DE102012102407A1 - Method for thermoplastic tape laying, the use of a tape and a tape - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape.The invention relates to a method for thermoplastic tape laying, the use of a tape and a tape.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape.The invention relates to a method for thermoplastic tape laying, the use of a tape and a tape.

Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen dienen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV). Ein thermoplastischer Faser-Kunststoff-Verbund besteht aus Verstärkungsfasern, die in eine Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff eingelagert sind. Aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund erstellte Werkstücke zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aus und werden regelmäßig beispielweise in der Fahrzeugindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt.Process for the thermoplastic tape laying serve to create a workpiece made of a thermoplastic fiber-plastic composite (FKV). A thermoplastic fiber-plastic composite consists of reinforcing fibers, which are embedded in a matrix of a thermoplastic material. Made of a thermoplastic fiber-plastic composite workpieces are characterized by a high strength and rigidity and are regularly used for example in the automotive industry and in aerospace technology.

Zur Erstellung von Werkstücken aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund sind sogenannte thermoplastische Tapelegeverfahren bekannt. Dabei werden bandförmige Halbzeuge aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund, die sogenannten Tapes, auf der Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils abgelegt. Das Tapelegen erfolgt heutzutage üblicherweise automatisiert, wobei die Tapes richtungs- und positionsvariabel auf ebenen oder gekrümmten Oberflächen eines Werkzeugs oder Bauteils abgelegt werden. Unterschieden wird beim Tapelegen insbesondere zwischen dem duroplastischen Tapelegen und dem thermoplastischen Tapelegen. Beim duroplastischen Tapelegen werden Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem duroplastischen Kunststoff eingesetzt.For the production of workpieces made of a thermoplastic fiber-plastic composite so-called thermoplastic Tapelegeverfahren are known. This band-shaped semi-finished products made of a thermoplastic fiber-plastic composite, the so-called tapes, placed on the surface of a tool or component. Tape laying is nowadays usually automated, the tapes being directionally and positionally stored on flat or curved surfaces of a tool or component. In the case of tape laying, differences are made in particular between the thermosetting tape laying and the thermoplastic tape laying. When thermosetting Tapelegen tapes are used in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermosetting plastic.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, bei dem Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff eingesetzt werden.The present invention relates to a process for thermoplastic tape laying, in which tapes are used in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material.

Beim thermoplastischen Tapelegen werden heutzutage unidirektional endlosfaserverstärkte, vollständig imprägnierte und konsolidierte Tapes verwendet. Die thermoplastischen Tapes werden üblicherweise auf Spulen gewickelt zur Verfügung gestellt und beim Tapelegen kontinuierlich von der Spule abgewickelt und auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils abgelegt. Unmittelbar vor dem Ablegen, während des Ablegens oder unmittelbar nach dem Ablegen werden die Tapes beziehungsweise die auf der Oberfläche abzulegenden oder abgelegten Abschnitte der Tapes, lokal über die Schmelztemperatur des Thermoplasten des Tapes erhitzt. Nachdem die auf der Oberfläche abgelegten Tapes abgekühlt sind und der Thermoplast wieder erhärtet ist, bilden die Tapes ein Werkstück aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund. Dieses Werkstück kann in der Regel bereits als finales Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund zur Verfügung gestellt werden.Today, unidirectionally continuous fiber reinforced, fully impregnated and consolidated tapes are used in thermoplastic tape laying. The thermoplastic tapes are usually provided wound on reels and continuously unwound from the reel during tape laying and deposited on a surface of a tool or component. Immediately before depositing, during deposition or immediately after depositing, the tapes or the portions of the tapes to be deposited or deposited on the surface are heated locally above the melting temperature of the thermoplastic of the tape. After the tapes deposited on the surface have cooled and the thermoplastic has hardened again, the tapes form a workpiece made of a thermoplastic fiber-plastic composite. This workpiece can usually be made available as a final component of a fiber-plastic composite available.

