DE102013103039A1

DE102013103039A1 - Verfahren, Vorrichtung und Vorformling zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen

Info

Publication number: DE102013103039A1
Application number: DE102013103039.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Graf
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014154720A1; KR20150135455A; JP2016515481A; EP2978576A1; CN105073365A; US20160059498A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings (17) aus zumindest zwei Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen (19), mit zumindest einer Drapiervorrichtung (3) und einer Transportvorrichtung (21) für die Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9), wobei die Drapiervorrichtung (3) zumindest umfasst eine Drapierform (18) für die Fasergelege (3) und zur Drapierform (18) verfahrbare Drapierstempel (5) zur Umformung und/oder Fixierung der Schichtgelege (A, B, ...) und/oder der Teilvorformlingen (9) entsprechend der Kontur der Drapierform (18). Als Aufgabe soll bei der mehrstufigen Herstellung eines Vorformlings eine Verbesserung der Übergänge zwischen den Schichtgelegen der Teilvorformlingen respektive innerhalb des Vorformlings erreicht werden. Die Erfindung für das Verfahren besteht darin, dass zumindest ein Schichtgelege (A, B, ...) und/oder ein Teilvorformling (9) mittels der Transportvorrichtung (21) in eine Drapierform (18) eingelegt wird, dass das oder die Schichtgelege (A, B, ...) mittels Drapierstempeln (5) entlang der Kontur der Drapierform (18) umgeformt werden und dass die vorherigen Verfahrensschritte so lange wiederholt werden, bis aus den ungeformten Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder den Teilvorformlingen (9) ein Vorformling (17) zusammengestellt ist. 1450

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Vorrichtung zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 10 und einen Vorformling zur Verwendung im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen nach den Ansprüchen 17 und 18.
Im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, auch Faserverbundbauteile genannt, ist insbesondere als industrielle Verwendung das RTM-Verfahren, Resin-Transfer-Moulding-Verfahren, gängige Praxis. Der gesamte Herstellungsprozess bis zu einem verwendungsfähigen Kunststoffbauteilen besteht aus mehreren nachfolgend ablaufenden Einzelprozessen. In einem ersten Verfahrensschritt werden endkonturnahe Vorformlinge/Faserhalbzeuge hergestellt, die im Wesentlichen bereits die äußere Form des späteren Kunststoffbauteils aufweisen. In diesem Preform-Prozess (Herstellung eines Vorformlings) werden in der Regel mehrere Lagen Gewebe oder Fasergelege, üblicherweise in zweidimensionaler Form, gestapelt oder ggf. gefügt (Nähen, Verschweißen, Kleben), so dass der Fasergewebestapel im Wesentlichen bereits die notwendigen äußeren Konturen und teilweise auch bereits besondere Schichten oder Schichtdicken bzw. lokale Besonderheiten aufweist ( WO 2012 156 524 A1 ). Vorzugsweise wird ein Binder in die Trennebenen der Schichten eingebracht, der nach Erreichen einer umgeformten dreidimensionalen Form und seiner Aktivierung und Aushärtung zu einer Fixierung der Schichten zueinander und der entsprechenden 3D-Kontur führt ( WO 2012 156 523 A1 ). Für den Preform-Prozess werden die Gewebestapel in ein Umformwerkzeug überführt und meist unter (relativ geringem) Druck durch Schließen des Umformwerkzeuges soweit der Kontur des späteren Formteiles angenähert und durch Aktivierung des Binders (Aufheizen und Abkühlen) ausgehärtet, das das Faserhalbzeug endkonturnah in ein Werkzeug einer Presse zur Durchführung des RTM-Verfahrens selbst eingelegt werden kann ( WO 2010 103 471 A2 ). Je nach Bedarf wird das Faserhalbzeug noch nachgeschnitten oder an vorgegebenen Stellen ausgestanzt, um eine noch präzisere Kontur des Faserhalbzeuges (Vorformlings) gegenüber dem späteren Kunststoffbauteil zu erreichen. Nach dem Einlegen des Faserhalbzeugs in das Werkzeug einer Presse, die vorzugsweise für das RTM-Verfahren geeignet ist, werden die Werkzeughälften geschlossen und das notwendige Harz in die Kavität des Werkzeuges injiziert, wobei das Harz die Faserstruktur des Faserhalbzeuges imprägniert, die Fasern einschließt und fest in die Harzmatrix einbindet. Nach dem Aushärten des Harzes kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil entformt werden. Neben dem RTM-Verfahren selbst, legt bereits die Herstellung eines Faserhalbzeuges den Grundstein für den Erfolg bei der Herstellung eines Kunststoffbauteiles. Es hat sich gezeigt, dass der Stand der Technik eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Herstellung eines Vorformlings beschreibt, die sich aber in der Regel in manuellen oder automatisierten Herstellung eines möglichst ebenen Fasergewebestapels erschöpfen, das in einer Presse schließlich aus seiner 2D-Form in eine 3D-Form überführt wird. Dies kann in einem vorfixiertem (z. B. genäht) oder noch in einem flexiblen Zustand durchgeführt werden. Das Ziel ist es nach der Formgebung einen Vorformling zu erhalten, der eine ausreichende Eigensteifigkeit besitzt, um vollständig automatisiert und prozeßsicher in das Werkzeug einer RTM-Presse eingelegt werden zu können oder auch bis zur weiteren Verwendung transportiert und abgestapelt werden kann.
