DE102011103230A1 - Pultrusion tool for fiber-reinforced plastic hollow profile, comprises molding and curing zone comprising molding core and heating device, foaming zone present downstream to molding and curing zone, and supply line for foamable composition - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Pultrusionswerkzeug mit einer Form- und Aushärtzone für ein FVK-Hohlprofil, ferner eine Pultrusionsanlage, in der das Pultrusionswerkzeug umfasst ist, und mit der sich ein erfindungsgemäßes Pultrusionsverfahren ausführen lässt.The invention relates to a pultrusion tool having a forming and Aushärtzone for a FRP hollow profile, further comprising a pultrusion plant, in which the pultrusion tool is included, and with which an inventive pultrusion process can be performed.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, pultrudierte FVK-Hohlprofile in einem nachgeschalteten Schritt auszuschäumen. Dabei wird zunächst das FVK-Pultrusionshohlprofil hergestellt und anschließend mit einem Schaummaterial gefüllt. Vor allem die dadurch bedingten langen Produktionszeiten, verbunden mit Mehrkosten, senken die Wirtschaftlichkeit der FVK-Fertigung gegenüber metallischen Werkstoffen.It is known from the prior art to foam out pultruded FRP hollow sections in a subsequent step. First, the FRP pultrusion hollow profile is produced and then filled with a foam material. Above all, the resulting long production times, combined with additional costs, reduce the profitability of FRP production compared with metallic materials.
Da sich pultrudierte FVK-Hohlprofile jedoch mit ihrer äußerst exakten Formgebung, ihrer hohen Steifigkeit und ihres Leichtbaupotentials auszeichnen, ist ihre Verwendung beispielsweise in der Kraftfahrzeugherstellung erwünscht, für eine gewünschte Wirtschaftlichkeit der Produktion sind jedoch hohe Stückzahlen erforderlich.However, since pultruded FRP hollow sections are distinguished by their extremely exact shape, their high rigidity and their lightweight potential, their use is desirable, for example in the automotive industry, but high production volumes are required for a desired economy of production.
Die
Aus der
Nachdem die hohle Kastenstruktur das Formgebungswerkzeug verlassen hat, wird ein Schaum bildendes Gemisch in die hohle Kastenstruktur eingespritzt, sowie die Kastenstruktur durch den Raupenabzug in den griffigen Innenbereich des Raupenabzugs gezogen wird, so dass durch die Expansion des Schaummaterials eine auswärts gerichtete Wirkung auf die Wände der Kastenstruktur entsteht, die deren Eingriff mit dem griffigen Innenbereich des Raupenabzugs unterstützt und ein Zusammenfallen der Kastenstruktur verhindert.After the hollow box structure has left the forming tool, a foam-forming mixture is injected into the hollow box structure, and the box structure is pulled by the caterpillar take-off into the grippy interior of the caterpillar take-off, so that by the expansion of the foam material an outward effect on the walls of the Box structure is created, which supports their engagement with the grippy interior of the crawler and prevents collapse of the box structure.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen, prozessintegrierten Ausschäumung eines FVK-Pultrusionshohlprofils zu schaffen.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an apparatus for the economic, process-integrated foaming of an FRP pultrusion hollow profile.
Diese Aufgabe wird durch ein Pultrusionswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Pultrusionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.This object is achieved by a pultrusion tool having the features of
Ein entsprechendes Herstellungsverfahren wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 offenbart.A corresponding manufacturing method is disclosed with the features of claim 5.
Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the objects are carried out in the respective subclaims.
Das erfindungsgemäße Pultrusionswerkzeug hat in einer ersten Ausführungsform eine Form- und Aushärtzone für ein FVK-Hohlprofil, die einen Formkern und eine Heizvorrichtung umfasst. Ferner weist das Pultrusionswerkzeug stromabwärts der Form- und Aushärtzone eine Ausschäumzone auf und umfasst wenigstens eine Zuführleitung für eine schäumbare Zusammensetzung die sich vorteilhaft längs durch den Formkern in die Ausschäumzone erstreckt, so dass die Ausschäumung unmittelbar in dem Werkzeug erfolgen kann und daher ein zusätzlicher Prozessschritt entfällt. Damit wird bereits in Bezug zu bekannten Verfahren die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens verbessert.The pultrusion tool according to the invention has, in a first embodiment, a forming and curing zone for a FRP hollow profile, which comprises a mold core and a heating device. Further, the pultrusion tool has a foaming zone downstream of the forming and curing zone and comprises at least one foamable composition feed line which advantageously extends longitudinally through the mandrel into the foaming zone so that foaming can take place directly in the tool and therefore an additional process step is eliminated , Thus, the cost of this method is already improved in relation to known methods.
Die Ausschäumzone kann eine weitere Heizvorrichtung umfassen.The foaming zone may comprise a further heating device.
Das erfindungsgemäße Pultrusionswerkzeug kann in eine Pultrusionsanlage integriert sein, die mehrere Faserspindeln und eine Imprägnierstation sowie eine Abzugsvorrichtung aufweist. Das Pultrusionswerkzeug ist in Pultrusionsrichtung nach der Imprägnierstation positioniert.The pultrusion tool according to the invention can be integrated into a pultrusion system which has a plurality of fiber spindles and an impregnation station as well as a withdrawal device. The pultrusion tool is positioned in the pultrusion direction after the impregnation station.
