DE102011053692A1 - Verfahren zur Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs (36), umfassend die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen wenigstens eines länglichen Verstärkungselements (29),
(B) Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials bis an oder über die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials und Umgeben wenigstens eines Längsstücks (30) des Verstärkungselements (29) mit dem erwärmten Kunststoffmaterial zum Ausbilden einer Anordnung umfassend das Längsstück (30) und das das Längsstück (30) umgebende Kunststoffmaterial,
(C) Abkühlen der Anordnung und plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper (34), wobei das Längsstück (30) in dem Kunststoffmaterial des Formkörpers (34) eingebettet ist, und
(D) Fertigstellen wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs (36) durch Abtrennen des Formkörpers (34) von dem Verstärkungselement (29).
(A) Bereitstellen wenigstens eines länglichen Verstärkungselements (29),
(B) Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials bis an oder über die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials und Umgeben wenigstens eines Längsstücks (30) des Verstärkungselements (29) mit dem erwärmten Kunststoffmaterial zum Ausbilden einer Anordnung umfassend das Längsstück (30) und das das Längsstück (30) umgebende Kunststoffmaterial,
(C) Abkühlen der Anordnung und plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper (34), wobei das Längsstück (30) in dem Kunststoffmaterial des Formkörpers (34) eingebettet ist, und
(D) Fertigstellen wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs (36) durch Abtrennen des Formkörpers (34) von dem Verstärkungselement (29).
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs.
- Verstärkte flächige Halbzeuge, bei denen ein Fasermaterial, wie z.B. ein Gewebe, in eine thermoplastische Matrix eingebettet sind, werden insbesondere z.B. bei der Herstellung von im Kollisionsfall stark belasteten Bauteilen der Karosserie eines Kraftfahrzeugs verarbeitet. Derartige Halbzeuge werden auch Organobleche genannt.
- Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung dieser Halbzeuge basiert auf der Verwendung eines Hybridvliesstoffs, der in der Regel ein aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern, wie z.B. Carbonfasern, zusammengesetzter Vliesstoff ist. Zur Herstellung des Halbzeugs wird der Hybridvliesstoff derart erwärmt, dass die thermoplastischen Fasern zu einer plastisch verformbaren Masse aufschmelzen. Anschließend erfolgt die Ausbildung des Halbzeugs durch plastisches Verformen der Masse. Mittels dieses Verfahrens ist die Herstellung eines Halbzeugs bzw. Organoblechs möglich, welches durch Vorsehen der Verstärkungsfasern verstärkt ist. Allerdings ist mit diesem Verfahren die Herstellung eines unidirektional verstärkten Halbzeugs nur mit großem Aufwand möglich, da hierfür eine entsprechende Ausrichtung der Verstärkungsfasern in dem Hybridvliesstoff vorzunehmen ist. Unidirektional bzw. in einer Richtung verstärkte Halbzeuge bzw. Organobleche sind in Faserrichtung sehr stabil bzw. können in der Faserrichtung sehr stark belastet werden ohne dabei wesentlich deformiert oder beschädigt zu werden. Durch Vorsehen von unidirektional verstärkten Halbzeugen ist daher eine wirksame Verstärkung eines z.B. stark belasteten Bauteils der Karosserie eines Kraftfahrzeugs möglich, die an die zu erwartende Belastungssituation angepasst ist, derart, dass z.B. eine Anpassung an die Richtung von im Kollisionsfall wirkenden Kräften vorgenommen werden kann.
- Zugrundeliegende Aufgabe
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines unidirektional verstärkten Halbzeugs anzugeben, mit dem eine praktisch gut durchführbare Herstellung des Halbzeugs möglich ist.
- Erfindungsgemäße Lösung
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- A) Bereitstellen wenigstens eines länglichen Verstärkungselements,
- (B) Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials bis an oder über die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials und Umgeben wenigstens eines Längsstücks des Verstärkungselements mit dem erwärmten Kunststoffmaterial zum Ausbilden einer Anordnung umfassend das Längsstück und das das Längsstück umgebende Kunststoffmaterial,
- (C) Abkühlen der Anordnung und plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper, wobei das Längsstück in dem Kunststoffmaterial des Formkörpers eingebettet ist, und
- (D) Fertigstellen wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs durch Abtrennen des Formkörpers von dem Verstärkungselement.
