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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen, insbesondere Flugzeugstrukturbauteilen, aus faserverstärkten Verbundmaterialien. Ferner betrifft die Erfindung ein Formwerkzeugset, das zum Einsatz in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen, insbesondere Flugzeugstrukturbauteilen, aus faserverstärkten Verbundmaterialien geeignet ist.
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Im Flugzeugbau gibt es Bestrebungen, als lasttragende Bauteile zunehmend Bauteile einzusetzen, die vollständig oder teilweise aus faserverstärkten Verbundmaterialien, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bestehen. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2007 062 111 A1 eine aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehende Querträgerstruktur, die der Abstützung der einzelnen Paneele eines Flugzeugfußbodensystems zur Trennung einer Passagierkabine von einem unterhalb der Passagierkabine angeordneten Frachtraum dient. Ferner ist es beispielsweise aus der
DE 10 2004 001 078 A1 bzw. der
CN 100418850 bekannt, Flugzeugrumpfsegmente mit einer Haut sowie Verstärkungselementen (z. B. Spante, Stringer) aus faserverstärkten Verbundmaterialien zu versehen.
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Bei der Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien kann zunächst aus Faser-Prepregs ein mehrschichtiges Laminat aufgebaut werden. Die Faser-Prepregs können ein Gewebe oder Gelege aus Verstärkungsfasern umfassen, die mit einer Oberflächenschicht aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial versehen sind. Der Laminataufbau kann manuell oder automatisiert erfolgen. Anschließend können die Faser-Prepregs in eine gewünschte Form eines eine Flugzeugaußenhaut bildenden Flächenabschnitts oder eines einen Spant oder Stringer bildenden Verstärkungsabschnitts gebracht werden. Schließlich wird das auf die Oberflächen der Fasern aufgebrachte Kunststoffmaterial in einem Autoklavzyklus unter Druck und/oder erhöhter Temperatur ausgehärtet, so dass ein Verbundmaterial mit einer Matrix aus einem ausgehärteten Kunststoff und in die Matrix eingelagerten Verstärkungsfasern entsteht. Ein Autoklavprozess eignet sich besonders gut zur Einzelfertigung auch komplex geformter Bauteile.
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Im Gegensatz dazu beschreibt die
EP 1 819 503 B1 ein Verfahren zur kontinuierlichen Fertigung von zum Einsatz als Flugzeugstrukturbauteile geeigneten Strukturprofilen. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein mehrschichtiger Faserlagenaufbau erzeugt. Hierzu werden trockene Faserlagen von entsprechenden Rollen abgewickelt und einem Vorformwerkzeug zugeführt, das die Faserlagen unter Druck in eine gewünschte Vorform bringt. Der in dem Vorformwerkzeug erzeugte vorgeformte Faserlagenstapel wird mit einem Gemisch aus einem Epoxidharz und einem Härtungsmittel imprägniert, das durch die Zufuhr von Wärme zu einer Teilreaktion gebracht wird, die eine Erhöhung der Viskosität des Harzes bewirkt. Anschließend wird der harzimprägnierte Faserlagenstapel in einer Taktpresse weiter erwärmt und mit Druck beaufschlagt, so dass das Harz geliert und die Vernetzung bis zur Formstabilität voranschreitet. In einem Tunnelofen erfolgt schließlich das vollständige Aushärten des Harzes.
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Während des gesamten Prozesses werden die Faserlagen, der Faserlagenstapel bzw. der harzimprägnierte Faserlagenstapel mittels entsprechender Abziehvorrichtungen kontinuierlich zu den und durch die einzelnen Stationen des Prozesses gefördert. Die Taktpresse ist beweglich gelagert, so dass sie über eine bestimmte Strecke gemeinsam mit dem zu pressenden harzimprägnierten Faserlagenstapel bewegt werden kann. Sobald die Behandlung eines Abschnitts des harzimprägnierten Faserlagenstapels in der Taktpresse abschlossen ist, wird die Taktpresse geöffnet und entgegen der Bewegungsrichtung des harzimprägnierten Faserlagenstapels bewegt, bis sie eine entsprechende Position erreicht hat, in der Taktpresse zur Behandlung eines weiteren Abschnitts des harzimprägnierten Faserlagenstapels wieder geschlossen werden kann. Das in der
EP 1 819 503 B1 beschriebene kontinuierliche Verfahren eignet sich zur Herstellung von Strukturprofilen mit einem konstanten Querschnitt in großen Stückzahlen.
