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Die Erfindung betrifft eine Drapiervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Vorformling aus Fasermaterial nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Drapiervorrichtung.
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Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen, welche auch als faserverstärkte Kunststoffteile bezeichnet werden, ist ein gängiges Verfahren für die industrielle Verwendung beispielsweise das sogenannte RTM-Verfahren (Resin-Transfer-Molding) bekannt. Der dabei angewandte Herstellungsprozess, welcher letzten Endes zu dem verwendungsfähigen Kunststoffbauteil führt, besteht aus mehreren Einzelprozessen. Zuerst werden endkonturnahe Vorformlinge beziehungsweise Faserhalbzeuge hergestellt. Diese Bauteile, welche auch als Preform bezeichnet werden, werden in einem sogenannten Preformprozess typischerweise aus mehreren Einzellagen von Geweben oder Fasergelegen, üblicherweise in zweidimensionaler Form, gestapelt und/oder gefügt, beispielsweise durch Verklammern, Verkleben oder durch Verfahren, wie sie aus der Textiltechnik bekannt sind, beispielsweise Nähen oder ähnliches. Der so entstehende Stapel aus einzelnen Gewebelagen oder Fasergelegen hat dabei im Wesentlichen bereits die notwendige äußere Kontur und typischerweise auch eventuelle Besonderheiten hinsichtlich der Schichtdicke, besonderer Faserverläufe und dergleichen. Im Allgemeinen wird nach dem Herstellen des Stapels aus den Gewebelagen ein Binder auf die Gewebelagen aufgebracht oder ist bereits zwischen den Fasern vorhanden, beispielsweise indem die einzelnen Faserbündel mit einem derartigen Binder getränkt sind, bevor sie zu dem Gewebe- beziehungsweise Fasergelege weiterverarbeitet werden.
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Anschließend wird in einer Drapiervorrichtung, welche die gewünschte dreidimensionale Form des Vorformlings in einer Matrize abbildet, der Stapel der Gewebelagen vorgeformt, typischerweise indem ein oder mehrere Drapier- und/oder Fixierstempel, welche zur Zusammenwirkung mit der Matrize ausgebildet sind, den Gewebestapel in die Matrize drücken, um so die gewünschte dreidimensionale Form zu erzielen. Der Binder kann dann aktiviert werden, beispielsweise durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen der Matrize, sodass eine zumindest für den weiteren Fertigungsprozess handhabbare endkonturnahe Ausgestaltung des dreidimensionalen Vorformlings möglich wird. Drapiervorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2010 027 466 A1 oder aus der
DE 10 2010 043 666 A1 grundsätzlich bekannt. Entscheidend für die Qualität des dreidimensionalen Vorformlings ist es, dass die einzelnen Lagen des Stapels möglichst ohne Knitter, unerwünschtem Zug, unerwünschten Spannungen oder dergleichen in der Matrize zu liegen kommen, um so einen möglichst hochwertigen und hinsichtlich des Stapels homogenen dreidimensionalen Vorformling zu bekommen.
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In den genannten Schriften wird deshalb die Drapiervorrichtung beispielsweise so gedreht, dass die Drapier- und/oder Fixierstempel von unten den Gewebestapel in die Matrize drücken, um eine seitliche Spannung des Fasermaterials mit Hilfe der Schwerkraft zu erzielen, sodass Falten und Knitter leicht vermieden werden können. Dies ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden, da einerseits Matrize und Aufbau entsprechend gedreht werden müssen, sodass die Stempel aktiv angehoben werden können. In der anderen genannten Schrift sind Positionierungsstifte vorgesehen, welche für einen ähnlichen Effekt sorgen, ohne dass die Matrize aufwändig in eine Überkopfposition gedreht werden muss. Allerdings ist dabei die Matrize außerordentlich komplex in der Herstellung, da die Stifte in ihrer ausgefahrenen Position eine möglichst exakte Ebene ausbilden müssen und da sämtliche Stifte in die Matrize zurückfahren müssen. Die Matrize ist damit ein sehr aufwändiges Bauteil, sodass sich der hierdurch entstehende Aufwand nur für sehr große Serien überhaupt lohnt und in nachteiliger Weise keinerlei Flexibilität bei der Matrize zulässt. Darüber hinaus ist diese sehr komplexe Matrize außerordentlich anfällig für Störungen während des Produktionsablaufs für den Vorformling.
