DE102011018422A1 - Braiding pultrusion process for continuous production of thermoplastic fiber-reinforced plastic (FRP) hollow section involves heating thermoplastic matrix material of sliding jacket to impregnate and consolidate in hollow section braid - Google Patents

Braiding pultrusion process for continuous production of thermoplastic fiber-reinforced plastic (FRP) hollow section involves heating thermoplastic matrix material of sliding jacket to impregnate and consolidate in hollow section braid Download PDF

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Abstract

A multilayer hollow section braid (10) having several hybrid roving or fiber tapes is produced, by reinforcing fibers (2) and thermoplastic matrix material (3) on braiding mandrel (4) having braid wheels (21). The hollow section braid is fed into a consolidation tool (5). A sliding jacket covering hollow section braid is produced from matrix material. The matrix material of sliding jacket is heated up to a glass transition temperature for impregnating and consolidating hollow section braid with matrix material by tempering devices (8,8a-8c). An independent claim is included for braiding pultrusion system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flechtpultrusionsverfahren und eine Flechtpultrusionsanlage zur kontinuierlichen Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils.The invention relates to a braided pultrusion process and a braided pultrusion plant for the continuous production of a thermoplastic FRP hollow profile.

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.Hybrid hollow sections are known from the prior art, which are produced by different methods and from different materials. Hybrid hollow sections are currently being produced by braiding pultrusion with thermoset systems. In a conventional pultrusion process for producing such plastic profile parts, a fiber bundle is impregnated with a thermosetting resin and pulled through a heated forming die having the desired profile, whereby the resin cures. In plastic profile parts produced in this way, the fibers run essentially in the longitudinal direction of the plastic profile parts, so that torsional or peel stresses occurring under a corresponding load can cause a breakage of the resin between parallel fibers.

Profile in Form von faserverstärkten Duroplasten wie Epoxid und Polyester mit Verstärkung aus Glas- oder Kohlefasern sind insbesondere im Hinblick auf den Zeitfaktor aufwändig und damit teuer herzustellen, außerdem sind sie nach der Herstellung nicht verformbar und nur für eine relativ eng begrenzte Anwendung nutzbar.Profiles in the form of fiber-reinforced thermosets such as epoxy and polyester reinforced glass or carbon fibers are particularly complex in terms of the time factor and therefore expensive to manufacture, also they are not deformable after manufacture and usable only for a relatively narrow limited application.

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.In the EP 0 402 309 A1 A simple and inexpensive process for the production of profile rods from continuous technical fibers in a thermoplastic matrix having an inner, unidirectional core and at least one enveloping sheath braid is described. The unidirectional core and the sheath braids are heated and then continuously formed together in a pultrusion device, wherein they are compactly consolidated under optimized pressure and partial cooling and pressed into the predetermined profile shape.

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, das 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.Another method for producing a fiber-reinforced plastic profile part, which is also not a hollow profile is in the DE 10 2008 010 228 A1 shown. The method comprises feeding and preforming a tubular fiber mesh which is wetted with a liquid or powdery resin film. The tubular fiber braid is flattened and formed to form the plastic profile part. In order to avoid fiber damage during production, the profile is arranged in sections in a heatable press after introduction of the matrix and partially cured with heat input. The tool used for this is in two parts and must always be opened to continue the profile.

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.For the production of high-strength and high-strength lightweight hollow sections made of fiber-reinforced thermoplastic, the winding technique (Filament Windig) is also known. Such hollow profiles are typically made of cross windings (about 45 °) with impregnated fibers on a cylindrical winding core.

Die DE 10 2007 051 517 A1 stellt die Herstellung einer Hohlwelle aus Faserverbundwerkstoff mit konkaven und konvexen Profilbereichen vor. Die Radien der so abgerundeten 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.The DE 10 2007 051 517 A1 presents the production of a hollow shaft made of fiber composite material with concave and convex profile areas. The radii of the rounded wave edges correspond to 5 to 10% of the mean wave radii. The hollow shaft is reinforced by an at least two-layer fiber braid of carbon, aramid, glass, and / or basalt fibers. The matrix material is a plastic or a metal or a ceramic.

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.The DE 10 2007 051 517 A1 focusses on the design of the profile design, wherein to avoid fiber damage, a flowing cross-sectional transition from the winding mandrel to the mandrel in the pultrusion tool, which predetermines the inner contour of the hollow shaft, is proposed.

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 Reibungskräfte auf die Fasern, die beim Einziehen des Fasergeflechts in eine Pultrusionsformdüse bzw. Einzugsmatrize auftreten, weiter verringert werden. Diese Verbesserung soll in Bezug auf thermoplastische FVK-Hohlprofile mit größeren Wandstärken sichergestellt werden.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a braided pultrusion process for the continuous production of a thermoplastic fiber composite plastic hollow profile, in which the frictional forces on the fibers, which occur during retraction of the fiber braid in a Pultrusionsformdüse or Einzugssmatrize further reduced. This improvement is to be ensured with respect to thermoplastic FRP hollow profiles with larger wall thicknesses.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Die Aufgabe der Schaffung einer entsprechenden Vorrichtung wird durch eine Flechtpultrusionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.The object of the creation of a corresponding device is achieved by a Flechtpultrusionsanlage with the features of claim 7.

Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the objects are carried out in the respective subclaims.