- Die erfindungsgemäß vorgesehenen Schritte ermöglichen eine praktisch gut durchführbare Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs bzw. wenigstens eines unidirektional verstärkten Organoblechs, die insbesondere automatisiert und mithin auch kostengünstig realisiert werden kann. Das Halbzeug ist durch das Längsstück des Verstärkungselements unidirektional verstärkt.
- Das in Schritt C vorgesehene Abkühlen der Anordnung und das plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu dem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper sind alles Vorgänge die zeitgleich oder zeitlich aufeinanderfolgend vorgenommen werden können. So kann das Abkühlen der Anordnung vorzugsweise nach dem plastischen Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu dem Formköper aber auch während des Verformens und/oder Konsolidierens der Anordnung erfolgen. Durch das Abkühlen kann der Formköper verfestigt werden.
- Durch das in Schritt B vorgesehene Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials bis an oder über die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffmaterials wird dieses wenigstens teilweise oder zur Gänze in einen plastisch verformbaren Zustand überführt, so dass es für Schritt C plastisch verformbar ist. Insbesondere kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass ein Abkühlen der Anordnung bereits auch vor dem plastischen Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu dem Formköper vorgenommen werden kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Viskosität von Bereichen des Kunststoffmaterials, die infolge der Erwärmung für das plastische Verformen und/oder Konsolidieren ggf. zu gering ist, durch Abkühlen für das plastische Verformen und/oder Konsolidieren geeignet erhöht werden.
- Unter dem Konsolidieren in Schritt C ist erfindungsgemäß ein Verdichten bzw. Kompaktieren der Anordnung bzw. des Kunststoffmaterials zu verstehen. Bei dem Konsolidieren kann durch das Verdichten bzw. Kompaktieren insbesondere in dem Kunststoffmaterial aufgenommene Luft aus dem Kunststoffmaterial entweichen.
- Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Umgeben des Längsstücks mit dem Kunststoffmaterial kontinuierlich oder Teilstücke des Längsstücks werden sukzessive mit dem Kunststoffmaterial umgeben. Insbesondere auf Basis eines kontinuierlichen Umgebens des Längsstücks mit dem Kunststoffmaterial kann vorteilhaft eine automatisierte Herstellung einer Vielzahl von unidirektional verstärkten Halbzeugen realisiert werden, die z.B. bei einer Serienfertigung einer Vielzahl von Bauteilen, wie z.B. Karosseriebauteilen, zum Einsatz kommen könnten.
- Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verstärkungselement ein wickelfähiges Verstärkungselement.
- Besonders bevorzugt ist es, wenn das wickelfähige Verstärkungselement mittels einer Zugeinrichtung von einer Abwickeleinheit abgewickelt wird. Durch das Abwickeln von der Abwickeleinheit kann das Längsstück auf eine praktische und insbesondere für eine Automatisierung geeignete Art und Weise sukzessive oder kontinuierlich mit dem Kunststoffmaterial umgeben werden.
- Das wickelfähige Verstärkungselement kann besonders bevorzugt ein Draht sein, einhergehend mit der Schaffung eines Halbzeugs, das in Längsrichtung des eingebetteten Längsstücks des Drahts stark belastet bzw. in der Längsrichtung große Kräfte aufnehmen kann.
- Insbesondere kann das wickelfähige Verstärkungselement eine Glasfaser oder eine Kohlenstofffaser sein. Auch mit Glasfasern und Kohlestofffasern kann eine hohe Verstärkung des Halbzeugs bereitgestellt werden, wobei infolge des geringen Gewichts dieser Fasern hierfür vorteilhaft nur sehr geringe Gewichtserhöhungen im Vergleich zu einer unverstärkten Lösung in Kauf zu nehmen sind.