Das wesentliche Ziel der Preformung respektive der Herstellung eines Vorformlings ist es nach der Formgebung aus einem biegeschlaffen Material einen Vorformling zu erhalten, der biegesteif genug ist um vollständig automatisiert und verfahrenstechnisch sicher und reproduzierbar in seiner Qualität in das Werkzeug einer RTM-Presse eingelegt werden zu können oder auch bis zur weiteren Verwendung (Nacharbeitung, Vorbehandlung, ...) transportiert und abgestapelt werden kann.
Für die 3D-Umformung von mehrlagigen zweidimensionalen Zuschnitten aus Fasergeweben sind auch die folgenden Verfahrensschritte bekannt: Es werden Fasergewebe oder -gelege von einer Rolle abgewickelt und je nach Bedarf aus mehreren verschiedenen Geweben oder Gelegen, Formen und Größen zu einem Faserstapel zusammengelegt. Dabei kann es notwendig sein, die Außen- und ggf. Innenkontur entsprechend einem Schnittmuster des Vorformlings respektive des Kunststoffformteils zu bearbeiten oder zuzuschneiden. Das Schnittmuster wird dabei aus einer Abwicklung des Vorformlings, oder des Endbauteils erzeugt. Vorzugsweise wird dann der erstellte, im Wesentlichen ebene Faserstapel mittels einer Drapiervorrichtung drapiert, respektive mittels einer in eine dreidimensionale Vorform umgeformt ( WO 2012 062 824 A1 , WO 2012 062 825 A1 , WO 2012 062 828 A1 ).
Andere bekannte automatisierte Preformtechniken zur Herstellung von Vorformlingen (Preform), verwenden einen Spannrahmen, in dem der gesamte Lagenaufbau eines Fasergeleges, bestehend aus mehreren Fasermattenzuschnitten an den Außenkanten eingespannt gehalten wird. Im Spannrahmen wird das Fasergelege erhitzt, um den Binder aufzuschmelzen. Im nächsten Schritt wird der Lagenaufbau in einer Umformpresse mit Ober- und Unterwerkzeug umgeformt. Das gekühlte Werkzeug bringt den Binder zum Erstarren, wodurch der Vorformling stabilisiert wird.
Nachteilig bei dieser Methode, ist die Tatsache, dass die Fasermattenzuschnitte der Einzellagen zur Aufnahme im Spannrahmen erheblich größer sein müssen, als der herzustellende Vorformling dies eigentlich erfordern würde. Bei komplexen Bauteilen, werden üblicherweise, neben einem großflächigen Hauptvorformling (Hauptpreform), auch noch einer oder mehrere Teilvorformlinge (sogenannte Sub-Preforms) hergestellt. Diese Teilvorformlinge, werden anschließend mit dem Hauptvorformling zusammengeführt. Die Fixierung der Teilvorformlinge bei der Zusammenführung erfolgt zumeist durch Klammern. Dieser zusätzliche Montageschritt ist zeit-, raum- und kostenintensiv. Muss doch für eine ordentliche Fixierung bei großvolumigen Vorformlingen massiv geklammert werden, um einen stabilen Vorformling zu erhalten, der sicher manipulierbar in eine Pressenform einlegbar ist. Die Zusammenstellung eines geeigneten Vorformlings aus mehreren Teilvorformlingen in einer Pressenform selbst kann nur im Einzelfall durchgeführt werden, da die Zeiten der Pressenöffnung möglichst kurz gehalten werden sollen. Auch ist es notwendig für die großindustrielle Herstellung einer Vielzahl an Teilvorformlingen eine entsprechende Anzahl an Schneid-, Manipulier- und Drapierwerkzeugen vorzusehen.
Insgesamt ergibt sich aber durch die Verwendung von Teilvorformlingen in der Regel beim Zusammensetzen ein schroffer Höhensprung zwischen den zugehörigen Schichten, bedingt durch die meist vorhandene Besäumung und die dadurch abgebogenen Faserenden, die neben der sich schon unterbrochenen Faserlinie auch noch eine ungünstige Kraftumlenkung verursacht. Insbesondere bei hochkomplexen Geometrien sind diese schädlich für das später herzustellende Formteil
Weiter ergibt sich bei beabstandeten Anordnung von Teilvorformlingen eine mehr oder weniger großer Abstand ohne Fasereinlage, die bei zu hohen Belastungen zum Bruch des Bauteiles führen können, da der Lastfluss vollständig von einem faserverstärkten Bereich in einen Bereich ohne Fasern übertreten muss.