Grundsätzlich haben sich entsprechende Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen bewährt. Insbesondere können Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen problemlos durchgeführt werden, soweit die Tapes in geodätischen Bahnen auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils abgelegt werden können. Vielfach ist es jedoch nicht möglich, die Tapes allein in geodätischen Bahnen auf der Oberfläche abzulegen. Vielmehr müssen die Tapes auf Grund der spezifischen Oberfläche, auf der sie abgelegt werden, regelmäßig auch kurvenförmig abgelegt werden. Bei einem kurvenförmigen Ablegen werden die Tapes zumindest auch teilweise in der Ebene der Tapes gebogen beziehungsweise gekrümmt. Dabei kann es zu einer Faltenbildung beziehungsweise Ondulation der Tapes auf der Kurveninnenseite der Tapes kommen. Eine solche Faltenbildung beziehungsweise Ondulation der Tapes beim Tapelegen kann die Eigenschaften eines hieraus gebildeten Werkstückes nachteilig beeinflussen.In principle, corresponding processes for thermoplastic tape laying have proven successful. In particular, methods for thermoplastic tape laying can be performed easily, as far as the tapes can be stored in geodesic paths on the surface of the tool or component. In many cases, however, it is not possible to deposit the tapes in geodesic webs on the surface alone. Rather, due to the specific surface on which they are deposited, the tapes must regularly also be laid in a curve. In a curved placing the tapes are at least partially bent or curved in the plane of the tapes. This can lead to a wrinkling or ondulation of tapes on the inside of the curve tapes. Such wrinkling or ondulation of the tapes during tape laying can adversely affect the properties of a workpiece formed therefrom.

Der Stand der Technik bietet keine Lösung des Problems, wie bei einer kurvenförmigen Ablage der Tapes beim thermoplastischen Tapelegen eine Ondulation der Tapes vermieden werden kann.The prior art does not provide a solution to the problem, as in a curved storage of the tapes in the thermoplastic tape laying an ondulation of the tapes can be avoided.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund zur Verfügung zu stellen, durch das Tapes auch bei einem kurvenförmigen Ablegen der Tapes ondulationsfrei auf einer Oberfläche eines Werkstückes oder Bauteils ablegbar sind.The present invention is based on the object to provide a method for thermoplastic tape laying for creating a workpiece made of a thermoplastic fiber-plastic composite, ondulationsfrei can be stored on a surface of a workpiece or component by the tapes even with a curved placement of the tapes are.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, das die folgenden Schritte umfasst:

  • – Zur Verfügungstellung wenigstens eines Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff;
  • – Erhitzen zumindest eines Abschnittes des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs;
  • – Ablegen des erhitzten Abschnittes des Tapes auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils;
  • – Abkühlen des Tapes zur Erstellung eines Werkstücks;
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.In order to achieve this object, the invention provides a method for the thermoplastic tape laying for producing a workpiece from a fiber-plastic composite, which comprises the following steps:
  • - Providing at least one tape in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material;
  • - Heating at least a portion of the tape to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material;
  • - depositing the heated portion of the tape on a surface of a tool or component;
  • - cooling the tape to create a workpiece;
characterized in that the reinforcing fibers are in the form of staple fibers.

Die Erfindung beruht auf der erfindungsgemäßen Grunderkenntnis, dass Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff bei einem thermoplastischen Tapelegeverfahren auch bei einem kurvenförmigen Ablegen der Tapes ondulationsfrei abgelegt werden können, wenn die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern im Tape vorliegen. The invention is based on the basic knowledge according to the invention that tapes in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material in a thermoplastic Tapelegeverfahren can be stored ondulationsfrei even with a curved placement of tapes when the reinforcing fibers are present in the form of staple fibers in the tape ,

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass das Erhitzen des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs unmittelbar vor dem Ablegen des Tapes auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils eine Bewegung der Stapelfasern in dem Tape gegeneinander erlaubt. Auf Grund dieser möglichen Bewegung der Stapelfasern gegeneinander in dem Abschnitt des Tapes, in dem der Thermoplast des Tapes durch das Erhitzen über seine Schmelztemperatur erhitzt ist, kann das Tape kurvenförmig abgelegt werden, ohne dass das Tape auf der Kurveninnenseite Falten bildet oder onduliert.According to the invention, it has been found that heating the tape to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic immediately before depositing the tape on a surface of a tool or component allows movement of the staple fibers in the tape against each other. Due to this possible movement of the staple fibers against each other in the portion of the tape in which the thermoplastic of the tape is heated by heating above its melting temperature, the tape can be curled without the tape forming wrinkles or undulating on the inside of the tape.