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Nach der Herstellung des dreidimensionalen Vorformlings wird dieser als endkonturnah vorgeformtes Zwischenprodukt in eine Presse zur Durchführung des RTM-Verfahrens eingelegt. Je nach Bedarf kann der dreidimensionale Vorformling davor noch nachgeschnitten, an vorgegebenen Stellen ausgestanzt oder mit Einlegern oder dergleichen versehen werden, um eine möglichst präzise Kontur und Funktionalität des späteren faserverstärkten Kunststoffbauteils zu erzielen. Nach dem Einlegen des dreidimensionalen Vorformlings in das Werkzeug werden dann in an sich bekannter Art und Weise die Werkzeughälften geschlossen und das notwendige Harz wird in die Kavität des Werkzeugs injiziert, um die Faserstruktur des dreidimensionalen Vorformlings zu imprägnieren und die Fasern einzuschließen. Nach dem Aushärten der Harzmatrix entsteht so das fertige faserverstärkte Kunststoffbauteil, welches dem Werkzeug entnommen werden kann.
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Da ein wichtiger Schritt bei der Herstellung derartiger faserverstärkter Kunststoffbauteile bereits in der Herstellung des dreidimensionalen Vorformlings liegt, hat die eingesetzte Drapiervorrichtung einen entscheidenden Anteil an der Qualität des späteren Bauteils. Die oben beschriebenen Drapiervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik weisen dabei die genannten Nachteile auf.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Drapiervorrichtung anzugeben, welche insbesondere diese Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drapiervorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung sowie ihrer Verwendung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist so, dass der oder die Drapier- und/oder Fixierstempel an ihrer dem Vorformling zugewandten Oberfläche und/oder unterschiedlichen Bereichen dieser Oberfläche wenigstens eines Drapier- und/oder Fixierstempels verschiedene Oberflächenrauheiten und/oder -reibwerte aufweisen. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch die Matrize an ihrer dem Vorformling zugewandten Oberfläche Bereiche mit verschiedener Oberflächenrauheit und/oder verschiedenen Reibwerten aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist es also vorgesehen, dass entweder unterschiedliche Stempel mit unterschiedlichen Oberflächenrauheiten oder Reibwerten ausgebildet sind, oder das ein und derselbe Stempel, insbesondere wenn der Stempel eine entsprechend komplexe Formgebung seiner dem Vorformling zugewandten Oberfläche aufweist, verschiedene Oberflächenrauheiten oder -Reibwerte aufweist. Alternativ oder vorzugsweise ergänzend hierzu kann auch die Matrize in unterschiedlichen Bereichen so ausgebildet sein, dass sie unterschiedliche Oberflächenrauheiten oder Reibwerte aufweist. Die Oberflächenrauheit lässt sich dabei beispielsweise durch Rautiefe, insbesondere in Form einer gemittelten Rautiefe, messtechnisch erfassen und fertigungstechnisch hinsichtlich der gewünschten Werte entsprechend herstellen.
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Durch eine solche Variation der Oberflächenrauheiten und/oder -Reibwerte lassen sich unterschiedliche Abgleiteigenschaften des Fasermaterials, also des Stapels aus Gewebelagen, welches gegebenenfalls mit einem entsprechenden Binder versehen ist, erzielen. Indem die im Zentrum der Matrize angeordnete Stempel, Teile von Stempeln oder Matrizenoberfläche eine entsprechend glatte Oberfläche aufweisen oder mit einem die Reibung herabsetzenden Material wie beispielsweise Polytetrafluorethylen beschichtet sind, wird in diesem Bereich ein sehr gutes Abgleiten der Fasern an dem jeweiligen Stempel erreicht, sodass der dann typischerweise als Drapierstempel ausgebildete Stempel die Fasern mit wenig Reibung sehr leicht in die Gegenform der Matrize eindrücken kann. Andere Stempel oder andere Bereiche des Stempels oder der Matrize können dementsprechend mit einer Oberfläche mit hoher Oberflächenrauheit und/oder höheren Reibwerten für das Fasermaterial versehen sein, beispielsweise mit einer bewusst aufgerauten Oberfläche, welche beispielsweise eine mechanische Riffelung aufweist oder dergleichen, oder durch eine entsprechende Beschichtung beispielsweise mit Polyurethan, welches für das Fasermaterial einen sehr viel höheren Reibwert verursacht, als das bereits angesprochene Polytetrafluorethylen.