Auch um dies zu verhindern, können über die Bauteildicke Überlappungen der Fasergelege auftreten (gewollt oder ungewollt bei dem Zusammenlegen der einzelnen Teilvorformlinge), die bei gleicher Bauteildicke für ein Übermaß an Fasern aber ein Untermaß an Harz im fertigen Bauteil sorgen und schlussendlich verhindern, dass während des Infusionsprozesses der Pressform mit Harz nicht alle Fasern optimal benetzt werden können oder sogar die Fließfront des Harzes ungünstig beeinflusst wird.
Um auch diesen Mißstand zu beheben wird üblicherweise an den Stellen des Bauteiles, in der derartige Überlappungen vorkommen (können), ein Dickensprung des Kunststoffbauteiles an der Überlappungszone vorgesehen. Neben dem unnötigen Gewicht und einhergehendem Harzverlust erfährt das Bauteil aber auch unschöne geometrische Veränderungen, so dass sich hierbei in der Regel nur Bauteile herstellen lassen, die nur eine „Sichtfläche“ aufweisen.
Im Folgenden werden die Fasergelege und Schichtgelege im Wesentlichen als als gleichwertig angesehen und bestehen in der Regel aus mehreren übereinander geschichteten Fasermatten, wobei die Nomenklatur das einzelne Fasergelege für einen Vorformling bevorzugt im Stand der Technik ansiedelt und die abfolgende Verwendung von mehreren Schichtgelegen zur Herstellung eines Teilvorformlings respektive eines Vorformlings bevorzugt für die Verwendung in der Erfindung vorgesehen sind. Es ist zum Verständnis der Erfindung wichtig zu wissen, dass die Schichtgelege/Fasergelege in normalerweise ebener Ausrichtung in die Drapiervorrichtung eingelegt werden, wohingegen vorgefertigte Teilvorformlinge zumindest bereits eine gewisse 3D-Konturierung aufweisen und bei Bedarf nachdrapiert werden. Die Erfindung versteht somit der Übergang zwischen einem Schichtgelege und einem daraus entstehenden Teilvorformling (3D konturiert) im Wesentlichen als fließend.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen Vorformling zu schaffen, bei denen mit der mehrstufigen Herstellung eines Vorformlings eine Verbesserung der Übergänge zwischen den Schichtgelegen der Teilvorformlingen respektive innerhalb des Vorformlings zu erreichen ist. In einer möglichen Erweiterung der Aufgabe soll es ermöglicht werden auf die Herstellung von Teilvorformlingen im Wesentlichen zu verzichten oder es zu ermöglichen die Anzahl notwendiger Teilvorformlinge in einem optimierten Herstellungsverfahren eines Vorformlings deutlich zu reduzieren.
Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren umfasst die folgenden
Verfahrensschritte:

1.1 zumindest ein Schichtgelege und/oder ein Teilvorformling wird mittels der Transportvorrichtung in eine Drapierform eingelegt,
1.2 das oder die Schichtgelege werden mittels Drapierstempeln entlang der Kontur der Drapierform umgeformt,
1.3 die Verfahrensschritte 1.1 und 1.2 werden so lange wiederholt, bis aus den ungeformten Schichtgelegen und/oder den Teilvorformlingen ein Vorformling zusammengestellt ist.

Die Lösung für die Vorrichtung besteht darin, dass zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings aus zumindest zwei Schichtgelegen und/oder Teilvorformlingen im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen, mit zumindest einer Drapiervorrichtung und zumindest einer Transportvorrichtung für die Schichtgelege und/oder Teilvorformlingen, wobei die Drapiervorrichtung zumindest umfasst eine Drapierform für die Fasergelege und zur Drapierform verfahrbare Drapierstempel zur Umformung und/oder Fixierung der Schichtgelege und/oder Teilvorformlingen entsprechend der Kontur der Drapierform, und wobei in der Vorrichtung zumindest ein Mittel zur Aktivierung des Bindemittels angeordnet ist, wobei die Drapierstempel und die Transportvorrichtung derart mit einer Steuerungsvorrichtung der Vorrichtung wirkverbunden sind, dass diese geeignet sind in vorgegebener Abfolge, bevorzugt unterschiedliche Schichtgelege und/oder Teilvorformlinge entlang der Drapierform umzuformen, nachzuformen oder zu fixieren.
Eine erste Lösung für einen Vorformling besteht darin, dass an zumindest einer Stoßkante zwischen den Schichtgelegen und/oder den Teilvorformlingen eine Stufenkante angeordnet ist, welche bevorzugt eine verstärkende Überlappung mit zumindest einem weiteren Mittel aufweist.