Vorteilhaft umfasst die Pultrusionsanlage eine Abwickelvorrichtung für Faser- oder Folienbahnen stromaufwärts des Pultrusionswerkzeugs, insbesondere stromaufwärts der Imprägnierstation, alternativ oder zusätzlich eine Abtrennvorrichtung stromabwärts der Abzugsvorrichtung.Advantageously, the pultrusion plant comprises an unwinding device for fiber or film webs upstream of the pultrusion tool, in particular upstream of the impregnation station, alternatively or additionally a separating device downstream of the take-off device.
Ferner kann/können stromaufwärts der Form- und Aushärtzone des Pultrusionswerkzeugs und stromabwärts der Imprägnierstation eine Vorformvorrichtung und/oder Faserführungsmittel vorgesehen sein. Geeignet ist es, wenn die Faserführungsmittel eine Passage für die Zuführleitung bilden.Further, a preforming device and / or fiber guiding means may be provided upstream of the forming and curing zone of the pultrusion die and downstream of the impregnating station. It is suitable if the fiber guiding means form a passage for the supply line.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines ausgeschäumten FVK-Pultrusionshohlprofils unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage umfasst die Schritte:
- – Abziehen vieler Verstärkungsfasern von den Faserspindeln, dann
- – Führen der Fasern durch die Imprägniervorrichtung worin die Fasern mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial imprägniert werden, dann
- – Überführen der imprägnierten Fasern in das Pultrusionswerkzeug, dabei Anordnen der Fasern um den Formkern; schließlich
- – in der Form- und Aushärtzone des Pultrusionswerkzeugs Erwärmen und dabei Aushärten des Kunststoffmaterials und Erhalten des FVK-Hohlprofils, danach vorteilhaft im Prozess
- – Zuführen der schäumbaren Zusammensetzung mittels der Zuführleitung durch den Formkern in das erhaltene FVK-Hohlprofil innerhalb der Ausschäumzone des Pultrusionswerkzeugs, abschließend
- – Aufschäumen und Aushärten der schäumbaren Zusammensetzung, dabei Ausschäumen des FVK-Hohlprofils.
- Peel off many reinforcing fibers from the fiber spindles, then
- Passing the fibers through the impregnating device wherein the fibers are impregnated with a curable plastics material, then
- - Transferring the impregnated fibers in the pultrusion tool, thereby arranging the fibers around the mandrel; after all
- - In the forming and Aushärtzone the pultrusion tool heating and thereby curing of the plastic material and obtaining the FRP hollow profile, then advantageous in the process
- - Feeding the foamable composition by means of the feed line through the mandrel into the obtained FRP hollow profile within the Ausschäumzone the pultrusion tool, finally
- - Foaming and curing of the foamable composition, thereby foaming the FRP hollow profile.
Damit gelingt es wirtschaftlich, das ausgeschäumte FVK-Pultrusionshohlprofil herzustellen.This makes it economically possible to produce the foam-filled FRP pultrusion hollow profile.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die schäumbare Zusammensetzung in der Ausschäumzone zur Aktivierung des Aufschäumens und Aushärtens erwärmt wird. Dies gelingt mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug, das eine weitere Heizvorrichtung umfassen kann.Furthermore, it can be provided that the foamable composition is heated in the foaming zone for activating the foaming and curing. This is achieved with the tool according to the invention, which may comprise a further heating device.
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. 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. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die es erlaubt, das bislang durchgeführte Ausschäumen von geschlossenen Pultrudaten wie Rohrprofilen oder Kastenprofilen, bei denen der Innenraum vollständig ausgeschäumt sein soll, in einem dem eigentlichen Pultrusionsverfahren nachgeschalteten Schritt zu vermeiden. Dieser Zusatzschritt hat bislang die Wirtschaftlichkeit der Faserverbundstrukturen im Vergleich zu Metallprofilen gesenkt.The invention relates to a device which allows the hitherto performed foaming of closed pultrudates such as pipe profiles or box sections, in which the interior is to be completely filled with foam, in a step downstream of the actual pultrusion process. This additional step has hitherto reduced the cost-effectiveness of fiber composite structures in comparison to metal profiles.
Das nun vorgeschlagene erfindungsgemäße Pultrusionswerkzeug
Um nun das prozessintegrierte Ausschäumen des in der Form- und Aushärtzone
Durch den Werkzeugkern
Bei dem Schaum kann es sich um einen zwei Komponentenschaum, beispielsweise ein Polyurethan handeln, oder um eine Kunststoffzusammensetzung, die beispielsweise ein thermisch aktivierbares Treibmittel umfasst.The foam may be a two component foam, for example a polyurethane, or a plastic composition comprising, for example, a thermally activatable blowing agent.
Neben dem erfindungsgemäßen Pultrusionswerkzeug
Die Zuführleitung
Es könnten zum gleichmäßigen Ausschäumen im Übrigen mehrere Zuführleitungen
Stromabwärts des Pultrusionswerkzeugs
Weitere Alternativen sehen die Imprägnierung der Verstärkungsfaserbrocken mit einem pulverförmigen aushärtbaren Kunststoffmaterials vor, ferner ist es denkbar, das aushärtbare Kunststoffmaterial auch ganz oder zumindest teilweise durch Injektionseinrichtung in die Form- und Aushärtzone
Bei den Verstärkungsfasern kann es sich selbstverständlich um Einzelfasern handeln, es können aber auch Rovings, Bänder, Matten etc. zur Bildung von Faseranordnungen verwendet werden. Zudem können im Pultrusionsprozess vor oder nach der Imprägnierstation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2004/065742 A2 [0004] WO 2004/065742 A2 [0004]
- CA 2447745 C [0005] CA 2447745 C [0005]
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