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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Imprägnieren eines Basisfasermaterials mit einem Flüssigharz zum Herstellen eines Formkörpers aus einem Faserverbundkunststoff.
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Beschreibung des Stands der Technik:
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Faserverbundkunststoffe, welche aus Basisfasern und Harzen hergestellte Verbundwerkstoffe sind, sind als leichtgewichtige, hochfeste Materialien bekannt. Formkörper, welche aus solchen Faserverbundkunststoffen hergestellt sind, wurden in letzter Zeit in Komponenten für Karosserien und Flugzeuge verwendet.
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Aus Faserverbundkunststoff hergestellte Formkörper (nachfolgend als FVK-Formkörper bezeichnet) können zum Beispiel mittels eines RTM-Verfahrens (Harzspritzpressen) produziert werden. In dem RTM-Verfahren, wie es in der
japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2002-192535 beschrieben ist, wird ein Basisfasermaterial in einem Formhohlraum platziert, die Form geschlossen, Gas in dem Hohlraum abgeführt und dann ein Flüssigharz dem Hohlraum zugeführt.
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In manchen Fällen wird ein FVK-Formkörper benötigt, welcher eine große Dicke von mehr als 10 mm oder einen relativ hohen Fasergehalt von etwa 50 Vol.-% aufweist. Werden solche FVK-Formkörper unter Verwendung eines RTM-Verfahrens hergestellt, verfügt das Basisfasermaterial über einen hohen Widerstand gegen ein Fließen des Flüssigharzes. Dadurch kann das Flüssigharz unzureichend über das Basisfasermaterial verteilt werden, so dass das Basisfasermaterial unzureichend mit dem Harz imprägniert wird, wodurch nicht imprägnierte Bereiche erzeugt werden. Der FVK-Formkörper mit einem solchen nicht imprägnierten Bereich weist unzureichende Festigkeit auf und kann nicht als ein zufriedenstellendes Produkt verwendet werden.
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Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, ist es bei dem RTM-Verfahren nachteiligerweise schwierig, einen FVK-Formkörper, welcher eine große Dicke oder einen hohen Fasergehalt aufweist, mit hoher Ausbeute herzustellen.
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Das
japanische Patent Nr. 4414801 offenbart ein Verfahren, in welchem Flüssigharz einem Hohlraum zwischen unteren und oberen Formen während eines Vorgangs zugeführt wird, bei welchem die unteren und oberen Formen von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand übergehen. Danach wird Gas, welches in einem eingeschlossenen Bereich vorhanden ist, der durch die unteren und oberen Formen gebildet ist, ausgelassen. Wie in dem japanischen Patent Nr. 4414801 beschrieben, kann das Flüssigharz gemäß diesem Verfahren in einer kurzen Zeit verteilt werden und kann das Basisfasermaterial ohne Weiteres mit dem Flüssigharz imprägniert werden, da in dem Hohlraum ein Unterdruck herrscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem in der
japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2002-192535 und in dem
4japanischen Patent Nr. 414801 beschriebenen Verfahren wird das Flüssigharz unter einem reduzierten Druck verteilt. Deshalb wird das Flüssigharz oft in einen Ausstoßdurchgang eingezogen. Somit kann die Menge von Flüssigharz nicht ausreichend in dem Produktionshohlraum erhöht werden, so dass es schwierig wird, das Auftreten eines nicht imprägnierten Bereichs zu verhindern.
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Des Weiteren kann das eingezogene Flüssigharz in dem Ausstoßdurchgang aushärten. In diesem Fall ist in einem nachfolgenden Formvorgang die Absaugkraft aufgrund des ausgehärteten Harzes verringert und somit ist es schwierig, die Qualität des Vakuums zu erhöhen. Um dieses Problem zu lösen, kann ein Ventil an dem Auslass des Ausstoßdurchgangs gebildet sein und kann das Ventil geschlossen werden, nachdem das Gas abgeführt worden ist. Wenn allerdings das Flüssigharz eine geringe Viskosität aufweist, kann das Flüssigharz in das Innere des Ventils eingebracht werden und dort aushärten. In einem solchen Fall ist es notwendig, das Ventil auseinander zu nehmen und zu reinigen oder zu ersetzen. Das Formverfahren kann während einer solchen Prozedur nicht ausgeführt werden und deshalb ist es schwierig, die Produktionseffizienz des FVK-Formkörpers zu verbessern.
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Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus einem Faserverbundkunststoff bereitzustellen, welches dazu in der Lage ist, Flüssigharz daran zu hindern, in den Ausstoßdurchgang eingezogen zu werden, wodurch die Produktionseffizienz verbessert wird.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Formvorrichtung zum Herstellen eines Formkörpers aus einem Faserverbundkunststoff bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Formvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine untere Form, eine obere Form und eine Ausstoßeinheit, zum Imprägnieren eines Basisfasermaterials mit einem Flüssigharz in einem Hohlraum, welcher zwischen der unteren Form und der oberen Form definiert ist, um einen Formkörper aus einem Faserverbundkunststoff herzustellen.
