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Die Erfindung betrifft ein jeweiliges Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Bauteile.
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Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile ist das RTM (resin transfer molding) Verfahren. Dabei wird zunächst ein als Fasermatte ausgebildetes Halbzeug (sogenanntes Preform) in einen Hohlraum eines Formwerkzeugs eingelegt; anschließend wird in den Hohlraum des Formwerkzeugs ein Harzsystem injiziert, das das Preform tränkt und anschließend durch eine chemische Reaktion ausgehärtet wird. Bei komplex geformten Bauteilen stellt dabei die gleichmäßige Durchtränkung des gesamten Preforms in allen Raumrichtungen eine große Herausforderung dar. Zusätzlich muss das Harzsystem während der Preformpenetration niederviskos sein, um anschließend sofort auszureagieren. Diese beiden gegenläufigen Anforderungen sind nur schwer in Einklang zu bringen.
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Die
EP 2 170 587 B1 offenbart ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils. Dabei wir zunächst ein Harzfilm auf ein als Fasermattenzuschnitt ausgebildetes Halbzeug aufgelegt und unter Temperatur- und Druckeinwirkung mit dem Fasermattenzuschnitt verpresst. Anschließend wird das mit Harz durchsetzte Halbzeug auf einer Prepregschicht aus geraden Fasern entsprechend der gewünschten Form des Endproduktes angeordnet, und das Harz wird polymerisiert, um das gewünschte Bauteil zu erhalten. Nachteilig bei einem Verfahren gemäß der
EP 2 170 587 B1 sind lange Zykluszeiten und ein unter Umständen nicht durchgängig gleichmäßig mit Harz durchsetztes Halbzeug bzw. Faser-Kunststoffbauteil.
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In der
DE 10 2006 057 603 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von harzbeschichteten und/oder harzgetränkten Fasergebilden beschrieben. Ein Ausgangsfasergebilde wird kontinuierlich durch eine Vorrichtung geführt und an einer ersten Aufladungsstation elektrostatisch aufgeladen. Harzpartikel, welche insbesondere in Pulverform vorliegen, werden mit einem entgegengesetzten Ladungsvorzeichen an einer zweiten Aufladungsstation elektrostatisch aufgeladen. Diese aufgeladenen Harzpartikel werden auf das aufgeladene Ausgangsfasergebilde gesprüht. Die Harzpartikel belegen dabei aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft das Ausgangsfasergebilde. Anschließend wird das aufgesprühte Harz in einer Heizstation aufgeschmolzen, wodurch das Fasergebilde mit dem Harz beschichtet und zumindest teilweise umhüllt wird. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil langer Zykluszeiten und einer aufwändigen Anlagentechnik gekennzeichnet.
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Schließlich ist der
DE 100 35 237 C1 ist ein Verfahren und eine Produktionsanlage zum Herstellen von fasermattenverstärkten Kunststoffteilen zu entnehmen. Als Fasermatten ausgebildete Halbzeuge werden in eine Matrize eines Formwerkzeugs eingelegt und mit einem Matrixharz flächendeckend eingesprüht. Anschließend wird das Formwerkzeug geschlossen und erhitzt, wobei unter Wärmeeinwirkung das Faserverbundteil aushärtet und danach aus dem Formwerkzeug entnommen wird. Bei diesem Verfahren besteht das Problem, dass ein mit feuchtem Harz benetztes Halbzeug in der Matrize des Formwerkzeugs drapiert werden muss. Eine Handhabung eines solchen feuchten Halbzeuges ist aufwändig, weiterhin besteht das Risiko einer Verschmutzung des Formwerkzeugs und/oder des feuchten Halbzeuges.