In einer zweiten Lösung wird der Vorformling nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Verfahrensansprüche und/oder in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Vorrichtungsansprüche hergestellt.
Diese Aufgabe wird insbesondere auch dadurch gelöst, dass eine Art an Teilvorformlingen, durch das Einlegen der Schichtgelege und das direkt in sequentieller Reihenfolge im Drapierwerkzeug ablaufende drapieren mittels der Drapierstempel, „on-demand“ hergestellt werden.
Mit der Erfindung ist es nun möglich, abhängig von der Geometrie oder den zur Verfügung stehenden Anlagen, die Anzahl der separat herzustellenden Vorvormlinge zu verringern oder ganz darauf zu verzichten. Mit dem Einsatz eines sequenziellen Drapiervorganges – Drapierstempel fahren in eine Drapierform nur in vorgegebener Abfolge zur Umformung von den gerade eingelegten Schichtgelegen ein – ist es möglich die Herstellung eines Vorformlings aus mehreren Schichtgelegen mehrstufig auszuführen. Partiell kann es sinnvoll sein, um den Herstellungsprozess zu beschleunigen, vorab hergestellte Teilvorformlinge mit in das Verfahren einzubinden.
Bevorzugt ist vorgesehen, die Stoßkantenbildung respektive die Bildung der Stufenkanten online im Drapierwerkzeug zu überwachen und die nachfolgenden Schichtgelege oder anzulegenden Teilvorformlinge exakt an die Stufenkanten respektive die Stoßkanten anzulegen, um die Art der Stoßkante bzw. die Qualität der Schäftung, reproduzierbar für einen Massenartikel mit hohen Qualitätsansprüchen, kontrollieren zu können.
Nun ist es beispielsweise auch möglich großflächige Schichtgelege in einem ersten Drapierschritt umzuformen, wobei in Folgeschritten weitere Schichtgelege oder Teilforformlinge mit stark abweichenden Zuschnittsgeometrien, z.B. für lokale Verstärkungen abgelegt und falls notwendig drapiert werden.
Hierdurch wird es auch möglich, versetzte Stöße zwischen Schichtgelegen im Bauteil ohne, insbesondere unkontrollierbare, Aufdoppelung zu erzeugen. Jede Lage kann mit unterschiedlicher Zuschnittgeometrie drapiert werden, wodurch die Stöße keil- oder treppenförmig zueinander versetzt werden können.
Hierdurch können zum einen Wanddickensprünge oder Lücken zwischen den Stoßkanten, wie diese beim Einsatz von Teilvorformlingen normalerweise erforderlich sind, vermieden werden. Zum Zweiten führen die versetzen Stöße in den einzelnen Lagen, zu deutlich reduzierten Schwachstellen im Formteil, da jeweils nur eine Stoßstelle einer Lage (Fasermattenzuschnitt) eines Fasergeleges sich benachbart befindet und die darüber und darunter durchgehenden Faserlagen volltragend die Lasten aufnehmen. Hierdurch werden auch Faserkrümmungen vermieden, die bekanntlich zur stärken Reduzierung der Bauteilfestigkeit führen.
In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Drapierform im Wesentlichen Raumtemperatur aufweist und/oder aktiv gekühlt werden. Dabei ist es entsprechend vorzusehen, ob die Schichtgelege oder ein Fasermattenzuschnitt aufgeheizt in die Drapierform eingelegt werden kann und anschließend durch die Drapierform und/oder die Drapierstempel abgekühlt wird, damit das Bindemittel aushärtet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Schichtgelege und/oder die Vorformlinge auf oder über die Schmelztemperatur des aufgebrachten Bindemittels vorgeheizt werden und im heißen Zustand in die Drapierform eingelegt werden. Bevorzugt kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Schichtgelege oder ein Fasermattenzuschnitt mit einem verfahrbaren Transporttablett mit oder ohne einem Transportband in die Drapierform eingelegt wird.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform werden oder sind die Schichtgelege und/oder die Teilvorformlinge an zumindest einer Stoßkante mit einer Stufenkante versehen.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform sind die Stufenkanten, insbesondere durch die Anordnung, bevorzugt unterschiedlicher, Fasermattenzuschnitte bei der Herstellung der Schichtgelege oder im Zuge des Drapierens der Schichtgelege oder der Teilvorformlinge in der Drapiervorrichtung hergestellt.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform unterscheiden sich die einzulegenden Schichtgelege und/oder die Vorformlinge sich in Ihrer räumlichen Anordnung in der Drapierform und/oder in ihrer räumlichen Erstreckung voneinander.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform werden zumindest ein Fasermattenzuschnitt oder ein Schichtgelege in der Drapiervorrichtung derart eingebracht, dass diese zumindest zwei weitere Schichtgelege und/oder Teilvorformlinge durch eine Überlappung der Stoßkante oder der Stufenkante verbinden.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform wird sich nach jedem Umformen eines Schichtgeleges oder eines Vorvormlings zumindest ein Drapierstempel wieder abheben. In Verbindung oder Alternativ kann nach jedem Umformen zumindest ein Drapierstempel zur Fixierung in Kontakt mit dem Schichtgelege oder dem Vorformling verbleiben.