Die mögliche Bewegung der Verstärkungsfasern in dem erhitzten Abschnitt des Tapes gegeneinander beruht offenbar insbesondere darauf, dass diese keine endlose oder kontinuierliche Länge aufweisen und daher zumindest mit einem ihrer beiden Enden in dem Abschnitt des Tapes liegen, der über die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs erhitzt wird, so dass die Fasern an diesem Ende relativ zu anderen Verstärkungsfasern des Tapes bewegbar sind. Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten thermoplastischen Tapes, bei denen die Verstärkungsfasern stets in Form von Endlosfasern vorlagen, ist eine solche Bewegung der Fasern gegeneinander nicht möglich.The possible movement of the reinforcing fibers in the heated portion of the tape against each other evidently is based in particular on the fact that they have no endless or continuous length and therefore lie at least with one of its two ends in the portion of the tape which is heated above the melting temperature of the thermoplastic, such that the fibers are movable at this end relative to other reinforcing fibers of the tape. In the previously known from the prior art thermoplastic tapes in which the reinforcing fibers were always in the form of continuous fibers, such a movement of the fibers against each other is not possible.

Unter dem Begriff Werkstück wird, soweit hierin verwendet, sowohl ein fertiges Bauteil als auch ein Halbzeug in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes verstanden.As used herein, the term workpiece is understood to mean both a finished component and a semifinished product in the form of a fiber-plastic composite.

Unter Stapelfasern werden bekanntermaßen verhältnismäßig kurze, aber noch verspinnbare Fasern verstanden, die regelmäßig in einer Länge im Bereich von 10 bis 1.000 mm vorliegen. Erfindungsgemäß werden bevorzugt Stapelfasern mit einer Länge im Bereich von 10 bis 200 mm eingesetzt.By staple fibers, as is known, relatively short, but still spinnable fibers are understood to be present regularly in a length in the range from 10 to 1000 mm. According to the invention, staple fibers having a length in the range of 10 to 200 mm are preferably used.

Die Tapes werden erfindungsgemäß bevorzugt unmittelbar vor ihrem Ablegen oder währen des Ablegens auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Tapes erhitzt. Bevorzugt wird nur ein verhältnismäßig kurzer Abschnitt des Tapes erhitzt, insbesondere ein Abschnitt, der unmittelbar im Anschluss an die Erhitzung auf der Oberfläche abgelegt wird.According to the invention, the tapes are preferably heated to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material of the tape immediately before they are deposited or during depositing on the surface of the tool or component. Preferably, only a relatively short section of the tape is heated, in particular a section which is deposited on the surface immediately after heating.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des Tape mindestens auf einer Länge erhitzt wird, die der doppelten Länge der längsten Stapelfasern des Tapes entspricht. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass das Tape bei einer Erhitzung auf einer solchen Mindestlänge besonders gut ondulationsfrei kurvenförmig ablegbar ist.According to an embodiment it can be provided that a portion of the tape is heated at least over a length which is twice the length of the longest staple fibers of the tape. According to the invention, it has been found that the tape can be deposited curvilinearly particularly well on undulation when heated to such a minimum length.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung gestellten Tapes können die aus dem Stand der Technik bekannten Dicken und Breiten aufweisen. Beispielsweise können die Tapes eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm aufweisen, und beispielsweise eine Breite im Bereich von 5 bis 30 mm aufweisen.The tapes provided for the method according to the invention may have the thicknesses and widths known from the prior art. For example, the tapes may have a thickness in the range of 0.1 to 1 mm and, for example, have a width in the range of 5 to 30 mm.