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Insgesamt weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Teil lange Zykluszeiten und keine durchgängig gleichmäßige Durchsetzung der Halbzeuge mit Harz auf. Zudem ergeben sich zum Teil komplizierte Logistikketten bei der Herstellung der Faserverbundwerkstoffe, Einschränkungen bei den einsetzbaren Harzsystemen und lange Zykluszeiten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine schnelle und effiziente Fertigung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 2 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einer ersten Verfahrensvariante wird zur Herstellung eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff zunächst ein gekühlter Harzkörper hergestellt, der anschließend zusammen mit einem flächigen Faserhalbzeug in ein Formwerkzeug eingebracht wird. In diesem Formwerkzeug erfolgt mittels Druck- und/oder Temperatureinwirkung eine Durchtränkung des Faserhalbzeugs mit dem Harz. Anschließend erfolgt eine Aushärtung des Harzes, beispielsweise über heizbare Werkzeughälften bzw. Werkzeugeinsätze.
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Zur Herstellung des Harzkörpers wird ein flüssiges Harzsystem auf eine gekühlte Werkzeugoberfläche aufgebracht, vorzugsweise aufgesprüht, das Harzsystem sich beim Abkühlen verfestigt und ein Harzkörper (bzw. Harzfilm) entsteht, dessen Form im Wesentlichen der Kontur der gekühlten Werkzeugoberfläche entspricht. Die gekühlte Werkzeugoberfläche hat vorzugsweise eine Kontur, die einem Innenraum des Formwerkzeugs (und somit der Form des gewünschten Bauteils) zumindest näherungsweise entspricht. Der auf diese Weise erzeugte Harzkörper wird zusammen mit dem Faserhalbzeug in eine Werkzeughälfte des (mindestens zweiteiligen) Formwerkzeugs eingelegt. Die Größe und Form des Harzkörpers ist vorteilhafterweise der Form und Größe des Faserhalbzeugs in einer solchen Weise angepasst, dass der Harzkörper das Faserhalbzeug vollständig überdeckt. Es können auch mehrere Lagen von Faserhalbzeug und Harzkörper in die Werkzeughälfte eingelegt werden; vorteilhafterweise werden Stapel gebildet, in denen zwischen den einzelnen Lagen von Faserhalbzeug jeweils ein Harzkörper angeordnet ist. Das Formwerkzeug wird nun geschlossen, und durch den dabei im Innenraum des Formwerkzeugs entstehenden Druck und/oder durch Temperatureinwirkung wird das Faserhalbzeug (bzw. werden die gestapelten Faserhalbzeuge) von dem Harz durchdrungen. Anschließend wird das Harz durch Temperatureinwirkung ausgehärtet, und das auf diese Weise entstandene faserverstärkte Kunststoffbauteil wird aus dem Formwerkzeug entnommen.
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In einer zweiten Verfahrensvariante wird zur Herstellung des Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff zunächst ein Verbund aus einem Faserhalbzeug und einer darauf aufgetragenen, erstarrten Harzschicht hergestellt, der dann in ein Formwerkzeug eingebracht wird. In dem Formwerkzeug erfolgt mittels Druck- und/oder Temperatureinwirkung eine Durchtränkung des Faserhalbzeugs mit dem Harz. Anschließend erfolgt eine Aushärtung des Harzes, beispielsweise über heizbare Werkzeughälften bzw. Werkzeugeinsätze.
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Zur Herstellung des Verbunds aus Faserhalbzeug und Harzschicht wird zunächst das Faserhalbzeug auf eine gekühlte Werkzeugoberfläche drapiert; anschließend wird auf dieses gekühlte Faserhalbzeug ein Harzsystem aufgebracht, vorzugsweise aufgesprüht, das sich beim Abkühlen verfestigt; auf diese Weise entsteht ein gekühltes, mit einer Harzschicht versehenes Faserhalbzeug, dessen Form im Wesentlichen der Kontur der gekühlten Werkzeugoberfläche entspricht. Auch hier ist die gekühlte Werkzeugoberfläche vorzugsweise in einer solchen Weise gestaltet, dass ihre Kontur einem Innenraum des Formwerkzeugs (und somit der Form des gewünschten Bauteils) zumindest näherungsweise entspricht. Der auf diese Weise erzeugte Verbund aus Faserhalbzeug und erstarrter Harzbeschichtung wird nun (ggf. zusammen mit weiteren harzbeschichteten oder unbeschichteten Faserhalbzeugen) in eine Werkzeughälfte des (mindestens zweiteiligen) Formwerkzeugs eingelegt. Das Formwerkzeug wird geschlossen, und durch den dabei im Innenraum des Formwerkzeugs entstehenden Druck und/oder durch Temperatureinwirkung wird das harzbeschichtete Faserhalbzeug von dem Harz durchdrungen. Anschließend wird das Harz durch Temperatureinwirkung ausgehärtet, und das auf diese Weise entstandene faserverstärkte Kunststoffbauteil wird aus dem Formwerkzeug entnommen.
