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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von einem FVK-Hohlprofil, insbesondere einem Rohr aus endlos faserverstärktem Thermoplast. Dieses Hohlprofil wird durch Flechtpultrusion gefertigt.
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Aus dem Stand der Technik sind Hybridhohlprofile bekannt, die durch verschiedene Verfahren und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. So werden derzeit Hybridhohlprofile durch Flechtpultrusion mit duroplastischen Systemen erzeugt. Bei einem herkömmlichen Pultrusionsverfahren zur Herstellung solcher Kunststoffprofilteile wird ein Faserbündel mit einem wärmeaushärtbaren Harz imprägniert und durch eine beheizte Formgebungsdüse mit dem gewünschten Profil gezogen, wobei das Harz aushärtet. In Kunststoffprofilteilen, die auf diese Weise hergestellt sind, verlaufen die Fasern im Wesentlichen in Längsrichtung der Kunststoffprofilteile, so dass bei entsprechender Belastung auftretende Torsions- oder Schälspannungen einen Bruch des Harzes zwischen parallel verlaufenden Fasern verursachen können.
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Profile in Form von faserverstärkten Duroplasten wie Epoxid und Polyester mit Verstärung aus Glas- oder Kohlefasern sind aufwändig (zeitaufwändig) und damit teuer herzustellen. Außerdem sind sie nach der Herstellung nicht verformbar und nur für eine relativ eng begrenzte Anwendung nutzbar.
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In der
EP 0 402 309 A1 wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Profilstangen aus technischen Endlosfasern in einer thermoplastischen Matrix mit einem inneren, unidirektionalen Kern und mindestens einem umhüllenden Mantelgeflecht beschrieben. Der unidirektionale Kern und die Mantelgeflechte werden aufgeheizt und dann zusammen in einer Pultrusionseinrichtung kontinuierlich gebildet, wobei sie unter optimiertem Druck und teilweiser Abkühlung kompakt konsolidiert und in die vorgegebene Profilform gepresst werden.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffprofilteils, das ebenfalls kein Hohlprofil ist, wird in der
DE 10 2008 010 228 A1 dargestellt. Das Verfahren umfasst das Zuführen und die Vorformung eines schlauchförmigen Fasergeflechts, welches mit einem flüssigen oder pulverförmigen Harzfilm benetzt wird. Das schlauchförmige Fasergeflecht wird geplättet und zur Bildung des Kunststoffprofilteils umgeformt. Um eine Faserbeschädigung bei der Herstellung zu vermeiden, wird das Profil nach dem Einbringen der Matrix abschnittsweise in einer heizbaren Presse angeordnet und unter Wärmezufuhr teilweise ausgehärtet. Das dazu verwendete Werkzeug ist zweiteilig und muss zur Weiterführung des Profils immer geöffnet werden.
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Zur Herstellung von hochfesten und hochsteifen Leichtbau-Hohlprofilen aus faserverstärktem Thermoplast ist ferner die Wickeltechnik (Filament Windig) bekannt. Derartige Hohlprofile werden typischerweise aus Kreuzwicklungen (etwa 45°) mit imprägnierten Fasern auf einem zylindrischen Wickelkern hergestellt.
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Die
DE 10 2007 051 517 A1 stellt die Herstellung einer Hohlwelle aus Faserverbundwerkstoff mit konkaven und konvexen Profilbereichen vor. Die Radien der so verrundeten Wellenkanten entsprechen 5 bis 10% der mittleren Wellenradien. Die Hohlwelle ist dabei durch ein mindestens zweischichtiges Fasergeflecht aus Kohlenstoff-, Aramid-, Glas-, und/oder Basaltfasern verstärkt. Das Matrixmaterial ist ein Kunststoff oder auch ein Metall oder eine Keramik.