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Ein erstes Dichtungselement und ein zweites Dichtungselement sind an der unteren Form bzw. der oberen Form angeordnet, oder sowohl das erste Dichtungselement als auch das zweite Dichtungselement sind an der unteren Form oder der oberen Form angeordnet, und wenigstens eine aus der unteren Form und der oberen Form weist einen Ausstoßdurchgang auf.
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Wenn die obere Form relativ zu der unteren Form hin abgesenkt wird, wird das erste Dichtungselement dazu verwendet, einen eingeschlossenen Bereich zu bilden, welcher einen Produktionshohlraum zwischen der unteren Form und der oberen Form enthält.
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Nach Bilden des eingeschlossenen Bereichs und wenn die obere Form weiter relativ zu der unteren Form hin abgesenkt wird, wird das zweite Dichtungselement dazu verwendet, den eingeschlossenen Bereich in den Produktionshohlraum und einen abgedichteten Raum aufzuteilen.
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Der abgedichtete Raum ist zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement gebildet und kommuniziert mit dem Ausstoßdurchgang.
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Vor Bilden des abgedichteten Raums wird ein Gas in dem eingeschlossenen Bereich von dem Ausstoßdurchgang mittels der Ausstoßeinheit abgeführt.
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In einer solchen Anordnung wird vor dem Erreichen des geschlossenen Zustands der eingeschlossene Bereich zwischen der unteren Form und der oberen Form gebildet und Gas in dem eingeschlossenen Bereich abgeführt. Wenn danach der Schließvorgang fortschreitet, wird der eingeschlossene Bereich in den abgedichteten Raum und den Produktionshohlraum aufgeteilt. Flüssigharz wird unter einem Unterdruck an den Produktionshohlraum zugeführt und die obere Form gegen das Flüssigharz gepresst. Daher kann das Flüssigharz sofort über das gesamte Basisfasermaterial verteilt werden. Somit kann ein FVK-Formkörper, welcher eine große Dicke oder einen hohen Faservolumengehalt aufweist, auf einfache Weise produziert werden.
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In dem Fall, dass das Flüssigharz übermäßig über dem Basisfasermaterial zugeführt wird, wird das Flüssigharz durch das zweite Dichtungselement blockiert. Daher kann das Flüssigharz daran gehindert werden, nach außen von dem Produktionshohlraum auszutreten. Somit kann ein Mangel an Flüssigharz aufgrund eines Austretens davon verhindert werden und kann das Auftreten eines nicht imprägnierten Bereichs in dem FVK-Formkörper verhindert werden. Folglich kann ein FVK-Formkörper mit ausreichender Festigkeit mit einer hohen Ausbeute produziert werden.
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Ferner kann das Flüssigharz daran gehindert werden, in den abgedichteten Raum und den Ausstoßdurchgang, welcher mit dem abgedichteten Raum kommuniziert, eingezogen zu werden, da das Flüssigharz von dem zweiten Dichtungselement blockiert wird. Somit kann das Harz daran gehindert werden, außerhalb des Produktionshohlraums abgeführt zu werden und kann eine Verminderung in der Absaugkraft in einem nachfolgenden Formvorgang verhindert werden.
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Zusätzlich ist es sogar in dem Fall, dass ein Ventil in dem Ausstoßdurchgang gebildet ist, nicht notwendig, das Ventil auseinander zu nehmen und zu reinigen oder zu ersetzen. Aus diesen Gründen kann eine größere Anzahl von Formvorgängen pro Zeiteinheit ausgeführt werden, so dass die Produktionseffizienz des FVK-Formkörpers verbessert werden kann.
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Mithin können in der vorliegenden Erfindung FVK-Formkörper, welche eine große Dicke oder einen hohen Faservolumengehalt aufweisen, effizient mit zufriedenstellender Festigkeit und hoher Ausbeute hergestellt werden.
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Das Basisfasermaterial kann in dem Produktionshohlraum platziert werden, welcher durch das zweite Dichtungselement aufgeteilt ist.