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform werden die Stufenkanten und/oder die Stoßkanten an den Kontaktstellen zwischen den Schichtgelegen und/oder einem Fasermattenzuschnitt und/oder einem Teilvorformling mit Bindemittel benetzt.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform wird ein gegenüber einem Fasermattenzuschnitt, einem Schichtgelege und/oder einem Teilvorformling artfremdes Material, vorzugsweise ein Füllstoff oder eine Verstärkung, in die Drapierform eingelegt.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform werden zur Bildung der Stoßkanten und/oder zur Bildung der Stufenkanten und/oder zur Anordnung der Schichtgelege zueinander in der Drapiervorrichtung geeignete Mittel zur Überwachung der Vorrichtung verwendet und/oder insbesondere die nachfolgenden Schichtgelege oder anzulegenden Teilvorformlinge werden mittels Mittel zur Überwachung der Position der stehenden und der bewegten Stufenkanten und/oder der Stoßkanten positioniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich der Vorrichtung werden die Drapierstempel mittels vorgegebener, bevorzugt schneidender oder drapierender, Mittel, geeignet sein im Zuge des Drapiervorganges an den Schichtgelege und/oder an den Teilvorformlingen an zumindest einer Stoßkante eine Stufenkante auszubilden.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform ist in der Vorrichtung eine Schneidevorrichtung zur Herstellung unterschiedlicher Fasermattenzuschnitte und eine zugehörige Transportvorrichtung zur Herstellung der Schichtgelege angeordnet.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform kann zumindest eine Transportvorrichtung zur Anordnung eines Fasermattenzuschnitts oder eines Schichtgeleges in der Drapiervorrichtung zur Verbindung weiterer Schichtgelege und/oder Teilvorformlinge durch Überlappung der Stoßkante oder der Stufenkante angeordnet sein.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform können in der Vorrichtung, bevorzugt in der Drapiervorrichtung, Mittel zur Benetzung der Stufenkanten und/oder der Stoßkanten mit Bindemittel an den Kontaktstellen zwischen den Schichtgelegen und/oder einem Fasermattenzuschnitt und/oder einem Teilvorformling angeordnet sein.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform können in der Vorrichtung, bevorzugt in der Drapiervorrichtung, Mittel zur Einbringung von gegenüber einem Fasermattenzuschnitt, einem Schichtgelege und/oder einem Teilvorformling artfremden Materials angeordnet sein.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform können in der Vorrichtung, insbesondere in der Drapiervorrichtung, Mittel zur Überwachung und/oder Steuerung der Transportvorrichtung im Zuge der Bildung der Stoßkanten und/oder die Bildung der Stufenkanten und/oder der Anordnung der Schichtgelege zueinander, insbesondere bei der Positionierung der nachfolgenden Schichtgelege oder anzulegenden Teilvorformlinge angeordnet sein, insbesondere mit Mittel zur Überwachung der Position der stehenden und der bewegten Stufenkanten und/oder der Stoßkanten.
Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet, kann aber auch eigenständig betrieben werden. In vorteilhafter Weise ist es nun möglich. Alle in der Figurenbeschreibung dargestellten Kombinationsmöglichkeiten sind alle für sich alleine und eigenständig und in jeglicher Kombination verwertbar. Insbesondere sind einzelne Sätze oder Teilsätze auch als eigenständige Merkmale zu bewerten.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
Es zeigen:
1 eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen in einer Presse unter Verwendung von vorgeformten Vorformlingen als großindustrielle Anwendung in einer schematischen Seitenansicht nach dem Stand der Technik,
2 ein mögliches Beispiel eines zusammengesetzten Vorformlings aus drei Teilvorformlingen mit Überlappung oder einer Stoßkante (gepunkteter Teilvorformling) nach dem Stand der Technik,
3 bis 5 im Schnitt eines fiktive Vorformlings den Ablauf einer möglichen Positionierung der aus Schichtgelegen umgeformten Teilvorformlinge, wobei zuerst nach 3 zwei, bevorzugt parallel eingelegte und drapierte, außenliegende Schichtgelege nach der Drapierung als Teilvorformlinge eine Stufenkante aufweisen, wobei in
4 die mittige Anordnung eines weiteren Schichtgeleges mit entsprechender gegenläufigen Stufenkante eine geschäftete Verbindung zwischen den drei Schichtgelegen respektive den Vorformlingen erzeugt, welche nach
5 in einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung mittels zusätzlicher und die geschäfteten Verbindungen überlappenden Schichtgelege, Fasermatten oder Teilvorformlinge verstärkt wird, und
6 bis 10 zeigen an einer schematischen Bauteilkontur eine ähnliche Abfolge nach den 3 bis 5 in Draufsicht.