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Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die eine kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen, insbesondere Flugzeugstrukturbauteilen, mit variierendem Querschnitt aus faserverstärkten Verbundmaterialien ermöglichen. Ferner ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, ein zum Einsatz in einer derartigen Vorrichtung geeignetes Formwerkzeugset bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Formwerkzeugset mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien umfasst eine Fördereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Verstärkungsfasern enthaltendes Halbzeug durch die Vorrichtung zu fördern. Die in dem Halbzeug enthaltenen Verstärkungsfasern können in Form von Einzelfasern oder in Form eines Fasergeleges oder Fasergewebes vorliegen. Insbesondere kann das Halbzeug in Form eines Endlosstrangs ausgebildet und folglich dazu geeignet sein, zu langgestreckten Strukturprofilen, beispielweise als Primärstrukturbauteil in einem Flugzeug einsetzbaren Spanten, Stringern oder dergleichen weiterverarbeitet zu werden. Der Betrieb der Fördereinrichtung kann derart gesteuert werden, dass das Halbzeug kontinuierlich mit einer konstanten oder variierenden Geschwindigkeit durch die Vorrichtung gefördert wird. Es ist jedoch auch denkbar, den Betrieb der Fördereinrichtung derart zu steuern, dass das Halbzeug schrittweise und/oder mit Förderpausen zwischen einzelnen Stationen der Vorrichtung durch die Vorrichtung gefördert wird.
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Ferner umfasst die Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine Formgebungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Halbzeug in eine gewünschte Form zu bringen. Die Formgebungseinrichtung umfasst eine Presse mit einem ersten Presselement sowie einem dem ersten Presselement gegenüberliegenden zweiten Presselement. Die Presselemente der Presse können beispielsweise in Form von Pressplatten ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Presse jedoch in Form einer Bandpresse ausgebildet sein, deren Presselemente durch einander gegenüberliegende Förderbänder gebildet werden. Wesentlich ist lediglich, dass die Presse geeignet ist, das mittels der Fördereinrichtung durch die Vorrichtung geförderte Halbzeug mit Druck zu beaufschlagen und auf diese Weise in eine gewünschte Form zu bringen. Zur Druckbeaufschlagung des Halbzeugs können beide Presselemente relativ zueinander beweglich sein. Es ist jedoch auch denkbar, in der Vorrichtung eine Presse einzusetzen, die ein starr fixiertes Presselement und ein relativ zu dem starr fixierten Presselement bewegliches Presselement umfasst. Ferner kann, je nach Geometrie des zu erzeugenden Bauteils, eine allseitig pressende Presse mit einer festen Pressbacke und drei beweglichen Pressbacken zum Einsatz kommen.
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Die Formgebungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von verschieden geformten, von der Presse mit Druck beaufschlagbaren Formwerkzeugen. Die Formwerkzeuge können beispielsweise aus Metall, aber auch aus einem Elastomermaterial bestehen oder ein Metall oder ein Elastomermaterial enthalten. Ferner umfasst die Formgebungseinrichtung eine, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, vor der Presse angeordnete Formwerkzeuganlegestation zum Anlegen eines Formwerkzeugs an einen Abschnitt des Halbzeugs sowie eine, bezogen auf die Fördereinrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, nach der Presse angeordnete Formwerkzeuglösestation zum Lösen des Formwerkzeugs von dem Abschnitt des Halbzeugs. Unter ”verschieden geformten Formwerkzeugen” werden hier Formwerkzeuge mit verschiedenen Geometrien verstanden, wobei die verschiedenen Formwerkzeuggeometrien verschiedenen gewünschten Geometrien einzelner Abschnitte des Halbzeugs entsprechen. Wenn ein Formwerkzeug von der Presse mit Druck beaufschlagt wird, wird auch ein in dem Formwerkzeug aufgenommener Abschnitt des Halbzeugs mit Druck beaufschlagt und auf diese Weise entsprechend der Geometrie des Formwerkzeugs geformt.
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Bei der Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien kommt folglich eine Formgebungseinrichtung zum Einsatz, in der das Halbzeug mittels der verschieden geformten Formwerkzeuge abschnittsweise unterschiedlich geformt werden kann. Dadurch wird eine kontinuierliche Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien ermöglicht, die eine abschnittsweise variierende Form, insbesondere einen abschnittsweise variierenden Querschnitt aufweisen. Somit können auch komplex geformte Bauteile, insbesondere Flugzeugstrukturbauteile mit variierendem Querschnitt, kostengünstig in großen Stückzahlen und mit geringen Fertigungszeiten hergestellt werden. Insbesondere werden langestreckte Versteifungselemente, die Rampen, Kröpfungen, lokal begrenzte Vorsprünge, etc. enthalten einem kontinuierlichen Fertigungsprozess zugänglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung derart zu steuern, dass die Presselemente der Presse in eine Schließstellung gesteuert werden, um ein erstes Formwerkzeug, das an einen ersten Abschnitt des Halbzeugs angelegt ist, mit Druck zu beaufschlagen und die Presselemente gemeinsam mit dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug in der Fördereinrichtung des Halbzeugs bewegt werden, solange die Presselemente das erste Formwerkzeug mit Druck beaufschlagen. Mit anderen Worten, die Presselemente werden vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit wie der erste Abschnitt des Halbzeugs und das erste Formwerkzeug in der Fördereinrichtung des Halbzeugs bewegt, solange die Presselemente das erste Formwerkzeug mit Druck beaufschlagen. Um dies zu bewerkstelligen, können die Presselemente der Presse beispielsweise entlang einer geeigneten Führungseinrichtung parallel zu dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug bewegbar sein.
