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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines zweidimensionalen Faserhalbzeugs in eine zumindest bereichsweise dreidimensionale Vorform gemäß Anspruch 1.
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Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen insbesondere zur Herstellung geometriestabiler Vorformlinge aus Faserhalbzeugen, welche zur weiteren Herstellung von Leichtbaubauteilen auf Basis von Fasermaterialien verwendet werden. Diese finden insbesondere im Kraftfahrzeugbau zunehmend verbreitete Anwendung. Bei der Herstellung eines solchen Vorformlings wird zunächst ein zweidimensionales Faserhalbzeug auf einen dreidimensionalen Formkörper drapiert, wobei es typischerweise seine dreidimensionale Endform erhält. Das Faserhalbzeug ist mit einem Binder versehen, der in dem Drapierwerkzeug, welches den Formkörper aufweist, durch Wärmezufuhr aktiviert wird. Nach Abkühlen des Faserhalbzeugs ist der Binder fixiert, und der nun geometriestabile Vorformling kann aus dem Drapierwerkzeug entnommen werden. Der Vorformling wird anschließend beispielsweise durch Harzinjektion konsolidiert, wodurch ein faserverstärktes Bauteil entsteht. Problematisch bei der dreidimensionalen Umformung des Faserhalbzeugs ist stets, dass dessen Drapierung in die Zielgeometrie nicht immer faltenfrei möglich und in automatisierten Prozessschritten nur aufwendig umzusetzen ist.
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Gemäß einem nicht vorveröffentlichten Stand der Technik ist vorgesehen, dass das zweidimensionale Faserhalbzeug auf ein gespanntes Netz aufgelegt und anschließend gemeinsam mit diesem mithilfe eines Werkzeugstempels in eine dreidimensionale Werkzeugform hineingedrückt wird. In einem weiteren Prozessschritt wird das auf diese Weise vorgeformte Faserhalbzeug in einem Umformwerkzeug endgeformt, dessen Stempel mit einer dehnbaren Membran überzogen ist. Dabei wird die Membran zum Endformen des Faserhalbzeugs mit einem Fluid hinterspült, wobei sie auf das Faserhalbzeug hin elastisch gedehnt wird, und wobei das Faserhalbzeug durch die sich elastisch dehnende Membran gegen eine Gegenform gedrängt und so endgeformt wird. Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine vergleichweise geometrietreue Umformung des Faserhalbzeugs, ist aber aufgrund der beiden sequenziell durchzuführenden Prozessschritte vergleichsweise aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine gleichmäßige, geometrietreue Umformung bei zugleich einfacher Prozessführung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Hierbei wird ein Faserhalbzeug zwischen einem ersten flächigen, dehnbaren Spannelement und einem zweiten flächigen, dehnbaren Spannelement eingespannt, sodass insgesamt eine Spannanordnung aus dem ersten flächigen und dehnbaren Spannelement, dem Faserhalbzeug und dem zweiten flächigen und dehnbaren Spannelement gebildet wird. Die Spannanordnung wird anschließend in eine zumindest bereichsweise dreidimensionale Geometrie in einem Formwerkzeug umgeformt. Dadurch, dass das Faserhalbzeug bei der dreidimensionalen Umformung zwischen den beiden Spannelementen eingespannt ist, wird eine gleichmäßige Umformung durch global wirkende Druckspannungen gewährleistet. Drapierfehler wie beispielsweise ein Faltenwurf oder eine sogenannte In-Plane-Ondulation können so zumindest weitgehend – wenn nicht sogar vollständig – vermieden werden. Da das Faserhalbzeug beim Umformen beidseitig eingespannt ist und hierdurch gestützt und gehalten wird, ist es möglich, die geometrietreue Umformung in die zumindest bereichsweise dreidimensionale Vorform in einem Schritt durchzuführen, sodass es keiner zweischrittigen Prozessführung bedarf. Das Verfahren ist daher einfach und kostengünstig durchführbar. Insbesondere umfasst das Verfahren letztlich einen einzigen Umformschritt, bei dem das Faserhalbzeug zwischen den Spannelementen eingespannt und gemeinsam mit diesen als Spannanordnung in dem Formwerkzeug umgeformt wird.