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Die
DE 10 2007 051 517 A1 fokussiert die Ausbildung der Profilgestaltung, wobei zur Vermeidung von Faserschäden ein fließender Querschnittsübergang vom Wickeldorn zum Formkern im Pultrusionswerkzeug, der die Innenkontur der Hohlwelle vorgibt, vorgeschlagen wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flechtpultrusionsverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines thermoplastischen Faserverbundkunststoff-Hohlprofils bereitzustellen, bei dem die Reibungskrafte auf die Fasern, die beim Einziehen des Fasergeflechts in eine Pultrusionsformdüse bzw. Einzugsmatrize auftreten, weiter verringert werden und bei dem die Imprägnierung des Fasergeflechts mit dem Thermoplasten und Konsolidierung des Thermoplasten verbessert wird. Dies soll auch für ein thermoplastisches FVK-Hohlprofil mit größeren Wandstärken sichergestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe der Schaffung einer entsprechenden Vorrichtung wird durch eine Pultrusionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform des Flechtpultrusionsverfahrens bezieht sich auf die kontinuierliche Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils in einer Pultrusionsanlage, wobei in einem ersten Schritt ein, mehrlagiges Hohlprofilgeflecht aus Hybridrovings oder Fasertapes erzeugt wird. Die Hybridrovings, die Verstärkungsfasern aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, werden dazu von einer Flechteinrichtung der Pultrusionsanlage verflochten. Für ein mehrlagiges Hohlprofilgeflecht umfasst die Flechteinrichtung mehrere Flechträder, die die Flechtlagen auf einem Flechtdorn anfertigen. Bevorzugt werden beim Flechten im Bezug auf die Längsachse der Pultrusionsanlage rotationsssymmetrische Hohlprofilgeflechte gebildet.
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Das thermoplastische Matrixmaterial der Hybridrovings kann als Fasern vorliegen, die zusammen mit Verstärkungsfasern in den Rovings vorliegen, es kann sich aber auch um Rovings aus Hybridgarnen handeln, bei denen die Verstärkungsfasern mit einer thermoplastischen Matrixschlichte umhüllt sind. Fasertapes bestehen aus Verstärkungsfasern, welche in einer thermoplastischen Matrix eingebettet sind. Die Fasertapes stellen im Prinzip bereits vorkonsolidierte Halbzeuge dar. So enthält schon das Hohlprofilgeflecht zumindest einen Anteil des Matrixmaterials, und zwar gleichmäßig verteilt, der auch bei dickeren Wandstärken später eine vollständige und gleichmäßige Imprägnierung und Konsolidierung des Hohlprofilgeflechts zu dem thermoplastischen FVK-Hohlprofil sichert.
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Nachdem das mehrlagige Hohlprofilgeflecht erzeugt ist, wird es von dem Flechtdorn ab- und auf einen Werkzeugkern aufgezogen, der durch eine Einzugsmatrize eines Konsolidierungswerkzeugs der Pultrusionsanlage geführt wird. Das Hohlprofilgeflecht wird schwimmend auf dem Werkzeugkern gelagert, wodurch Geflechtdickenunterschiede ausgeglichen werden, so dass ein Faserstau an der Einzugsmatrize und damit Faserschäden verringert bzw. vermieden werden.
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Das Einziehen des schwimmend auf dem Werkzeugkern gelagerten Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug erfolgt durch eine Abzugsvorrichtung, die dem Konsolidierungswerkzeug nachgeschaltet ist. In dem Konsolidierungswerkzeug der Pultrusionsanlage wird das Hohlprofilgeflecht mit dem geschmolzenen Matrixmaterial imprägniert und darauf folgend konsolidiert, wobei die jeweiligen Zonen des Konsolidierungswerkzeugs mit entsprechenden Temperiervorrichtungen ausgestattet sind: Eine erste Temperiervorrichtung heizt in einer Imprägnierzone auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffes auf, so dass der Matrixanteil der Hybridroving, beziehungsweise analog der Fasertapes, aufschmilzt und die umgebenden Verstärkungsfasern durchtränkt. Mittels weiterer Temperierungsvorrichtungen, die insbesondere für ein sukzessives Abkühlen des imprägnierten Hohlprofilgeflechts sorgen, kann das Hohlprofilgeflecht aufgrund der kurzen Fließwege schneller und besser abgekühlt werden.
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Der durch die Einzugsmatrize geführte Werkzeugkern kann dabei feststehend und/oder schwingend angeordnet sein.
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Eine weitere Minimierung der Reibungskräfte auf das Hohlprofilgeflecht während der Beförderung durch das Konsolidierungswerkzeug kann durch die Verwendung eines Werkzeugkerns erzielt werden, der nicht vollflächig an dem Hohlprofilgeflecht beziehungsweise dem FVK-Hohlprofil anliegt, so dass die Reibfläche zwischen Werkzeugkern und Hohlprofilgeflecht/FVK-Hohlprofil verringert wird. Dabei kann es sich insbesondere um einen Gliederdorn handeln.