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Bevorzugt umfasst die obige Anordnung ferner eine Öffnungseinheit für den abgedichteten Raum, welche dazu in der Lage ist, den abgedichteten Raum zur Umgebung hin mittels des Ausstoßdurchgangs zu öffnen. Nachdem der Produktionshohlraum und der abgedichtete Raum durch das zweite Dichtungselement gebildet sind, kann der abgedichtete Raum zur Umgebung hin geöffnet werden (kann unter einen Umgebungsdruck gesetzt werden) und danach kann die Zufuhr des Flüssigharzes ausgeführt werden. In diesem Fall wird das Flüssigharz, wenn das Flüssigharz aufgrund eines Defekts in dem zweiten Dichtungselement nicht ausreichend blockiert werden kann, aufgrund der Tatsache, dass in dem Produktionshohlraum ein Unterdruck herrscht, von Umgebungsluft gedrückt.
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Somit kann in diesem Fall Flüssigharz ferner effektiv daran gehindert werden, in den abgedichteten Raum und den Ausstoßdurchgang eingezogen zu werden.
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Bevorzugt umfasst die Öffnungseinheit für den abgedichteten Raum ein Dreiwegeventil.
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Eine aus der unteren Form und der oberen Form kann einen vorstehenden Abschnitt aufweisen, und eine andere aus der unteren Form und der oberen Form kann einen vertieften Einbringabschnitt aufweisen, in welchen der vorstehende Abschnitt eingebracht wird. In diesem Fall kann beispielsweise eines aus dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement an einem aus dem vorstehenden Abschnitt und dem Einbringabschnitt angeordnet sein, wohingegen ein anderes aus dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement an einem anderen aus dem vorstehenden Abschnitt und dem Einbringabschnitt angeordnet sein kann.
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Alternativ können sowohl das erste Dichtungselement als auch das zweite Dichtungselement an einem aus dem vorstehenden Abschnitt und dem Einbringabschnitt angeordnet sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Formverfahren zum Imprägnieren eines Basisfasermaterials mit einem Flüssigharz in einem Hohlraum bereitgestellt, welcher zwischen einer unteren Form und einer oberen Form definiert ist, um einen Formkörper aus einem Faserverbundkunststoff herzustellen.
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Bei dem oben beschriebenen Verfahren sind ein erstes Dichtungselement und ein zweites Dichtungselement an der unteren Form bzw. der oberen Form angeordnet, oder sind sowohl das erste Dichtungselement als auch das zweite Dichtungselement an der unteren Form oder der oberen Form angeordnet, und weist wenigstens eine aus der unteren Form und der oberen Form einen Ausstoßdurchgang auf.
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Das Verfahren umfasst die Schritte:
wenn die obere Form relativ zu der unteren Form abgesenkt wird, Verwenden des ersten Dichtungselements zum Bilden eines eingeschlossenen Bereichs, welcher einen Produktionshohlraum zwischen der unteren Form und der oberen Form enthält;
nach Bilden des eingeschlossenen Bereichs, Abführen eines Gases in dem eingeschlossenen Bereich von dem Ausstoßdurchgang;
nach Abführen des Gases in dem eingeschlossenen Bereich und wenn die obere Form weiter relativ zu der unteren Form hin abgesenkt wird, Verwenden des zweiten Dichtungselements zum Aufteilen des eingeschlossenen Bereichs in den Produktionshohlraum und einen abgedichteten Raum, wobei der abgedichtete Raum zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement gebildet wird und mit dem Ausstoßdurchgang kommuniziert;
nach Aufteilen des eingeschlossenen Bereichs, Zuführen des Flüssigharzes an den Produktionshohlraum;
Drücken der unteren Form oder der oberen Form gegen das Flüssigharz, um das Flüssigharz entlang des Basisfasermaterials zu verteilen;
Härten des Flüssigharzes, mit welchem das Basisfasermaterial imprägniert worden ist, um dadurch den Formkörper herzustellen; und
Freigeben des Formkörpers von der unteren Form und der oberen Form.
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In dem vorliegenden Verfahren kann ein oben beschriebener FVK-Formkörper, welcher eine große Dicke oder einen hohen Faservolumengehalt aufweist, effizient mit ausreichender Stärke und hohem Ertrag hergestellt werden.