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Als Faserhalbzeug wird vorzugsweise ein Gestrick, Gewirk, Gewebe, Geflecht oder Gelege verwendet, das ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass als Faserhalbzeug ein Multiaxialgelege verwendet wird. Das Faserhalbzeug kann anorganische oder organische Fasern oder Faserbündel, sogenannte Rovings, umfassen. Dabei kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Metallfasern, Baumwollfasern, Abacafasern, oder andere geeignete Fasern, sowie gegebenenfalls auch Mischungen von Fasern infrage. Das Faserhalbzeug kann auch als Hybridgarn aus Verstärkungsfasern und thermoplastischen Matrixfasern ausgebildet sein.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, das als erstes flächiges und dehnbares Spannelement ein Netz verwendet wird. Bevorzugt wird das Netz vorgespannt, wobei insbesondere die Vorspannung sowie die unterstützende Auflage des Faserhalbzeugs auf dem Netz bewirkt, dass eine Faltenbildung beim Drapieren vermieden wird. Das Netz ist dabei nicht zwingend als Maschenware ausgebildet. Vielmehr ist unter dem Begriff „Netz” jedes hinreichend flexible, im Rahmen des Verfahrens verwendbare Material zu verstehen, welches entsprechend in einer Ebene vorspannbar ist und eine Maschen- oder Gitterstruktur aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass das Netz eine grobmaschige, engmaschige oder feinmaschige Struktur aufweist. Bevorzugt weisen Maschen des Netzes eine Größe in der Größenordnung von Maschen oder einer Gitterkonstante des Faserhalbzeugs auf. Es ist auch möglich, dass als Netz ein textiles Material verwendet wird. Weiterhin ist es möglich, dass als Netz eine Gitterstruktur aus Metallfäden oder Metalldrähten verwendet wird. Das Netz muss eine hinreichende Flexibilität und Verformbarkeit aufweisen, um der zumindest bereichsweise dreidimensionalen Form, in welche die Spann-Anordnung umgeformt wird, folgen zu können. Beim Umformen wird das Faserhalbzeug durch das Netz unterstützt und so eine Faltenbildung verhindert und/oder eine Falteneliminierung ermöglicht.
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Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher als erstes flächiges und dehnbares Spannelement eine elastische Membran verwendet wird. Dabei ist auch die elastische Membran bevorzugt vorgespannt, wobei insbesondere ihre Vorspannung sowie die unterstützende Auflage des Faserhalbzeugs auf der elastisch dehnbaren Membran bewirkt, dass eine Faltenbildung beim Drapieren vermieden wird.
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Die Membran oder das Netz sind vorzugsweise in einer Ebene vorgespannt, die vor dem Umformen der Spannanordnung planar ausgebildet und bevorzugt horizontal orientiert ist. Es ist dann ohne weiteres möglich, das zweidimensionale Faserhalbzeug in einfacher Weise auf dem Netz oder der elastisch dehnbaren Membran abzulegen.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als zweites flächiges und dehnbares Spannelement eine elastische Membran verwendet wird.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird demnach das Faserhalbzeug zwischen einem Netz und einer elastisch dehnbaren Membran eingespannt. Alternativ wird das Faserhalbzeug zwischen zwei elastisch dehnbaren Membranen eingespannt. Bevorzugt ist auch das zweite flächige und dehnbare Spannelement vorgespannt, vorzugsweise in einer Ebene, die parallel orientiert ist zu der Ebene, in welcher das erste Spannelement vorgespannt ist.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die elastisch dehnbare Membran des ersten und/oder des zweiten Spannelements Silikon und/oder ein Elastomer umfasst. Bevorzugt besteht sie aus Silikon und/oder einem Elastomer. Dabei handelt es sich um Materialien, die in besonderer Weise geeignet sind, eine elastisch dehnbare Membran herzustellen, die insbesondere unter Vorspannung gehalten und gemeinsam mit dem Faserhalbzeug umgeformt werden kann.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die elastische Vorspannung des ersten und/oder des zweiten Spannelements während der Umformung bedarfsgerecht variiert wird, um eine möglichst fehlerarme Drapierung zu bewirken, insbesondere um eine Faltenbildung zu vermeiden. Besonders bevorzugt wird die Vorspannung nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich lokal variiert, wodurch die Umformeigenschaften der Spannanordnung lokal beeinflusst werden können. Auf diese Weise kann besonders effizient eine gleichmäßige, geometrietreue Umformung gewährleistet werden.