DE102011121883B4 - Method and device for producing a molded part - Google Patents

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DE102011121883B4 DE102011121883.5A DE102011121883A DE102011121883B4 DE 102011121883 B4 DE102011121883 B4 DE 102011121883B4 DE 102011121883 A DE102011121883 A DE 102011121883A DE 102011121883 B4 DE102011121883 B4 DE 102011121883B4
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Formteils, bei dem innerhalb eines formgebenden Werkzeugs (3, 3a, 3b, 3c) ein Faserhalbzeug (2) fixiert wird, wobei das Faserhalbzeug (2) an einer an die Sollform des herzustellenden Formteils angepassten Auflage (7) fixiert wird, indem eine der Auflage (7) zugeordnete Elektrode (6) einerseits und das Faserhalbzeug (2) andererseits mit Ladungsträgern (Q+, Q-) mit unterschiedlichen Vorzeichen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Position des Faserhalbzeugs (2) in dem Werkzeug (3) durch die nachfolgende Zuführung einer polymeren Matrix fixiert und auf diese Weise das Formteil hergestellt wird und dass durch eine Umkehrung der Ladung entweder der Elektrode (6) oder des Faserhalbzeugs (2) eine Abstoßungskraft erzeugt wird.Method for producing a molded part, in which a semi-finished fiber product (2) is fixed within a shaping tool (3, 3a, 3b, 3c), the semi-finished fiber product (2) being fixed to a support (7) adapted to the desired shape of the molded part to be produced , in that an electrode (6) assigned to the support (7) on the one hand and the semi-finished fiber product (2) on the other hand are subjected to charge carriers (Q+, Q-) with different signs, characterized in that the defined position of the semi-finished fiber product (2) in the tool (3) is fixed by the subsequent supply of a polymeric matrix and in this way the molded part is produced and that a repulsive force is generated by reversing the charge of either the electrode (6) or the semi-finished fiber product (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, bei dem innerhalb eines formgebenden Werkzeugs ein Faserhalbzeug fixiert wird nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mit einer Zuführung für eine insbesondere polymere Matrix zu einem innerhalb eines formgebenden Werkzeugs der Vorrichtung fixierbaren Faserhalbzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a method for producing a molded part, in which a semi-finished fiber product is fixed within a molding tool according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for producing a molded part with a feed for a particularly polymeric matrix to one within a molding tool Tool of the device fixable semi-finished fiber product according to the preamble of claim 7.

Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen aus Faserhalbzeugen mittels eines Injektionsverfahrens und dementsprechend zur Durchführung der Verfahren bestimmte Vorrichtungen bekannt. Ein solches Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Duroplasten oder Elastomeren ist beispielsweise das Resin Transfer Moulding (RTM).A large number of processes for producing fiber-reinforced plastic components from semi-finished fiber products by means of an injection process and corresponding devices for carrying out the processes are already known from the prior art. One such process for producing molded parts from thermosets or elastomers is, for example, resin transfer molding (RTM).

Bei solchen bekannten Verfahren werden trockene Faserhalbzeuge, sogenannte Preforms, verwendet, um Bauteile mit der gewünschten Geometrie herzustellen. Das trockene Faserhalbzeug kann hierbei als Gewebe, Gewirke, Gelege, als Multiaxialgelege oder als kettverstärktes unidirektionales Halbzeug vorliegen.In such known processes, dry semi-finished fiber products, so-called preforms, are used to produce components with the desired geometry. The dry semi-finished fiber product can be present as a woven, knitted fabric, scrim, as a multiaxial scrim or as a warp-reinforced unidirectional semi-finished product.

Die genannten Preforms finden bei der Herstellung von Bauteilen aus Faserhalbzeugen Anwendung und sind ein Zwischenarbeitsgang, bevor die Infiltration durch Harz und die Aushärtung erfolgt. Das Preforming ist erforderlich, weil die Faserhalbzeuge einerseits biegeschlaff sind, andererseits aber Verformungswiderstände aufweisen, die einer faltenfreien Anlage an eine formgebende Auflage entgegenwirken.The preforms mentioned are used in the production of components made of semi-finished fiber products and are an intermediate work step before infiltration with resin and curing takes place. Preforming is necessary because, on the one hand, the semi-finished fiber products are limp, but on the other hand they have resistance to deformation, which counteracts wrinkle-free contact with a shaping support.