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Ferner kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung derart zu steuern, dass die Presselemente in eine Offenstellung gesteuert und relativ zu dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, bis die Presselemente in einer Position angeordnet sind, in der sie erneut in eine Schließstellung gesteuert werden können, um ein zweites Formwerkzeug, das an einen, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hinter dem ersten Abschnitt des Halbzeugs angeordneten zweiten Abschnitt des Halbzeugs angelegt ist, mit Druck zu beaufschlagen. Mit anderen Worten, die Presselemente können nach Beendigung der Druckbeaufschlagung des ersten Abschnitts des Halbzeugs entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs relativ zu dem Halbzeug bewegt werden bis sie erneut in ihre Schließstellung gesteuert werden können und dabei über das zweite Formwerkzeug den zweiten Abschnitt des Halbzeugs mit Druck beaufschlagen.
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Vorzugsweise umfasst das der Formgebungseinrichtung zugeführte Halbzeug neben Verstärkungsfasern ein Kunststoffmaterial, das in dem fertigen Bauteil eine Matrix bildet, in der die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich beispielsweise um ein thermoplastisches Kunststoffmaterial oder ein aushärtbares Kunststoffmaterial handeln. Beispielsweise kann das Halbzeug ein aushärtbares Harzmaterial, insbesondere ein Expoxidharz enthalten. Insbesondere dann, wenn das Halbzeug ein aushärtbares Kunststoffmaterial, also beispielsweise ein Harz enthält, kann die Presse eine Heizeinrichtung umfassen, die es ermöglicht, das Halbzeug während des Pressvorgangs zu erwärmen. Der Betrieb der Heizeinrichtung kann mittels der Steuereinrichtung so gesteuert werden, dass ein in dem Halbzeug enthaltenes aushärtbares Kunststoffmaterial vollständig oder teilweise aushärtet, während das Halbzeug in der Presse mit Druck beaufschlagt wird.
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Die Presselemente der Presse und die Formwerkzeuge können so dimensioniert sein, dass eine Mehrzahl von Formwerkzeugen, die an, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hintereinander angeordnete Abschnitte des Halbzeugs angelegt sind, gleichzeitig von der Presse mit Druck beaufschlagbar ist. Mit einem Presszyklus der Presse können dann mehrere Formwerkzeuge und folglich mehrere hintereinander angeordnete Abschnitte des Halbzeugs mit Druck beaufschlagt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung haben die Formwerkzeuge gleiche Abmessungen entlang der Förderrichtung des Halbzeugs. Die Steuereinrichtung kann dann dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung derart zu steuern, dass die Presselemente in ihrer Schließstellung über eine Strecke gemeinsam mit dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug in der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, die im Wesentlichen der Abmessung der Formwerkzeuge entlang der Förderrichtung des Halbzeugs entspricht. Anschließend können die Presselemente unter der Steuerung der Steuereinrichtung nach dem Bewegen in ihrer Offenstellung um eine Strecke entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, die ebenfalls im Wesentlichen der Abmessung der Formwerkzeuge entlang der Förderrichtung des Halbzeugs entspricht.
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Bei einer derartigen Steuerung des Betriebs der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung kann das erste Formwerkzeug nach der Druckbeaufschlagung in der Presse der Formgebungseinrichtung in der Formwerkzeuglösestation von dem ersten Abschnitt des Halbzeugs gelöst werden. Gleichzeitig kann das zweite Formwerkzeug, das an den, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hinter dem ersten Abschnitt des Halbzeugs angeordneten zweiten Abschnitt des Halbzeugs angelegt ist, in der Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt werden. Ferner kann ein drittes Formwerkzeug in der Formwerkzeuganlegestation an einen, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hinter den zweiten Abschnitt des Halbzeugs angeordneten dritten Abschnitt des Halbzeugs angelegt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, Formwerkzeuge einzusetzen, deren Länge größer ist als die Länge der Presselemente und in jedem Presszyklus nur einen Teilbereich der Formwerkzeuge mit Druck zu beaufschagen. Schließlich können auch Formwerkzeuge eingesetzt werden, bei denen die verschiedenen Werkzeuteile unterschiedliche Längen aufweisen.
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Auch dann, wenn die Presselemente und die Formwerkzeuge so dimensioniert sind, dass eine Mehrzahl von Formwerkzeugen gleichzeitig in der Presse mit Druck beaufschlagt werden kann, kann der Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung von der Steuereinrichtung so gesteuert werden, dass die Presselemente jeweils nur um eine Strecke, die im Wesentlichen der Abmessung eines Formwerkzeugs entspricht, entlang der Förderrichtung oder entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden. Die zwischen den Presselementen der Presse angeordneten Formwerkzeuge können dann mehreren Presszyklen unterzogen werden, wobei die Anzahl der Presszyklen der Anzahl der Formwerkzeuge, die gleichzeitig zwischen den Presselementen der Presse angeordnet werden können, entspricht. Es versteht sich, dass die Betriebssteuerung der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung auch entsprechend angepasst werden kann, um die Anzahl der Presszyklen, der die zwischen den Presselementen der Presse angeordneten Formwerkzeuge und damit die in den Formwerkzeugen aufgenommenen Halbzeugabschnitte unterzogen werden, wie gewünscht zu steuern.