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In einer Kombination beider Verfahrensvarianten können mehrere Lagen gekühlter Harzschichten (Harzkörper) und/oder Verbunde aus Faserhalbzeugen mit Harzbeschichtung und/oder unbenetzter Faserhalbzeuge aufeinander gestapelt und im Formwerkzeug zu einem Bauteil verarbeitet werden. Es können insbesondere mehrere Harzkörper und als Fasermattenzuschnitt ausgebildete Halbzeuge in dem Formwerkzeug abwechselnd aufeinander geschichtet werden bzw. mehrere harzbeschichtete Faserhalbzeuge in dem Formwerkzeug aufeinander geschichtet werden, um ein Bauteil mit entsprechend höherer Materialdicke zu erzeugen. Durch Schließen dieses Formwerkzeuges werden die als Fasermattenzuschnitt ausgebildeten Halbzeuge von dem Harz des Harzkörpers bzw. der Harzbeschichtung durchdrungen, und durch eine anschließende Erhitzung des Harzes bildet sich ein ausgehärtetes, faserverstärktes Kunststoffbauteil aus.
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Es ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff notwendige Harz entweder als eigenständiger Harzkörper oder aber als Teil eines gekühlten Verbundes eines Faserhalbzeugs mit einer Harzschicht zugeführt wird. Im Unterschied zum RTM-Verfahren, bei dem ein als Fasermattenzuschnitt ausgebildetes Halbzeug in einem RTM-Werkzeug mit einem in das RTM-Werkzeug eingespritzten Harz durchtränkt wird, welches das Halbzeug in drei Raumrichtungen durchdringt und anschließend im RTM-Werkzeug ausgehärtet wird, um das fertige Bauteil zu schaffen, wird daher das als Fasermattenzuschnitt ausgebildete Halbzeug in einer solchen Weise mit einer Harzschicht versehen, dass im Werkzeug im Wesentlichen nur noch eine Durchdringung bzw. Durchtränkung des Halbzeugs in einer einzigen Raumrichtung erfolgen muss. Durch die schichtweise Belegung des Formwerkzeuges mit den Harzkörpern und den als Fasermattenzuschnitt ausgebildeten Halbzeugen bzw. den harzbeschichteten Faserhalbzeugen wird eine gleichmäßige Durchdringung des faserverstärkten Kunststoffteils sichergestellt, wodurch Kunststoffteile mit einer homogenen Verteilung von Harz und Fasern prozesssicher erzeugt werden können. Des Weiteren fallen bei der Herstellung der faserverstärkten Kunststoffteile ausschließlich verfestigte Harzkörper bzw. mit Harz im festen Aggregatzustand beschichtete Faserhalbzeuge an, deren Handhabung wesentlich einfacher ist als der Umgang mit feuchten, mit flüssigem Harz benetzten bzw. durchtränkten Halbzeugen. Dies trägt zu einer erhöhten Prozesssicherheit während der Herstellung der faserverstärkten Kunststoffteile bei, da nunmehr ausschließlich trockene Halbzeuge zu handhaben sind.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Erhitzen des Harzes im Formwerkzeug durch Beheizen von zumindest einer der Werkzeughälften. Das Harz der in das Formwerkzeug eingelegten Harzkörper bzw. der Verbunde aus Faserhalbzeug und Harzbeschichtung kann dadurch auf einfache Weise erhitzt werden. Zum einen kann dadurch die Viskosität des Harzes reduziert werden, so dass eine Durchdringung bzw. Durchtränkung des als Fasermattenzuschnitt ausgebildeten Halbzeugs begünstigt wird. Zum anderen kann bei einer entsprechenden Wahl des Harzsystems und einer entsprechend starken Beheizung zumindest einer der Werkzeughälften auf einfache Weise eine Aushärtung des Harzes erzielt werden.