Beim Stand der Technik ist daher insbesondere im Bereich sogenannter Geometrieschwerpunkte eine schrittweise Vorformung erforderlich, in welcher die gewünschte Sollgeometrie hergestellt wird. Beispielsweise können so auch Teilbereiche eines Gesamtbauteils vorgeformt und abschließend gemeinsam in dem Werkzeug mit der Matrize beaufschlagt werden.In the prior art, step-by-step preforming is therefore required, particularly in the area of so-called geometric focal points, in which the desired target geometry is produced. For example, partial areas of an entire component can also be preformed and finally loaded with the die together in the tool.

Zur Fixierung der Vorformung werden beispielsweise Bindemittel eingesetzt, die als Pulver appliziert und durch Aufschmelzen eingebracht werden.To fix the preform, binders are used, for example, which are applied as powder and introduced by melting.

Die DE 199 22 799 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach dem Harzinjektionsverfahren, bei dem in einem Drapierwerkzeug ein Vorformling erstellt wird. Dieses Drapierwerkzeug weist einen Spannrahmen auf, über den das den Vorformling bildende Fasermaterial vorgespannt wird, sodass ein verwerfungsfreies Einziehen des Fasermaterials in die Kavität des Drapierwerkzeugs möglich ist.The DE 199 22 799 A1 discloses, for example, a method for producing a plastic molding using the resin injection process, in which a preform is created in a draping tool. This draping tool has a clamping frame over which the fiber material forming the preform is pre-tensioned, so that the fiber material can be drawn into the cavity of the draping tool without warping.

Weiterhin ist die Verwendung trockener Preform-Teile aus der DE 198 13 105 A1 bekannt, die ein Verfahren beschreibt, bei dem die Fasern und das Matrixmaterial in einem mindestens zwei Teile umfassenden, einen Form-Hohlraum bildenden Werkzeug geformt werden und die Matrix flächig eingebracht wird.Furthermore, the use of dry preform parts from the DE 198 13 105 A1 known, which describes a method in which the fibers and the matrix material are formed in a tool comprising at least two parts and forming a mold cavity and the matrix is introduced flatly.

Bei dem aus der DE 100 13 409 C1 bekannten Verfahren wird das Faserverbund-Halbzeug auf einem Werkzeug angeordnet und ein erster Raum mittels einer gasdurchlässigen und für Matrixmaterial undurchlässigen Membran zumindest einseitig um das Halbzeug herum abgetrennt. Ein zweiter Raum ist durch eine für Gas und Matrixmaterial undurchlässige Folie abgegrenzt. Durch Absaugen von Luft aus dem zweiten Raum wird Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter in den evakuierten ersten Raum gesaugt.With the one from the DE 100 13 409 C1 In known methods, the fiber composite semi-finished product is arranged on a tool and a first space is separated around the semi-finished product at least on one side by means of a gas-permeable membrane that is impermeable to matrix material. A second space is delimited by a film that is impermeable to gas and matrix material. By sucking air out of the second space, matrix material is sucked out of the storage container into the evacuated first space.

Außerdem offenbart die DE 199 48 664 A1 ein Verfahren zum Umspritzen einer Fasermatte mit Kunststoff in einem Spritzgießwerkzeug.In addition, the reveals DE 199 48 664 A1 a method for overmolding a fiber mat with plastic in an injection molding tool.

Die DE 10 2007 002 309 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines eine Gewebelage umfassenden Kunststoffbauteils in einem mehrteiligen Formwerkzeug. Die Vorrichtung kann beispielsweise magnetisch wirkende Mittel zur Fixierung der Gewebelage in der gewünschten Position aufweisen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Gewebelage durch die mit dem Einbringen des Kunststoffs auf derselben Seite verbundene Materialströmung verschoben wird. Hierfür können verschiedene Ausgestaltungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Gewebelage ferromagnetisch ausgebildet sein. Durch eine Positionierung von Permanent- und/oder Elektromagneten in dem Formwerkzeug können - durch eine entsprechende Polung - Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte zwischen den Magneten und der ferromagnetischen Gewebelage erzeugt werden, die die Gewebelage in der gewünschten Position fixieren. Derartige Gewebelagen können durch eine Beschichtung nachträglich ferromagnetisch ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Gewebelage mit eisenhaltigen Pads beklebt werden.The DE 10 2007 002 309 A1 relates to a device for producing a plastic component comprising a fabric layer in a multi-part mold. The device can, for example, have magnetically acting means for fixing the fabric layer in the desired position. This can prevent the fabric layer from being displaced by the material flow associated with the introduction of the plastic on the same side. Various configurations can be provided for this. For example, the fabric layer can be designed to be ferromagnetic. By positioning permanent and/or electromagnets in the molding tool, attractive or repulsive forces can be generated between the magnets and the ferromagnetic fabric layer - through appropriate polarity - which fix the fabric layer in the desired position. Such fabric layers can subsequently be made ferromagnetic using a coating. For example, the fabric layer can be covered with iron-containing pads.