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Zumindest ein Teil der Formwerkzeuge kann mindestens ein Verbindungselement umfassen, das dazu eingerichtet sind, mehrere Formwerkzeuge miteinander zu verbinden, die an, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hintereinander liegende Abschnitte des Halbzeugs angelegt sind. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Formwerkzeuge relativ zu dem Halbzeug und/oder relativ zueinander verschieben, insbesondere dann, wenn ein Teil der Formwerkzeuge oder alle Formwerkzeuge in der Presse mit Druck beaufschlagt werden.
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Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien kann eine Zufuhreinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Verstärkungsfasern enthaltende Halbzeug bereitzustellen. Vorzugsweise umfasst die Zufuhreinrichtung mindestens eine um eine Drehachse drehbare Rolle, auf die ein Halbzeug, das beispielsweise in Form eines Endlosstrangs ausgebildet ist, aufgewickelt ist. Bei dem Halbzeug handelt es sich vorzugsweise um ein trockenes Halbzeug, dessen Verstärkungsfasern nicht mit einem Kunststoffmaterial getränkt sind. Falls gewünscht, kann die Zufuhreinrichtung jedoch auch dazu eingerichtet sein, ein Halbzeug bereitzustellen, dessen Verstärkungsfasern bereits mit einem Kunststoffmaterial imprägniert sind. Neben Verstärkungsfasern kann das Halbzeug weitere die Materialeigenschaften beeinflussende Komponenten, wie z. B. Bindefäden, Schlagzähigkeits-Modifikatoren, Binderpartikel oder allgemeine Funktionselemente, wie z. B. elektrische oder optische Leitungen umfassen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zufuhreinrichtung eine Mehrzahl von Rollen, auf die jeweils ein Halbzeug, das in Form eines Endlosstrangs ausgebildet sein kann, aufgewickelt ist. Von den einzelnen Rollen können dann gleichzeitig mehrere Lagen von Halbzeugen abgewickelt und zu einem Stapel aus mehreren Lagen von Halbzeugen zusammengeführt werden. In den einzelnen Halbzeugen können die Verstärkungsfasern unidirektional, bidirektional oder beliebig orientiert sein. Ferner können Halbzeuge mit verschiedenen Faserorientierungen übereinander gestapelt werden, um die mechanischen Eigenschaften des aus dem Halbzeug zu fertigenden Bauteils gezielt zu steuern. Alternativ dazu ist es jedoch denkbar, in der Vorrichtung eine Zufuhreinrichtung einzusetzen, in der einzelne Halbzeuglagen zunächst in eine gewünschte Form geschnitten und dann einzeln einer Stapelvorrichtung zugeführt werden. In der Stapelvorrichtung kann aus den Einzellagen dann der gewünschte Halbzeuglagenstapel erzeugt werden.
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Die Rollen der Zufuhreinrichtung können eine Ausrichtungsvorrichtung zur Ausrichtung der Rollen entlang ihrer Drehachsen umfassen. Die Ausrichtungsvorrichtung kann eine beispielsweise in Form einer Lichtschranke oder dergleichen ausgebildete Erfassungseinrichtung umfassen, die vorzugsweise kontinuierlich eine Position des auf die Rolle aufgewickelten Verstärkungsfasern enthaltenden Halbzeugs auf der Rolle erfasst. In Abhängigkeit der von der Erfassungseinrichtung bereitgestellten Messergebnisse kann dann eine entsprechende Steuereinrichtung für eine Verschiebung der Position der Rollen entlang ihrer Drehachse sorgen, sodass die von den Rollen abgewickelten Halbzeuglagen beim Abwickeln von den Rollen genau übereinander angeordnet werden können. Die Rollen können beispielsweise durch einen Elektromotor und einen Spindelantrieb entlang ihrer Drehachse verschoben werden. Durch eine derartige Ausgestaltung der Zufuhreinrichtung kann die Bildung von Falten in den einzelnen Halbzeuglagen verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden.
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Die Zufuhreinrichtung kann ferner eine Rollen oder Gleitschuhe umfassende Führungs- und/oder Glättungsvorrichtung umfassen, die die von den einzelnen Rollen der Zufuhreinrichtung abgewickelten Halbzeuglagen beim Übereinanderstapeln führt und glättet. Falls gewünscht, kann ferner eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die dazu dient, einen in den Halbzeuglagen enthaltenen Binder, beispielsweise einen thermoplastischen Binder, zu aktivieren, um die übereinander gestapelten Halbzeuglagen miteinander zu verbinden. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise eine als Infrarotstrahler ausgebildete Wärmequelle oder eine andere geeignete Wärmequelle umfassen.