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Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zur optimalen Konsolidierung des thermoplastischen FVK-Hohlprofils können Vibrationen in den Werkzeugkern und das Flechtmaterial eingeleitet werden, was durch die Erzeugung von Vibrationen im Konsolidierungswerkzeug mittels einer geeigneten Vorrichtung wie beispielsweise eines Ultraschallgebers realisiert werden kann.
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Beim sukzessiven Flechten der Lagen mittels der seriell angeordneten Flechträder können von jedem Flechtrad unabhängig voneinander Flecht- bzw. Verstärkungswinkel erzeugt werden, die in einem Bereich von etwa ± 5° bis etwa ± 80° liegen. Falls gewünscht, insbesondere zur Verstärkung des FVK-Hohlprofils bei zu erwartender Biegebelastung, können Hybridrovings in einem 0° Winkel als Stehfäden integriert werden, die gestreckt in das Geflecht einlaufen und quasi keine Ondulation aufweisen. Entsprechendes gilt auch für die Verarbeitung von Fasertapes.
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Je nach der Höhe des Matrixanteils in den Hybridrovings oder Fasertapes und abhängig von einem gewünschten Fasergehalt im FVK-Hohlprofil kann zur Imprägnierung des Hohlprofilgeflechts das Zuführen von zusätzlichem thermoplastischem Matrixmaterial vorgesehen sein, das dann beispielsweise mittels eines Extruders in die Imprägnierzone des Konsolidierungswerkzeugs eingeleitet wird, in der die erste Temperiervorrichtung eine Temperatur entsprechend der Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials bereitstellt, um den thermoplastischen Matrixanteil der Hybridrovings oder Fasertapes zu schmelzen.
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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Flechtpultrusionsanlage, die zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils geeignet ist, umfasst eine Flechteinrichtung aus zumindest zwei seriell angeordneten Flechträdern und ein Konsolidierungswerkzeug mit einer Einzugsmatrize und Temperiervorrichtungen zum Imprägnieren und Konsolidieren des mittels der Flechteinrichtung erzeugten Hohlprofilgeflechts. Um die Reibungskräfte auf das Fasergeflecht beim Einzug in das Konsolidierungswerkzeug zu verringern und damit Faserschäden zu vermeiden, weist die Flechtpultrusionsanlage einen Werkzeugkern zur schwimmenden Lagerung des Hohlprofilgeflechts nach dessen Abzug von einem Flechtdorn der Flechteinrichtung auf, wobei der Werkzeugkern durch eine Einzugsmatrize des Konsolidierungswerkzeugs der Pultrusionsanlage geführt wird. Durch die schwimmende Lagerung kann das komprimierte Hohlprofilgeflecht reibungsarm in die Einzugsmatrize eintreten.
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Der Werkzeugkern kann dabei feststehend und/oder schwingend durch die Einzugsmatrize geführt sein. In einigen Fällen kann es sinnvoll sein diesen Kern zusätzlich zu beheizen.
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Zur weiteren Verringerung der Reibung zwischen Hohlprofilgeflecht und Werkzeugkern kann dieser ein zumindest bezüglich seiner Mantelfläche geteilter Kern sein und damit eine verringerte Reibfläche bereitstellen. Hier kann es sich insbesondere um einen Gliederdorn handeln.
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Eine Vorrichtung zur Vibrationserzeugung kann als Teil des Konsolidierungswerkzeugs vorgesehen sein, um das Geflecht während der Passage durch das Konsolidierungswerkzeug, d. h. während des Imprägnierens und Konsolidierens in Vibration zu versetzen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dazu kann die Vorrichtung zur Vibrationserzeugung mit dem Werkzeugkern gekoppelt sein. Als Vibrationsvorrichtung kann etwa ein Ultraschallgeber auf dem Konsolidierungswerkzeug in Frage kommen.