- Besonders bevorzugt kann das Verstärkungselement ein Seil oder eine Kordel mit einer Vielzahl von Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern sein. Insbesondere kann das Verstärkungselement ein Seil oder eine Kordel aus einem metallischen Material sein. Ein unidirektional verstärktes Halbzeug, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Verstärkungselements in Form eines Seils oder einer Kordel mit einer Vielzahl von Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern oder unter Verwendung eines Verstärkungselements in Form eines Seils oder einer Kordel aus einem metallischen Material hergestellt wurde, kann in Längsrichtung des jeweils in dem Kunststoffmaterial des Halbzeugs aufgenommenen Längsstücks sehr große Kräfte aufnehmen. Das Seil oder die Kordel kann insbesondere ein verzinktes Stahlseil oder eine verzinkte Stahlkordel sein, einhergehend mit einem sehr wirksamen Korrosionsschutz. Ferner kann das Seil oder die Kordel auch ein rostfreies Stahlseil oder eine rostfreie Stahlkordel sein (wobei rostfrei die Verwendung einer korrosionsbeständige Stahllegierung meint), einhergehend mit einem sehr wirksamen Korrosionsschutz.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt A eine Mehrzahl von Verstärkungselementen bereitgestellt und die in Schritt B ausgebildete Anordnung weist eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Längsstücken auf, die von dem Kunststoffmaterial umgeben sind, und wobei in Schritt C durch plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung ein zusammenhängender bandförmiger Formkörper bereitgestellt wird, in dessen Kunststoffmaterial die im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten und von voneinander beabstandeten Längsstücke eingebettet sind.
- Durch Vorsehen der Anordnung mit den voneinander beabstandeten und im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Längsstücken, wobei die Mehrzahl der Längsstücke insbesondere der Mehrzahl der Verstärkungselemente entspricht, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein unidirektional verstärktes Halbzeug hergestellt werden, das zur Verstärkung die Mehrzahl von parallelen und voneinander beabstandeten Längsstücken aufweist.
- Mittels dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist z.B. ein unidirektional verstärktes Halbzeug herstellbar, bei dem die verstärkenden Längsstücke in der Breitenrichtung des Halbzeugs nacheinander bzw. aufeinanderfolgend angeordnet sein können, wobei der Abstand der beiden äußersten Längsstücke vorteilhaft bis zu ca. 90 Prozent oder bis zu 70 Prozent oder bis zu 50 Prozent der gesamten Breite des Halbzeugs betragen kann.
- Besonders bevorzugt kann die Mehrzahl von Verstärkungselementen eine erste Anzahl von ersten Verstärkungselementen, wobei jedes der ersten Verstärkungselemente ein Draht oder ein Seil oder eine Kordel aus einem metallischen Material sein kann, und eine zweite Anzahl von zweiten Verstärkungselementen umfassen, wobei jedes der zweiten Verstärkungselemente eine Glasfaser oder eine Kohlenstofffaser oder ein Seil oder eine Kordel mit einer Vielzahl von Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern sein kann.
- Durch die Kombination der ersten Verstärkungselemente mit den zweiten Verstärkungselementen kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein unidirektional verstärktes Halbzeug hergestellt werden, das verstärkende Längsstücke der ersten Verstärkungselemente in Kombination mit verstärkenden Längsstücken der zweiten Verstärkungselemente aufweist. Hierbei können die Längsstücke der zweiten Verstärkungselemente z.B. alle nebeneinander angeordnet sein (also ohne zwischenliegende Längsstücke der ersten Verstärkungselemente), und die Längsstücke der ersten Verstärkungselemente können auf Randbereiche des Halbzeugs verteilt sein. Insgesamt gesehen ist hiermit eine vorteilhafte Anpassung an die jeweilige Anwendung möglich. So kann es z.B. von Vorteil sein, in den Randbereichen eine größere Verstärkung mittels eines Seilstücks vorzusehen, während in den mittleren Bereichen eine Faserverstärkung mit z.B. Kohlenstofffasern ausreicht, die nur mit einer vergleichsweise geringen Gewichtszunahme verbunden ist.
- Bei einer praktischen Ausführungsform wird das Längsstück (bzw. die Längsstücke) mit einem Haftvermittler versehen und der Haftvermittler wird anschließend erwärmt, wobei die Erwärmung vor dem Umgeben mit dem Kunststoffmaterial vorgenommen wird, und wobei der Haftvermittler auf eine Temperatur größer oder gleich der Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers erwärmt wird.
- Durch Vorsehen des Haftvermittlers kann in Schritt B beim Umgeben des Längsstücks mit dem Kunststoffmaterial eine sehr wirksame stoffschlüssige Verbindung des Längsstücks zu dem Kunststoffmaterial bereitgestellt werden.
- Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform erfolgt in Schritt C das plastische Verformen und Konsolidieren zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper durch Umformen der Anordnung zwischen zwei gegenläufig rotierenden Walzen oder durch Verpressen der Anordnung mittels einer Pressvorrichtung. Auf diese Weise ist die Herstellung eines gleichmäßig geformten Halbzeugs mit nur sehr geringen Dickenschwankungen möglich, welches insbesondere in Form eines flächigen oder plattenförmigen Halbzeugs ausgebildet sein kann.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt B das thermoplastische Kunststoffmaterial in einem Schmelzebehälter erwärmt und das Längsstück wird zum Umgeben mit dem erwärmten Kunststoffmaterial in das sich in dem Schmelzebehälter befindliche Kunststoffmaterial eingetaucht.
- Bei einer weiteren bevorzugen Ausführungsform ist das in Schritt B erwärmte Kunststoffmaterial ein folienartiges Kunststoffmaterial, wobei in Schritt B zum Ausbilden der Anordnung wenigstens zwei Lagen des folienartigen Kunststoffmaterials wenigstens bereichsweise übereinandergelegt und das Längsstück zwischen den übereinandergelegten Lagen angeordnet wird. Bevorzugt kann bei dieser weiteren bevorzugten Ausführungsform in Schritt C das plastische Verformen und Konsolidieren zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper durch Verpressen der Anordnung bzw. der Lagen mittels einer Pressvorrichtung erfolgen.
- Bei einer praktischen Ausführungsform wird in Schritt B das Kunststoffmaterial an das Längsstück anextrudiert. Ein Umgeben des oder der Längsstücke mit dem Kunststoffmaterial ist durch Anextrudieren praktisch gut durchführbar und lässt sich insbesondere in eine Serienfertigung einer Vielzahl von Bauteilen integrieren, bei denen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte unidirektional verstärkte Halbzeuge verbaut werden.
- Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren unidirektional verstärkten Halbzeuge bzw. Organobleche lassen sich in unterschiedlichen Herstellungsverfahren – wie z.B. Spritzgussverfahren, Fliesspressverfahren, Patch-Placement-Verfahren – flexibel einsetzen bzw. verarbeiten. Die Halbzeuge können zum Verarbeiten vorteilhaft in Spritzgussvorrichtungen und Pressvorrichtungen eingelegt werden. Sie ermöglichen insbesondere eine hohe Versteifung in Bauteilen, wie z.B. eine hohe Torsionssteifigkeit in offenen Profilkörpern. Insbesondere kann über die Halbzeuge vorteilhaft eine Verbindung zwischen verschiedenen Bauteilen bzw. Bauteilpositionen vorgenommen werden.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Vorrichtung, die zur Durchführung von mehreren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, -
2A ,2B jeweils eine schematische Draufsicht auf ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Halbzeug, und -
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils, welches durch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Halbzeug verstärkt ist. - Die in der
1 schematisch dargestellte Vorrichtung10 umfasst mehrere auf einem Wagen11 angeordnete Abwickeleinheiten12 , ein Tauchbad14 , einen Ofen16 , eine Chill-Roll-Anlage18 , eine Zugeinrichtung20 und eine Abtrenneinheit22 . Ferner weist die Vorrichtung10 eine Extrusionsvorrichtung24 , einen Schmelzebehälter26 und eine Pressvorrichtung28 zum Verpressen von folienartigem Kunststoffmaterial auf. - Zur Herstellung von unidirektional verstärkten Halbzeugen wird eine Mehrzahl von wickelfähigen Verstärkungselementen
29 bereitgestellt, wobei jeweils ein Verstärkungselement29 auf jeweils eine der Abwickeleinheiten12 aufgewickelt ist. - Wahlweise kann in der Extrusionsvorrichtung