Eine erste Ausführungsform des Flechtpultrusionsverfahrens bezieht sich auf die kontinuierliche Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils in einer Flechtpultrusionsanlage, wobei in einem ersten Schritt ein, mehrlagiges Hohlprofilgeflecht aus Hybridrovings erzeugt wird. Je nach Anforderung kann das Hohlprofil rotationssymmetrisch zur Längsachse der Pultrusionsanlage ausgestaltet sein oder auch unsymmetrisch. Die Hybridrovings, die Verstärkungsfasern aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, werden dazu von einer Flechteinrichtung der Flechtpultrusionsanlage verflochten. Für ein mehrlagiges Hohlprofilgeflecht umfasst die Flechteinrichtung mehrere Flechträder, die die Flechtlagen auf einem Flechtdorn anfertigen.A first embodiment of the braiding pultrusion method relates to the continuous production of a thermoplastic FRP hollow profile in a braided pultrusion plant, wherein in a first step a multilayer hollow profile braid is produced from hybrid rovings. Depending on the requirement, the hollow profile can be designed rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the pultrusion system or also asymmetrically. The hybrid rovings, which comprise reinforcing fibers of glass, carbon, aramid, ceramic and / or metal and thermoplastic matrix material, are provided by a Braiding device of the braided pultrusion system intertwined. For a multilayer hollow profiled braid, the braiding device comprises several braiding wheels, which make the braiding layers on a braiding mandrel.

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. 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. Eine weitere Option ist die Verarbeitung von vorkonsolidierten Halbzeugen, insbesondere aus Fasertapes, welche aus Verstärkungsfasern und thermoplastischer Matrix bestehen. Die Verarbeitung und Anwendung der Hybridrovings erfolgt analog zu derjenigen der Hybridrovings.The thermoplastic matrix material of the hybrid rovings may be present as fibers which are present in the rovings together with reinforcing fibers, but may also be rovings of hybrid yarns in which the reinforcing fibers are coated with a thermoplastic matrix size. Thus, even the hollow profile braid contains at least a portion of the matrix material, namely evenly distributed, which ensures a complete and uniform impregnation and consolidation of the hollow profile braid to the thermoplastic FRP hollow profile later in thicker wall thicknesses. Another option is the processing of preconsolidated semi-finished products, in particular fiber tapes, which consist of reinforcing fibers and thermoplastic matrix. The processing and application of the hybrid rovings is analogous to that of the hybrid rovings.

Nachdem das rotationssymmetrische, mehrlagige Hohlprofilgeflecht erzeugt ist, wird es von dem Flechtdorn ab- und durch eine Einzugsmatrize in ein Konsolidierungswerkzeug der Flechtpultrusionsanlage eingezogen.After the rotationally symmetrical, multilayer hollow profile mesh is produced, it is removed from the braiding mandrel and drawn through a feeder matrix into a consolidation tool of the braided pultrusion plant.

Gegebenenfalls kann das Hohlprofilgeflecht dabei auf einen Werkzeugkern aufgezogen werden, der durch die Einzugsmatrize geführt wird.Optionally, the hollow profile braid can be mounted on a tool core, which is guided by the feeder matrix.

Das Einziehen des Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug erfolgt durch eine Abzugsvorrichtung, die dem Konsolidierungswerkzeug nachgeschaltet ist. Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Gleiteigenschaften bzw. zur Verringerung der Reibung/Reibwerte des Hohlprofilgeflechts im Konsolidierungswerkzeug eine Gleitummantelung aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht erzeugt, wobei das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung zumindest bis auf eine Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials erwärmt vorliegt, so dass eine Verformbarkeit des Matrixmaterials gegeben ist. So kann vor allem auch bei Hohlprofilen mit großen Wandstärken die Belastung der Fasern durch hohe Reibkräfte verhindert werden, die andernfalls zum Faseraufstau am Eintritt des Konsolidierungswerkzeugs führen könnten, so dass auch Beschädigung des Geflechts bzw. der Fasern vermieden wird. In dem Konsolidierungswerkzeug der Flechtpultrusionsanlage wird das Hohlprofilgeflecht mit geschmolzenem 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 Hybridrovings 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.The retraction of the hollow profile mesh in the consolidation tool is done by a trigger device, which is connected downstream of the consolidation tool. According to the invention, to improve the sliding properties or to reduce the friction / coefficients of friction of the hollow profile mesh in the consolidation tool, a slip coating of the thermoplastic matrix material is produced around the hollow profile mesh, wherein the thermoplastic matrix material of the floating jacket is heated at least to a glass transition temperature of the thermoplastic matrix material, so that a deformability given the matrix material. Thus, especially with hollow profiles with large wall thicknesses, the stress on the fibers can be prevented by high frictional forces, which could otherwise lead to the fiber accumulation at the entrance of the consolidation tool, so that damage to the braid or the fibers is avoided. In the consolidation tool of the braided pultrusion plant, the hollow profile braid is impregnated with melted matrix material and subsequently consolidated, the respective zones of the consolidation tool being equipped with corresponding tempering devices. A first tempering device heats up in a impregnation zone to a melting temperature of the thermoplastic matrix plastic, so that the matrix fraction of the hybrid rovings melts and impregnates the surrounding reinforcing fibers. By means of further tempering devices which provide in particular for a successive cooling of the impregnated hollow profile braid, the hollow profile braid can be cooled faster and better due to the short flow paths.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Gleitummantelung durch eine Schmelze des thermoplastischen Matrixmaterials gebildet, was besonders gute Gleiteigenschaften bzw. eine hohe Verringerung der Reibung/Reibwerte zur Folge hat. Zur Erzeugung dieser Schmelzgleitummantelung kann zusätzliches geschmolzenes Matrixmaterial zu dem Hohlprofilgeflecht am Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug zugeführt werden, insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize, an die sich die Imprägnierzone anschließt.In a particularly advantageous embodiment, the Gleitummantelung is formed by a melt of the thermoplastic matrix material, which has particularly good sliding properties or a high reduction in friction / friction results. To produce this melt sliding jacket additional molten matrix material can be supplied to the hollow profile braid at the entrance to the consolidation tool, in particular immediately after the draw-in die, which is followed by the impregnation zone.