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Als Harz kann insbesondere ein duroplastisches Harzsystem (Polyurethan, Epoxidharz etc.) eingesetzt wird, welches dem fertigen Kunststoffteil eine hohe Festigkeit verleiht, so dass diese Kunststoffteile einer erhöhten mechanischen Belastung standhalten können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das Harzsystem elektrisch leitfähige Partikel; dann kann das Harzsystem induktiv erhitzt werden. Die zur Erwärmung des Harzes notwendige Wärme entsteht unmittelbar im Harz selbst und muss nicht durch Wärmetransfer auf das Harz übertragen werden. Des Weiteren ist die zur Erhitzung des Harzes notwendige Wärmemenge gut steuerbar. Die induktive Erwärmung kann auch durch elektrisch nichtleitende Materialien hindurch erfolgen, wobei die Umgebung des Harzes nur indirekt erwärmt wird. Des Weiteren müssen in dem Werkzeug keine zusätzlichen Leitungen und Anschlüsse für eine Realisierung der einzubringen Wärmemenge angebracht werden, was den Werkzeugaufbau vereinfacht.
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Zum Herstellen der Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff kommt eine Vorrichtung zum Einsatz, die ein Preformwerkzeug mit einer Kühlbaren Werkzeugoberfläche, ein Formwerkzeug mit mindestens zwei beweglich zueinander gelagerten Werkzeughälften und eine Sprüheinrichtung zum Aufbringen eines Harzes auf die Werkzeugoberfläche des Preformwerkzeugs umfasst.
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Vorteilhafterweise ist zumindest eine der Werkzeughälften des Formwerkzeugs temperierbar, d. h. kühlbar und/oder heizbar. Ist diese Werkzeughälfte heizbar, dann kann die Erhitzung der in das Formwerkzeug eingelegten Harzkörper bzw. Verbunde aus Faserhalbzeug und harzbeschichtung mit Hilfe dieser Werkzeughälfte erfolgen. Ist diese Werkzeughälfte kühlbar, dann kann die Erzeugung des Harzkörpers bzw. des Verbundes aus Faserhalbzeug und Harzbeschichtung direkt auf dieser Werkzeughälfte durchgeführt werden, so dass diese Werkzeughälfte als Preformwerkzeug verwendet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Herstellung des Harzkörpers bzw. des Verbundes aus Faserhalbzeug und Harzschicht und die Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils in ein- und demselben Werkzeug bzw. Formwerkzeug vorgenommen werden. Zeitaufwändige Werkzeugwechsel und ein damit verbundener Transport der Halbzeuge zwischen verschiedenen Werkzeugen können dadurch entfallen. Zudem können durch die mögliche Einsparung von Werkzeugen Kostenvorteile bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen erzielt werden.