24 oder dem Schmelzbehälter26 oder der Pressvorrichtung28 ein Umgeben einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten und im wesentlich parallel zueinander angeordneten Längsstücken30 der wickelfähigen Verstärkungselemente29 mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial erfolgen, welches zuvor bis an oder über die Schmelztemperatur erwärmt wurde. Die durch das Umgeben mit dem Kunststoffmaterial ausgebildete Anordnung – umfassend die Längsstücke30 und das die Längsstücke umgebende Kunststoffmaterial – wird in der Chill-Roll-Anlage18 , die hier zwei Paare gegenläufig rotierbarer Walzen32 aufweist, abgekühlt und zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper34 plastisch verformt und konsolidiert durch Umformen der Anordnung bzw. des Kunststoffmaterials zwischen den gegenläufig rotierenden Walzen32 . - In Extrusionsvorrichtung
24 kann das Umgeben mit dem Kunststoffmaterial durch Anextrudieren an die Längsstücke30 der Verstärkungselemente29 erfolgen. Zum Umgeben mit dem erwärmten Kunststoffmaterial können die Längsstücke30 auch in den Schmelzebehälter26 eingetaucht werden, in dem sich bis an oder über die Schmelztemperatur erwärmtes Kunststoffmaterial befindet. - In der Pressvorrichtung
28 zum Verpressen von folienartigem Kunststoffmaterial werden Lagen von erwärmtem folienartigen Kunststoffmaterial zum Umgeben der Längsstücke30 mit Kunststoffmaterial zwischen übereinandergelegten Lagen des folienartigen Kunststoffmaterials angeordnet. Zum plastischen Verformen und Konsolidieren der auf diese Weise bereitgestellten Anordnung zu einem bandförmigen Formkörper werden die Lagen mittels der Pressvorrichtung28 verpresst. Der Einsatz der Chill-Roll-Anlage18 ist in diesem Fall nicht vorgesehen. - Durch Abwickeln der Verstärkungselemente
29 von den Abwickeleinheiten12 mittels der Zugeinrichtung20 wird ein für eine automatisierte Herstellung einer Vielzahl von unidirektional verstärkten Halbzeugen vorteilhaftes kontinuierliches Umgeben der Längsstücke30 mit dem Kunststoffmaterial realisiert. - Die in Form eines Bandabzugs
22 ausgebildete Abtrenneinheit22 dient der Ausführung von Schritt D des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend das Fertigstellen des jeweiligen unidirektional verstärkten Halbzeugs durch Abtrennen des Formkörpers34 , in dessen Kunststoffmaterial die Längsstücke30 eingebettet sind, von den Verstärkungselementen29 . - Das Tauchbad
14 dient dazu, die mit dem Kunststoffmaterial zu umgebenden Längsstücke30 der Verstärkungselemente29 zuvor mit einem Haftvermittler zu versehen, der sich in dem Tauchbad14 befindet. Bevor ein Umgeben bzw. Kontaktieren der Längsstücke30 mit dem Kunststoffmaterial erfolgt, wird der Haftvermittler durch Erwärmen in dem Ofen16 aktiviert, wobei der Haftvermittler bzw. die Längsstücke30 hierfür auf eine Temperatur größer der gleich der Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers zu erwärmen ist bzw. sind. - Die
2A zeigt eine schematische Draufsicht auf ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes unidirektional verstärktes Halbzeug36 , wobei in dem thermoplastischen Kunststoffmaterial37 des Halbzeugs36 eine Anzahl von ersten Längsstücken38 in Form von Drahtabschnitten und eine Anzahl von zweiten Längsstücken40 in Form von Glasfasern bzw. Glasfaserabschnitten eingebettet sind. Das in der2B dargestellte und durch die Längsstücke38 ,40 unidirektional verstärkte Halbzeug36 unterscheidet sich von dem in2A dargestellten dadurch, dass sämtliche erste Längsstücke38 in Form von Drahtabschnitten auf gegenüberliegende Randbereiche des Halbzeugs36 verteilt sind. - Die
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils42 , welches durch ein nach Art der2B aufgebautes Halbzeug verstärkt ist.