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Indem diese Stempel oder Bereiche von Stempeln oder der Oberfläche der Matrize vorzugsweise im Außenbereich der Matrize angeordnet werden, kann so dafür gesorgt werden, dass das Material des Vorformlings hier stärker zurückgehalten wird, als durch die Stempel beziehungsweise Oberflächen mit entsprechend glatterer beziehungsweise mit geringerer Reibung ausgebildeten Oberfläche. Das Material lässt sich dann ausgehend von den Bereichen, in denen die Stempel mit der größeren Oberflächenrauheit beziehungsweise den höheren Reibwerten eingesetzt werden, durch die anderen Stempel in die Matrize hineinziehen. Hierdurch wird eine sehr saubere Anlage erzielt, ohne dass eine Faltenbildung oder dergleichen auftritt. Der Aufbau ist dabei gegenüber dem im Stand der Technik beschriebenen Aufbau, beispielsweise dem Aufbau mit den Positionierungsstiften, sehr viel einfacher, da lediglich eine entsprechende Oberflächenbearbeitung der Drapier- und/oder Fixierstempel und/oder gegebenenfalls der Oberfläche der Matrize notwendig ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die verschiedenen Eigenschaften der Oberfläche hinsichtlich Oberflächenrauheit und/oder Reibwert lassen sich dabei sehr einfach durch eine unterschiedliche Bearbeitung der einzelnen Oberflächen oder partieller Teile der Oberfläche erzielen.
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In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass wenigstens einer der Drapier- und/oder Fixierstempel an seiner dem Vorformling zugewandten Oberfläche zumindest partiell mit einer federelastisch deformierbaren Schicht versehen oder aus federelastisch deformierbaren Material ausgebildet ist. Eine solche federelastisch deformierbare Schicht kann beispielsweise eine Elastomerschicht oder dergleichen sein, welche die Oberfläche des Drapierstempels bedeckt oder welche insbesondere in eine Ausfräsung passgenau eingesetzt ist, sodass sie in deformiertem Zustand eine ebene Oberfläche mit den restlichen Bereichen der Oberfläche des Drapierstempels ausbildet. Beim Drapieren kann dann, nachdem eine Anlage des Drapierstempels an dem Stapel der Gewebe erzielt worden ist, eine weitere Vorschubbewegung unter Ausnutzung der Elastizität des federelastisch deformierbaren Materials erfolgen. Hierdurch kann eine weitere Bewegung des Stapels aus den Gewebelagen erfolgen, beispielsweise um das Material zu spannen und/oder einzelne Falten glattzuziehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist es vorgesehen, dass wenigstens einer der Drapier- und/oder Fixierstempel und/oder die Matrize an der dem Vorformling zugewandten Oberfläche zumindest partiell beschichtet ist. Durch eine solche zumindest partielle Beschichtung lassen sich die Oberflächeneigenschaften leicht verändern, beispielsweise indem die Oberfläche gleichmäßig mechanisch bearbeitet ist und dann in einem gezielten Bereich partiell beschichtet wird. Die Beschichtung kann beispielsweise so erfolgen, dass die Reibung und/oder die Oberflächenrauheit vermindert wird oder es kann umgekehrt punktuell eine Beschichtung in der Art erfolgen, dass die Reibung beziehungsweise die Oberflächenrauheit erhöht wird, beispielsweise indem eine partielle Polyurethanschicht aufgebracht wird.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist es nun ferner vorgesehen, dass die dem Vorformling zugewandten Oberflächen des wenigstens einen Drapier- und/oder Fixierstempels verschiedene Beschichtungen aufweisen. Verschiedene Bereiche der Oberfläche eines einzigen Stempels können so sehr einfach an die unterschiedlichen benötigten Eigenschaften angepasst werden, beispielsweise indem Teile der Oberfläche mit einer die Reibung vermindernden Beschichtung, beispielsweise auf der Basis von PTFE, und andere Teile der Oberfläche mit einer die Reibung erhöhenden Beschichtung, beispielsweise auf der Basis von Polyurethan, ausgebildet sind. Dazwischen können prinzipiell auch unbeschichtete Bereiche der Oberfläche verbleiben, welche dann in ihren Eigenschaften zwischen den Eigenschaften der beiden beschichteten Bereiche liegen.