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Nach Bilden des abgedichteten Raums kann der abgedichtete Raum zur Umgebung hin mittels des Ausstoßdurchgangs geöffnet werden. In diesem Fall kann das Flüssigharz auf einfache Weise daran gehindert werden, in den eingeschlossenen Raum und den Ausstoßdurchgang eingezogen zu werden.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch veranschaulichende Beispiele gezeigt sind, betrachtet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Faserverbundkunststoff-Formvorrichtung in einem offenen Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines eingeschlossenen Bereichs, welcher zwischen einer unteren Form und einer oberen Form während eines Vorgangs gebildet wird, bei welchem die Formen von dem in 1 gezeigten offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand überführt werden;
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3 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines abgedichteten Raums und eines Produktionshohlraums, welche durch Aufteilen des eingeschlossenen Bereichs während eines Vorgangs gebildet werden, bei welchem die Formen von dem in 2 gezeigten Zustand in den geschlossenen Zustand überführt werden, während ein Flüssigharz an den Produktionshohlraum zugeführt wird;
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4 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des entlang eines Basisfasermaterials verteilten Flüssigharzes in dem geschlossenen Zustand;
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5 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines FVK-Formkörpers, welcher durch Imprägnieren des Basisfasermaterials mit dem Flüssigharz hergestellt ist;
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6 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des FVK-Formkörpers, nachdem er von den geöffneten Formen freigegeben ist;
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7 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Faserverbundkunststoff-Formvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform;
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8 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Faserverbundkunststoff-Formvorrichtung gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform; und
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9 in eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Produktionshohlraums und eines abgedichteten Raums, welche durch Aufteilen eines eingeschlossenen Bereichs während eines Vorgangs gebildet werden, bei welchem eine obere Form von dem in 8 gezeigten Zustand in einen abgesenkten Zustand überführt wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Formverfahrens der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Formkörpers aus einem Faserverbundkunststoff (eines FVK-Formkörpers) unter Verwendung der Formvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird unten ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Faserverbundkunststoff-Formvorrichtung 10 (nachfolgend einfach als eine Formvorrichtung 10 bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Formvorrichtung 10 beinhaltet eine untere Form 12 und eine obere Form 14 als ein Formwerkzeug. Ein Produktionshohlraum 16 ist zwischen der unteren Form 12 und der oberen Form 14 gebildet (siehe 3 und 4). In 1 ist die Formvorrichtung 10 in einem offenen Zustand gezeigt.
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Die untere Form 12 ist eine stationäre Form, welche in einer gegebenen Position fixiert ist. Die untere Form 12 ist eine sogenannte Negativform, welche eine sich vertikal erstreckende Vertiefung (hohlraumbildende Vertiefung 18) aufweist, die einen Hohlraum darin definiert. An einer Kante der oberen Fläche der unteren Form 12 ist ein vorstehender Abschnitt 20, welcher sich zu der unteren Form 14 hin erstreckt, um die hohlraumbildende Vertiefung 18 gebildet.
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Eine erste Nut 22 ist um die Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 gebildet. Ein erstes Dichtungselement 24 ist in der ersten Nut 22 eingesetzt. Ein erheblicher Abschnitt des ersten Dichtungselements 24 steht von der ersten Nut 22 hervor.
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Andererseits ist die obere Form 14 eine bewegbare Form, welche durch eine nicht dargestellte Hebevorrichtung abgesenkt und gehoben (näher zu oder weg von der unteren Form 12 bewegt) werden kann. Die obere Form 14 ist eine sogenannte Positivform, welche eine Ausbuchtung (hohlraumbildende Ausbuchtung 26) darin aufweist. Die hohlraumbildende Ausbuchtung 26 ist in einem geschlossenen Zustand in die hohlraumbildende Vertiefung 18 eingebracht. Der Produktionshohlraum 16 wird gebildet, wenn die hohlraumbildende Ausbuchtung 26 in die hohlraumbildende Vertiefung 18 eingebracht wird (siehe 4).
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Die obere Form 14 umfasst ferner eine Säule 28 und eine Grundplatte 30. Die hohlraumbildende Ausbuchtung 26 ist über die Säule 28 mit der Grundplatte 30 verbunden.
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Die umgebende Wand 32, welche sich zur unteren Form 12 hin erstreckt, ist an einer Kante der unteren Fläche der Grundplatte 30 gebildet. Im geschlossenen Zustand ist die Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 durch die umgebende Wand 32 umgeben. Daher ist im geschlossenen Zustand ein relativ vertiefter Einbringabschnitt 34 zwischen der Säule 28 und der umgebenden Wand 32 gebildet. Der Einbringabschnitt 34 ist somit durch eine Seitenfläche der Säule 28, eine untere Fläche der Grundplatte 30 und eine Innenfläche der umgebenden Wand 32 gebildet.
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Eine zweite Nut 36 ist um die Seitenfläche der Säule 28 (d. h. an dem Einbringabschnitt 34) herum gebildet. Ein zweites Dichtungselement 38 ist in die zweite Nut 36 eingesetzt. Ein erheblicher Abschnitt des zweiten Dichtungselements 38 steht von der zweiten Nut 36 in der gleichen Weise hervor wie das zweite Dichtungselement 24.
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Wie nachfolgend beschrieben werden wird, wird der vorstehende Abschnitt 20 in den Einbringabschnitt 34 eingebracht. Das erste Dichtungselement 24 wird danach in Kontakt mit der Innenfläche der umgebenden Wand 32 gebracht und das zweite Dichtungselement 38 wird in Kontakt mit der Innenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 gebracht (siehe 3). Folglich wird ein Raum, welcher von dem Produktionshohlraum 16 (nachfolgend als ein abgedichteter Raum 40 bezeichnet) getrennt ist, zwischen dem ersten Dichtungselement 24 und dem zweiten Dichtungselement 38 gebildet.