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Faserhalbzeug auf dem ersten Spannelement angeordnet wird, wobei das zweite Spannelement auf dem Faserhalbzeug angeordnet wird. Das erste Spannelement bildet bei dieser Ausführungsform demnach eine untere Ebene, auf die das Faserhalbzeug aufgelegt beziehungsweise auf der es abgelegt wird. Auf dem derart aus dem ersten Spannelement und dem Faserhalbzeug gebildeten Paket wird das zweite Spannelement positioniert, sodass schließlich das Faserhalbzeug zwischen dem ersten Spannelement, das insoweit unten angeordnet ist, und dem zweiten Spannelement, dass insoweit oben angeordnet ist, eingespannt ist.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spannanordnung zwischen dem ersten Spannelement und dem zweiten Spannelement evakuiert wird. Es wird also der Zwischenraum zwischen den beiden Spannelementen, in dem das Faserhalbzeug angeordnet ist, evakuiert. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn beide Spannelemente als elastisch dehnbare Membranen ausgebildet sind. Es entsteht so ein stabiles Laminat aus den Membranen und dem Faserhalbzeug, sodass letzteres fest zwischen den beiden Spannelementen eingespannt und durch diese beim Umformen gestützt und geführt wird. Insbesondere hierdurch ergeben sich auch global wirkende Druckspannungen, die ein fehlerarmes Drapieren der Spannanordnung und damit zugleich des Faserhalbzeugs ermöglichen. Insbesondere das Risiko einer Faltenbildung wird auf diese Weise minimiert.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spannanordnung durch Anlegen eines Unterdrucks zwischen einer Formfläche des Formwerkzeugs und der Spannanordnung gegen die Formfläche gedrängt und dabei umgeformt wird. Bevorzugt ist dabei die Formfläche des Formwerkzeugs, welche komplementär ausgebildet ist zu der an dem Faserhalbzeug auszubildenden, dreidimensionalen Geometrie, unterhalb der Spannanordnung angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen der Formfläche und der Spannanordnung mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Dabei bezieht sich der Begriff „Unterdruck” insbesondere auf den Druck auf einer der Formfläche abgewandten Seite der Spannanordnung, wobei der Unterdruck niedriger ist als dieser Druck, sodass die Spannanordnung gegen die Formfläche gedrängt wird. Vorzugsweise herrscht auf der der Formfläche abgewandten Seite der Spannanordnung mindestens Umgebungsdruck, sodass der Unterdruck kleiner gewählt wird als der Umgebungsdruck.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Formfläche verwendet, die Bohrungen aufweist, durch welche die Formfläche entlüftet beziehungsweise unter Unterdruck gesetzt werden kann. Die Bohrungen stehen bevorzugt mit einer Unterdruckquelle, beispielsweise einer Vakuumpumpe, in Fluidverbindung.
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Die Verwendung von Unterdruck zur Umformung der Spannanordnung ist besonders günstig, weil auf ein Gegenwerkzeug und insbesondere einen Stempel, der die Spannanordnung gegen die Formfläche drängt, verzichtet werden kann. Somit entstehen auch keine Verformungen, die ansonsten gegebenenfalls durch die spezifische Geometrie des Stempels bedingt sein können.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Formwerkzeug auf einer – in Wirkrichtung der Umformung gesehen – der Formfläche gegenüberliegenden Seite geschlossen wird. Dabei wird ein Überdruck auf eine der Formfläche abgewandte Fläche der Spannanordnung aufgebracht. Durch den Überdruck wird eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Spannanordnung geschaffen oder zusätzlich erhöht, wobei die Umformung dadurch beschleunigt und unterstützt wird. Neben der Umformgeschwindigkeit steigen auch die bei der Umformung wirkenden Kräfte und weiterhin die wirkenden Druckspannungen, sodass die Umformung besonders gleichmäßig und zugleich schnell erfolgen kann. Der Begriff „Überdruck” bezieht sich insbesondere auf den jenseits der Spannanordnung wirkenden Druck, bevorzugt den dort angelegten Unterdruck. Vorzugsweise ist der Überdruck größer gewählt als Umgebungsdruck, wobei besonders bevorzugt zugleich der Unterdruck kleiner gewählt ist als der Umgebungsdruck. Es ist offensichtlich, dass ein absoluter Überdruck nur erzeugt werden kann, wenn das Formwerkzeug auf der Seite, welche der Formfläche gegenüberliegt, geschlossen wird, weil sonst ein den Überdruck ausbildendes Medium entweichen könnte, sodass es zu keinem nennenswerten Druckaufbau kommt.