Die Verstärkungsfasern sowie der thermoplastische Kunststoff des Tapes können die aus dem Stand der Technik bekannten Verstärkungsfasern und thermoplastischen Kunststoffe sein. Beispielsweise können die Stapelfasern Verstärkungsfasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Stahl, Bor oder SiC sein. Der thermoplastische Kunststoff kann beispielsweise ein Kunststoff in Form von Polypropylen (PP), Polyamid 66, Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) sein.The reinforcing fibers as well as the thermoplastic of the tape may be the reinforcing fibers and thermoplastics known from the prior art. For example, the staple fibers may be reinforcing fibers of glass, carbon, aramid, steel, boron or SiC. The thermoplastic may, for example, be a plastic in the form of polypropylene (PP), polyamide 66, polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS) or polyether ether ketone (PEEK).

Zur Erhitzung des Tapes kann auf beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Aufheizvorrichtungen zur Erhitzung von Tapes beim thermoplastischen Tapelegen zurückgegriffen werden, beispielsweise eine Flammen- oder Laseraufheizvorrichtung.For heating the tape, any known from the prior art heating devices for heating tapes in the thermoplastic tape laying can be used, for example, a flame or Laseraufheizvorrichtung.

Das Ablegen des Tapes auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils kann durch die hierzu aus dem Stand der Technik bekannten Mittel erfolgend, beispielsweise durch einen Tapelegekopf. Bei einem Tapelegekopf handelt es sich um eine drehbare und regelmäßig auch schwenkbare Walze oder Rolle, die ein Tape aufnehmen und rollend auf einer Oberfläche ablegen kann. Beim Ablegen kann der Tapelegekopf insbesondere unter Andruck gegen die Oberfläche geführt sein.The laying of the tape on the surface of the tool or component can take place by the means known from the prior art, for example by a tape cutter head. A tape head is a rotatable and regularly pivotable roller or roller, which can take a tape and roll on a surface. When placing the tape head can be performed in particular under pressure against the surface.

Nach dem Ablegen des erhitzten Tapes auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteilsoberfläche kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Druck auf das Tape aufgebracht werden. Dieser Druck kann insbesondere durch den Tapelegekopf auf das Tape aufgebracht werden. Durch das Aufbringen von Druck auf das abgelegte Tape kann insbesondere eine vollständige Konsolidierung des Tapes erzeugt oder erhalten werden.After laying the heated tape on the tool surface or component surface, as known from the prior art, pressure is applied to the tape. This pressure can be applied in particular by the tape head on the tape. By applying pressure to the deposited tape in particular a complete consolidation of the tape can be created or obtained.

Das Tape kann – vor der Ablage auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche – vollständig konsolidiert oder nicht vollständig konsolidiert zur Verfügung gestellt werden.The tape can be made fully consolidated or not fully consolidated before being deposited on the tool surface or component surface.

Bei einem vollständig konsolidierten Tape aus einem Faser-Kunststoff-Verbund sind die Verstärkungsfasern vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff imprägniert und die Freiräume zwischen den Fasern vollständig mit dem Kunststoff ausgefüllt. In a fully consolidated tape made of a fiber-plastic composite, the reinforcing fibers are completely impregnated with the thermoplastic and the spaces between the fibers are completely filled with the plastic.

Bei einem nicht vollständig konsolidierten Tape sind die Freiräume zwischen den Fasern nicht oder nur teilweise mit dem Kunststoff ausgefüllt.If the tape is not completely consolidated, the free space between the fibers is not or only partially filled with the plastic.

Soweit das Tape beim Ablegen bereits vollständig konsolidiert ist, hat dies den Vorteil, dass das nach dem Abkühlen des thermoplastischen Kunststoffs erhaltende Werkstück in Form eines fertigen Bauteils vorliegen kann. Eine weitere Behandlung des nach dem Abkühlen erhaltenden Werkstücks ist zum Erhalt eines fertigen Bauteils damit nicht notwendig.As far as the tape is already completely consolidated when depositing, this has the advantage that the obtained after cooling of the thermoplastic material workpiece may be present in the form of a finished component. Further treatment of the workpiece obtained after cooling is not necessary for obtaining a finished component.