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Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Anlage hergestelltes thermoplastisches FVK-Hohlprofil weist aufgrund der verringerten Reibung beim Einzug in das Werkzeug weniger bzw. keine Faserschäden auf, die Fertigungszeiten sind durch die kontinuierliche Herstellung verringert. Die so hergestellten thermoplastischen FVK-Hohlprofile können zudem nachgeformt werden.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Flechtpultrusionsanlage,
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2 zwei Querschnittansichten durch verschieden Hybridrovings,
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3 eine Querschnittansichten durch ein weiteres Hybridroving,
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4 eine Querschnittansichten durch ein weiteres Hybridroving,
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5 eine schematische Seitenschnittansicht der Flechteinrichtung der Pultrusionsanlage aus 1,
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6 eine schematische Skizze von Geflechten mit verschiedenen Flechtwinkeln,
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7 eine schematische Seitenschnittansicht des Konsolidierungswerkzeugs der Pultrusionsanlage aus 1, ohne Extruder,
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8 eine schematische Seitenschnittansicht entsprechend 1 mit einem Werkzeugkern,
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9 ein als Werkzeugkern bevorzugt verwendeter Gliederdorn,
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10 eine schematische Seitenschnittansicht des Konsolidierungswerkzeugs der Pultrusionsanlage mit dem Gliederdorn als Werkzeugkern,
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11 eine schematisch dargestellte Prozesskette aus dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines FVK-Hohlprofils, insbesondere einem Rohr aus endlos faserverstärktem Thermoplast. Dieses Hohlprofil wird durch Flechtpultrusion gefertigt. Als Flechtmaterial wird ein Hybridroving, Fasertape oder auch ein Towpreg aus einer Verstärkungsfaser (z. B. Carbonfaser) und einer thermoplastischen Matrix (z. B. PPA) verwendet. Die Probleme der Imprägnierung und Konsolidierung bei den Thermoplasten aufgrund ihrer Zähflüssigkeit und die auch bei größeren Wandstärken extrem hohen Reibungskräfte werden durch das Verfahren gelöst. Große Wandstärken bei zähflüssigen Thermoplasten sind aufgrund der hohen auf die „trockenen” Rovings wirkenden Reibkräfte problematisch. Erfindungsgemäß werden diese Reibkräfte und damit das Risiko der Faserbeschädigung beim Pultrusionsprozess reduziert. Ferner werden der Faseraufstau bei der Pultrusion sowie die Verschiebung des Geflechtes verringert. Zudem wird die Faserimprägnierung durch kurze Fließwege der Matrix zur Verstärkungsfaser durch Verwendung von fein verteilten Hybridrovings und durch eine spezielle Druck- und Temperaturführung der Schmelze ermöglicht.
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Durch Flechtpultrusion wird ein faserverstärktes thermoplastisches Hohlprofil hergestellt. Eine vor dem Konsolidierungswerkzeug 5 der Pultrusionsanlage 20 positionierte Flechteinrichtung erzeugt Geflecht 10, welches nach dem Flechten direkt in das Konsolidierungswerkzeug 5 läuft und hier zu dem Hohlprofil 11 konsolidiert wird (1). Die Flechtanlage bzw. der Flechtprozess kann dabei so eingestellt werden, dass rotationssymmetrische oder auch unsymmetrische Hohlprofile aufgebaut werden. Dies kann dazu genutzt werden, gezielt von der Rotationssymmetrie abweichende Faserverstärkungslagen aufzubauen. Der ganze Prozess vom Flechten bis zum endfertigen Hohlprofil 11 ist durchgehend kontinuierlich, dabei läuft das Geflecht 10 nach dem Flechtvorgang direkt ohne Zwischenschritt in das Konsolidierungswerkzeug 5 der Pultrusionsanlage 20. An diese Pultrusion kann auch noch ein Umformvorgang angeschlossen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flechtpultrusionsverfahren zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils 11 in einer Pultrusionsanlage 20, wie in 1 zu sehen, wird zunächst das rotationssymmetrische mehrlagige Hohlprofilgeflecht 10 aus den Hybridrovings 1 gefertigt, die Verstärkungsfasern 2 und thermoplastisches Matrixmaterial 3 umfassen.
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Für die Herstellung des Geflechts 10 wird ein sehr fein verteilter homogener Hybridroving (siehe 2 und 3) verwendet. Dieser besteht aus einer Verstärkungsfaser 2 aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall und einer thermoplastischen Faser 3, etwa PPA. Der Vorteil der Hybridrovings ist das bereits im Preform enthaltene Matrixmaterial, so dass sich durch die sehr feine, homogene Verteilung der Verstärkungs- und Matrixfasern 2, 3 das Matrixmaterial bereits vor der Konsolidierung im Pultrusionsprozess im Geflecht 10 befindet. Dies ermöglicht eine schnellere und bessere Konsolidierung aufgrund kurzer Fließwege des späteren Hohlprofils 11. Außerdem sind die Fasern 2, 3 achsparallel und Performance steigernd ohne Verdrillung/Knoten angeordnet. Eine zweite Variante ist die Verwendung von so genannten Towpregs oder Kerntiefen imprägnierten Rovings, von denen ein Querschnitt in 4 zu sehen ist und bei denen es sich um matrixummantelte Rovings aus einer Verstärkungsfaser 2 und einem thermoplastischen Matrixmaterial 3 handelt.