Ferner ist aus der EP 0 819 188 B1 ein Verfahren zum Weben eines dreidimensional geformten Faserhalbzeugs bekannt, welches in sich formstabil ist. Im Gegensatz zu ebenen Faserhalbzeugen, die in einem eigenen Herstellgang dreidimensional verformt werden müssen, ist bei der Verwendung der bekannten dreidimensional vorgeformten Faserhalbzeuge kein Umformprozess erforderlich. Die bekannten Faserhalbzeuge können zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils mit der flüssigen Phase eines aushärtbaren Kunststoffs beschichtet und/oder getränkt werden.Furthermore, from the EP 0 819 188 B1 a method for weaving a three-dimensionally shaped semi-finished fiber product is known, which is inherently dimensionally stable. In contrast to flat semi-finished fiber products, which have to be shaped three-dimensionally in a separate production process, no forming process is required when using the known three-dimensionally preformed semi-finished fiber products. The known The semi-finished fiber products can be coated and/or impregnated with the liquid phase of a curable plastic to produce a fiber composite plastic component.

Der mit dem Vorformen des Faserhalbzeugs verbundene zusätzliche Aufwand verursacht in der Praxis einen erheblichen Teil der anfallenden Kosten sowie der Zykluszeit im Herstellungsprozess.
Die DE 100 12 378 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ablegen von faserverstärkten Thermoplastbändern auf einer Werkzeugplattform mithilfe des Tapelegeverfahrens. Um Ablöseerscheinungen während des Anlegeprozesses zu vermeiden, die das Ablegen weiterer Schichten auf der ersten Lage und somit die Herstellung von Bauteilen bzw. insbesondere von konkaven Konturen verhindern, wird durch Aufbringen einer Gleichspannung zwischen einer mit einer isolierenden Schicht versehenen Werkzeugplattform und den in einem Thermoplastband befindlichen Kohlenstoffasern ein elektrostatisches Feld erzeugt, das ein Anhaften des Thermoplastbands auf der Werkzeugoberfläche durch unterschiedliche Ladungen ermöglicht.In practice, the additional effort associated with preforming the semi-finished fiber product causes a significant proportion of the costs incurred and the cycle time in the manufacturing process.
The DE 100 12 378 A1 describes a method for placing fiber-reinforced thermoplastic tapes on a tool platform using the tape laying method. In order to avoid detachment phenomena during the application process, which prevent further layers from being deposited on the first layer and thus prevent the production of components or in particular concave contours, a direct voltage is applied between a tool platform provided with an insulating layer and those located in a thermoplastic belt Carbon fibers create an electrostatic field that allows the thermoplastic tape to adhere to the tool surface through different charges.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faserhalbzeugen wesentlich zu verbessern. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.Against this background, the invention is based on the object of significantly improving the process for producing molded parts from semi-finished fiber products. Furthermore, a device for carrying out the method is to be created.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first-mentioned problem is solved with a method according to the features of patent claim 1. The subclaims relate to particularly useful developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die definierte Position des Faserhalbzeugs in dem Werkzeug durch die nachfolgende Zuführung einer polymeren Matrix fixiert und auf diese Weise das Formteil hergestellt wird und bei dem durch eine Umkehrung der Ladung entweder der Elektrode oder des Faserhalbzeugs eine Abstoßungskraft erzeugt wird.According to the invention, a method is therefore provided in which the defined position of the semi-finished fiber product is fixed in the tool by the subsequent supply of a polymeric matrix and in this way the molded part is produced and in which a repulsive force is generated by reversing the charge of either the electrode or the semi-finished fiber product becomes.