Der Anteil der Verstärkungsfasern in dem vollständig konsolidierten Tape kann beispielsweise im Bereich von 30 bis 70 Volumen-%, bezogen auf das Volumen des Tapes, liegen.The proportion of reinforcing fibers in the fully consolidated tape may, for example, be in the range of 30 to 70% by volume based on the volume of the tape.

Soweit das Tape für das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines nicht vollständig konsolidierten Faser-Kunststoff-Verbundes zur Verfügung gestellt wird, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Kunststoff bereits ganz oder teileweise imprägniert sind, aber der Freiraum zwischen den Fasern nicht oder weitgehend nicht mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt ist. Entsprechend nicht konsolidierte Tapes können daher beispielsweise insbesondere auch in Form von vorimprägnierten Faserbündeln zur Verfügung gestellt werden. Tapelegeverfahren, bei denen Tapes in Form solcher Faserbündel eingesetzt werden, werden auch als „fiber placement” bezeichnet und sind bisher allein aus der Technologie des duroplastischen Tapelegens bekannt. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Fasern bei nicht vollständig konsolidierten Tapes ganz oder teilweise mit dem Thermoplasten imprägniert beziehungsweise beschichtet sind. Bevorzugt sind die Fasern bei nicht vollständig konsolidierten Tapes mit einem Pulver aus einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet. Der Anteil an dem thermoplastischen Kunststoffpulver, bezogen auf die Gesamtmasse des Tapes, kann beispielsweise im Bereich von nur 0,2 bis 5 Masse-% liegen, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 Masse-%. Nach dem Erhitzen, Ablegen und Abkühlen eines entsprechend nicht vollständig konsolidierten Tapes auf dem Werkstück gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man ein Werkstück aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bei dem zwischen den Fasern Freiräume verbleiben, die noch nicht vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt sind. Ein solches Werkstück kann insbesondere als Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug zur Verfügung gestellt werden und in sich an das Tapelegen anschließenden Bearbeitungsschritten zu einem finalen Bauteil weiterverarbeitet werden. Der Vorteil an einem solchen, durch das erfindungsgemäße Verfahren erstellten Werkstück in Form eines Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeuges liegt insbesondere darin, das dieses auf Grund seiner Freiräume mit einem Kunststoff verfüllt werden kann und anschließend zum finalen Bauteil weiterverarbeitet werden kann. Dies schafft einen großen Freiraum bei der weiteren Verarbeitung des Werkstückes zum finalen Bauteil. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in das Werkstück nach seiner Erstellung beziehungsweise der vollständigen Erhärtung des Thermoplasten ein Duroplast eingebracht wird. Beispielsweise kann ein duroplastischer Kunststoff durch ein Autoklav-Verfahren oder ein Vakuuminjektions-Verfahren in das Werkstück eingebracht werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der in die Freiräume eingebrachte Duroplast die Freiräume vollständig ausfüllt. Nach der anschließenden vollständigen Vernetzung beziehungsweise Solidifikation des Duroplasten erhält man ein finales Bauteil. Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass zur Erstellung des Werkstückes, in das ein Duroplast einbringbar ist, ein thermoplastisches Tapelegeverfahren verwendet werden kann, das im Gegensatz zu duroplastischen Tapelegeverfahren mit einer wesentlich einfacheren Verfahrenstechnik durchführbar ist. Gleichzeitig lässt sich durch diese Ausführungsform jedoch ein Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund erstellen, bei dem der Kunststoff weitgehend in Form eines Duroplasten vorliegt, der gegenüber einem thermoplastischen Kunststoff für zahlreiche Anwendungen vorteilhaftere Eigenschaften aufweist.As far as the tape is provided for the inventive method in the form of a not fully consolidated fiber-plastic composite, may be provided in particular that the reinforcing fibers are impregnated with the thermoplastic already completely or partially, but the space between the fibers or not is largely not filled with the thermoplastic material. Correspondingly unconsolidated tapes can therefore be made available, for example, in particular in the form of preimpregnated fiber bundles. Tape laying processes employing tapes in the form of such fiber bundles are also referred to as "fiber placement" and have heretofore been known solely from the technology of thermoset taping. According to the invention, it may be provided that the fibers are completely or partially impregnated or coated with the thermoplastic in the case of not completely consolidated tapes. Preferably, in the case of incompletely consolidated tapes, the fibers are coated with a powder of a thermoplastic. The proportion of the thermoplastic polymer powder, based on the total mass of the tape, may for example be in the range of only 0.2 to 5 mass%, preferably in the range of 0.5 to 2 mass%. After heating, depositing and cooling a correspondingly not completely consolidated tapes on the workpiece according to the method according to the invention to obtain a workpiece made of a fiber-plastic composite in which remain between the fibers clearances that are not yet completely filled with the thermoplastic material , Such a workpiece can be made available, in particular, as a fiber-plastic composite semifinished product and further processed into a final component in processing steps subsequent to the tape laying. The advantage of such a workpiece produced by the method according to the invention in the form of a fiber-plastic composite semi-finished product lies in the fact that it can be filled with a plastic due to its clearances and can then be further processed to form the final component. This creates a great deal of freedom in the further processing of the workpiece to the final component. According to a particularly preferred embodiment, it is provided that a thermoset is introduced into the workpiece after its creation or the complete hardening of the thermoplastic. For example, a thermosetting plastic may be introduced into the workpiece by an autoclave method or a vacuum injection method. It is preferably provided that the thermoset introduced into the free spaces completely fills the open spaces. After the subsequent complete crosslinking or solidification of the thermoset, a final component is obtained. The advantage of this embodiment of the method according to the invention lies in particular in the fact that a thermoplastic tape laying method can be used to produce the workpiece into which a thermosetting resin can be introduced, which, in contrast to thermosetting tape laying methods, can be carried out with a considerably simpler process technology. At the same time, however, a component of a fiber-plastic composite can be produced by this embodiment, wherein the plastic is largely in the form of a thermoset, which has over a thermoplastic for many applications more advantageous properties.