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs (
36 ), umfassend die folgenden Schritte: (A) Bereitstellen wenigstens eines länglichen Verstärkungselements (29 ), (B) Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials bis an oder über die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials und Umgeben wenigstens eines Längsstücks (30 ) des Verstärkungselements (29 ) mit dem erwärmten Kunststoffmaterial zum Ausbilden einer Anordnung umfassend das Längsstück (30 ) und das das Längsstück (30 ) umgebende Kunststoffmaterial, (C) Abkühlen der Anordnung und plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper (34 ), wobei das Längsstück (30 ) in dem Kunststoffmaterial des Formkörpers (34 ) eingebettet ist, und (D) Fertigstellen wenigstens eines unidirektional verstärkten Halbzeugs (36 ) durch Abtrennen des Formkörpers (34 ) von dem Verstärkungselement (29 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgeben des Längsstücks (
30 ) mit dem Kunststoffmaterial kontinuierlich erfolgt, oder dass Teilstücke des Längsstücks (30 ) sukzessive mit dem Kunststoffmaterial umgeben werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (
29 ) ein wickelfähiges Verstärkungselement ist. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (
29 ) mittels einer Zugeinrichtung (20 ) von einer Abwickeleinheit (12 ) abgewickelt wird. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wickelfähige Verstärkungselement (
29 ) ein Draht oder ein Seil aus einem metallischen Material ist. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (
29 ) eine Glasfaser oder eine Kohlenstofffaser oder ein Seil mit einer Vielzahl von Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern ist. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) eine Mehrzahl von Verstärkungselementen (
29 ) bereitgestellt werden und wobei die in Schritt (B) ausgebildete Anordnung eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Längsstücken (30 ) aufweist, die von dem Kunststoffmaterial umgeben sind, und wobei in Schritt (C) durch plastisches Verformen und Konsolidieren der Anordnung ein zusammenhängender bandförmiger Formkörper (34 ) bereitgestellt wird, in dessen Kunststoffmaterial die im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten und von voneinander beabstandeten Längsstücke (30 ) eingebettet sind. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Verstärkungselementen (
29 ) eine erste Anzahl von ersten Verstärkungselementen (29 ) nach Anspruch 5, und eine zweite Anzahl von zweiten Verstärkungselementen (29 ) nach Anspruch 6 umfasst. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsstück (
30 ) mit einem Haftvermittler versehen wird und der Haftvermittler anschließend erwärmt wird, wobei die Erwärmung vor dem Umgeben mit dem Kunststoffmaterial vorgenommen wird, und wobei der Haftvermittler auf eine Temperatur größer oder gleich der Aktivierungstemperatur des Haftvermittlers erwärmt wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (C) das plastische Verformen und Konsolidieren zu einem zusammenhängenden bandförmigen Formkörper (
34 ) durch Umformen der Anordnung zwischen zwei gegenläufig rotierenden Walzen (32 ) oder durch Verpressen der Anordnung mittels einer Pressvorrichtung (28 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) das thermoplastische Kunststoffmaterial in einem Schmelzebehälter (
26 ) erwärmt wird und das Längsstück (30 ) zum Umgeben mit dem erwärmten Kunststoffmaterial in das sich in dem Schmelzebehälter (26 ) befindliche Kunststoffmaterial eingetaucht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B erwärmte Kunststoffmaterial ein folienartiges Kunststoffmaterial ist, wobei in Schritt B zum Ausbilden der Anordnung wenigstens zwei Lagen des folienartigen Kunststoffmaterials wenigstens bereichsweise übereinandergelegt und das Längsstück (
30 ) zwischen den übereinandergelegten Lagen angeordnet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) das Kunststoffmaterial an das Längsstück (
30 ) anextrudiert wird.
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---|---|---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110154422A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-08-23 | 常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司 | 风电叶片用玻纤异型拉挤预成型设备及预成型工艺 |
WO2020077358A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Arris Composites Inc. | Method and apparatus for manufacturing fiber composite parts |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3616130A (en) * | 1967-09-27 | 1971-10-26 | Ethyl Corp | Reinforced plastic material |
US4151031A (en) * | 1977-07-05 | 1979-04-24 | General Dynamics Corporation | Apparatus for continuously forming composite shapes |
US20050214465A1 (en) * | 2001-12-20 | 2005-09-29 | Peter Maskus | Method for producing composite materials using a thermoplastic matrix |
-
2011
- 2011-09-16 DE DE102011053692A patent/DE102011053692A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3616130A (en) * | 1967-09-27 | 1971-10-26 | Ethyl Corp | Reinforced plastic material |
US4151031A (en) * | 1977-07-05 | 1979-04-24 | General Dynamics Corporation | Apparatus for continuously forming composite shapes |
US20050214465A1 (en) * | 2001-12-20 | 2005-09-29 | Peter Maskus | Method for producing composite materials using a thermoplastic matrix |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020077358A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Arris Composites Inc. | Method and apparatus for manufacturing fiber composite parts |
CN110154422A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-08-23 | 常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司 | 风电叶片用玻纤异型拉挤预成型设备及预成型工艺 |
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