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Weiterhin sind zweckmäßigerweise automatisierbare Handhabungsvorrichtungen zum Entnehmen des Harzkörpers bzw. des Verbundes aus Faserhalbzeug und Harzschicht aus dem Preformwerkezug und/oder zum Einlegen in das Formwerkzeug und zum Entnehmen des ausgehärteten faserverstärkten Kunststoffbauteils aus dem Formwerkzeug vorgesehen. Auf diese Weise kann eine automatisierte Bauteilherstellung realisiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung einzelner Prozessschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Harzkörpers, bei dem ein Harz auf ein gekühltes Preformwerkzeug aufgesprüht wird und sich infolgedessen auf dem Preformwerkzeug ein Harzkörper ausbildet, welcher anschließend von dem Preformwerkzeug entnommen wird;
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2 eine schematische Darstellung einzelner Prozessschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbunds eines Faserhalbzeugs und einem Harzkörper, bei dem ein gekühltes Preformwerkzeug mit einem als Fasermattenzuschnitt ausgebildeten Faserhalbzeug belegt wird, ein Harz auf das Faserhalbzeug aufgesprüht wird und sich unter Abkühlung des Harzes ein Faserhalbzeug mit einer Harzschicht ausbildet, das anschließend aus dem Preformwerkzeug entnommen wird; und
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3 eine schematischen Darstellung einzelner Prozessschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff, bei dem ein Stapel aus abwechselnd aufeinander geschichteten Harzkörpern und Faserhalbzeugen in ein Formwerkzeug eingelegt wird, das Harz im Formwerkzeug ausgehärtet und ein fertiges faserverstärktes Kunststoffbauteil aus dem Formwerkzeug wieder entnommen wird.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines (im festen Aggregatzustand vorliegenden) Harzkörpers 18 aus einem (bei erhöhter Temperatur flüssigen) Harzsystem. Auf eine Werkzeugoberfläche 11 eines gekühlten Preformwerkzeugs 10 wird mittels einer Sprüheinrichtung 12, beispielsweise eines Sprühkopfes, ein flüssiges Harz 14 aufgetragen. Das Harz 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein duroplastisches Harzsystem, beispielsweise ein Epoxidharz. Um das Epoxidharz ohne unzulässig starke Lufteinschlüsse sprühend, d. h. in einem offenen System, bearbeiten zu können, wird das Epoxidharz in der Sprüheinrichtung 12 in einem dünnflüssigen (d. h. niederviskosen) Zustand zugeführt und mit einer aus der Lackiertechnik bekannten Einrichtung in Form einer Misch- und Sprühdüse aufgetragen, in der die einzelnen Komponenten des Harzes 14 der Misch- und Sprühdüse in gesonderten Leitungen zugeführt und erst in der Mischdüse innig miteinander vermischt werden.
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Die von der Sprüheinrichtung 12 abgesonderten Harztröpfchen treffen auf die Werkzeugoberfläche 11. Die Temperatur der Werkzeugoberfläche 11 ist dabei in einer solchen Weise gekühlt, dass das aufgesprühte Harz 14 auf der Oberfläche 11 verfestigt und eine Harzschicht 16 bildet, die auf der kühlen Werkzeugoberfläche 11 aufwächst und einen Harzkörper 18 bildet, der eine zumindest im Wesentlichen der Kontur der Werkzeugoberfläche 11 entsprechende Form aufweist. Nach Fertigstellung des Harzkörpers 18 wird dieser mittels in 1 nicht dargestellten Handhabungsvorrichtung aus dem gekühlten Preformwerkzeug 10 bzw. von der Werkzeugoberfläche 11 entnommen. Hierzu kann insbesondere ein (in 1 nicht gezeigter) Roboter verwendet werden.