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Die Grundplatte 30 weist einen Ausstoßdurchgang 42 auf, welcher mit dem abgedichteten Raum 40 kommuniziert. Der Ausstoßdurchgang 42 ist mit einem Ausstoßrohr 44 verbunden. Ein Dreiwegeventil 46 und eine Pumpe (Ausstoßleinheit) 48 sind an dem Auftrittsrohr 44 in dieser Reihenfolge von dem Ausstoßdurchgang 42 angeordnet.
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Das Dreiwegeventil 46 ist ferner derart verbunden, dass ein offenes Rohr 50 davon zur Umgebung hin geöffnet ist. Folglich dient das Dreiwegeventil 46 zum Wechseln zwischen einem Strömungsweg, welcher mit der Pumpe 48 kommuniziert, und einem Strömungsweg in Kommunikation mit der Umgebung. Wenn der Strömungsweg, welcher mit der Pumpe 48 kommuniziert, ausgewählt ist, wird Gas in einem eingeschlossenen Bereich 52, was später beschrieben werden wird, von der Pumpe 48 abgeführt (siehe 2). Andererseits, wenn der Strömungsweg in Kommunikation mit der Umgebung ausgewählt ist, wird der abgedichtete Raum 40 zur Umgebung hin geöffnet. Folglich dient das Dreiwegeventil 46 als eine Öffnungs- und Schließeinheit für den abgedichteten Raum. Einer der drei Anschlüsse in dem Dreiwegeventil 46 kann grundsätzlich zur Umgebung hin geöffnet werden, ohne durch das offene Rohr 50 zu gehen.
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Die obere Form 14 weist einen Kanal 54 auf, welcher sich von der Grundplatte 30, durch die Säule 28, und zu der hohlraumbildenden Ausbuchtung 26 erstreckt. Der Kanal 54 hat die Funktion eines Zuführkanals zum Zuführen von Flüssigharz 62 von einer Einspritzeinrichtung 56 zu dem Produktionshohlraum 16 (siehe 3).
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Die Formvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich wie oben beschrieben aufgebaut. Betriebsweisen und Vorteile der Formvorrichtung 10 werden unten im Zusammenhang mit einem FVK-Formverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Wie in 1 gezeigt, wird ein Basisfasermaterial 60 zum Bilden eines FVK-Formkörpers 64 (siehe 5) in der hohlraumbildenden Vertiefung 18 platziert, während die Formvorrichtung 10 in einem offenen Zustand gehalten wird. Während dieses Schritts werden die untere Form 12 und die obere Form 14 voneinander getrennt und wird ein Raum, welcher zur Umgebung hin geöffnet ist, zwischen der unteren Form 12 und der oberen Form 14 gebildet. Ferner ist während dieses Schritts das Dreiwegeventil 46 geschlossen.
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Anschließend wird die Hebevorrichtung angetrieben, um die obere Form 14 zu der unteren Form 12 hin abzusenken. In dem Absenkschritt ist die Innenfläche der umgebenden Wand 32 in der oberen Form 14 der Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 in der unteren Form 12 zugewandt. Wenn die Innenfläche der umgebenden Wand 32 mit dem ersten Dichtungselement 24 in Kontakt kommt, wird der Spalt zwischen dem vorstehenden Abschnitt 20 und der umgebenden Wand 32 durch das erste Dichtungselement 24 abgedichtet. Folglich wird der eingeschlossene Bereich 52, welcher von der Umgebung abgeschirmt ist, zwischen der unteren Form 12 und der oberen Form 14 gebildet. Wie aus den 2 bis 4 hervorgeht, umfasst der eingeschlossene Bereich 52 den Produktionshohlraum 16 und den abgedichteten Raum 40 in einem verbundenen Zustand.
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Nachdem der eingeschlossene Bereich 52 in dieser Weise gebildet ist, wird die Pumpe 48 angetrieben, und wird das Dreiwegeventil 46 betrieben, um den Strömungsweg auszuwählen, welcher mit der Pumpe 48 kommuniziert. Das Ausstoßrohr 44 kommuniziert somit mit dem eingeschlossenen Bereich 52, so dass Luft in dem eingeschlossenen Bereich 52 von der Pumpe 48 abgeführt werden kann. Folglich wird der Innendruck des eingeschlossenen Bereichs 52 auf einen Unterdruck von etwa 50 bis 100 kPa reduziert.