Eine Menge des zur Bildung der Schmelzgleitummantelung zugeführten zusätzlichen Matrixmaterials kann ferner je nach der Höhe des Matrixanteils in den Hybridrovings und abhängig von einem gewünschten Fasergehalt im FVK-Hohlprofil gewählt werden.An amount of the additional matrix material added to form the melt slippage sheath may also be selected according to the height of the matrix portion in the hybrid rovings and depending on a desired fiber content in the FRP hollow profile.

Ferner ist es denkbar, alternativ oder zusätzlich zu der Schmelzgleitummantelung, das Hohlprofilgeflecht vor Eintritt in die Einzugsmatrize des Konsolidierungswerkzeugs zumindest bis auf die Glasübergangstemperatur, vorzugsweise bis zur Fließtemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials, zu erwärmen, so dass das Matrixmaterial in dem Hohlprofilgeflecht in einem Fließbereich vorliegt und die Reibung beim Einziehen in das Konsolidierungswerkzeug verringert wird.Furthermore, it is conceivable, alternatively or in addition to the melt sliding jacket, to heat the hollow profile braid before entry into the draw-in die of the consolidation tool at least up to the glass transition temperature, preferably to the flow temperature of the thermoplastic matrix material, so that the matrix material is present in the hollow profile braid in a flow region and the friction is reduced when pulling into the consolidation tool.

Dieses Erwärmen des Hohlprofilgeflechts vor Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug kann sukzessive mittels je einer jedem Flechtrad nachgeschalteten Heizvorrichtung erfolgen.This heating of the hollow profile braiding prior to entry into the consolidation tool can be carried out successively by means of a heater connected downstream of each braiding wheel.

Zwar ist die Führung des Hohlprofilgeflechts durch das Konsolidierungswerkzeug ohne stützenden Werkzeugkern denkbar, insbesondere, wenn es sich um dickwandige Hohlprofilgeflecht handelt, dennoch kann vor dem Einziehen des Hohlprofilgeflechts durch die Einzugsmatrize in das Konsolidierungswerkzeug das Aufziehen des Hohlprofilgeflechts auf einen Werkzeugkern Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.Although the leadership of the hollow profile braid by the consolidation tool without supporting tool core is conceivable, especially if it is thick-walled hollow profile braid, yet before pulling the hollow profile braid through the feeder die in the consolidation tool, the mounting of the hollow profile braid on a tool core part of the method.

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.To avoid air pockets for optimal consolidation of the thermoplastic FRP hollow profile, vibrations can be introduced into the tool core and the braiding material, which can be achieved by generating vibrations in the core Consolidation tool can be realized by means of a suitable device such as an ultrasound generator.

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 ±5° bis ±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.In the successive braiding of the layers by means of the serially arranged braiding wheels, braiding or bracing angles of each braiding wheel can be generated independently of each other, which lie in a range of ± 5 ° to ± 80 °. If desired, in particular for reinforcing the FRP hollow profile with the bending load to be expected, hybrid rovings can be integrated at a 0 ° angle as standing threads, which run in an elongated manner into the mesh and have virtually no undulation.

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 im Konsolidierungswerkzeug zu verringern und damit Faserschäden zu vermeiden, weist die Flechtpultrusionsanlage eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gleitummantelung aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht auf, wobei durch die Einrichtung das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung zumindest bis zu einer Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials erwärmt wird.An embodiment according to the invention of a braided pultrusion plant which is suitable for producing a thermoplastic FRP hollow profile comprises a braiding device comprising at least two serially arranged braiding wheels and a consolidation tool with a retractable die and tempering devices for impregnating and consolidating the hollow profiled braid produced by the braiding device. In order to reduce the frictional forces on the fiber braid in the consolidation tool and thus to avoid fiber damage, the braided pultrusion plant has a device for producing a Gleitummantelung of the thermoplastic matrix material to the hollow profile braid, which means the thermoplastic matrix material of the Gleitummantelung at least up to a glass transition temperature of the thermoplastic Matrix material is heated.

Bei dieser Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung kann es sich um eine Extrudervorrichtung und eine sich von der Extrudereinrichtung erstreckende Zuführvorrichtung für zusätzliches geschmolzenes Matrixmaterial handeln. Die Zuführvorrichtung kann dabei in den Eintritt des Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug münden, insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize.This device for producing the sliding jacket may be an extruder device and an additional molten matrix material feeding device extending from the extruder device. The feed device can open into the entry of the hollow profile braid into the consolidation tool, in particular immediately after the feeder matrix.

Ferner kann die Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung zumindest in einer Heizvorrichtung prozessaufwärts des Konsolidierungswerkzeugs bestehen, wobei diese Heizvorrichtung das Hohlprofilgeflecht umgibt und/oder um das Hohlprofilgeflecht rotiert. Als Heizvorrichtungen kommen beispielsweise Infrarotstrahler in Frage.Furthermore, the device for producing the Gleitummantelung at least in a heating device process upstream of the consolidation tool, which heater surrounds the hollow profile braid and / or rotates about the hollow profile braid. As heaters, for example, infrared emitters come into question.

Die Heizvorrichtungen können, zum Erwärmen jeder Lage des mehrlagigen Hohlprofilgeflechts, jeweils einem Flechtrad nachgeschaltet sein. Die letzte Heizeinrichtung liegt dabei vor der Einzugsmatrize des Konsolidierungswerkzeugs.The heaters can, for heating each layer of the multilayer hollow profile braid, each be followed by a braiding. The last heating device lies in front of the feeder matrix of the consolidation tool.