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Um den Aufwand hinsichtlich der Herstellung der einzelnen Drapier- und/oder Fixierstempel zu minimieren, kann es jedoch in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung auch vorgesehen sein, dass die dem Vorformling zugewandte Oberfläche jedes Drapier- und/oder Fixierstempels einheitlich mit einer/-m im Wesentlichen konstanten Oberflächenrauheit und/oder Reibwert ausgebildet ist, wobei mehrere Drapier- und/oder Fixierstempel mit verschiedenen Oberflächen vorgesehen sind. Dieser Aufbau, bei dem jeder der Stempel in sich mit einer einheitlichen Oberfläche ausgebildet ist, ist besonders einfach zur Herstellung der Stempel, weil ohne Maskierungen und dergleichen die Oberfläche gleichmäßig bearbeitet und/oder beschichtet werden kann. Dadurch, dass in der Drapiervorrichtung jetzt mehrere Stempel eingesetzt werden, lässt sich die gewünschte Eigenschaft dennoch erreichen, indem beispielweise die weiter außen liegenden Stempel eine rauere Oberfläche aufweisen oder höherer Reibwerte haben, als beispielsweise die zentraler angeordneten Stempel. Hierdurch wird das Fasermaterial des späteren Vorformlings im Randbereich der Matrize entsprechend zurückgehalten und muss von den Drapierstempeln im Inneren, welche eine entsprechende Oberfläche mit geringer Reibung haben, entgegen der größeren Reibungskraft im Bereich der äußeren Stempel in die Matrize eingezogen und eingedrückt werden. Somit entsteht ein sehr sauberer Vorformling, ohne die nennenswerte Gefahr einer Faltenbildung oder dergleichen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ist es nun außerdem vorgesehen, dass wenigstens einer der Drapier- und/oder Fixierstempel eine Bewegungsrichtung zu der mit ihm korrespondierenden Oberfläche der Matrize aufweist, welche von der Senkrechten auf der mit ihm korrespondierenden Oberfläche der Matrize beziehungsweise einer diese mittelnden Ebene abweicht. Ein solcher Aufbau, bei dem wenigstens einer der Drapier- und/oder Fixierstempel also schräg, vorzugsweise mit einem Winkel von mehr als 5° gegenüber der Senkrechten auf die Matrize zubewegt wird, kann die einzelnen Fasern in dem Stapel der Gewebelagen optimal spannen. Die schräge Bewegung, insbesondere in Kombination mit einer federelastisch deformierbaren Oberfläche des Stempels, erzeugt beim Zustellen des Stempels eine Querbewegung der Fasern beziehungsweise Gewebelagen auf der Oberfläche der Matrize, wodurch Falten geglättet werden und gegebenenfalls alternativ oder ergänzend hierzu eine Umorientierung der Fasern erzielt wird. Dies gilt insbesondere in der Kombination mit dem bereits genannten federelastisch deformierbaren Material, da dann insbesondere durch den Resthub, welcher unter Ausnutzung der Elastizität erzielt wird, eine solche Querbewegung bei ansonsten bereits fixiertem Fasermaterial des Stapels der Gewebelagen erzielt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drapiervorrichtung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematisierte Darstellung einer Industrieanlage zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen mit einer vorherigen Herstellung von dreidimensionalen Vorformlingen;
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2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Drapiervorrichtung gemäß der Erfindung; und
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3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Drapiervorrichtung in einer alternativen Ausgestaltung gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert eine Industrieanlage 1 zu erkennen, welche letztlich zur Herstellung eines faserverstärkten Formteils 2 mittels eines RTM-Verfahrens in einem Werkzeug 3 in einer Presse 4 dient. Das faserverstärkte Formteil 2 wird dabei aus einem dreidimensional endkonturnah vorgeformten Vorformling 5 hergestellt, welcher zuvor in einigen schematisch dargestellten Schritten erzeugt worden ist. Als Ausgangsbasis für den Vorformling 5 dient ein Fasermaterial, beispielsweise in Form einer Gewebelage, eines Fasergeleges oder dergleichen. Diese kann beispielsweise als Rollenware über eine angedeutete Rolle 6 zur Verfügung gestellt werden.