Im übrigen kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die zum thermoplastischen Tapelegen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Techniken zurückgegriffen werden, insbesondere die Aufwicklung und zur Verfügungstellung der Tapes auf einer Halbzeugspule, die Förder- und Führungstechnik zur Zuführung der Tapes von der Spule auf die Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche, das Erhitzen des Tapes vor oder bei der Ablage auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche, das Ablegen des erhitzten Tapes auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche, das Aufbringen von Druck auf das abgelegte Tape sowie das Abtrennen von auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche abgelegten Abschnitten des Tapes.Moreover, in the implementation of the method according to the invention can be used on the thermoplastic tapes of the prior art known methods and techniques, in particular the winding and providing the tapes on a semi-finished coil, the conveying and guiding technique for feeding the tapes of the coil to the tool surface or component surface, heating the tape prior to or during deposition on the tool surface or component surface, depositing the heated tape on the tool surface or component surface, applying pressure to the deposited tape, and separating from the tool surface or component surface Sections of the tape.

Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Tape vor dem Ablegen – vor oder nach dem Erhitzen des Tapes – vordrapiert wird. Durch eine Vordrapierung wird das Tape in eine Form gebracht, die der späteren Geometrie des Tapes beim Ablegen auf der Oberfläche entspricht oder dieser angenähert ist. Hierdurch ist es möglich, das Tape auch kurvenförmig mit besonders kleinen Radien ondulationsfrei abzulegen. Die Vordrapierung des Tapes kann durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Drapiervorrichtung erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Tape zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Tapes erhitzt, anschließend vordrapiert und schließlich, gegebenenfalls nach einem weiteren Erhitzen, auf der Oberfläche des Werkzeugs oder Bauteils abgelegt wird.According to one embodiment, it is provided that the tape is pre-draped before laying down - before or after the heating of the tape. By pre-shirring the tape is brought into a shape that corresponds to the later geometry of the tape when placing on the surface or this is approximated. This makes it possible to store the tape curve-shaped with very small radii ondulationsfrei. The pre-wrapping of the tape can be done by a draping device known in the art. For example, it can be provided that the tape is first heated to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material of the tape, then pre-draped and finally, optionally after further heating, deposited on the surface of the tool or component.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung eines Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen, zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes.The invention further relates to the use of a tape in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material, in which the reinforcing fibers are in the form of staple fibers, for thermoplastic tape laying for creating a workpiece.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Tape in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.Furthermore, the subject of the invention is a tape in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material, in which the reinforcing fibers are in the form of staple fibers.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie den beigefügten Figuren und der zugehörigen Figurenbeschreibung.Further features of the invention will become apparent from the claims and the accompanying figures and the accompanying description of the figures.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombiniert sein.All features of the invention may be combined with each other, individually or in combination.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.A schematic embodiment for carrying out the method according to the invention is explained in more detail in the following description of the figures.