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Die Grundlage für die Pultrusion bildet das Geflecht 10, welches in der Pultrusionsanlage 20 konsolidiert wird. Das mehrlagige Geflecht 10 wird durch mehrere hintereinander geschaltete Flechträder 21 (siehe 1 und 5) erzeugt. So können mehrere Schichten übereinander geflochten werden, was die Fertigung von Profilen 11 mit großen Wandstärken ermöglicht. Beim Flechten sind Verstärkungswinkel (6) von etwa ± 5° bis ± 80° möglich, für eine Verstärkung in 0°-Richtung, die insbesondere bei Biegebelastung von Vorteil ist, können am Flechtrad 21 zusätzliche Stehfäden zugeführt werden. Diese laufen gestreckt in das Geflecht 10 ein und weisen dadurch quasi keine Ondulation auf. Man spricht vom so genannten UD-Flechten.
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Die für das Hybridroving beschriebenen Verfahren lassen sich entsprechend auch für Fasertapes oder Towpregs anwenden.
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Anschließend an das Flechten wird das Geflecht 10 vom Flechtdorn 4 abgezogen und in das Konsolidierungswerkzeug 5 der Pultrusionsanlage 20 (1 und 7) eingezogen und dort über eine Matrize 6 durch das Konsolidierungswerkzeug 5 gezogen. Für das Durchziehen ist eine Abzugsvorrichtung 7 dem Konsolidierungswerkzeug 5 nachgeschaltet. Bei Hohlprofilen mit großen Wandstärken und trockenen Verstärkungsfasern entstehen beim Einzug durch die Matrize 6 hohe Reibkräfte, wodurch es zum Faseraufstau am Anfang des Konsolidierungswerkzeugs 5 der Pultrusionsanlage kommen kann, was das Geflecht 10 bzw. die Fasern 1 schädigt. Dies zu verhindern bzw. zu unterdrücken oder zu reduzieren wird wie folgt gelöst.
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Wie in 8 zu sehen ist, kann das Geflecht 10, nachdem es von dem Flechtdorn 4 abgezogen ist, über einen Werkzeugkern 25 durch die Einzugsmatrize 6 und das Konsolidierungswerkzeug geführt werden. Der Werkzeugkern 25 wird im Geflecht 10 schwimmend gelagert, wodurch Geflechtdickenunterschiede ausgeglichen werden können und der Faseraufstau am Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug 5 reduziert wird. Der feststehende bzw. schwingende Werkzeugkern 25 wird durch die Matrize 6 geführt.
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Unter die Bezeichnung Werkzeugkern fallen sämtliche für den Zweck geeigneten Kerne, Dome, Hülsen und Innenprofile. Diese Werkzeugkerne können auch Zusatzaufgaben wie Heizen, Kühlen oder Diffusionssperre übernehmen.
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Ferner kann als Werkzeugkern 25 ein geteilter Kern wie beispielsweise der in 9 gezeigten Gliederdorn 25 verwendet werden. Dieser verringert als Kern 25 die Reibfläche auf der Innenseite des Geflechts 10 bzw. FVK-Hohlprofils 11, womit durch den Einsatz eines solchen Gliederdorns 25, zu sehen in 10, die Reibung zwischen Geflecht 10 bzw. FVK-Hohlprofil 11 und Kern 25 erheblich verringert werden kann.
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Das durch die Abzugsvorrichtung 7, die den axialen Vorschub des Hohlprofilgeflechts bereitstellt und die beispielsweise als Doppelbandabzug ausgeführt sein kann, der Pultrusionsanlage 20 in das Konsolidierungswerkzeug 5 eingezogene Hohlprofilgeflecht 10 wird beim Durchlaufen der verschiedenen Temperaturzonen imprägniert und konsolidiert. Die werden durch verschiedene Temperiervorrichtungen 8, 8a, 8b, 8c des Konsolidierungswerkzeugs 5 beheizt oder auch gekühlt. Die in Produktionsfließrichtung erste Temperiervorrichtung 8 erhitzt das Hohlprofilgeflecht 10 bis auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffes, so dass hier die Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit der thermoplastischen Matrix erfolgt. An dieser Stelle kann auch das zusätzliche Matrixmaterial, falls gewünscht oder erforderlich, beispielsweise mittels eines Extruders 24 (zu sehen in 1 und 8) zugeführt werden. In den anschließenden Temperierungszonen 8a, 8b, 8c folgt ein sukzessives Abkühlen zur schrittweise Konsolidierung, beispielsweise in 30°C Schritten von 120°C über 90°C auf 60°C, ehe das FVK-Hohlprofil 11 das Konsolidierungswerkzeug 5 durch die Abzugsvorrichtung 7 verlässt und danach abgetrennt und/oder nachgeformt werden kann.