Durch die Umkehrung der Ladung entweder der Elektrode oder des Faserhalbzeugs wird eine Abstoßungskraft erzeugt, die in einfacher Weise durch die übereinstimmende positive oder negative Ladung der Elektrode und des aus dem Faserhalbzeug erzeugten Formteils eine Abstoßungskraft realisiert, um so die Entnahme des Formteils aus der Form zu unterstützen. Zu diesem Zweck wird nach dem elektrostatischen Prinzip an der Elektrode sowie an dem Formteil die gleiche Ladungsträgerart erzeugt. Bei dem elektromagnetischen Prinzip werden das Faserhalbzeug und die Elektrode in entgegengesetzter Richtung mit elektrischen Ladungsträgern durchflossen. Hierdurch wird das erzeugte Formteil entsprechend von dem Werkzeug abgestoßen und das Entformen dadurch wesentlich erleichtert.By reversing the charge of either the electrode or the semi-finished fiber product, a repulsive force is generated, which in a simple manner realizes a repulsive force through the matching positive or negative charge of the electrode and the molded part produced from the semi-finished fiber product, in order to enable the molded part to be removed from the mold support. For this purpose, the same type of charge carrier is generated on the electrode and on the molded part according to the electrostatic principle. With the electromagnetic principle, electrical charge carriers flow through the semi-finished fiber product and the electrode in opposite directions. As a result, the molded part produced is accordingly repelled from the tool, making demoulding much easier.

Mittels unterschiedlicher elektrischer Ladungen wird eine Anziehungskraft auf das Faserhalbzeug erzeugt, welche eine sichere und zuverlässige Fixierung sowie auch eine Formgebung des Faserhalbzeugs innerhalb des Werkzeugs gestattet. Indem also die Formgebung innerhalb des Werkzeugs erfolgt, kann auf eine nach dem Stand der Technik bei dem RTM-Prozess vorgelagerte Vorformung des Faserhalbzeugs verzichtet und somit der Herstellungsaufwand wesentlich vermindert werden. Vielmehr wird die Formung durch eine gegenseitige Anziehungskraft des mit den Ladungsträgern bestückten Faserhalbzeugs und der Elektrode erreicht.Using different electrical charges, an attraction force is created on the semi-finished fiber product, which allows secure and reliable fixation as well as shaping of the semi-finished fiber product within the tool. Since the shaping takes place within the tool, it is possible to dispense with pre-shaping of the semi-finished fiber product in accordance with the prior art in the RTM process and thus the manufacturing effort can be significantly reduced. Rather, the shaping is achieved through a mutual attraction of the semi-finished fiber product equipped with the charge carriers and the electrode.

Zur Vermeidung eines unerwünschten Potentialausgleichs wird die Elektrode gegenüber der Auflage elektrisch isoliert. Vorzugsweise wird die Ladung mittels einer in das Werkzeug integrierten Ladungskontaktierung auf das Faserhalbzeug übertragen.To avoid undesirable potential equalization, the electrode is electrically insulated from the support. Preferably, the charge is transferred to the semi-finished fiber product by means of a charge contact integrated into the tool.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass das Faserhalbzeug lediglich kraftschlüssig fixiert wird, sodass beim Schließen des Werkzeugs die Position des Faserhalbzeugs auf seiner formgebenden Auflage gegebenenfalls noch verändert, insbesondere also korrigiert werden kann. Dabei gleitet das Faserhalbzeug auf der Auflage, ohne dass die Fixierkraft dadurch unterbrochen wird. Vielmehr unterstützt die konstant wirksame Haltekraft die flächige Anlage und zugleich die Formgebungen durch das Werkzeugoberteil.It proves to be particularly advantageous that the semi-finished fiber product is only fixed in a force-fitting manner, so that when the tool is closed, the position of the semi-finished fiber product on its shaping support can still be changed, in particular corrected. The semi-finished fiber product slides on the support without interrupting the fixing force. Rather, the constantly effective holding force supports the flat contact and at the same time the shapes through the upper part of the tool.