Dabei zeigtIt shows

1 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Vorrichtung zum thermoplastischen Tapelegen. 1 the implementation of the method according to the invention by means of a device for thermoplastic tape laying.

In ihrer Gesamtheit ist die Vorrichtung zur thermoplastischen Tapelegen in 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.In its entirety, the device for thermoplastic tape laying in 1 with the reference number 1 characterized.

Die Vorrichtung 1 umfasst insbesondere eine Halbzeugspule 3, ein Förder- und Führungssystem 5, eine Schneidevorrichtung 7, einen Tapelegekopf 9 sowie auf Aufheizvorrichtung 11.The device 1 includes in particular a semi-finished coil 3 , a promotion and leadership system 5 , a cutting device 7 , a tapestry head 9 as well as on heating device 11 ,

Das zunächst auf die Halbzeugspule 3 aufgewickelte Tape 13 ist mittels des Förder- und Führungssystems 5 von der Halbzeugspule 3 abwickelbar und dem Tapelegekopf 9 zuführbar.The first on the semi-finished coil 3 wound tape 13 is by means of the conveyor and guidance system 5 from the semi-finished coil 3 unwindable and the tape head 9 fed.

Der Tapelegekopf 9 ist als schwenk- und rollbare Walze ausgebildet, die unter Andruck gegen die Oberfläche 15 eines Werkzeuges 17 führbar und auf dieser abrollbar ist.The tapestry head 9 is designed as a swivel and rollable roller, which under pressure against the surface 15 a tool 17 feasible and unrollable on this.

An das Förder- und Führungssystem 5 schließt sich die Schneidevorrichtung 7 an, durch die das Tape 13, nachdem es dem Tapelegekopf 9 zugeführt worden ist, abschneidbar ist.To the conveyor and guidance system 5 closes the cutting device 7 on, through which the tape 13 after giving it to the tapestry head 9 has been supplied, can be cut off.

Durch die als Flammen-Aufheizvorrichtung ausgebildete Aufheizvorrichtung 11 ist das Tape 13 erhitzbar. Die Aufheizvorrichtung 11 ist derart angeordnet, dass ein Abschnitt des Tapes 13 bei seiner Zuführung zum Tapelegekopf 9 erhitzbar ist.By trained as a flame-Aufheizvorrichtung heating device 11 is the tape 13 heatable. The heating device 11 is arranged such that a portion of the tape 13 at his feeder to the Tapelegekopf 9 is heatable.

Durch die Vorrichtung 1 ist das Tape 13 auf der Oberfläche 15 eines Werkzeuges 17 ablegbar.Through the device 1 is the tape 13 on the surface 15 a tool 17 can be stored.

Hierzu wird die Vorrichtung 1, die in ihrer Gesamtheit bewegbar ist, entlang der Oberfläche 15 des Werkzeuges 17 bewegt. Der rollbar ausgebildete Tapelegekorb 9 nimmt das von dem Förder- und Führungssystem 5 zugeführte Tape 13 auf und legt dieses abrollend auf der Oberfläche 15 ab, über die er unter Andruck bewegt wird.For this purpose, the device 1 , which is movable in its entirety, along the surface 15 of the tool 17 emotional. The rollable trained Tapelegekorb 9 takes that from the promotion and leadership system 5 supplied tape 13 and lay it rolling on the surface 15 over which he is moved under pressure.