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Ferner kann die Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine Vorformeinrichtung zum Vorformen des von der Zufuhreinrichtung zugeführten Halbzeugs umfassen. Die Ausstattung der Vorrichtung mit einer Vorformeinrichtung bietet sich insbesondere dann an, wenn mittels der Zufuhreinrichtung mehrere Lagen von Halbzeugen zugeführt werden, die zu einem Halbzeuglagenstapel miteinander verbunden werden. Die Vorformeinrichtung kann beispielsweise ein Vorformwerkzeug mit einem Hohlraum umfassen, dessen Form der gewünschten Form des Halbzeugs bzw. des Halbzeuglagenstapels entspricht. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorformeinrichtung ein Vorformwerkzeug, durch das das vorzuformende Halbzeug kontinuierlich hindurchgeführt werden kann. Ein in dem Vorformwerkzeug ausgebildeter Hohlraum kann dann einen entlang der Förderrichtung des Fasergewebes durch das Vorformwerkzeug variierenden Querschnitt aufweisen. Insbesondere kann der Hohlraum im Bereich eines Einlasses des Vorformwerkzeugs einen an die Form des Halbzeugs bzw. des Halbzeuglagenstapels angepassten, im Wesentlichen flachen Querschnitt aufweisen, wohingegen der Hohlraum im Bereich eines Auslasses des Vorformwerkzeugs eine Form aufweisen kann, die bereits an die gewünschte Form des zu fertigenden Bauteils angenähert ist.
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Wie bereits erwähnt, kann die Zufuhreinrichtung ein bereits mit einem Kunststoffmaterial imprägniertes Halbzeug, insbesondere ein Faser-Prepreg zuführen. Trockene Halbzeuge sind jedoch deutlich kostengünstiger erhältlich als Prepregs. Insbesondere dann, wenn mittels der Zufuhreinrichtung ein trockenes Halbzeug zugeführt wird, umfasst die Vorrichtung daher vorzugsweise ferner eine Imprägniereinrichtung zum Imprägnieren des Halbzeugs mit einem Kunststoffmaterial. Die Imprägniereinrichtung kann ein Imprägnierbad, durch das das Halbzeug oder der Halbzeugstapel hindurchgezogen wird, umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Imprägniereinrichtung auch ein Imprägnierformwerkzeug umfassen, in das das Kunststoffmaterial mit einem bestimmten Druck injiziert werden kann. In dem Imprägnierformwerkzeug kann ein Hohlraum ausgebildet sein, dessen Form bereits im Wesentlichen der gewünschten Form des zu fertigenden Bauteils entsprechen kann.
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Darüber hinaus kann in der Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine Vorheizeinrichtung zum Vorheizen des mit einem Kunststoffmaterial imprägnierten Halbzeugs vorgesehen sein. Der Betrieb der Vorheizeinrichtung wird vorzugsweise so gesteuert, dass sich die Viskosität eines aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial bestehenden Imprägniermaterials erhöht, jedoch noch keine wesentlichen Vernetzungsreaktionen in dem aushärtbaren Kunststoffmaterial stattfinden. Die Vorheizeinrichtung kann beispielsweise einen Konvektionstunnelofen, eine Vorrichtung zur Bestrahlung des mit einem Kunststoffmaterial imprägnierten Halbzeugs mit Elektronenstrahlen oder einen Infrarotstrahler umfassen.
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Ferner kann die Vorrichtung eine Formwerkzeugbehandlungseinrichtung umfassen. Die Formwerkzeugbehandlungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, Formwerkzeuge von der Formgebungseinrichtung, die in der Formwerkzeuglösestation von dem Halbzeug gelöst werden, aufzunehmen und zur Wiederverwendung aufzubereiten. Die Aufbereitung der Formwerkzeuge kann das Reinigen der Formwerkzeuge sowie das Behandeln der Formwerkzeuge mit einer Trennhilfe, insbesondere das Einlegen einer Trennfolie in die Formwerkzeuge, umfassen. Eine Trennhilfe und/oder eine Trennfolie erleichtert das Lösen eines in dem Formwerkzeug in eine gewünschte Form gebrachten Halbzeugs aus dem Formwerkzeug. Ferner kann die Formwerkzeugbehandlungseinrichtung eine Formwerkzeugaufbewahrungsvorrichtung umfassen, in der Formwerkzeuge aufbewahrt werden können, die nicht unmittelbar in der Formgebungseinrichtung wiederverwendet werden sollen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Formwerkzeugbehandlungseinrichtung einen Roboter, der die Formwerkzeuge von der Formgebungseinrichtung aufnimmt, aufbereitet und gegebenenfalls in die Formwerkzeugaufbewahrungsvorrichtung überführt. Ferner kann der Roboter Formwerkzeuge an die Formgebungseinrichtung, d. h. insbesondere an die Formwerkzeuganlegestation der Formgebungseinrichtung übergeben, wobei die Formwerkzeuge hierzu gegebenenfalls auch aus der Formwerkzeugaufbewahrungsvorrichtung entnommen werden können. Darüber hinaus kann die Formwerkzeugbehandlungseinrichtung eine Einrichtung zum Vorheizen der Formwerkzeuge umfassen.