1 zeigt eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen 19 in einer RTM-Presse 15 unter Verwendung von vorgeformten Vorformlingen 17 als großindustrielle Anwendung in einer schematischen Seitenansicht, wie sie der Stand der Technik kennt. Zur Herstellung der Vorformlinge 17 werden zunächst eine oder mehrere verschiedene Fasermatten 10, vorzugsweise als Rollenware, bereitgestellt und auf einem Schneidtisch 12 mit einer Schneidvorrichtung 11 zu einzelnen Fasermattenzuschnitten 22 geschnitten. Die Fasermattenzuschnitte 22 können dann mittels einer geeigneten Transportvorrichtung (die in 1 durch gebogene Richtungspfeile dargestellt sind) durch eine Leimauftragsvorrichtung 13 verfahren und dort je nach Bedarf mit Bindemittel versehen, bevor sie zu einem Fasergelege 1 zusammengefügt werden. Es gibt auch Fasermatten 10, die bereits ein geeignetes Bindemittel enthalten, so dass auf diesen Schritt verzichtet werden könnte. Je nach Anlageaufbau kann anschließend das fertig erstellte Fasergelege 1 durch eine Heizvorrichtung 2 temperiert und vorzugsweise auf eine Temperatur angehoben, die zumindest der Schmelztemperatur des Bindemittels entspricht. Dieser Schritt kann natürlich auch erst in der Drapiervorrichtung 3 selbst erfolgen. Anschließend wird das Fasergelege 1 in eine Drapiervorrichtung 3 verbracht und dort mittels geeigneter Mittel entlang der Kontur der Drapierform 18 umgeformt. Durch einen aktiven oder passiven Wärmeentzug in der Drapierform 18 der Drapiervorrichtung 3 erfährt das Fasergelege 1 eine Abkühlung und erstarrt zu einem Vorformling 17 der meist problemlos auf einem Stapel 16 zwischengestapelt oder in bauteilspezifischen Zwischenträgern für den Transport eingelegt werden kann, bevor er in einer RTM-Presse 15 zu einem verstärkten Formteil 19 verpresst wird.
Der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass zur Herstellung eines Vorformlings nicht mehr nur ein Fasergelege 1 verwendet wird, das in der Drapiervorrichtung 3 umgeformt wird, sondern dass zumindest zwei Schichtgelege A, B ... (im Beispiel bis E) verwendet werden, aus denen nach der Umformung in der Drapiervorrichtung 3 ein Vorformling 17 erstellt wird.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in den 2 bis 5 darauf verzichtet die Drapierform 18 einzuzeichnen.
2 zeigt ein mögliches Beispiel eines zusammengesetzten Vorformlings 17 aus drei Schichtgelegen A, B, C oder A, B, C‘ mit einer Überlappung durch Schichtgelege C oder einer Stoßkante 7 (gepunktetes Schichtgelege C‘) nach dem Stand der Technik, wobei nach dem Stand der Technik vorgefertigte Vorformlinge 9 als Schichtgelege A, B, C/C‘ verwendet werden und nicht wie in der Erfindung vorgeschlagen aus dem Schichtgelege A, B, C in der Drapiervorrichtung in vorgegebener Abfolge erst ein Teil des Vorformlings 17 entsteht.
In den 3 bis 5 wird im Schnitt eines fiktive Vorformlings der Ablauf einer möglichen Positionierung der aus Schichtgelegen A bis E umgeformten Teilvorformlinge dargestellt, wobei zuerst nach 3 zwei, bevorzugt parallel eingelegte und drapierte, außenliegende Schichtgelege A und B nach der Drapierung als Teilvorformlinge (wenn ausgehärtet) eine Stufenkante 4 aufweisen, wobei in 4 die mittige Anordnung eines weiteren Schichtgeleges mit entsprechender gegenläufigen Stufenkante eine geschäftete Verbindung zwischen den drei Schichtgelegen A, B, C respektive den Vorformlingen erzeugt, wobei die Stufenkante des Schichtgelege entsprechend anders herum ausgestaltet ist, um die Schäftung zu erzeugen. Das Schichtgelege C kann einen Bereich C‘‘ aufweisen, der später zur Überlappung verwendet werden kann.
Nach 5 kann abschließend in einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung mittels zusätzlicher und die geschäfteten Verbindungen überlappenden Schichtgelege D oder E, oder mittels Fasermatten oder Teilvorformlinge die Gesamtverbindung verstärkt wird. Hierzu wurden den Bezugszeichen der entsprechenden Schichtgelege die Überlappung 6 zur Seite gestellt.