Auf Grund der Schwenkbarkeit des Tapelegekopfes 9 ist das Tape 13 kurvenförmig auf der Oberfläche 15 des Werkzeuges 17 ablegbar.Due to the pivoting of the Tapelegekopfes 9 is the tape 13 curved on the surface 15 of the tool 17 can be stored.

Das Tape 13 ist erfindungsgemäß in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern und einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet. Da das Tape 13 unmittelbar vor dem Ablegen durch die Aufheizvorrichtung 11 derart erhitzt wird, dass der thermoplastische Kunststoff des Tapes 13 schmilzt, sind die Stapelfasern des Tapes 13 in dem erhitzten Abschnitt des Tapes gegeneinander bewegbar, so dass das Tape 13 auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche 15 ablegbar ist.The tape 13 is formed according to the invention in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers in the form of staple fibers and a thermoplastic material. Because the tape 13 immediately before being dropped by the heating device 11 is heated so that the thermoplastic material of the tape 13 melts are the staple fibers of the tape 13 in the heated section of the tape against each other movable, leaving the tape 13 even with a curvilinear deposition undulating on the surface 15 can be stored.

Nachdem das Tape 13 in einer gewünschten Länge auf der Oberfläche 15 abgelegt worden ist, wird dieser abgelegte Abschnitt durch die Schneidvorrichtung 7 abgetrennt.After the tape 13 in a desired length on the surface 15 has been stored, this dropped section by the cutting device 7 separated.

Durch die im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung 1 ist ein thermoplastisches Tapelegeverfahren durchführbar, bei dem das thermoplastische Tape 13 demnach auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche 15 eines Werkzeuges 17 ablegbar ist.By the device shown in the embodiment 1 is a thermoplastic Tapelegeverfahren feasible, in which the thermoplastic tape 13 Accordingly, even with a curved deposition undulating on the surface 15 a tool 17 can be stored.

Claims (8)

Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, das die folgenden Schritte umfasst: 1.1. Zur Verfügungstellung wenigstens eines Tapes (13) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff; 1.2 Erhitzen des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs; 1.3 Ablegen des erhitzten Tapes auf einer Oberfläche (15); 1.4 Abkühlen des Tapes (13) zur Erstellung eines Werkstücks; dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.Method for thermoplastic tape laying for the production of a workpiece from a fiber Plastic composite comprising the following steps: 1.1. Providing at least one tap ( 13 ) in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material; 1.2 heating the tape to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material; 1.3 Laying the heated tape on a surface ( 15 ); 1.4 cooling the tape ( 13 ) for creating a workpiece; characterized in that the reinforcing fibers are in the form of staple fibers. Tapelegeverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungsfasern eine Länge im Bereich von 10 mm bis 200 mm aufweisen.A tape laying method according to claim 1, wherein the reinforcing fibers have a length in the range of 10 mm to 200 mm. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (13) in Form eines vollständig konsolidierten Faser-Kunststoff-Verbundes zur Verfügung gestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the tape ( 13 ) is provided in the form of a fully consolidated fiber-plastic composite. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (13) in Form eines nicht vollständig konsolidierten Faser-Kunststoff-Verbundes zur Verfügung gestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the tape ( 13 ) is provided in the form of a not completely consolidated fiber-plastic composite. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (13) in Form von mit einem thermoplastischen Pulver beschichteten Verstärkungsfasern zur Verfügung gestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the tape ( 13 ) in the form of thermoplastic powder-coated reinforcing fibers. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in die zwischen den Verstärkungsfasern verbleibenden Freiräume des nach dem Abkühlen erhaltenen Werkstückes ein duroplastischer Kunststoff eingebracht wird.A method according to claim 4, wherein in the remaining between the reinforcing fibers of the free space obtained after cooling of the workpiece, a thermosetting plastic is introduced. Verwendung eines Tapes (13) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen, zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines WerkstückesUsing a tapes ( 13 ) in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material, in which the reinforcing fibers are in the form of staple fibers, for thermoplastic tape laying to create a workpiece Tape (13) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.Tape ( 13 ) in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material, in which the reinforcing fibers are in the form of staple fibers.
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