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In einer Schneidvorrichtung 7 wird dann mittels einer Schneideinrichtung 8 aus der Rollenware eine einzelne Gewebelage beziehungsweise -matte, welche hier so explizit nicht dargestellt ist, zugeschnitten. Anschließend wird diese Gewebelage über eine geeignete Transportvorrichtung, welche in der Darstellung der 1 lediglich durch gebogene Pfeile prinzipmäßig angedeutet ist, einer angedeuteten Einrichtung 9 zugeführt, in welcher Binder auf die Gewebelage aufgetragen wird. Dies kann beispielsweise durch Besprühen, Aufwalzen, Tauchen oder dergleichen erfolgen. Alternativ zu diesem Vorgehen mit der Einrichtung 9 zum Auftragen von Binder wäre es auch möglich, das Fasermaterial mit einem entsprechenden Bindemittel vorzuimprägnieren, sodass dieser Schritt entfallen kann. Dies ist dem Fachmann jedoch aus dem allgemeinen Stand der Technik geläufig, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
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Nach dem Auftrag des Binders, oder falls dieser Schritt entfällt und der Binder bereits in dem Fasermaterial vorhanden ist, sofort anschließend gelangt die Gewebelage zu einer Stapeleinrichtung 10, in welcher die einzelnen Gewebelagen zu einem hier angedeuteten Stapel 11 aus Gewebelagen aufgestapelt werden. Dabei kann auch ein Verklammern, Vernähen oder sonstiges Verbinden der einzelnen Gewebelagen an Stellen, an denen dies aus konstruktiven Gründen sinnvoll und notwendig ist, vorgesehen sein. Die Gewebelagen haben nach dem Schneidvorgang in der Schneidvorrichtung 7 typischerweise eine endkonturnahe Form. Dennoch kann auch nach dem Stapeln der Gewebelagen zu dem Stapel 11 in der Stapeleinrichtung 10 ein weiteres Beschneiden, Ausstanzen von Öffnungen oder Ähnliches erfolgen, sofern gewünscht oder erforderlich.
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Nachdem der Stapel 11 so vorbereitet ist, gelangt er in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in eine Heizeinrichtung 12, in der er, wie hier angedeutet, über ein Transportmittel durch einen Ofen, eine Strecke mit infraroter Bestrahlung oder dergleichen geführt wird. Der Stapel 11 wird so vorgewärmt und der typischerweise thermisch aktivierbare Binder wird aktiviert beziehungsweise soweit verflüssigt, dass der Stapel 11 zwar noch eine hohe Flexibilität aufweist, aber die in dem Stapel 11 verarbeiteten Gewebelagen jedoch beim Abkühlen aneinander haften.
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Die Kernfunktionalität bei der Herstellung des dreidimensional vorgeformten Vorformlings 5 kommt nun der im nächsten Schritt dargestellten Drapiervorrichtung 13 zu. Die Drapiervorrichtung 13 weist dabei eine Matrize 14 auf, welche die spätere Form des dreidimensional vorgeformten Vorformlings 5 abbildet. Über Stempel 15 zur Drapierung und/oder Fixierung wird der Stapel 11 aus Gewebelagen nun in die Form dieser Matrize 14 eingedrückt und kühlt typischerweise durch das metallische Material der Matrize 14, welches sehr gut wärmeleitend ist und Wärme aus dem Stapel 11 der Gewebelagen abführt, aus. Hierdurch härtet der Binder aus und es entsteht der dreidimensional vorgeformte Vorformling 5, welcher in seiner Formgebung bereits endkonturnah geformt ist und der Form der Matrize 14 und der Stempel 15 folgt. Dabei können die Stempel 15 eingesetzt werden, welche das Fasermaterial festhalten, und/oder es werden insbesondere Stempel 15 als Drapierstempel eingesetzt, welche zum Bewegen des Fasermaterials beispielsweise in die Vertiefungen der Matrize 14 dienen.