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Der Überdruck wird bevorzugt mithilfe eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gas, aufgebaut. Als Gas kommen dabei insbesondere Luft oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas, infrage. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser oder ein Öl, insbesondere ein Hydrauliköl verwendet werden.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass bei zumindest einem der flächigen und dehnbaren Spannelemente eine lokal verschiedene Steifigkeit vorgesehen wird. Dabei kann die lokal variable Steifigkeit des Spannelements derart gewählt werden, dass der Materialfluss des Faserhalbzeugs beim Drapieren aktiv gesteuert und kontrolliert wird. Es kann so eine gezielte Materialführung bei der Umformung für das Faserhalbzeug verwirklicht werden. Dies wird insbesondere durch die Fixierung des Faserhalbzeugs zwischen den Spannelementen und der Verformung des Faserhalbzeugs entsprechend der lokal variierenden Verformung des zumindest einen Spannelements verwirklicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die lokal verschiedene Steifigkeit des zumindest einen Spannelements dadurch bewirkt, dass dieses eine variable Stärke aufweist. Dies kann wiederum insbesondere durch dickenvariables Gießen der elastisch dehnbaren Membran und/oder durch eine Integration von Verstärkungstextilien in die Membran, beispielsweise in einem Gussverfahren, verwirklicht werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das zumindest eine flächige und dehnbare Spannelement eine lokale Versteifungsstruktur aufweist. In diesem Fall wird die lokale Versteifung bevorzugt durch Anbringen, insbesondere Aufkleben, von Membranstücken oder durch Anbringen, insbesondere Aufkleben, von Verstärkungstextilien auf das Spannelement bewirkt.
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Als Verstärkungstextilien für die lokale Versteifung kommen insbesondere unidirektionale Verstärkungstextilien infrage. Beispielsweise ist es möglich, dass ein faserverstärktes Elastomer mit unidirektionalen Fasern verwendet wird. Dabei bilden die unidirektional ausgerichteten Fasern bevorzugt Lastpfade ab, die beim Umformen des Faserhalbzeugs wirken. Alternativ ist es möglich, dass als Verstärkungstextil konturangepasste Verstärkungsfasern verwendet werden.
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Mithilfe der lokalen Versteifung ist es möglich, beim Umformen den Materialfluss des Faserhalbzeugs und damit insbesondere eine Scherbildverteilung zu steuern. Hierdurch werden Formgebungsfehler wie beispielsweise Faltenwürfe oder eine In-Plane-Ondulation verhindert. Aufgrund des gesteuerten Materialflusses ergibt sich eine Erhöhung der Formgebungskomplexität.
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Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die dreidimensionale Geometrie nach dem Umformen fixiert wird. Auf diese Weise wird aus dem Faserhalbzeug ein zumindest bereichsweise dreidimensional geformter Vorformling gebildet. Hierzu weist das Faserhalbzeug bevorzugt bereits vor dem Umformen einen Binder auf, der beispielsweise durch Heizen des Fluids, welches zum Aufbau des Überdrucks auf der der Formfläche abgewandten Seite der Spannanaordnung verwendet wird, aktiviert wird. Der derart aktivierte Binder wird vorzugsweise anschließend fixiert, indem das Fluid gekühlt wird. Alternativ ist es möglich, dass der Binder nach der Umformung und Aktivierung passiv gekühlt wird, sodass es keiner aktiven Kühlung des zur Überdruckerzeugung vorgesehenen Fluids bedarf.
