE-Folie oder eine PET-Folie, verwendet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Flügelprofil eines Kraftfahrzeugspoilers hergestellt, wobei das eigentliche Flügelprofil als Segment 25 beim Strangziehen hergestellt wird, und wobei nach dem Strangziehen nach Aufklappen des Flügelprofils in demselben als Bauteile 33 Stützen bzw. Streben positioniert werden, um die Stabilität des so hergestellten Flügelprofils zu erhöhen.
Nach dem Positionieren dieser als Streben ausgebildeten Bauteile 33 im Hohlraum 32 des als Segment 25 bereitgestellten Flügelprofils wird dasselbe an den Abschnitten 34, die beim Strangziehen bedingt durch das Positionieren der Trennfolie 31 nicht miteinander verbunden wurden, durch Verkleben dauerhaft miteinander verbunden, wobei dann nachfolgend an das so hergestellte Flügelprofile Befestigungselemente 35 angeformt werden, über die das Flügelprofil an eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs angebunden werden kann.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, Hohlbauteile durch Strangziehverfahren bzw. Pultrusionsverfahren dadurch herzustellen, dass zumindest beim Endformen der vorgeformten und imprägnierten Fasern und damit beim Aushärten des Imprägnierwerkstoffs sowie gegebenenfalls zuvor beim Vorausrichten der imprägnierten Fasern an einer Position zwischen denselben eine sich in Strangziehrichtung erstreckende Trennfolie zu positionieren, sodass an dieser Position beim Aushärten des Imprägnierwerkstoffs die Fasern nicht miteinander verbunden werden. So wird dann ein Hohlprofil geschaffen, welches an einer Position nicht miteinander verbundene Fasern aufweist, welches also nicht rundum geschlossen ist, sondern eine sich in Vorschubrichtung der Fasern bzw. in Strangziehrichtung erstreckende Naht und damit Trennstelle aufweist. Nach dem Vereinzeln von Segmenten aus dem so stranggezogenen Hohlprofil lässt sich das Segment entlang dieser Naht öffnen bzw. aufklappen, um so in den Hohlraum des ausgehärteten Segments zumindest ein weiteres Bauteil zu positionieren und anschließend das Segment im Bereich der Naht durch vorzugsweise Verkleben dauerhaft miteinander zu verbinden.

Claims

Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen, nämlich faserverstärkten Hohlbauteilen, im Strangziehverfahren, wobei zunächst Fasern mit einem Impragnierwerkstoff imprägniert werden, anschließend die imprägnierten Fasern vorausgerichtet werden, darauffolgend die vorausgerichteten Fasern in einem beheizten Strangziehwerkzeug unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs zu einem Hohlprofil endgeformt werden, und anschließend von dem so hergestellten Hohlprofil Segmente abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest beim Endformen an einer Position des strangzuziehenden Hohlprofils in Strangziehrichtung des Hohlprofils eine Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen wird, wobei die Tennfolie an dieser Position ein Verbinden der Fasern über den auszuhärtenden Imprägnierwerkstoff verhindert, und dass ein von dem so hergestellten Hohlprofil abgetrenntes Segmente zur Herstellung eines Bauteils an dieser Position unter Entfernung der Trennfolie aufgeklappt wird, nachfolgend im Hohlraum des aufgeklappten Segments mindestens eine Baugruppe positioniert wird, und darauffolgend an dieser Position benachbarte Abschnitte des Segments dauerhaft miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorausrichten und beim Endformen an der einen Position des strangzuziehenden Hohlprofils die Trennfolie zwischen die imprägnierten Fasern eingelegt bzw. zwischen dieselben eingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Abschnitte des Segments durch Verkleben dauerhaft miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Endformen der vorausgerichteten Fasern und beim Aushärten des Imprägnierwerkstoffs ein Strangziehwerkzeug mit einer zumindest zweiteiligen Außenform verwendet wird, wobei die Trennfolie an einer Position zwischen die imprägnierten Fasern und zwischen die beiden benachbarten Teile der Außenform eingezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Tennfolie eine Thermoplastfolie verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Tennfolie eine PE-Folie oder PET-Folie verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum des aufgeklappten Segments mindestens eine Stütze bzw. mindestens eine Strebe positioniert wird.