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Ferner kann die Vorrichtung eine Aushärteeinrichtung zum Aushärten eines in dem von der Formgebungseinrichtung geformten Halbzeug enthaltenen aushärtbaren Kunststoffmaterials umfassen. Die Aushärteeinrichtung kann beispielsweise einen Tunnelofen, einen Infrarotstrahler, eine induktiv arbeitende Heizvorrichtung oder eine Mikrowellenheizvorrichtung umfassen. Vorzugsweise wird der Betrieb der Aushärteeinrichtung, d. h. der Betrieb einer Heizeinrichtung der Aushärteeinrichtung derart gesteuert, dass ein in dem Halbzeug enthaltenes aushärtbares Kunststoffmaterial durch die Zufuhr von Wärme der Heizeinrichtung vollständig ausgehärtet wird. Falls gewünscht, kann in der Aushärteeinrichtung jedoch auch nur eine Teilaushärtung eines in dem von der Formgebungseinrichtung geformten Halbzeug enthaltenen aushärtbaren Kunststoffmaterials erfolgen.
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Schließlich kann die Vorrichtung eine Schneidvorrichtung zum Schneiden des von der Formgebungseinrichtung geformten und ggf. ausgehärteten Halbzeugs in die gewünschte Form, d. h. auf eine gewünschte Länge umfassen. Die Schneidvorrichtung kann beispielsweise eine Bandsäge umfassen, die bewegbar gelagert ist, sodass sie gemeinsam mit dem zu schneidenden Halbzeug in der Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung bewegt werden kann, um einen zur Förderrichtung senkrecht verlaufenden Schnitt zu erzeugen. Ferner kann die Schneidvorrichtung eine Führungs- und/oder Halteeinrichtung umfassen, die, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, vor oder nach der Säge angeordnet sein und dazu dienen kann, unerwünschte Verschiebungen des Halbzeugs oder Vibrationen in dem Halbzeug zu vermeiden. Die Position der Führungs- und/oder Halteeinrichtung kann mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit der variierenden Form des zu schneidenden Halbzeugs gesteuert werden.
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Die Fördereinrichtung kann eine erste und eine zweite Klemmvorrichtung umfassen. Die erste und die zweite Klemmvorrichtung können jeweils zwischen einer Offenstellung, in der sie das Halbzeug freigeben, und einer Schließstellung, in der sie das Halbzeug zwischen zwei Klemmbacken festklemmen, verstellbar und in der Förderrichtung oder entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs zwischen einer Klemmposition und einer Löseposition bewegbar sein. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb der ersten und der zweiten Klemmvorrichtung so zu steuern, dass sich die erste Klemmvorrichtung in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs relativ zu dem Halbzeug aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung in ihrer Schließstellung befindet und in der Förderrichtung des Halbzeugs gemeinsam mit dem Halbzeug aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt wird. Umgekehrt kann sich die erste Klemmvorrichtung in ihrer Schließstellung befinden und in der Förderrichtung des Halbzeugs gemeinsam mit dem Halbzeug aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt werden, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs relativ zu dem Halbzeug aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird. Bei einer derartig ausgebildeten Fördereinrichtung sorgen folglich die erste und die zweite Klemmvorrichtung abwechselnd für eine Bewegung des Halbzeugs in die Förderrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Fördereinrichtung auch zwei einander gegenüberliegende Förderbänder umfassen, die dazu eingerichtet sind, eine derartige Klemmkraft auf einen zwischen den Förderbändern angeordneten Abschnitt des Halbzeugs auszuüben, dass das Halbzeug durch die Förderbewegung der Förderbänder in seiner Förderrichtung bewegt wird. Falls gewünscht, können die Förderbänder so geformt sein, dass sie lediglich lokal begrenzt mit dem Halbzeug in Kontakt stehen. Dadurch werden Beschädigungen insbesondere empfindlicher Bereiche des Halbzeugs durch die Förderbänder vermieden. Ferner kann mindestens eines des Förderbänder federnd gelagert sein, um Variationen in der Profildicke des Halbzeugs Rechnung zu tragen.
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Die Fördereinrichtung kann integriert mit der Formgebungseinrichtung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Presse der Formgebungseinrichtung die erste Klemmvorrichtung der Fördereinrichtung bilden, der eine oben beschriebene zweite Klemmvorrichtung nach- oder vorgeschaltet sein kann. Die die erste Klemmvorrichtung bildende Presse und die zweite Klemmvorrichtung können dann, wie oben beschrieben, betrieben werden, um das Halbzeug durch die Vorrichtung zu fördern. Falls gewünscht, kann auch eine zwei einander gegenüberliegende Förderbänder umfassende Fördereinrichtung integriert mit der Formgebungseinrichtung ausgebildet sein. Die beiden einander gegenüber liegenden Förderbänder der Fördereinrichtung bilden dann die Presse der Formgebungseinrichtung. Ferner kann eine allseitig pressende Presse mit einer festen Pressbacke und drei beweglichen Pressbacken zum Einsatz kommen.