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Nach dem Aktivieren und Fixieren des Binders ist der Vorformling geometriestabil ausgebildet. Die Spannanordnung wird dann vorzugsweise aufgetrennt, indem die Spannelemente voneinander separiert werden, wobei gegebenenfalls zunächst der Bereich zwischen den Spannelementen belüftet wird. Der Vorformling kann dann dem Formwerkzeug entnommen werden. Er wird dann bevorzugt einer Weiterverarbeitung zu einem Leichtbaubauteil insbesondere zur Verwendung im Kraftfahrzeugbau, zugeführt.
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die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Schritts einer Ausführungsform des Verfahrens;
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Schritts der Ausführungsform des Verfahrens;
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3 eine schematische Darstellung eines dritten Schritts der Ausführungsform des Verfahrens, und
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4 eine schematische Darstellung eines im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens verwendeten Spannelements.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Schritts einer Ausführungsform des Verfahrens. Dabei wird ein Faserhalbzeug 1 zwischen einem hier als Silikonmembran ausgebildeten, ersten flächigen und elastisch dehnbaren Spannelement 3 und einem zweiten, ebenfalls als Silikonmembran ausgebildeten, flächigen und elastisch dehnbaren Spannelement 5 angeordnet. Dabei wird bevorzugt das Faserhalbzeug 1 zunächst auf dem ersten Spannelement 3 abgelegt. Auf dem so gebildeten Paket aus dem ersten Spannelement 3 und dem Faserhalbzeug 1 wird dann das weitere, zweite Spannelement 5 positioniert.
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Das erste Spannelement 3 ist hier demnach unten angeordnet, und in einer horizontalen Ebene, die auf der Bildebene von 1 senkrecht steht, vorgespannt. Auf diese Weise kann das Faserhalbzeug 1, das auch als Textilzuschnitt ausgebildet sein kann, einfach auf dem ersten Spannelement abgelegt werden. Auch das zweite Spannelement 5 ist vorzugsweise in einer oberhalb des ersten Spannelements 3 angeordneten, parallel zu dieser orientierten Ebene vorgespannt.
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Die so insgesamt hergestellte Spannanordnung 7 aus dem ersten Spannelement 3, dem Faserhalbzeug 1 und dem zweiten Spannelement 5 ist hier über einem Formwerkzeug 9 angeordnet, welches eine Formfläche 11 aufweist, die komplementär ausgebildet ist zu einer dreidimensionalen Geometrie, in welche das Faserhalbzeug 1 im Rahmen des Verfahrens umgeformt werden soll.
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2 zeigt einen zweiten Schritt der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Spannanordnung 7 wird zwischen dem ersten Spannelement 3 und dem zweiten Spannelement 5 evakuiert, wodurch insbesondere das erste Spannelement 3 und das zweite Spannelement 5 gegeneinander und somit auch gegen das Faserhalbzeug 1 gedrängt werden. Auf diese Weise wird ein kompaktes Laminat aus dem Faserhalbzeug 1 und den beiden Spannelementen 3, 5 geschaffen. Durch einen Pfeil P1 ist schematisch angedeutet, dass der Zwischenraum zwischen den Spannelementen 3, 5 hier evakuiert wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird das Formwerkzeug 9 auf einer der Formfläche 11 abgewandten Seite durch einen Deckel 13 geschlossen. Dabei weist der Deckel 13 eine Zuführung 15 auf, durch die einem zwischen dem Deckel 13 und dem zweiten Spannelement 5 ausgebildeten Raum ein Fluid zuführbar ist.
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3 zeigt einen dritten Schritt der Ausführungsform des Verfahrens gemäß den 1 und 2. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Es wird ein Unterdruck zwischen der Formfläche 11 und der Spannanordnung 7 angelegt. Hierbei ist schematisch in 3 durch einen Pfeil P2 angedeutet, dass das Formwerkzeug 9 mindestens eine Bohrung aufweist, die in die Formfläche 11 mündet, und die mit einer Unterdruckquelle, beispielsweise einer Vakuumpumpe, in Fluidverbindung steht.
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Zugleich wird auf eine der Formfläche 11 abgewandte Fläche 17 der Spannanordnung 7 ein Überdruck aufgebracht, wobei durch einen Pfeil P3 schematisch angedeutet ist, dass dem Raum zwischen dem Deckel 13 und der Fläche 17 ein Fluid zugeführt wird, durch welches der Überdruck in dem Raum erzeugt wird. Durch die Kräfte, die aufgrund des Differenzdrucks wirken, der über der Spannanordnung 7 abfällt, wird diese gegen die Formfläche 11 gedrängt, wobei das Faserhalbzeug 1 gemeinsam mit den Spannelementen 3, 5 umgeformt wird.