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Das Vorformling 5 ist dabei durch den ausgehärteten Binder soweit formstabil, dass dieses, ohne seine Form zu verlieren, zumindest weitertransportiert und gegebenenfalls zwischengelagert werden kann. Es hat jedoch noch nicht seine endgültige Form und Härte erreicht, diese wird erst im nachfolgenden RTM-Prozess erzielt. Der so in der Drapiervorrichtung 13 vorgeformte und idealerweise in ihr verklebte und ausgehärtete Stapel 11 bildet dann den Vorformling 5, welches, wie oben bereits beschrieben, der Presse 4 für das RTM-Verfahren zugeführt werden kann.
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Nun ist es so, dass insbesondere den Drapierstempeln 15 zum Einziehen des Stapels 11 an Gewebelagen eine besondere Bedeutung zukommt, da ein sehr gleichmäßiges Einziehen beziehungsweise Eindrücken des Stapels 11 aus Gewebelagen in die Vertiefungen der Matrize 14 erfolgen muss. Nur so können Falten oder unnötige Spannungen in dem Material des Stapels 11 vermieden werden. Dies ist jedoch eine grundlegende Voraussetzung für eine gute Qualität des im RTM-Verfahrens hergestellten Formteils 2 und damit verbunden eine gute Qualität bei den so hergestellten faserverstärkten Formteilen 2. Um ein qualitativ hochwertiges Eindrücken beziehungsweise Einziehen des Stapels 11 an Gewebelagen, also letztlich des Fasermaterials in die Matrize 14 beziehungsweise ihre Vertiefungen zu erreichen, ist es bei der Drapiervorrichtung 13 vorgesehen, dass die einzelnen Drapier- und/oder Fixierstempel an ihrer dem späteren Vorformling 5 beziehungsweise dem Stapel 11 aus Gewebelagen zugewandten Oberflächen, welche in der Darstellung der 2 jeweils mit 16 gekennzeichnet sind, unterschiedliche Oberflächenrauheiten und/oder Reibwerte aufweisen. Dabei kann im Prinzip jeder einzelne der Stempel 15 an seiner Oberfläche 16 Bereiche mit gezielt unterschiedlichen Oberflächenrauheiten oder Reibwerten aufweisen. Idealerweise sind jedoch die Oberflächen 16 der Stempel 15 in sich weitgehend homogen, während unterschiedliche Stempel 15 verschiedene Oberflächenrauheiten oder Reibwerte aufweisen.