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.A vibration generating device may be provided as part of the consolidation tool to maintain the mesh during passage through the consolidation tool, i. H. to vibrate during impregnation and consolidation to prevent air pockets. For this purpose, the device for vibration generation can be coupled to the tool core. As a vibration device can come about as an ultrasonic transducer on the consolidation tool in question.

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; ferner sind die Fertigungszeiten durch die kontinuierliche Herstellung verringert. Die so hergestellten thermoplastischen FVK-Hohlprofile können zudem nachgeformt werden.A thermoplastic FRP hollow profile manufactured using the method according to the invention or in the system according to the invention has less or no fiber damage due to the reduced friction when it is inserted into the tool; Furthermore, the production times are reduced by the continuous production. The thermoplastic FRP hollow sections produced in this way can also be reshaped.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures.

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.The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Flechtpultrusionsanlage, 1 a schematic side sectional view of a braided pultrusion plant,

2 zwei Querschnittansichten durch verschieden Hybridrovings, 2 two cross-sectional views through different hybrid rovings,

3 eine Querschnittansicht durch ein weiteres Hybridroving, 3 a cross-sectional view through another hybrid roving,

4 eine Querschnittansicht durch ein weiteres Hybridroving, 4 a cross-sectional view through another hybrid roving,

5 eine schematische Seitenschnittansicht der Flechteinrichtung der Flechtpultrusionsanlage aus 1, 5 a schematic side sectional view of the braiding of the Flechtpultrusionsanlage from 1 .

6 eine schematische Skizze von Geflechten mit verschiedenen Flechtwinkeln, 6 a schematic sketch of braids with different braiding angles,

7 eine schematische Seitenschnittansicht des Konsolidierungswerkzeugs der Flechtpultrusionsanlage aus 1, ohne Extruder, 7 a schematic side sectional view of the consolidation tool of Flechtpultrusionsanlage 1 , without extruder,

8 eine schematische Seitenschnittansicht des Konsolidierungswerkzeugs entsprechend 1 mit der Zuführleitung für die Schmelzgleitummantelung, 8th a schematic side sectional view of the consolidation tool accordingly 1 with the feed line for the melt-sliding jacket,

9 eine vergrößerte Detailansicht des weiß umrissenen Bereichs aus 8 der Mündung der Zuführleitung in den Eintritt des Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug, 9 an enlarged detail view of the white outlined area 8th the mouth of the feed line into the entrance of the hollow profile mesh in the consolidation tool,

10 eine schematisch dargestellte Prozesskette aus dem erfindungsgemäßen Verfahren. 10 a schematically illustrated process chain from the method according to the invention.

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines FVK-Hohlprofils, insbesondere eines Rohrs aus endlos faserverstärktem Thermoplast. Dieses Hohlprofil wird durch Flechtpultrusion gefertigt. Als Flechtmaterial wird ein Hybridroving 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.The invention relates to a continuous process for producing a FRP hollow profile, in particular a tube made of endless fiber-reinforced thermoplastic. This hollow profile is made by braiding pultrusion. The braiding material used is a hybrid roving or a towpreg made of a reinforcing fiber (eg carbon fiber) and a thermoplastic matrix (eg PPA). The problems of impregnation and consolidation in the thermoplastics due to their viscosity and the extremely high friction forces even with larger wall thicknesses are solved by the process. Large wall thicknesses of viscous thermoplastics are problematic due to the high frictional forces acting on the "dry" rovings.

Diese Reibkräfte und damit das Risiko der Faserbeschädigung werden beim erfindungsgemäßen 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.These frictional forces and thus the risk of fiber damage are reduced in the pultrusion process according to the invention. Furthermore, the fiber accumulation in the pultrusion and the displacement of the braid are reduced. In addition, the fiber impregnation is made possible by short flow paths of the matrix to the reinforcing fiber by using finely distributed hybrid rovings and by a special pressure and temperature control of the melt.

Durch Flechtpultrusion wird ein faserverstärktes thermoplastisches Hohlprofil hergestellt.By braided pultrusion, a fiber-reinforced thermoplastic hollow profile is produced.

Eine vor dem Konsolidierungswerkzeug 5 der Flechtpultrusionsanlage 20 positionierte Flechteinrichtung erzeugt ein rotationssymmetrisches Geflecht 10, welches nach dem Flechten direkt in das Konsolidierungswerkzeug 5 läuft und hier zu dem Hohlprofil 11 konsolidiert wird (1). 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 Flechtpultrusionsanlage 20. An diese Pultrusion kann auch noch ein Umformvorgang angeschlossen werden.One in front of the consolidation tool 5 the braided pultrusion plant 20 Positioned braiding produces a rotationally symmetric braid 10 which after braiding directly into the consolidation tool 5 runs and here to the hollow profile 11 is consolidated ( 1 ). The whole process from braiding to the finished hollow profile 11 is continuous throughout, it runs the mesh 10 after the braiding process directly without an intermediate step into the consolidation tool 5 the braided pultrusion plant 20 , At this pultrusion also a forming process can be connected.

Bei dem erfindungsgemäßen Flechtpultrusionsverfahren zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils 11 in einer Flechtpultrusionsanlage 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.In the braided pultrusion process according to the invention for producing a thermoplastic FRP hollow profile 11 in a braided pultrusion plant 20 , as in 1 to see, is first the rotationally symmetric multilayer hollow profile mesh 10 from the hybrid rovings 1 made, the reinforcing fibers 2 and thermoplastic matrix material 3 include.