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Durch einen auf dem Konsolidierungswerkzeug 5 angeordneten Ultraschallgeber 23, siehe 1 und 8, können Vibrationen in den Werkzeugkern 25 und damit in das Flechtmaterial eingeleitet werden, wobei durch die Vibration der Einspannung und des Kerns 25 Lufteinschlüsse vermieden werden können, was letztendlich zu einer optimalen Konsolidierung führt. Alternative Vibrationserreger zu dem Ultraschallgeber 23 sind ebenfalls denkbar.
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Bei der Konsolidierung und der Faserimprägnierung wird die Matrix 3 homogen unter Vermeidung von Lunkern bzw. Lufteinschlüssen verteilt. Dies wird durch die drei Prozessparamter Wärme, Druck und Zeit beeinflusst. Hohe Temperaturen erhöhen die Fließfähigkeit, die auch in der Mitte der Wandstärke erforderlich ist. Durch Druck wird die Schmelze zwischen die Fasern gedrückt, was teilweise auch über Kapillarwirkung erfolgt. Es wird auch unter Druck abgekühlt, wodurch die Oberfläche geglättet und die Maßhaltigkeit gewährleistet wird. Durch den kurzen Fließweg mit feinverteilten Hybridrovings 1 erfordert das Konsolidieren einen geringen Zeitaufwand.
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Um das Geflecht 10 zu konsolidieren, muss zunächst eine gewisse Temperatur erreicht werden. Anschließend muss eine Kühlung erfolgen. Diese wird zum einen durch das mittels der Temperiervorrichtungen 8, 8a, 8b, 8c temperierte Konsolidierungswerkzeug 5 bereitgestellt. Um die Zeit zur Konsolidierung möglichst gering zu halten, kann die Temperierung des Hohlprofilgeflechts 10 auch innenseitig durchgeführt werden. Die Temperierung erfolgt hier dann über den Kern bzw. Dorn 25, der je nach Bedarf heizen oder kühlen kann. Zur Kühlung ist der Dorn dazu im Inneren mit einer Leitung versehen, die ein Kühlmedium wie Stickstoff an die gewünschten Stellen bringt und dort dann für den entsprechenden Effekt sorgt. Lokal kann das Kühlen auch durch Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitwerten erfolgen.
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Die einzelnen beschriebenen Prozessschritte können je nach Bauteil und Randbedingungen kombiniert werden. So kann z. B. ein Profil mit großer Wandstärke in mehren Flechtprozessen mit zwischengeschalteten Pultrusionsprozessen, siehe 11, gefertigt werden.
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Es wird also erst ein dünnes Geflecht erzeugt, dieses wird pultrudiert, also imprägniert und konsolidiert, und anschließend wieder überflochten; dann wird das Prozedere wiederholt. So können sehr große Wandstärken erreicht werden. Eventuell kann nach dem ersten Pultrusionsprozess auf den Kern verzichtet werden, da das Profil schon formstabil ist.
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Damit ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass das Nachformen des thermoplastischen FVK-Hohlprofil möglich ist. Weiter wird bei reduzierten Fertigungszeiten eine höhere Effizienz der Großserienfertigung geleistet, und die Herstellkosten für die erfindungsgemäßen Profile sind geringer als die für Aluminium-Hohlprofile. Dennoch sind die so geschaffenen FVK-Hohlprofile torsions- und biegesteife geschlossene Hohlprofile bei gleichzeitigem Materialeinsatz von Materialien mit höchster Leichtbaugüte. Der Herstellungsprozess ist faserschonend und insofern qualitätsfördernd.
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Der Herstellungsprozess gerader und gebogener Hohlprofile ist sicher und robust und dennoch variabel und flexibel bei geringen Werkzeugkosten für unterschiedliche Rohrabmessungen; er erlaubt sogar die Fertigteilproduktion in einem Prozessschritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0402309 A1 [0004]
- DE 102008010228 A1 [0005]
- DE 102007051517 A1 [0007, 0008]