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Die obere Form 14 wird ebenso kontinuierlich abgesenkt, während die Luft in dem eingeschlossenen Bereich 52 abgeführt wird. Die hohlraumbildende Ausbuchtung 26 wird dazu, wie in 3 gezeigt, in die hohlraumbildende Vertiefung 18 eingeführt und bewegt sich näher zum Basisfasermaterial 60 hin. Außerdem bewegt sich der vorstehende Abschnitt 20 näher zum Einbringabschnitt 34 hin, so dass die Innenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 der Seitenfläche der Säule 28 gegenübersteht. Somit wird die Formvorrichtung 10 weiter in die Nähe des geschlossenen Zustands gebracht.
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Wenn die Innenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 mit dem zweiten Dichtungselement 38 in Kontakt kommt, wird der Spalt zwischen dem vorstehenden Abschnitt 20 und der Säule 28 von dem zweiten Dichtungselement 38 abgedichtet. Währenddessen wird der Spalt zwischen dem vorstehenden Abschnitt 20 und der umgebenden Wand 32 durch das erste Dichtungselement 24 in einem abgedichteten Zustand gehalten. Dadurch wird der abgedichtete Raum 40 zwischen dem ersten Dichtungselement 24 und dem zweiten Dichtungselement 38 gebildet. Wie deutlich in 3 gezeigt, ist der abgedichtete Raum 40 von dem Produktionshohlraum 16 durch das zweite Dichtungselement 38 getrennt. Mit anderen Worten unterteilt sich der eingeschlossene Bereich 52 in den abgedichteten Raum 40 und den Produktionshohlraum 16, und sind der abgedichtete Raum 40 und der Produktionshohlraum 16 voneinander getrennt.
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Zu diesem Zeitpunkt wird das Dreiwegeventil 46 geschlossen und die Pumpe 48 deaktiviert, um das Ausstoßen von Luft aus dem eingeschlossenen Bereich 52 zu stoppen. Der Zeitpunkt, an welchem der abgedichtete Raum 40 gebildet wird, kann von der Absenkgeschwindigkeit der oberen Form 14 und der Position des ersten Dichtungselements 24 und des zweiten Dichtungselements 38 berechnet werden. Der Zeitpunkt, an welchem das Ausstoßen von Luft gestoppt wird, kann basierend auf der berechneten Zeit gewählt werden.
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Anschließend wird Flüssigharz 62 von der Einspritzeinrichtung 56 zugeführt. Bevorzugte Beispiele des Flüssigharzes 62 umfassen ε-Caprolactam-Harze und Epoxidharze. Für den Fall, dass ε-Caprolactam-Harz verwendet wird, kann gleichzeitig damit ein Katalysator oder ein Aktivator geliefert werden. Beispiele von geeigneten Katalysatoren umfassen Alkalimetalle, wie etwa Natrium, Erdalkalimetalle, und Oxide, Hydroxide, und Hydride davon.
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Beispiele von geeigneten Aktivatoren umfassen Isocyanate, Acyllactame, Isocyanurat-Derivate, Carbonsäurehalogenide und Harnstoff-Lactame.
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Für den Fall, dass ein Epoxidharz verwendet wird, kann gleichzeitig damit ein Härtungsmittel geliefert werden. Beispiele von geeigneten Härtungsmitteln umfassen Säureanhydride, aliphatische Polyamine, Amide-Amine, Polyamide, Lewis-Basen und aromatische Polyamine.
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Das Flüssigharz 62 bewegt sich durch den Kanal 54 und wird von dem Ende der hohlraumbildenden Ausbuchtung 26 in den Produktionshohlraum 16 eingeführt. Das Flüssigharz 62 wird unter einem vorbestimmten Druck von der Einspritzeinrichtung 56 eingespritzt, und fließt verhältnismäßig leicht zwischen dem Basisfasermaterial 60 und der hohlraumbildenden Ausbuchtung 26. Wenn die Menge von eingespritztem Flüssigharz 62 ein vorbestimmtes Maß erreicht, wird das Einspritzen von Flüssigharz 62 gestoppt.
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Vor, nach oder während der gleichen Zeit, zu der das Einspritzen des Flüssigharzes 62 gestoppt wird, wird das Dreiwegeventil 46 betrieben, um den Strömungsweg, welcher mit der Umgebung kommuniziert, auszuwählen. Daher wird das offene Rohr 50 mit dem abgedichteten Raum 40 verbunden, so dass der abgedichtete Raum 40 zur Umgebung hin geöffnet ist. Folglich erhöht sich der interne Druck des abgedichteten Raums auf den Umgebungsdruck.