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In 2 ist eine alternative Verfahrensabfolge zu den in 1 gezeigten Verfahrensschritten dargestellt. Die gezeigte Anordnung weist ebenfalls ein Preformwerkzeug 10 mit einer gekühlten Werkzeugoberfläche 11 und eine Sprüheinrichtung 12 mit einer Misch- und Sprühdüse auf. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Verfahrensabfolge wird in dem vorliegenden Fall zunächst ein als Fasermattenzuschnitt ausgebildetes Faserhalbzeug 20 auf die gekühlte Werkzeugoberfläche 11 des Preformwerkzeugs 10 aufgelegt. Bei dem Faserhalbzeug 20 kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Prepreg handeln. Der Begriff „Prepreg” soll in diesem Zusammenhang ein Halbzeug, aus Endlosfasern bezeichnen, dem (in einem vorgelagerten, in 2 nicht gezeigten Prozessschritt) mit Hilfe eines Bindermaterials eine dreidimensionale Kontur aufgeprägt wurde, die zumindest näherungsweise der dreidimensionalen Kontur der Werkzeugoberfläche 11 entspricht. Das Faserhalbzeug 20 legt sich an die gekühlte Werkzeugoberfläche 11 des Preformwerkzeugs 10 an. Anschließend wird mit der Sprüheinrichtung 12 ein Harz 14 auf das Faserhalbzeug 20 aufgebracht. Aufgrund der Kühlung der Werkzeugoberfläche 11 kühlt das aufgesprühte Harz 16 auf dem Faserhalbzeug 20 ab und erstarrt zu einem Harzkörper 18. Auf diese Weise bildet sich ein Verbund 22 aus dem Harzkörper 18 und dem Faserhalbzeug 20 aus. Da das Harz 14 im flüssigen Zustand auf das Faserhalbzeug 20 aufgebracht wird, weist der Harzkörper 18 eine Form auf, die im Wesentlichen der Kontur des Faserhalbzeug 20 entspricht. Der aufgrund der Abkühlung des aufgetragenen Harzes 14 ausgebildete Verbund 22 aus Harzkörper 18 und Faserhalbzeug 20 wird mittels einer in 2 nicht dargestellten Einrichtung aus dem gekühlten Preformwerkzeug 10 bzw. von der Werkzeugoberfläche 11 entnommen. Auch hier kann die Entnahme des Faserhalbzeugs 20 mit Hilfe eines (in 2 nicht gezeigten) Roboters erfolgen.
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In 3 ist ein sich an die in 1 bzw. 2 gezeigten Verfahrensschritte anschließender Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils 30 aus faserverstärktem Kunststoff dargestellt. In ein Formwerkzeug 24 mit einer ersten Werkzeughälfte 26 und einer zweiten Werkzeughälfte 28 wird eine Anordnung 23 aus abwechselnd aufeinander geschichteten Harzkörpern 18 und Faserhalbzeugen 20 eingelegt. Bei der dargestellten Anordnung 23 kann es sich beispielsweise um eine wechselweise Aufschichtung von aus dem in 1 gezeigten Verfahrensablauf stammenden Harzkörpern 18 und als Fasermattenzuschnitt ausgebildeten Faserhalbzeugen 20 handeln. Genauso gut kann die Anordnung 23 aber auch aus mehreren Verbünden 22 aufgebaut sein, die aus dem in 2 gezeigten Verfahrensablauf stammen. Je nach gewünschter Dicke des faserverstärkten Kunststoffteils 30 werden unterschiedlich viele Schichten bestehend aus Harzkörpern 18 und Faserhalbzeugen 20 zu der Anordnung 23 aufgeschichtet. Dabei ist es durchaus auch möglich, dass die Anordnung 23 lediglich aus einem Harzkörper 18 und einem Faserhalbzeug 20 aufgebaut ist.
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Nachdem die Anordnung 23 auf die untere erste Werkzeughälfte 26 eingelegt worden ist, wird die zweite Werkzeughälfte 28 des Formwerkzeugs 24 in Richtung der ersten Werkzeughälfte 26 abgesenkt, wodurch auf die Anordnung 23 ein Druck ausgeübt wird und das Faserhalbzeug 20 von dem Harz 14 des Harzkörpers 18 durchdrungen wird. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus der Anordnung 23 mit wechselweise übereinander angeordneten Harzkörpern 18 und Faserhalbzeugen 20 wird dabei eine gleichmäßige Durchdringung des Faserhalbzeugs 20 mit dem Harz des Harzkörpers 18 sichergestellt. Der Harzkörper 18 bedeckt die Oberfläche des Faserhalbzeugs 20 nämlich aufgrund der gegebenen Anordnung 23 bereits vollständig, und daher muss das Harz 14 das Faserhalbzeug 20 lediglich noch im Wesentlichen in einer Raumrichtung durchdringen. Um eine Durchdringung der jeweiligen Faserhalbzeuge 20 mit dem Harz 14 zu erleichtern, kann das Harz 14 der jeweiligen Harzkörper 18 bzw. die gesamte Anordnung 23 erhitzt werden, um die Viskosität des Harzes 14 herabzusetzen. Eine solche Erhitzung kann beispielsweise durch Beheizen von zumindest einer der Werkzeughälften 26, 28 erfolgen. Es ist aber auch genauso gut denkbar, dass das Harz 14 vor dem Erhitzen mit elektrisch leitfähigen Partikeln versehen wird. Dadurch kann das Harz 14 beispielsweise auch induktiv erhitzt werden. Vor und während dem Durchdringen des Faserhalbzeugs 20 mit dem Harz 14 ist jedoch unbedingt darauf zu achten, dass keine so hohe Temperatur im Harz erreicht wird, dass das Harz bereits frühzeitig aushärtet. Eine solche Aushärtung des Harzes 14 geschieht üblicherweise durch eine Polymerisationsreaktion, kann aber auch thermisch ausgelöst werden.