Für die Herstellung des Geflechts 10 wird ein sehr homogener Hybridroving 1 (siehe 2 und 3) verwendet. Dieser besteht aus einer Verstärkungsfaser 2, die aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall bestehen kann (figurativ nicht darstellbar) 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.For the production of the braid 10 becomes a very homogeneous hybrid roving 1 (please refer 2 and 3 ) used. This consists of a reinforcing fiber 2 , which may consist of glass, carbon, aramid, ceramic and / or metal (figuratively not representable) and a thermoplastic fiber 3 , about PPA. The advantage of the hybrid rovings is the matrix material already contained in the preform, so that the very fine, homogeneous distribution of the reinforcing and matrix fibers 2 . 3 the matrix material already in the braid before consolidation in the pultrusion process 10 located. This allows a faster and better consolidation due to short flow paths of the later hollow profile 11 , In addition, the fibers 2 . 3 parallel to the axis and increasing performance without twisting / knots arranged.

Eine zweite Variante ist die Verwendung von so genannten Towpregs oder kerntiefenimprägnierten Rovings, von denen ein Querschnitt in 4 zu sehen ist und bei denen es sich um matrixummantelte Rovings aus einer Verstärkungsfaser 2 und ein thermoplastisches Matrixmaterial 3 handelt.A second variant is the use of so-called towpregs or cores-impregnated rovings, of which a cross-section in 4 which are matrix-coated rovings made from a reinforcing fiber 2 and a thermoplastic matrix material 3 is.

Die Grundlage für die Pultrusion bildet das Geflecht 10, welches in der Flechtpultrusionsanlage 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.The basis for the pultrusion is the braid 10 , which in the Flechtpultrusionsanlage 20 is consolidated. The multilayer braid 10 is through several successive braiding wheels 21 (please refer 1 and 5 ) generated. Thus, several layers can be braided one above the other, resulting in the production of profiles 11 with large wall thicknesses possible. In braiding, reinforcement angles ( 6 ) from about ± 5 ° to ± 80 °, for a gain in the 0 ° direction, which is particularly advantageous in bending stress, can be at the wicker 21 additional Stehfäden be supplied.

Diese laufen gestreckt in das Geflecht 10 ein und weisen dadurch quasi keine Ondulation auf. Man spricht vom so genannten UD-Flechten.These run stretched in the network 10 and thus have virtually no ondulation. One speaks of the so-called UD lichen.

Anschließend an den Flechtvorgang wird das Geflecht 10 vom Flechtdorn 4 abgezogen und in das Konsolidierungswerkzeug 5 der Flechtpultrusionsanlage 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. Gegebenenfalls kann das Geflecht 10 vor dem Einzug in das Konsolidierungswerkzeug 5 auf einen Werkzeugdorn 25 aufgezogen werden.After the braiding process is the braid 10 from the wicker thorn 4 deducted and into the consolidation tool 5 the braided pultrusion plant 20 ( 1 and 7 ) and there via a die 6 through the consolidation tool 5 drawn. For pulling through is a trigger device 7 the consolidation tool 5 downstream. Optionally, the braid 10 before moving into the consolidation tool 5 on a tool thorn 25 be raised.

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 Flechtpultrusionsanlage kommen kann, was das Geflecht 10 bzw. die Fasern 1 schädigt. Dies zu verhindern bzw. zu unterdrücken oder zu reduzieren wird wie folgt gelöst:
Wie in 1, und detaillierter in 8, zu sehen ist, wird ein Extruder 24 eingesetzt, der über die Zuführleitung 24a zusätzliches schmelzförmiges Matrixmaterial in das Konsolidierungswerkzeug 5 einspritzt. In 9 ist der Bereich der Imprägnierzone 8 im Konsolidierungswerkzeug 5 vergrößert dargestellt, an dessen Eintritt, unmittelbar nach der Einzugsmatrize 6, die Zuführleitung 24a für das zusätzliche Matrixmaterial 3a in den Pultrusionskanal des Konsolidierungswerkzeugs 5 mündet, durch den das Hohlprofilgeflecht 10 gezogen wird. Durch das zusätzliche Matrixmaterial 3a wird eine Gleitfilmummantelung 3a um das Hohlprofilgeflecht 10 im Werkzeug 5 erzeugt, wodurch die Gleiteigenschaften bzw. die Reibung/Reibwerte des Geflechts 10 im Konsolidierungswerkzeug 5 verbessert werden.
For hollow profiles with large wall thicknesses and dry reinforcing fibers are formed when moving through the die 6 high frictional forces, causing fiber retention at the beginning of the consolidation tool 5 the braided pultrusion plant can come what the braid 10 or the fibers 1 damaged. This is prevented or suppressed or reduced as follows:
As in 1 , and in more detail in 8th , is seen, will be an extruder 24 inserted through the feed line 24a additional melted matrix material into the consolidation tool 5 injects. In 9 is the area of the impregnation zone 8th in the consolidation tool 5 shown enlarged, at the entrance, immediately after the feeder matrix 6 , the feed line 24a for the additional matrix material 3a into the pultrusion channel of the consolidation tool 5 opens, through which the hollow profile braid 10 is pulled. Due to the additional matrix material 3a becomes a sliding film coating 3a around the hollow profile braid 10 in the tool 5 generated, whereby the sliding properties or the friction / friction of the braid 10 in the consolidation tool 5 be improved.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Ansatz zur Reduktion der Reibung beim Einziehen des Hohlprofilgeflechts 10 in das Konsolidierungswerkzeug 5 besteht darin, das Flechtmaterial vor Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug sukzessive bis zum Erweichen bzw. bis zum Schmelzen des thermoplastischen Matrixmaterials 3 des Hohlprofilgeflechts 10 zu erwärmen. In 1 und 5 sind dazu drei Infrarotstrahler 50 als Heizvorrichtungen dargestellt, die jeweils einem Flechtrad 21 nachgeschaltet sind. So wird das Geflecht 10 vor dem Einzug ins Pultrusionswerkzeug 5 durch Verwendung von umlaufenden Infrarotstrahlern 50 temperiert. Der letzte Infrarotstrahler 50 ist damit direkt vor dem Konsolidierungswerkzeug 5 positioniert. Das Geflecht 10 wird somit erwärmt, bis das Matrixmaterial 3 im Fließbereich ist und dadurch die Reibung beim Einziehen in dem Konsolidierungswerkzeug 5 reduziert wird, was letztendlich die Belastung auf die Fasern mindert und die Reibkräfte, die auch Einfluss auf die aufzubringenden Zugkräfte haben, reduziert.Another inventive approach to reduce the friction during retraction of the hollow profile mesh 10 into the consolidation tool 5 consists in the braiding prior to entry into the consolidation tool successively until softening or until melting of the thermoplastic matrix material 3 of the hollow profile mesh 10 to warm up. In 1 and 5 There are three infrared emitters 50 shown as heaters, each one a wicker 21 are downstream. That's how the braid gets 10 before moving into the pultrusion tool 5 by use of circulating infrared radiators 50 tempered. The last infrared radiator 50 is thus right in front of the consolidation tool 5 positioned. The braid 10 is thus heated until the matrix material 3 in the flow area and thereby the friction when pulling in the consolidation tool 5 is reduced, which ultimately reduces the load on the fibers and reduces the frictional forces, which also have an influence on the applied tensile forces.