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Bei weiterem Absenken der oberen Form 14 wird die Formvorrichtung 10 zum geschlossenen Zustand hin überführt, wie es in 4 gezeigt ist. Im geschlossenen Zustand wird der vorstehende Abschnitt 20 in den Einbringabschnitt 34 eingeführt oder eingesetzt. Währenddessen wird die hohlraumbildende Ausbuchtung 26 weiter in die hohlraumbildende Vertiefung 18 eingeführt und drückt gegen das Flüssigharz 62. Infolge dessen, dass das Flüssigharz 62 dadurch gedrückt wird, breitet (verteilt) es sich entlang des Basisfasermaterials 60 aus. Da das Flüssigharz 62 von der hohlraumbildenden Ausbuchtung 26 (der oberen Form 14) gedrückt wird, während der Produktionshohlraum 16 bei einem Unterdruck gehalten wird, kann das Flüssigharz 62 leicht verteilt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Innendruck des den Produktionshohlraum 16 enthaltenden eingeschlossenen Bereichs 52 während des Vorgangs, bei welchem der offene Zustand (siehe 3) in den geschlossenen Zustand (siehe 4) übergeht, auf einen Unterdruck reduziert. Das Flüssigharz 62 wird nach dem Bilden des Produktionshohlraums 16 und vor dem Erreichen des geschlossenen Zustands an den Produktionshohlraum 16 zugeführt.
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Daher wird das Flüssigharz 62 im Produktionshohlraum 16, in welchem ein Unterdruck herrscht, im geschlossenen Zustand durch die obere Form 14 (die hohlraumbildenden Ausbuchtung 26) gepresst. Somit kann das Flüssigharz 62 ausreichend verteilt werden und folglich kann das Flüssigharz 62 über das gesamte Basisfasermaterial 60 verbreitet werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann ein FVK-Formkörper 64 (in 5 gezeigt), welcher eine relativ große Dicke oder einen relativ hohen Faservolumengehalt aufweist, hergestellt werden, da das Flüssigharz 62 ausreichend verteilt werden kann.
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Das zweite Dichtungselement 38 ist zwischen dem abgedichteten Raum 40 und dem Produktionshohlraum 16 angeordnet. Daher kann das Flüssigharz 62 sogar in dem Fall, dass eine überschüssige Menge von Flüssigharz 62 oberhalb des Basisfasermaterials 60 zugeführt wird, schließlich von dem zweiten Dichtungselement 38 blockiert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschriebenen, wird der Innendruck des abgedichteten Raums 40 auf den Umgebungsdruck erhöht, während der Produktionshohlraum 16 in einem Unterdruck-Zustand verbleibt. Der Innendruck des abgedichteten Raums 40 unterscheidet sich von demjenigen und ist höher als derjenige des Produktionshohlraums 16. Daher wird das Flüssigharz 62 sogar in dem Fall, dass Flüssigharz 62 aufgrund eines Defekts in dem zweiten Dichtungselement 38 nicht ausreichend blockiert werden kann, von der Umgebungsluft in den abgedichteten Raum 40 gedrückt. Somit kann verhindert werden, dass Flüssigharz 62 in den abgedichteten Raum 40 eingebracht wird.
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Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Austreten von Flüssigharz 62 nach außen von dem Produktionshohlraum 16 verhindert werden. Daher kann verhindert werden, dass Flüssigharz 62 in den abgedichteten Raum 40, den Ausstoßdurchgang 42, das Ausstoßrohr 44 oder das Dreiwegeventil 46 eingebracht wird. Folglich kann eine Reduzierung der Absaugkraft in einem nachfolgenden Formvorgang verhindert werden.
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Des Weiteren ist es in der vorliegenden Ausführungsform nicht vonnöten, dass Dreiwegeventil 46 auseinander zu nehmen und zu reinigen oder das Dreiwegeventil 46 zu ersetzen. Folglich kann das Formverfahren wiederholt ohne Unterbrechungen ausgeführt werden. Ein Formvorgang kann somit häufiger pro Zeiteinheit ausgeführt werden, wodurch die Produktionseffizienz des FVK-Formkörpers 64 verbessert werden kann.
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Das Flüssigharz 62, welches in der vorstehenden Weise verteilt worden ist, durchdringt die Fasern in dem Basisfasermaterial 60. Wie in 5 gezeigt, wird das Basisfasermaterial 60 mit dem Flüssigharz 62 imprägniert. Dann ist das Flüssigharz 62 zu einer vorbestimmten Zeit ausgehärtet. Folglich wird der eine gewünschte Form aufweisende FVK-Formkörper 64 hergestellt.
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Danach wird die obere Form 14, wie in 6 gezeigt, mittels der Hebevorrichtung gehoben, wodurch die Formvorrichtung 10 in den offenen Zustand zurückkehrt. Der FVK-Formkörper 64 wird dann von der Formvorrichtung 10 freigegeben. Mit anderen Worten wird ein sogenanntes Entformen ausgeführt. Beispielsweise kann während dieses Schritts ein nicht dargestellter Auswerferstift oder Ähnliches benutzt werden.