Dabei erweist es sich als besonders vielseitig einsetzbar, wenn die gegensätzliche Ladung nach dem elektrostatischen Prinzip auf das Faserhalbzeug übertragen wird. Dieses Verfahren kann gleichermaßen für leitende sowie auch für nichtleitende Materialien des Faserhalbzeugs angewendet werden. Hierzu wird das in dem Werkzeug abgelegte Faserhalbzeug mittels eines Manipulators beispielsweise mit positiven Ladungsträgern geladen. Die in dem Werkzeug angeordnete und gegenüber einem direkten Ladungsausgleich durch eine Elektroisolationsbeschichtung getrennte Elektrode wird entsprechend mit negativen Ladungsträgern beaufschlagt. Durch die entgegengesetzte Aufladung der Faserhalbzeuge und der Elektrode kommt es zu einer gewünschten Elektroadhäsion zur notwendigen Fixierung des Faserhalbzeugs.It proves to be particularly versatile when the opposite charge is transferred to the semi-finished fiber product using the electrostatic principle. This process can be used equally for both conductive and non-conductive materials of the semi-finished fiber product. For this purpose, the semi-finished fiber product placed in the tool is charged with positive charge carriers, for example, using a manipulator. The electrode arranged in the tool and separated from direct charge equalization by an electrical insulation coating is correspondingly charged with negative charge carriers. The opposite charging of the semi-finished fiber products and the electrode results in the desired electroadhesion for the necessary fixation of the semi-finished fiber product.

Eine andere, ebenfalls besonders praxisnahe Ausgestaltung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass ein Stromfluss in gleicher Richtung durch das Faserhalbzeug einerseits und die Elektrode andererseits erzeugt wird. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Prinzip der bewegten Ladungsträger ist für elektrisch leitende Materialien des Faserhalbzeugs anwendbar. Dabei wird durch das elektrisch leitfähige Faserhalbzeug und die Elektrode ein Fluss der Ladungsträger in gleicher Richtung erzeugt. Dadurch kommt es zu einer elektromagnetischen Anziehungskraft.Another, also particularly practical embodiment of the method is achieved in that a current flows in the same direction through the semi-finished fiber product on the one hand and the electrical rode on the other hand is generated. This variant of the method according to the invention based on the principle of moving charge carriers can be used for electrically conductive materials of the semi-finished fiber product. The electrically conductive semi-finished fiber product and the electrode generate a flow of charge carriers in the same direction. This creates an electromagnetic attraction.

Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrode hinterschneidende Bereiche aufweist und gegen diese Bereiche zumindest ein Schieber des Werkzeugs zustellbar ausgeführt ist, um so in einem einzigen Herstellungsschritt auch solche Formen erzeugen zu können, die nach dem Stand der Technik in separaten Einzelschritten vorgeformt und anschließend zu einer Baueinheit verbunden werden. Indem zur Fixierung das Faserhalbzeug und die Elektrode mit einander anziehenden Ladungsträgern versorgt werden, wird so in einfacher Weise eine zuverlässige Fixierung des Faserhalbzeugs in dem Werkzeug ohne eine Vorformung ermöglicht. Die gewünschten Fixierkräfte beruhen dabei auf einer Elektroadhäsion, die in vorteilhafter Weise eine flächige Kraftübertragung ermöglicht und zudem eine einstellbare Fixierkraft durch entsprechende Anpassung der Ladungsträger gestattet.The second-mentioned task of creating a device for carrying out the method is achieved according to the invention in that the electrode has undercutting areas and at least one slide of the tool is designed to be adjustable against these areas, in order to be able to produce such shapes in a single manufacturing step, which are preformed in separate individual steps according to the state of the art and then connected to form a structural unit. By supplying the semi-finished fiber product and the electrode with mutually attractive charge carriers for fixation, a reliable fixation of the semi-finished fiber product in the tool is made possible in a simple manner without preforming. The desired fixing forces are based on electroadhesion, which advantageously enables a flat force transmission and also allows an adjustable fixing force by appropriately adjusting the charge carriers.

Dabei ist vorzugsweise zwischen der Elektrode und der Auflage eine Elektroisolation angeordnet, wobei die Übertragung der gewünschten Ladung auf das Faserhalbzeug mittels einer Ladungskontaktierung erfolgt. Durch die Elektroisolation wird so ein unerwünschter Potentialausgleich zwischen dem aufgeladenen Faserhalbzeug einerseits und der Elektrode andererseits vermieden.Electrical insulation is preferably arranged between the electrode and the support, with the desired charge being transferred to the semi-finished fiber product by means of charge contact. The electrical insulation prevents undesirable potential equalization between the charged semi-finished fiber product on the one hand and the electrode on the other.