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Insbesondere ist es dabei sinnvoll, wenn bezugnehmend auf die 2 die beiden kleineren außen angeordneten Stempel 15 an ihren Oberflächen 16 eine höhere Oberflächenrauheit beziehungsweise höhere Reibwerte aufweisen, um so das Material des Stapels 11 aus Gewebelagen zurückzuhalten und zu spannen. Dementsprechend sind die Oberflächen mit der größeren Oberflächenrauheit beziehungsweise den höheren Reibwerten mit 16* bezeichnet. Der zentrale Stempel 15 drückt beziehungsweise zieht das Material des Stapels 11 in die Vertiefung der Matrize 14 ein. Der zentrale Stempel 15 hat dabei eine entsprechend gute Oberflächenqualität mit sehr geringer Oberflächenrauheit beziehungsweise einem sehr geringen Reibwert, sodass das Material an ihm besonders gut gleitet. Seine Oberfläche ist mit 16‘ bezeichnet, sie könnte beispielsweise poliert sein. Grundlegend alternativ dazu, insbesondere jedoch ergänzend dazu kann auch die in 2 mit 17 bezeichnete Oberfläche der Matrize 14, welche dem Material des Stapels 11 zugewandt ist, Bereiche mit verschiedener Oberflächenrauheit und/oder verschiedenen Reibwerten aufweisen. Auch hierdurch wird das Einziehen des Materials des Stapels 11 in die Vertiefungen entsprechend erleichtert, beispielsweise wenn Kanten und Radien um die das Material des Stapels 11 fließen muss, entsprechend poliert sind und beispielsweise die mit den beiden äußeren Stempeln 15 zusammenwirkenden Oberflächen 17 der Matrize 14 ebenfalls aufgeraut sind, um das Material des Stapels 11 beim Einziehen durch den zentralen Stempel 15 in die Vertiefungen der Matrize 14 zurückzuhalten und zu spannen. Die Oberflächenrauheiten beziehungsweise Reibwerte müssen dabei dem eingesetzten Fasermaterial, beispielsweise den Kohlenstofffasern bei einem kohlenfaserverstärkten Formteil 2, entsprechend angepasst werden. Zum Erzeugen einer entsprechend großen Oberflächenrauheit beziehungsweise eines hohen Reibwerts kann beispielsweise eine Bearbeitung in der Art erfolgen, dass die Oberfläche mikroskopische oder auch makroskopische Riffelungen aufweist, um so ein Anhaften der Fasern an der Oberfläche 16, 17 zu erzielen. Das Fasermaterial wird dadurch zurückgehalten und kann durch den zentralen Stempel 15 entsprechend gespannt werden. Hierdurch wird die Gefahr von Kanten, Falten oder Knittern in dem Material des Stapels 11 deutlich reduziert. Im Falle der beschriebenen, in der Darstellung der 2 jeweils außenliegenden Stempel 15, müsste eine solche Beschichtung einen höheren Reibwert bezüglich der Fasern des Fasermaterials erzeugen als beispielsweise die Oberfläche des zentralen Stempels 15 oder eine auf diesem aufgebrachte Beschichtung. Denkbare Beschichtungen wären im Bereich der außenliegenden Stempel 15, zum Erzeugen eines höheren Reibwerts, beispielsweise Beschichtungen aus Polyurethan, welche einen vergleichsweise hohen Reibwert für die Fasern aufweisen. Der zentrale Stempel 15 könnte entsprechend eine den Reibwert verringernde Beschichtung, beispielsweise auf der Basis von Polytetrafluorethylen, aufweisen.
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Der Einsatz von Oberflächen 16, 17 mit verschiedenen Oberflächenrauheiten und/oder Reibwerten ermöglicht damit ein gezieltes „Fließen“ des Materials des Stapels 11 zwischen der Oberfläche 17 der Matrize 14 und der Oberfläche 16 des jeweiligen Stempels 15, sodass sehr zielgerichtet durch eine geeignete Beschichtung oder Bearbeitung der Oberflächen 16, 17 das gleichmäßige und knitterfreie Einziehen des Fasermaterials in die Vertiefungen der Matrix 14 erfolgen kann.
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Dieses besonders gute Einziehen des Materials des Stapels 11 zwischen der Oberfläche 17 der Matrize 14 und den Oberflächen 16 der jeweiligen Stempel 15 kann nun ferner dadurch unterstützt werden, dass die Oberfläche 16 wenigstens eines Stempels 15 mit einer federelastisch deformierbaren Schicht versehen ist beziehungsweise der gesamte Stempel 15 aus federelastisch deformierbaren Material ausgebildet wird. Beispielsweise kann ein deformierbares Elastomer in eine Ausfräsung in einem aus Metall oder Kunststoff ausgebildeten Stempel 15 eingesetzt werden, insbesondere so, dass im deformierten Zustand eine ebene Oberfläche des Stempels 15 zwischen den Bereich mit dem Elastomer und den danebenliegenden Bereichen erzielt wird. Beispielsweise beim Einsatz von Gummi oder gummiartigen Materialien wird dann gleichzeitig eine Oberfläche 16* mit höherem Reibwert erzielt. Durch das federelastisch deformierbare Material kann nach der eigentlichen Zustellbewegung über einen Resthub des Stempels 15 – unter Ausnutzung der Elektrizität – ein weiteres Spannen sowie gegebenenfalls Glätten des Materials des Stapels 11 sowie gegebenenfalls ein Vorspannen beziehungsweise Umorientieren der darin befindlichen Fasern erzielt werden.