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Bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien wird ein Verstärkungsfasern enthaltendes Halbzeug mittels einer Fördereinrichtung gefördert. Das Halbzeug wird mittels einer Formgebungseinrichtung geformt, die eine Presse mit einem ersten Presselement sowie einem dem ersten Presselement gegenüberliegenden zweiten Presselement umfasst. In einer, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs, vor der Presse angeordneten Formwerkzeuganlegestation der Formgebungseinrichtung werden verschieden geformte, von der Presse mit Druck beaufschlagbare Formwerkzeuge, an jeweilige Abschnitte des Halbzeugs angelegt. In einer, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs, nach der Presse angeordneten Formwerkzeuglösestation werden diese verschieden geformten, von der Presse mit Druck beaufschlagbaren Formwerkzeuge wieder von den jeweiligen Abschnitten des Halbzeugs gelöst.
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Vorzugsweise wird der Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung mittels einer Steuereinrichtung derart gesteuert, dass die Presselemente der Presse in eine Schließstellung gesteuert werden, um ein erstes Formwerkzeug, das an einen ersten Abschnitt des Halbzeugs angelegt ist, mit Druck zu beaufschlagen. Die Presselemente können gemeinsam mit dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug in der Fördereinrichtung des Halbzeugs bewegt werden, solange die Presselemente das erste Formwerkzeug mit Druck beaufschlagen. Ferner können die Presselemente von der Steuereinrichtung in eine Offenstellung gesteuert und relativ zu dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, bis die Presselemente in einer Position angeordnet sind, in der sie erneut in eine Schließstellung gesteuert werden können, um ein zweites Formwerkzeug, das an einen, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs durch die Vorrichtung, hinter dem ersten Abschnitt des Halbzeugs angeordneten zweiten Abschnitt des Halbzeugs angelegt ist, mit Druck zu beaufschlagen.
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Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Formwerkzeugen, die an, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs, hintereinander angeordnete Abschnitte des Halbzeugs angelegt sind, gleichzeitig von der Presse mit Druck beaufschlagt.
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Die Formwerkzeuge können gleiche Abmessungen entlang der Förderrichtung des Halbzeugs haben. Die Steuereinrichtung kann den Betrieb der Fördereinrichtung und der Formgebungseinrichtung dann derart steuern, dass die Presselemente in ihrer Schließstellung über eine Strecke gemeinsam mit dem ersten Abschnitt des Halbzeugs und dem ersten Formwerkzeug in der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, die im Wesentlichen der Abmessung der Formwerkzeuge entlang der Förderrichtung des Halbzeugs entspricht. Ferner können die Presselemente unter der Steuerung der Steuereinrichtung nach dem Bewegen in ihre Offenstellung um eine Strecke entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs bewegt werden, die ebenfalls im Wesentlichen der Abmessung der Formwerkzeuge entlang der Förderrichtung des Halbzeugs entspricht. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, Formwerkzeuge einzusetzen, deren Länge größer ist als die Länge der Presselemente und in jedem Presszyklus nur einen Teilbereich der Formwerkzeuge mit Druck zu beaufschagen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere Formwerkzeuge, die an, bezogen auf die Förderrichtung des Halbzeugs, hintereinander liegende Abschnitte des Halbzeugs angelegt sind, durch ein mindestens ein Verbindungselement miteinander verbunden, bevor sie von der Presse mit Druck beaufschlagt werden. Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen den Formwerkzeugen nach der Beaufschlagung der Formwerkzeuge mit Druck in der Presse wieder gelöst. Die Formwerkzeuge können unmittelbar nach der Druckbeaufschlagung entformt werden. Alternativ dazu können die Formwerkzeuge jedoch auch erst nach einer vollständigen Aushärtung eines in den Halbzeugen enthaltenden Kunststoffmaterials entformt werden.
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In dem Verfahren zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien kann ein Verstärkungsfasern enthaltendes Halbzeug mittels einer Zufuhreinrichtung zugeführt werden, die mindestens eine Rolle umfasst, auf die das Verstärkungsfasern enthaltende Halbzeug aufgewickelt ist. Das Verstärkungsfasern enthaltende Halbzeug kann mittels einer Vorformeinrichtung vorgeformt werden. Das Verstärkungsfasern enthaltende Halbzeug kann mittels einer Imprägniereinrichtung mit einem Kunststoffmaterial imprägniert werden. Das mit einem Kunststoffmaterial imprägnierte Verstärkungsfasern enthaltende Halbzeug kann mittels einer Vorheizeinrichtung vorgeheizt werden. Formwerkzeuge können mittels einer Formwerkzeugbehandlungseinrichtung von der Formgebungseinrichtung aufgenommen und aufbereitet werden. Ferner kann die Formwerkzeugbehandlungseinrichtung Formwerkzeuge an die Formgebungseinrichtung abgeben. Ein aushärtbares Kunststoffmaterial, das in dem von der Formgebungseinrichtung geformten Halbzeug enthalten ist, kann mittels einer Aushärteeinrichtung vollständig oder teilweise ausgehärtet werden. Schließich kann das von der Formgebungseinrichtung geformte Halbzeug mittels einer Schneidvorrichtung in eine gewünschte Form geschnitten werden.