Das durch die Abzugsvorrichtung 7, die den axialen Vorschub des Hohlprofilgeflechts bereitstellt und die beispielsweise als Doppelbandabzug ausgeführt sein kann, der Flechtpultrusionsanlage 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 stellt die Heizvorrichtung für die Imprägnierzone dar und temperiert die Imprägnierzone auf Schmelz- bzw. Fließtemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffes.The through the extraction device 7 , which provides the axial feed of the hollow profile braid and can be carried out, for example, as a double belt, the braided pultrusion plant 20 into the consolidation tool 5 retracted hollow profile braid 10 is impregnated and consolidated as it passes through the various temperature zones. They are made by different tempering devices 8th . 8a . 8b . 8c of the consolidation tool 5 heated or cooled. The first tempering device in the production flow direction 8th represents the heating device for the impregnation zone and tempered the impregnation zone to the melting or flow temperature of the thermoplastic matrix plastic.

Wie oben angeführt, wird an dieser Stelle das zusätzliche Matrixmaterial zur Bildung der Schmelzgleitummantelung 3a zugeführt. In den anschließenden Temperierungszonen 8a, 8b, 8c, die von der heißeren Imprägnierzone 8 beispielsweise durch eine Wärmeisolierplatte thermisch getrennt sein können, folgt ein sukzessives Abkühlen zur schrittweisen 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.As noted above, at this point, the additional matrix material is used to form the melt-slipping jacket 3a fed. In the subsequent tempering zones 8a . 8b . 8c that of the hotter impregnation zone 8th For example, may be thermally separated by a heat insulating, followed by a successive cooling stepwise consolidation, for example, in 30 ° C increments of 120 ° C above 90 ° C to 60 ° C, before the FRP hollow section 11 the consolidation tool 5 through the extraction device 7 leaves and then separated and / or can be reshaped.

Durch einen auf dem Konsolidierungswerkzeug 5 angeordneten Ultraschallgeber 23, siehe 1 und 7, 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.By one on the consolidation tool 5 arranged ultrasound generator 23 , please refer 1 and 7 , can cause vibration in the tool core 25 and thus be introduced into the braided material, wherein the vibration of the clamping and the core 25 Air pockets can be avoided, which ultimately leads to optimal consolidation. Alternative vibration exciter to the ultrasound generator 23 are also possible.

Bei der Konsolidierung und der Faserimprägnierung wird die Matrix 3 homogen unter Vermeidung von Lunkern bzw. Lufteinschlüssen verteilt. Dies wird durch die drei Prozessparameter 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.During consolidation and fiber impregnation, the matrix becomes 3 distributed homogeneously avoiding cavities or air bubbles. This is influenced by the three process parameters heat, pressure and time. High temperatures increase the flowability, which is also required in the middle of the wall thickness. By pressure, the melt is forced between the fibers, which is partly done by capillary action. It is also cooled under pressure, which smoothes the surface and ensures dimensional stability. Due to the short flow path with finely distributed hybrid rovings 1 requires consolidation a small amount of time.

Um das Geflecht 10 zu konsolidieren, muss zunächst eine gewisse Temperatur erreicht werden. Anschließend muss eine Kühlung erfolgen. Diese wird 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.To the braid 10 To consolidate, a certain temperature must first be achieved. Subsequently, a cooling must take place. This is done by means of tempering 8th . 8a . 8b . 8c tempered consolidation tool 5 provided. To keep the time for consolidation as low as possible, the temperature of the hollow profile mesh 10 also be done inside. The tempering takes place here via the core or mandrel 25 which can heat or cool as needed. For cooling, the mandrel is provided in the interior with a line that brings a cooling medium such as nitrogen to the desired locations and then there provides the appropriate effect. Locally, the cooling can also be done by materials with different thermal conductivity.

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 10, gefertigt werden. 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.The individual process steps described can be combined depending on the component and boundary conditions. So z. B. a profile with high wall thickness in several braiding processes with intermediate pultrusion processes, see 10 to be made. So it is only a thin mesh produced, this is pultruded, so impregnated and consolidated, and then over-woven again; then the procedure is repeated. So very large wall thicknesses can be achieved. It may be possible to dispense with the core after the first pultrusion process, since the profile is already dimensionally stable.