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In der Darstellung der 3 ist nun eine alternative Ausführungsform der Drapiervorrichtung 13 zu erkennen. Die einzelnen Stempel 15 bewegen sich hier nicht mehr alle senkrecht gegenüber der jeweiligen, ihnen zugeordneten Oberfläche 17 der Matrize 14, sondern teilweise schräg zu einer Senkrechten S, auf der entsprechenden Oberfläche 17 der Matrize 14 beziehungsweise falls diese uneben ist, einer Senkrechten S auf einer gemittelten Ebene hierzu. Im konkreten Ausführungsbeispiel in der Darstellung der 3 wird dann insbesondere der zentrale Stempel 15, welcher eine entsprechend glatte Oberfläche 16‘ aufweist, zeitlich zuerst in Richtung der Matrize 14 bewegt. Anschließend kommen die benachbarten schräg nach außen zustellenden Stempel 15, welche insbesondere rauhere Oberflächen 16* aufweisen und damit ein Spannen des Materials des Stapels 11 nach außen hin bewirken. Anschließend können die äußeren Stempel 15 zugestellt werden, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Oberfläche 16* mit höherer Oberflächenrauhigkeit aufweisen.
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Werden nun insbesondere die beiden dem zentralen Stempel 15 benachbarten Stempel 15 zusätzlich zu ihrer Oberfläche 16* mit größerer Rauheit beziehungsweise einem höheren Reibwert für das Fasermaterial mit einem federelastisch deformierbaren Material, beispielsweise wie oben beschrieben, versehen, dann wird nach der eigentlichen Zustellung über den durch die Elastizität erzielbaren Resthub eine Querbewegung des Materials des Stapels 11 im Beispiel der 3 nach außen erzielt, sodass Falten leicht beseitigt und bei Bedarf eine Spannung beziehungsweise Umorientierung der Fasern erzielt werden kann. Ist dabei die Oberfläche 17 der Matrize 14 sowie die Oberfläche 16‘ des zentralen Stempels 15 entsprechend glatt ausgebildet, dann kann das Material einfach nachfließen, um so eine ideale Anlage an der Oberfläche 17 der Matrize 14 zu gewährleisten. Vergleichbares gilt dann für die beiden außen angeordneten Stempel 15 entsprechend. Durch diesen Aufbau, gegebenenfalls mit einem zeitlich versetzten Setzen der einzelnen Stempel 15 nacheinander, insbesondere von innen nach außen, lässt sich die Drapiervorrichtung 13 also nochmals weiter optimieren.
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Dem Fachmann ist bereits bekannt, dass die Stempel 15 Aktuatoren 18 aufweisen, die geeignet sind, die Stempel in Richtung oder von der Matrize 14 weg zu bewegen. Je nach Ausrichtung der Aktuatoren 18 und der Drapiergeometrie ergibt sich damit während des Drapierens auch eine entsprechende Bewegungskomponente des Stapels 11 in oder parallel zur Oberfläche der Matrize.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Industrieanlage
- 2
- Formteil
- 3
- Werkzeug
- 4
- Presse
- 5
- Vorformling
- 6
- Rolle
- 7
- Schneidvorrichtung
- 8
- Schneideinrichtung
- 9
- Einrichtung
- 10
- Stapeleinrichtung
- 11
- Stapel
- 12
- Heizeinrichtung
- 13
- Drapiervorrichtung
- 14
- Matrize
- 15
- Stempel
- 16
- Oberfläche von 15
- 16*
- Oberfläche (mit höherem Reibwert)
- 16‘
- Oberfläche (mit geringerem Reibwert)
- 17
- Oberfläche von 14
- 18
- Aktuatoren
- S
- Senkrechte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010027466 A1 [0003]
- DE 102010043666 A1 [0003]