Dabei erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn das Werkzeug mehrteilig ausgeführt und ein auch als Werkzeugkern bezeichnetes Werkzeugunterteil sowie ein Werkzeugoberteil aufweist, sodass die abschließende Formgebung des Faserhalbzeugs innerhalb des geschlossenen Werkzeugs zwischen den Formteilen erfolgt. Ein unbeabsichtigtes Verrutschen des Faserhalbzeugs aus seiner vorbestimmten Position ist dabei aufgrund der wirkenden Fixierkräfte ausgeschlossen, wobei ein definiertes Gleiten des Faserhalbzeugs vorgesehen sein kann.It proves to be particularly promising if the tool is designed in several parts and has a lower tool part, also known as a tool core, and an upper tool part, so that the final shaping of the semi-finished fiber product takes place within the closed tool between the molded parts. An unintentional slipping of the semi-finished fiber product from its predetermined position is excluded due to the fixing forces acting, and a defined sliding of the semi-finished fiber product can be provided.

Damit das Potential der unterschiedlich aufgeladenen Materialien erhalten bleibt, ist zwischen dem Faserhalbzeug und der Elektrode eine Elektroisolation vorgesehen, die gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest in einem zur Auflage des Faserhalbzeugs bestimmten Bereich mit einer Isolationsschicht konstanter Stärke ausgestattet ist, sodass die Anziehungskräfte und damit die Fixierkräfte auch bei einer Verschiebung des Faserhalbzeugs auf der Oberfläche der Isolationsschicht, wie sie beispielsweise durch das Absenken des Werkzeugoberteils und der damit verbundenen Lagekorrektur des Faserhalbzeugs eintritt, konstant bleibt.So that the potential of the differently charged materials is maintained, an electrical insulation is provided between the semi-finished fiber product and the electrode, which, according to a particularly advantageous embodiment of the invention, is equipped with an insulation layer of constant thickness at least in an area intended for supporting the semi-finished fiber product, so that the attractive forces and so that the fixing forces remain constant even when the semi-finished fiber product is displaced on the surface of the insulation layer, as occurs, for example, by lowering the upper part of the tool and the associated position correction of the semi-finished fiber product.

Bevorzugt weist das Werkzeug mehrere Elektroden auf, die in einem Muster derart angeordnet sind, dass die Ladungen benachbarter Elektroden unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Diese abwechselnde Aufladung bewirkt eine Ladungstrennung in dem Faserhalbzeug, in dessen Folge es zu einer elektrostatischen Anziehungskraft kommt. Hierdurch können auch elektrisch nichtleitende Faserhalbzeuge entsprechend fixiert werden.The tool preferably has a plurality of electrodes which are arranged in a pattern such that the charges on adjacent electrodes have different signs. This alternating charging causes charge separation in the semi-finished fiber product, which results in an electrostatic attraction. In this way, electrically non-conductive semi-finished fiber products can also be fixed accordingly.