Die 6 bis 10 zeigen an einer schematischen Bauteilkontur (hier eine Bodenwanne eines KFZ) eine ähnliche Abfolge nach den 3 bis 5 in Draufsicht. Hierbei wird ein eine leere Drapierform 18 (nach 6) zwei Schichtgelege A, B (7) eingelegt und mittels der Drapierstempel (nicht dargestellt) in der Drapierform 18 fixiert bzw. umgeformt. Durch die Anordnung unterschiedlicher Fasermatten im Zuge der Herstellung findet sich bereits eine Stufenkante 4 an den Schichtgelegen A, B oder diese wird im Zuge der Umformung, beispielhaft wird aussen am Rand der Drapierform das Schichtgelege A, B, fixiert und während es innen nach unten in die Drapierform 18 fließt, bildet sich die Stufenkante 4 aus. Diese Ausbildung der Stufenkante 4 kann durch die jeweils vielen und in geeigneter Anzahl angeordneten Drapierstempel 5 unterstützt werden. Eine Stufenkante ist auch an den oberen und unteren Enden der Schichtgelege A, B erkennbar.
Nach 8 wird nun mittig ein weitere Schichtgelege C mit einer entsprechenden reziproken Stufenkante zu den Schichtgelegen A, B in der Drapierform eingelegt und/oder aktiv mit den Drapierstempeln drapiert. Beispielhaft kann wie in 3 das Schichtgelege C einen weiteren Aufbau C‘‘ für eine spätere Überlappungsfunktion bzw. Stoßkante aufweisen.
Nach 9 wird nun das nächste Schichtgelege D oben und unten in die Drapierform verbracht, es gelten die vorherigen dargestellten Umformungs- und Fixierungsmethoden.
Schlußendlich kann in einer bevorzugten Ausführungsform noch ein weiteres Element, ein Schichtgelege E oder andere Elemente, zur Bildung einer Überlappung eingebracht werden, was Überlappungen wie in 5 ergeben kann.
Bezugszeichenliste

1: Fasergelege
2: Heizvorrichtung
3: Drapiervorrichtung
4: Stufenkante
5: Drapierstempel
6: Überlappung
7: Stoßkante
8: Vorrichtung
9: Teilvorformling
10: Fasermatte
11: Schneidvorrichtung
12: Schneidtisch
13: Leimauftragsvorrichtung
14
15: RTM-Presse
16: Stapel
17: Vorformling
18: Drapierform
19: Formteil
20: Drapierrichtung
21: Transportvorrichtung
22: Fasermattenzuschnitt
A, B, C, D, E, ...: Schichtgelege

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012156524 A1 [0002]
WO 2012156523 A1 [0002]
WO 2010103471 A2 [0002]
WO 2012062824 A1 [0004]
WO 2012062825 A1 [0004]
WO 2012062828 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings (17) aus zumindest zwei Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen (19), mit zumindest einer Drapiervorrichtung (3) und einer Transportvorrichtung (21) für die Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9), wobei die Drapiervorrichtung (3) zumindest umfasst eine Drapierform (18) für die Fasergelege (3) und zur Drapierform (18) verfahrbare Drapierstempel (5) zur Umformung und/oder Fixierung der Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) entsprechend der Kontur der Drapierform (18), gekennzeichnet durch den Ablauf folgender Verfahrensschritte: 1.1 zumindest ein Schichtgelege (A, B, ...) und/oder ein Teilvorformling (9) wird mittels der Transportvorrichtung (21) in eine Drapierform (18) eingelegt, 1.2 das oder die Schichtgelege (A, B, ...) werden mittels Drapierstempeln (5) entlang der Kontur der Drapierform (18) umgeformt, 1.3 die Verfahrensschritte 1.1 und 1.2 werden so lange wiederholt, bis aus den ungeformten Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder den Teilvorformlingen (9) ein Vorformling (17) zusammengestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtgelege (A, B, ...) und/oder die Teilvorformlinge (9) an zumindest einer Stoßkante (7) mit einer Stufenkante (4) versehen werden oder sind,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wobei Stufenkanten (4) insbesondere durch die Anordnung, bevorzugt unterschiedlicher, Fasermattenzuschnitte (22) bei der Herstellung der Schichtgelege (A, B, ...) oder im Zuge des Drapierens der Schichtgelege (A, B, ...) oder der Teilvorformlinge (9) in der Drapiervorrichtung (3) entstehen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einzulegenden Schichtgelege (A, B, ...) und/oder die Vorformlinge sich in Ihrer räumlichen Anordnung in der Drapierform (18) und/oder in ihrer räumlichen Erstreckung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Fasermattenzuschnitt (22) oder ein Schichtgelege (A, B, ...) in der Drapiervorrichtung (3) derart eingebracht werden, dass diese zumindest zwei weitere Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlinge (9) durch eine Überlappung (6) der Stoßkante (7) oder der Stufenkante (4) verbinden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach jedem Umformen eines Schichtgeleges (A, B, ...) oder eines Vorvormlings (9) gemäß Verfahrensschritt 1.2 zumindest ein Drapierstempel (5) wieder abhebt und/oder dass nach jedem Umformen zumindest ein Drapierstempel (5) zur Fixierung in Kontakt mit dem Schichtgelege (A, B, ...) oder dem Vorvormling verbleibt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenkanten (4) und/oder die Stoßkanten an den Kontaktstellen zwischen den Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder einem Fasermattenzuschnitt (D) und/oder einem Teilvorformling (9) mit Bindemittel benetzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest nach dem ersten Verfahrensschritt 1.1 ein gegenüber einem Fasermattenzuschnitt (22), einem Schichtgelege (A, B, ...) und/oder einem Teilvorformling (9) artfremdes Material, vorzugsweise ein Füllstoff oder eine Verstärkung, in die Drapierform (18) eingelegt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Stoßkanten (7) und/oder die Bildung der Stufenkanten (4) und/oder die Anordnung der Schichtgelege (A, B, ...) zueinander in der Drapiervorrichtung (3) Mittels geeigneter Vorrichtungen überwacht werden und/oder insbesondere die nachfolgenden Schichtgelege (A, B, ...) oder anzulegenden Teilvorformlinge (9) mittels Mittel zur Überwachung der Position der stehenden und der bewegten Stufenkanten (4) und/oder der Stoßkanten (7) positioniert werden.