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Durch einen Pfeil P4 ist schematisch angedeutet, dass die Formfläche 11 beheizbar ist, um Wärme in das vorzugsweise bebinderte Faserhalbzeug 1 einzuleiten und so den Binder zu aktivieren. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das über die Zuführung 15 zugeführte Fluid zu erwärmen und so dem Faserhalbzeug 1 Wärme zur Aktivierung des Binders zuzuführen.
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Der aktivierte Binder kann fixiert werden, indem das Faserhalbzeug abkühlen gelassen wird, wobei vorzugsweise der Überdruck einerseits und der Unterdruck andererseits aufrechterhalten wird, sodass das Faserhalbzeug 1 beim Erstarren des Binders weiterhin formgerecht gegen die Formfläche 11 gedrängt wird. Die Erstarrung des Binders kann beschleunigt werden, indem das Fluid, welches zur Erzeugung des Überdrucks vorgesehen ist, und/oder das Formwerkzeug 9 beziehungsweise die Formfläche 11 gekühlt wird/werden.
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Nach dem Erstarren des Binders wird die Spannanordnung 7 vorzugsweise aus dem Formwerkzeug 9 entformt und aufgetrennt, wobei schließlich der so aus dem Faserhalbzeug 1 gebildete Vorformling entnommen werden kann. Alternativ ist es auch möglich, zunächst nur das zweite Spannelement 5 aus dem Formwerkzeug 9 zu entfernen, dann den Vorformling zu entformen und schließlich auch das erste Spannelement 3 zu entfernen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines bei einer Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt verwendeten Spannelements, wobei es sich hierbei um das erste Spannelement 3 oder das zweite Spannelement 5 handeln kann. Das Spannelement 3, 5 weist hier eine lokale Versteifung in Form einer Dickenvariation auf, indem es in einem Versteifungsbereich 19 eine zusätzliche Dicke D aufweist, die zu einer Dicke d des Spannelements 3, 5 hinzukommt, wobei das Spannelement in dem Versteifungsbereich 19 die Dicke D + d und im Übrigen die Dicke d aufweist. Dabei ist es möglich, dass das Spannelement 3, 5 mehrere solcher Dickenvariationen beziehungsweise Versteifungsbereiche 19 umfasst, deren Anzahl und Form, sowie Ausdehnung und Dicke an die konkrete Umformaufgabe angepasst beziehungsweise auf diese abgestimmt ist. Hierdurch kann der Materialfluss beim Umformen des Faserhalbzeugs gezielt beeinflusst werden, wodurch insbesondere eine gezielte Materialführung verwirklicht wird.
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Es ist möglich, dass der mindestens eine Versteifungsbereich 19 bereits beim Herstellen des Spannelements, beispielsweise beim Gießen einer Membran, erzeugt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass in dem Versteifungsbereich 19 Verstärkungstextilien in die Membran, beispielsweise in einem Gussverfahren, integriert werden. Es ist auch möglich, dass das zusätzliche Material in dem Verstärkungsbereich 19 auf das Spannelement 3, 5 geklebt wird.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens ein Versteifungsbereich 19 durch ein faserverstärktes Elastomer, vorzugsweise mit unidirektionalen Fasern oder mit konturangepassten Verstärkungsfasern, gebildet wird. Dieses wird vorzugsweise auf das Spannelement 3, 5 aufgeklebt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nur das zweite, obere Spannelement 5 lokal durch wenigstens einen Versteifungsbereich 19 versteift. Auf diese Weise ist es möglich, dass die der Formfläche 11 zugewandte Fläche der Spannanordnung 7 glatt bleibt, was eine konturgerechte Anlage der Spannanordnung 7 an der Formfläche 11 gewährleistet. Zugleich zeigt sich, dass die lokale Versteifung des zweiten, oberen Spannelements 5 für eine gezielte Materialführung ausreichend ist.
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens eine einfache, rasche und kostengünstige sowie geometrietreue Umformung eines Faserhalbzeugs 1 zu einem dreidimensionalen Vorformling möglich ist.