Alternativ sind auch Varianten mit einem beweglichen, elektromagnetischen Schieber realisierbar. Hierbei ist hinter einer hinterschnittigen Oberfläche eines Werkzeugteils, insbesondere eines Werkzeugkerns, ein Hohlraum realisiert, in dem eine Spule angeordnet ist. Diese Spule ist zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes bestimmt. In einem Randbereich ist außerdem der Schieber mit einem ferromagnetischen Element angeordnet. Nachdem das Faserhalbzeug in dem Werkzeug abgelegt ist, wird der Überstand des Faserhalbzeugs durch den Schieber eingeklemmt. Hierzu erzeugt die Spule ein elektromagnetisches Feld, welches das ferromagnetische Element anzieht.Alternatively, variants with a movable, electromagnetic slider can also be implemented. Here, behind an undercut surface of a tool part, in particular a tool core, a cavity is realized in which a coil is arranged. This coil is designed to generate an electromagnetic field. The slide with a ferromagnetic element is also arranged in an edge region. After the semi-finished fiber product has been placed in the tool, the protrusion of the semi-finished fiber product is clamped by the slider. To do this, the coil generates an electromagnetic field that attracts the ferromagnetic element.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipskizze eine Vorrichtung 1 zur integrierten Formgebung und Herstellung von Formteilen aus einem textilen Faserhalbzeug 2 in einem als Matrixinjektionswerkzeug ausgeführten Werkzeug 3. Hierzu ist in das Werkzeug 3 eine Auflage 7 zur Fixierung des Faserhalbzeugs 2 integriert, um so das Faserhalbzeug 2 endkonturnah, dreidimensional an die Werkzeuggeometrie anzupassen und in dieser Position zu fixieren. Auf diese Weise können auch hinterschnittige Formteile gefertigt werden. Das Werkzeug 3 besteht dabei aus einem Werkzeugkern 3a, einem Werkzeugoberteil 3b sowie zwei Schiebern 3c, die gemeinsam das Faserhalbzeug 2 einschließen und durch Dichtungen 4 gegeneinander abgedichtet sind. Das in der Werkzeugform abgelegte Faserhalbzeug 2 wird mittels einer Ladungskontaktierung 5 mit positiven Ladungsträgern Q+ geladen, während eine in das Werkzeug eingelassene Elektrode 6 mit negativen Ladungsträgern Q- beaufschlagt wird. Eine der Auflage 7 für das Faserhalbzeug 2 zugeordnete Elektroisolation 8 konstanter Materialstärke verhindert dabei einen unerwünschten Potentialausgleich zwischen dem aufgeladenen Faserhalbzeug 2 einerseits und der Elektrode 6 andererseits. Durch die einander anziehenden Ladungen der Ladungsträger Q+, Q- kommt es zu einer Elektroadhäsion. Die so definierte Position des Faserhalbzeugs 2 in dem Werkzeug 3 wird durch die nachfolgende Zuführung einer polymeren Matrix fixiert und auf diese Weise das Formteil hergestellt. Nach der Fertigstellung des Formteils unter Einhaltung der an sich bekannten Parameter kann das fertige Formteil entnommen werden. Das Entformen wird dabei durch eine Ladungsumkehrung der Elektrode 6 erleichtert, um so Abstoßungskräfte zwischen der Elektrode 6 und dem Formteil zu erzeugen.The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and is described below. This shows a schematic sketch of a device 1 for the integrated shaping and production of molded parts from a textile semi-finished fiber product 2 in a tool 3 designed as a matrix injection tool. For this purpose, a support 7 for fixing the semi-finished fiber product 2 is integrated into the tool 3, so that the semi-finished fiber product 2 is close to its final shape , adapt three-dimensionally to the tool geometry and fix it in this position. In this way, undercut molded parts can also be manufactured. The tool 3 consists of a tool core 3a, an upper tool part 3b and two slides 3c, which together enclose the semi-finished fiber product 2 and are sealed against one another by seals 4. The semi-finished fiber product 2 deposited in the tool mold is charged with positive charge carriers Q + by means of a charge contact 5, while an electrode 6 embedded in the tool is charged with negative charge carriers Q - . An electrical insulation 8 of constant material thickness assigned to the support 7 for the semi-finished fiber product 2 prevents an undesirable potential equalization between the charged semi-finished fiber product 2 on the one hand and the electrode 6 on the other. The mutually attractive charges of the charge carriers Q + , Q - lead to electroadhesion. The position of the semi-finished fiber product 2 defined in this way in the tool 3 is fixed by the subsequent supply of a polymeric matrix and the molded part is produced in this way. After the molded part has been completed in compliance with the known parameters, the finished molded part can be removed. The demoulding is facilitated by a charge reversal of the electrode 6 in order to generate repulsive forces between the electrode 6 and the molded part.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Vorrichtungcontraption
22
FaserhalbzeugSemi-finished fiber product
33
WerkzeugTool
3a3a
WerkzeugkernTool core
3b3b
WerkzeugoberteilTool top
3c3c
SchieberSlider
44
Dichtungpoetry
55
Ladungskontaktierung Charge contacting
66
Elektrodeelectrode
77
Auflageedition
88th
ElektroisolationElectrical insulation
Q+Q+
Positive LadungsträgerPositive charge carriers
Q-Q-
Negative LadungsträgerNegative charge carriers