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Nach dem Schließen der beiden Werkzeughälften 26, 28 und der Durchdringung der Faserhalbzeuge 20 mit dem Harz 14 wird das Harz 14 so weit erhitzt, bis es aushärtet. Das Erhitzen des Harzes 14 kann dabei wiederum durch Beheizen von zumindest einer der Werkzeughälften 26, 28 oder durch eine induktive Erhitzung des mit elektrisch leitfähigen Partikeln versehenen Harzes 14 erfolgen. Während des Aushärtevorgangs des Harzes 14 bildet sich ein ausgehärtetes, faserverstärktes Kunststoffbauteil 30 innerhalb des geschlossenen Formwerkzeuges 24 aus. Nach Beendigung des Aushärtevorgangs werden die Werkzeughälften 26, 28 geöffnet, und das ausgehärtete, faserverstärkte Kunststoffbauteil 30 wird mittels einer hier nicht dargestellten Einrichtung, beispielsweise eines Roboters, aus dem Formwerkzeug 24 entnommen.
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Das Formwerkzeug 24 kann auch zumindest eine kühlbare Werkzeughälfte 26, 28 umfassen. Dadurch wird es möglich, die in den 1 bis 3 gezeigten Verfahrensabläufe in ein- und demselben Werkzeug durchzuführen. Mit anderen Worten gleicht das Werkzeug 10 dem Formwerkzeug 24, sodass die Herstellung des Harzkörpers 18 oder die Herstellung des zweischichtigen Verbunds 22 aus Harzkörper 18 und Faserhalbzeug 20 und die Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils 30 in ein und demselben Werkzeug erfolgen können. Je nach gewünschter Dicke des Kunststoffteils 30 ist eine entsprechend hohe Kühlleistung der beispielsweise ersten Werkzeughälfte 26 vorzusehen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein auf die erste Werkzeughälfte 26 gelegtes Faserhalbzeug 20 ausreichend abgekühlt ist, wenn mittels der Einheit 12 das Harz 14 auf das Faserhalbzeug 20 aufgetragen wird und dieses abkühlt und sich der Harzkörper 18 ausbildet. Die hohe Kühlleistung ist insbesondere dann erforderlich, wenn mehrere Schichten aus Faserhalbzeugen 20 und Harzkörpern 18 zu einer entsprechenden Anordnung 23 ausgebildet werden sollen, damit das aufgebrachte Harz 14 abkühlen und zu einem Harzkörper 18 erstarren kann. Anschließend kann, wie bereits beschrieben, das Absenken der zweiten Werkzeughälfte 28, die Durchdringung der Faserhalbzeuge 20 mit dem Harz 14, die Ausbildung eines ausgehärteten, faserverstärkten Kunststoffbauteils 30 unter Aushärtung des Harzes und schließlich eine Entnahme des Kunststoffbauteils 30 aus dem geöffneten Formwerkzeug 24 erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2170587 B1 [0003, 0003]
- DE 102006057603 A1 [0004]
- DE 10035237 C1 [0005]