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Wie oben beschrieben, verbleibt das Flüssigharz 62 in dem Produktionshohlraum 16 und wird daran gehindert, in den Ausstoßdurchgang 42 eingezogen zu werden. Daher kann ein Austritt von Flüssigharz 62 nach außen von dem Produktionshohlraum 16 verhindert werden. Ferner kann ein Mangel von Flüssigharz 62 aufgrund eines Austritts davon verhindert werden und das Auftreten eines nicht imprägnierten Bereichs in dem FVK-Formkörper 64 vermieden werden. Folglich kann ein FVK-Formkörper produziert werden, welcher eine ausreichende Festigkeit aufweist.
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Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform ein FVK-Formkörper 64, welcher eine große Dicke oder einen hohen Faservolumengehalt aufweist, effizient mit zufriedenstellender Festigkeit und hoher Ausbeute hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an der Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise kann ein Zweiwegeventil anstelle des Dreiwegeventils 46 verwendet werden. In diesem Fall können der Schritt des Zuführens des Flüssigharzes 62 und sich daran anschließende Schritte ohne das Öffnen des abgedichteten Raums 40 zur Umgebung hin ausgeführt werden.
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Im Gegensatz zu der vorangehenden Ausführungsform können das erste Dichtungselement 24 und das zweite Dichtungselement 38 an der oberen Form 14 bzw. der unteren Form 12 angeordnet sein. Alternativ können sowohl das erste Dichtungselement 24 als auch das zweite Dichtungselement 38 an einer aus der unteren Form 12 und der oberen Form 14 angeordnet sein.
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Ein alternatives Beispiel ist in 7 gezeigt. In diesem Beispiel wird in einer Formvorrichtung 70 eine untere Form 72 als eine Positivform verwendet und wird eine obere Form 74 als eine Negativform verwendet. Um das Verständnis zu erleichtern, werden in 7 gezeigte andere Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen, wie sie in den 1 bis 6 verwendet worden sind, versehen.
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In der Formvorrichtung 70 ist, wie deutlich aus 7 hervorgeht, das erste Dichtungselement 24 an der Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 20 in der unteren Form 74 angeordnet und das zweite Dichtungselement 38 an der Innenfläche davon angeordnet. Ferner ist der Ausstoßdurchgang 42, welcher mit dem abgedichteten Raum 40 kommuniziert, in der unteren Form 12 ausgebildet.
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8 zeigt ein weiteres Beispiel. In einer Formvorrichtung 80 wird in diesem Beispiel eine untere Form 82 als eine Negativform verwendet und eine untere Form 84 als eine Positivform verwendet. Um das Verständnis zu erleichtern, werden andere Komponenten der Formvorrichtung 80 durch die gleichen Bezugszeichen, wie sie in den 1 bis 6 als auch in 7 verwendet worden sind, bezeichnet.
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In 8 ist der eingeschlossene Bereich 52 von dem ersten Dichtungselement 24 gebildet. In diesem Zustand wird Luft in dem eingeschlossenen Bereich 52 mittels der Pumpe 48 abgeführt. Wie in 9 gezeigt, wird die untere Form 84 kontinuierlich abgesenkt und der eingeschlossene Bereich 52 wird durch das zweite Dichtungselement 38 in den Produktionshohlraum 16 und den abgedichteten Raum 40 aufgeteilt. Danach wird das Flüssigharz 62 von der Einspritzeinrichtung 56 in den Produktionshohlraum 16 eingespritzt.
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Die beispielhaften Formvorrichtungen 70 und 80 können ebenso in dem Formverfahren verwendet werden, und zwar auf die gleiche Weise wie die vorgenannte Formvorrichtung 10.
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Ein erstes Dichtungselement (24) und ein zweites Dichtungselement (38) sind an einer unteren Form (12) bzw. einer oberen Form (14) angeordnet. Während eines Vorgangs des Schließens der unteren Form (12) und der oberen Form (14) wird ein Spalt zwischen den Formen von dem ersten Dichtungselement (24) abgedichtet, wodurch ein eingeschlossener Bereich (52) zwischen den Formen gebildet wird. Danach wird ein Gas in dem eingeschlossenen Bereich (52) abgeführt. Wenn der Schließvorgang fortschreitet, wird der eingeschlossene Bereich (52) von dem zweiten Dichtungselement (38) in einen abgedichteten Raum (40) und einen Produktionshohlraum (16) unterteilt, gefolgt davon, dass ein Flüssigharz an den Produktionshohlraum (16) zugeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002-192535 [0003, 0007]
- JP 4414801 [0006, 0007]