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Formteils, bei dem innerhalb eines formgebenden Werkzeugs (3, 3a, 3b, 3c) ein Faserhalbzeug (2) fixiert wird, wobei das Faserhalbzeug (2) an einer an die Sollform des herzustellenden Formteils angepassten Auflage (7) fixiert wird, indem eine der Auflage (7) zugeordnete Elektrode (6) einerseits und das Faserhalbzeug (2) andererseits mit Ladungsträgern (Q+, Q-) mit unterschiedlichen Vorzeichen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Position des Faserhalbzeugs (2) in dem Werkzeug (3) durch die nachfolgende Zuführung einer polymeren Matrix fixiert und auf diese Weise das Formteil hergestellt wird und dass durch eine Umkehrung der Ladung entweder der Elektrode (6) oder des Faserhalbzeugs (2) eine Abstoßungskraft erzeugt wird.Method for producing a molded part, in which a semi-finished fiber product (2) is fixed within a shaping tool (3, 3a, 3b, 3c), the semi-finished fiber product (2) being fixed to a support (7) adapted to the desired shape of the molded part to be produced in that an electrode (6) assigned to the support (7) on the one hand and the semi-finished fiber product (2) on the other hand are charged with charge carriers (Q + , Q - ) with different signs, characterized in that the defined position of the semi-finished fiber product (2) in the Tool (3) is fixed by the subsequent supply of a polymeric matrix and in this way the molded part is produced and that a repulsive force is generated by reversing the charge of either the electrode (6) or the semi-finished fiber product (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) gegenüber der Auflage (7) elektrisch isoliert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the electrode (6) is electrically insulated from the support (7). Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (2) zum Einbringen der Ladung (Q+) mit einer Ladungskontaktierung (5) verbunden wird.Procedure according to the Claims 1 or 2 , characterized in that the semi-finished fiber product (2) is connected to a charge contact (5) to introduce the charge (Q + ). Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (2) kraftschlüssig fixiert wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the semi-finished fiber product (2) is fixed in a non-positive manner. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung nach dem elektrostatischen Prinzip auf das Faserhalbzeug (2) übertragen wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charge is transferred to the semi-finished fiber product (2) according to the electrostatic principle. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss in gleicher Richtung durch das Faserhalbzeug (2) einerseits und die Elektrode (6) andererseits erzeugt wird.Method according to at least one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a current flow is generated in the same direction through the semi-finished fiber product (2) on the one hand and the electrode (6) on the other. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Formteils mit einer Zuführung für eine polymere Matrix zu einem innerhalb eines formgebenden Werkzeugs (3) der Vorrichtung (1) fixierbaren Faserhalbzeug (2), wobei das Werkzeug (3) eine an die Sollform des herzustellenden Formteils angepasste Auflage (7) und das Mittel zur Fixierung eine der Auflage (7) zugeordnete Elektrode (6) aufweisen, welche zur Fixierung des Faserhalbzeugs (2) mit Ladungsträgern (Q+, Q-) mit gegenüber dem Faserhalbzeug (2) umgekehrtem Vorzeichen beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) hinterschneidende Bereiche aufweist und gegen diese Bereiche zumindest ein Schieber (3c) des Werkzeugs (3) zustellbar ausgeführt ist.Device (1) for producing a molded part with a feed for a polymeric matrix to a semi-finished fiber product (2) which can be fixed within a shaping tool (3) of the device (1), the tool (3) having a support adapted to the desired shape of the molded part to be produced (7) and the means for fixing have an electrode (6) assigned to the support (7), which can be acted upon with charge carriers (Q + , Q - ) with the opposite sign compared to the semi-finished fiber product (2) in order to fix the semi-finished fiber product (2), characterized in that the electrode (6) has undercutting areas and at least one slide (3c) of the tool (3) is designed to be adjustable against these areas. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elektrode (6) und der Auflage (7) eine Elektroisolation (8) angeordnet ist und dass die Vorrichtung (1) mit einer Ladungskontaktierung (5) ausgestattet ist.Device (1) according to Claim 7 , characterized in that an electrical insulation (8) is arranged between the electrode (6) and the support (7) and that the device (1) is equipped with a charge contact (5). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) zumindest in einem die Auflage (7) des Faserhalbzeugs (2) bildenden Bereich mit einer Elektroisolation (8) konstanter Stärke ausgestattet ist.Device (1) according to Claim 7 or 8th , characterized in that the electrode (6) is equipped with electrical insulation (8) of constant thickness at least in an area forming the support (7) of the semi-finished fiber product (2). Vorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) mehrere Elektroden (6) aufweist, die derart angeordnet sind, dass die Ladungen (Q+, Q-) benachbarter Elektroden (6) unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.Device (1) according to at least one of Claims 7 until 9 , characterized in that the tool (3) has a plurality of electrodes (6) which are arranged such that the charges (Q + , Q - ) of adjacent electrodes (6) have different signs.
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