Vorrichtung zur mehrstufigen Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings (17) aus zumindest zwei Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen (19), mit zumindest einer Drapiervorrichtung (3) und zumindest einer Transportvorrichtung (21) für die Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9), wobei die Drapiervorrichtung (3) zumindest umfasst eine Drapierform (18) für die Fasergelege (3) und zur Drapierform (18) verfahrbare Drapierstempel (5) zur Umformung und/oder Fixierung der Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) entsprechend der Kontur der Drapierform (18), und wobei in der Vorrichtung (8) zumindest ein Mittel zur Aktivierung des Bindemittels angeordnet ist, wobei die Drapierstempel (5) und die Transportvorrichtung (21) derart mit einer Steuerungsvorrichtung der Vorrichtung (8) wirkverbunden sind, dass diese geeignet sind in vorgegebener Abfolge, bevorzugt unterschiedliche Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlinge (9) entlang der Drapierform (18) umzuformen, nachzuformen oder zu fixieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drapierstempel (5) mittels vorgegebener, bevorzugt schneidender oder drapierender, Mittel, geeignet sind im Zuge des Drapiervorganges an den Schichtgelege (A, B, ...) und/oder an den Teilvorformlingen (9) an zumindest einer Stoßkante (7) eine Stufenkante (4) auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (8) eine Schneidevorrichtung (11) zur Herstellung unterschiedlicher Fasermattenzuschnitte (22) und eine zugehörige Transportvorrichtung (21) zur Herstellung der Schichtgelege (A, B, ...) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Transportvorrichtung (21) zur Anordnung eines Fasermattenzuschnitts (22) oder eines Schichtgeleges (A, B, ...) in der Drapiervorrichtung (3) zur Verbindung weiterer Schichtgelege (A, B, ...) und/oder Teilvorformlinge (9) durch Überlappung (6) der Stoßkante (7) oder der Stufenkante (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (8), bevorzugt in der Drapiervorrichtung (3), Mittel zur Benetzung der Stufenkanten (4) und/oder der Stoßkanten (7) mit Bindemittel an den Kontaktstellen zwischen den Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder einem Fasermattenzuschnitt (D) und/oder einem Teilvorformling (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (8), bevorzugt in der Drapiervorrichtung 3, Mittel zur Einbringung von gegenüber einem Fasermattenzuschnitt (22), einem Schichtgelege (A, B, ...) und/oder einem Teilvorformling (9) artfremden Materials angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (8), insbesondere in der Drapiervorrichtung (3), Mittel zur Überwachung und/oder Steuerung der Transportvorrichtung (21) im Zuge der Bildung der Stoßkanten (7) und/oder die Bildung der Stufenkanten (4) und/oder der Anordnung der Schichtgelege (A, B, ...) zueinander, insbesondere bei der Positionierung der nachfolgenden Schichtgelege (A, B, ...) oder anzulegenden Teilvorformlinge (9) angeordnet sind, insbesondere mit Mittel zur Überwachung der Position der stehenden und der bewegten Stufenkanten (4) und/oder der Stoßkanten (7).
Vorformling (17) bestehend aus zumindest zwei Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder Teilvorformlingen (9) zur Verwendung im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen (19) in einer Presse (15), dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Stoßkante (7) zwischen den Schichtgelegen (A, B, ...) und/oder den Teilvorformlingen (9) eine Stufenkante (4) angeordnet ist, welche bevorzugt eine verstärkende Überlappung (6) mit zumindest einem weiteren Mittel aufweist.
Vorformling (17), hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 und/oder hergestellt in einer Vorrichtung (8) nach einem oder mehreren der Vorrichtungsansprüche 10 bis 16.