Im Anschluss an jeden Flechtprozess kann die schlauchförmige Geflechtlage mit Hilfe eines IR-Strahlers erwärmt werden, was den Einzug in das Konsolidierungswerkzeug erleichtert, da die Matrix bereits anschmilzt und erste Anhaftungen zwischen Matrix und Verstärkungsfaser auftreten, was wiederum den Geflechtschlauch stabilisiert und ein Verrutschen bzw. Aufstauchen des Geflechts vor der Pultrusionsmatrize zu verhindern hilft.After each braiding process, the tubular braid layer can be heated by means of an IR radiator, which facilitates the insertion into the consolidation tool, since the matrix already melts and first adhesions between matrix and reinforcing fiber occur, which in turn stabilizes the braided tube and slipping or To avoid upsetting the braid in front of the pultrusion die helps.

Damit ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass das Nachformen des thermoplastischen FVK-Hohlprofils 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.This results from the inventive method advantageous that the post-forming of the thermoplastic FRP hollow section is possible. Furthermore, with reduced production times, a higher efficiency of mass production is achieved, and the production costs for the profiles according to the invention are lower than those for aluminum hollow profiles. Nevertheless, the FVK hollow profiles created in this way are torsionally rigid and rigid closed hollow profiles with the simultaneous use of materials with the highest lightweight construction quality. The manufacturing process is gentle on the fibers and therefore promotes quality.

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.The production process of straight and curved hollow profiles is safe and robust, yet variable and flexible with low tooling costs for different pipe dimensions; It even allows the production of finished parts in one process step.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0402309 A1 [0004] EP 0402309 A1 [0004]
  • DE 102008010228 A1 [0005] DE 102008010228 A1 [0005]
  • DE 102007051517 A1 [0007, 0008] DE 102007051517 A1 [0007, 0008]

Claims (10)

Flechtpultrusionsverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils (11) in einer Flechtpultrusionsanlage (20), umfassend die Schritte: – Erzeugen eines mehrlagigen Hohlprofilgeflechts (10) aus einer Vielzahl von Hybridrovings oder Fasertapes, welche Verstärkungsfasern (2) und thermoplastisches Matrixmaterial (3) umfassen, auf einem Flechtdorn (4) mittels einer Flechteinrichtung, die zumindest zwei Flechträder (21) aufweist, – Abziehen des Hohlprofilgeflechts (10) von dem Flechtdorn (4), – Einziehen des Hohlprofilgeflechts (10) durch eine Einzugsmatrize (6) in ein Konsolidierungswerkzeug (5) der Flechtpultrusionsanlage (20) mittels einer dem Konsolidierungswerkzeug (5) nachgeschalteten Abzugsvorrichtung (7), – Erzeugen einer Gleitummantelung (3a) aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht (10), wobei das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung (3a) zumindest bis auf eine Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials (3) erwärmt vorliegt, – Imprägnieren und Konsolidieren des Hohlprofilgeflechts (10) mit dem Matrixmaterial (3) in dem Konsolidierungswerkzeug (5), das Temperiervorrichtungen (8, 8a, 8b, 8c) aufweist.Flechtpultrusionsverfahren for the continuous production of a thermoplastic FRP hollow profile ( 11 ) in a braided pultrusion plant ( 20 ), comprising the steps of: - producing a multilayer hollow profile braid ( 10 ) from a multiplicity of hybrid rovings or fiber tapes, which reinforcing fibers ( 2 ) and thermoplastic matrix material ( 3 ), on a wicker thorn ( 4 ) by means of a braiding device, the at least two braiding wheels ( 21 ), - removing the hollow profile mesh ( 10 ) of the wicker thorn ( 4 ), - retraction of the hollow profile braid ( 10 ) by a feeder matrix ( 6 ) into a consolidation tool ( 5 ) of the braided pultrusion plant ( 20 ) by means of a consolidation tool ( 5 ) downstream extraction device ( 7 ), - producing a Gleitummantelung ( 3a ) of the thermoplastic matrix material around the hollow profile braid ( 10 ), wherein the thermoplastic matrix material of the Gleitummantelung ( 3a ) at least to a glass transition temperature of the thermoplastic matrix material ( 3 ), - Impregnating and consolidating the hollow profile mesh ( 10 ) with the matrix material ( 3 ) in the consolidation tool ( 5 ), the temperature control devices ( 8th . 8a . 8b . 8c ) having. Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: – Zuführen von geschmolzenem Matrixmaterial (3a) zu dem Hohlprofilgeflecht (10) zum Erzeugen der Gleitummantelung (3a) am Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug (5), insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize (6).A braiding pultrusion process according to claim 1, comprising the step of: - supplying molten matrix material ( 3a ) to the hollow profile braid ( 10 ) for producing the Gleitummantelung ( 3a ) at the entry into the consolidation tool ( 5 ), in particular immediately after the feeder matrix ( 6 ). Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend den Schritt: – Erwärmen des Hohlprofilgeflechts (10) zum Erzeugen der Gleitummantelung (3a) vor Eintritt in die Einzugsmatrize (6) des Konsolidierungswerkzeugs (5) bis mindestens zu der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials (3), insbesondere bis mindestens zu der Fließtemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials (3), so dass das Matrixmaterial (3) in dem Hohlprofilgeflecht (10) in einem Fließbereich vorliegt.A braiding pultrusion method according to claim 1 or 2, comprising the step of: - heating the hollow profile braid ( 10 ) for producing the Gleitummantelung ( 3a ) before entering the feeder matrix ( 6 ) of the consolidation tool ( 5 ) to at least the glass transition temperature of the thermoplastic matrix material ( 3 ), in particular to at least the flow temperature of the thermoplastic matrix material ( 3 ), so that the matrix material ( 3 ) in the hollow profile braid ( 10 ) is present in a flow region. Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Erwärmen des Hohlprofilgeflechts (10) sukzessive mittels je einer jedem Flechtrad (21) nachgeschalteten und einer dem Konsolidierungswerkzeug (5) vorgeschalteten Heizvorrichtung (50) erfolgt.A braid pultrusion process according to claim 3, wherein the heating of the hollow profile braid ( 10 ) successively by means of one each braiding wheel ( 21 ) and a consolidation tool ( 5 ) upstream heating device ( 50 ) he follows. Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend zumindest einen der Schritte: – vor dem Einziehen des Hohlprofilgeflechts (10) durch die Einzugsmatrize (6) in das Konsolidierungswerkzeug (5) Aufziehen des Hohlprofilgeflechts (10) auf einen Werkzeugkern (25), – Erzeugen von Vibrationen im Konsolidierungswerkzeug (5) und Einleiten der Vibrationen in das Hohlprofilgeflecht (10) und/oder den Werkzeugkern (25).A braiding pultrusion method according to at least one of claims 1 to 4, comprising at least one of the steps: - before retraction of the hollow profile braid ( 10 ) through the feeder matrix ( 6 ) into the consolidation tool ( 5 ) Mounting the hollow profile braid ( 10 ) on a tool core ( 25 ), - generating vibrations in the consolidation tool ( 5 ) and introducing the vibrations in the hollow profile braid ( 10 ) and / or the tool core ( 25 ). Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend zumindest einen der Schritte: – Erzeugen der Flechtlagen des Hohlprofilgeflechts (10) mit voneinander unabhängigen Flecht- bzw. Verstärkungswinkel in einem Bereich von ±5° bis ±80°, und/oder – gestreckt in das Hohlprofilgeflecht (10) Hybridrovings (1) in einem 0° Winkel als Stehfäden einlaufen Lassen.A braiding pultrusion method according to at least one of claims 1 to 5, comprising at least one of the steps: - producing the braided layers of the hollow-profile braid ( 10 ) with mutually independent braiding or reinforcement angle in a range of ± 5 ° to ± 80 °, and / or - stretched into the hollow profile braid ( 10 ) Hybrid rovings ( 1 ) at a 0 ° angle as standing threads. Flechtpultrusionsanlage (20) zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils (11), umfassend eine Flechteinrichtung aus zumindest zwei seriell angeordneten Flechträdern (21) und ein Konsolidierungswerkzeug (5) mit einer Einzugsmatrize (6) und Temperiervorrichtungen (8, 8a, 8b, 8c) zum Imprägnieren und Konsolidieren des mittels der Flechteinrichtung erzeugten Hohlprofilgeflechts (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Flechtpultrusionsanlage (20) eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gleitummantelung (3a) aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht (10) aufweist, wobei durch die Einrichtung das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung (3a) zumindest bis zu einer Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials (3) erwärmt wird.Flechtpultrusionsanlage ( 20 ) for producing a thermoplastic FRP hollow profile ( 11 ), comprising a braiding device of at least two serially arranged braiding wheels ( 21 ) and a consolidation tool ( 5 ) with a feeder matrix ( 6 ) and tempering devices ( 8th . 8a . 8b . 8c ) for impregnating and consolidating the hollow profile braid produced by the braiding device ( 10 ), characterized in that the braided pultrusion plant ( 20 ) a device for producing a Gleitummantelung ( 3a ) of the thermoplastic matrix material around the hollow profile braid ( 10 ), wherein by the device, the thermoplastic matrix material of the Gleitummantelung ( 3a ) at least up to a glass transition temperature of the thermoplastic matrix material ( 3 ) is heated. Flechtpultrusionsanlage (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung (3a) eine Extrudervorrichtung (24) und eine sich von der Extrudereinrichtung (24) erstreckende Zuführvorrichtung (24a) für zusätzliches geschmolzenes Matrixmaterial (3) umfasst, wobei die Zuführvorrichtung (24) in den Eintritt des Hohlprofilgeflechts (10) in das Konsolidierungswerkzeug (5) mündet, insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize (6).Flechtpultrusionsanlage ( 20 ) according to claim 7, characterized in that the means for producing the Gleitummantelung ( 3a ) an extruder device ( 24 ) and one from the extruder device ( 24 ) extending delivery device ( 24a ) for additional molten matrix material ( 3 ), wherein the feeding device ( 24 ) in the entrance of the hollow profile mesh ( 10 ) into the consolidation tool ( 5 ), in particular immediately after the withdrawal matrix ( 6 ). Flechtpultrusionsanlage (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung (3a) zumindest eine Heizvorrichtung prozessaufwärts des Konsolidierungswerkzeugs (5) umfasst, die eine das Hohlprofilgeflecht (10) umgebende und/oder um das Hohlprofilgeflecht (10) rotierende Heizvorrichtung ist, die insbesondere ein Infrarotstrahler (50) ist.Flechtpultrusionsanlage ( 20 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the device for producing the Gleitummantelung ( 3a ) at least one heater upstream of the consolidation tool ( 5 ) comprising a hollow profile braid ( 10 ) surrounding and / or around the hollow profile braid ( 10 ) rotary heating device, in particular an infrared radiator ( 50 ). Flechtpultrusionsanlage (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Heizvorrichtung jedem Flechtrad (21) nachgeschaltet und dem Konsolidierungswerkzeug (5) vorgeschaltet ist.Flechtpultrusionsanlage ( 20 ) according to claim 9, characterized in that each one Heating device to each braiding wheel ( 21 ) and the consolidation tool ( 5 ) is connected upstream.
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