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Die Fördereinrichtung kann eine erste und eine zweite Klemmvorrichtung umfassen, die jeweils zwischen einer Offenstellung, in der sie das Halbzeug freigeben, und einer Schließstellung, in der sie das Halbzeug zwischen zwei Klemmbacken festklemmen, verstellbar und in der Förderrichtung oder entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs zwischen einer Klemmposition und einer Löseposition bewegbar sind. Die Steuereinrichtung kann den Betrieb der ersten und der zweiten Klemmvorrichtung so steuern, dass sich die erste Klemmvorrichtung in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs relativ zu dem Halbzeug aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung in ihrer Schließstellung befindet und in der Förderrichtung des Halbzeugs gemeinsam mit dem Halbzeug aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt wird. Umgekehrt kann sich die erste Klemmvorrichtung in ihrer Schließstellung befinden und in der Förderrichtung des Halbzeugs gemeinsam mit dem Halbzeug aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt werden, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs relativ zu dem Halbzeug aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Fördereinrichtung zwei einander gegenüberliegende Förderbänder umfassen, die eine derartige Klemmkraft auf einen zwischen den Förderbändern angeordneten Abschnitt des Halbzeugs ausüben, dass das Halbzeug durch die Förderbewegung der Förderbänder in seiner Förderrichtung bewegt wird. Mindestens eines der Förderbänder kann federnd gelagert sein. Die Fördereinrichtung kann integriert mit der Formgebungseinrichtung ausgebildet sein.
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Zumindest ein Teil der verschieden geformten Formwerkzeuge der Formgebungseinrichtung kann einen ersten Formwerkzeugabschnitt und einen dem ersten Formwerkzeugabschnitt gegenüberliegenden zweiten Formwerkzeugabschnitt umfassen, sodass in der Formwerkzeuganlegestation der Formgebungseinrichtung die beiden Formwerkzeugabschnitte an einander gegenüberliegende Oberflächen des Halbzeugs angelegt werden können. Die beiden Formwerkzeugabschnitte können mittels einer entsprechenden Verbindungsvorrichtung miteinander verbindbar sein. Beispielsweise kann die Verbindungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, in Nuten einzugreifen, die an Seitenwänden des ersten und des zweiten Formwerkzeugabschnitts vorgesehen sind.
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Ferner kann zumindest ein Teil der Formwerkzeuge einen in dem Innenraum der Formwerkzeuge vorgesehenen Aufnahmeraum zur Aufnahme von überschüssigem Kunststoffmaterial umfassen, das bei der Druckbeaufschlagung des Halbzeugs in der Presse der Formgebungseinrichtung aus dem Halbzeug herausgedrückt werden kann. Der Aufnahmeraum kann einen ersten Abschnitt umfassen, der so positioniert ist, dass er an einen Rand eines in dem Formwerkzeug aufgenommenen Halbzeugs angrenzt. Ferner kann der Aufnahmeraum einen an ersten Abschnitt angrenzenden Nutabschnitt zur Aufnahme größerer Kunststoffmaterialmengen umfassen. Dadurch können unerwünschte Kunststoffmaterialansammlungen in dem Halbzeug oder an den Rändern des Halbzeugs vermieden werden. Ferner kann der Aufnahmeraum als Aufnahmeraum für ein Luft/Kunststoffmaterial-Gemisch und folglich der Entlüftung des Bauteils dienen. Dadurch wird ein porenfreies Bauteil erhalten.
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Ein Formwerkzeugset zum Einsatz in einer Formgebungseinrichtung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien umfasst ein standardisiertes Trägerelement, das von einer Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagbar ist. Ferner umfasst das Formwerkzeugset eine Mehrzahl von verschieden geformten, lösbar mit dem Trägerelement verbindbaren Einsätzen. Unter ”verschieden geformten Einsätzen” werden hier Einsätze mit verschiedenen Geometrien verstanden, wobei die verschiedenen Einsatzgeometrien verschiedenen gewünschten Geometrien einzelner Abschnitt des Halbzeugs entsprechen. Wenn ein Formwerkzeug, das ein standardisiertes Trägerelement sowie einen lösbar mit dem Trägerelement verbundenen Einsatz umfasst, von der Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt wird, wird auch ein in dem Formwerkzeug aufgenommener Abschnitt des Halbzeugs mit Druck beaufschlagt und auf diese Weise entsprechend der Geometrie des Einsatzes geformt.
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In einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien, deren Formgebungseinrichtung mit einem derartigen Formwerkzeugset ausgestattet ist, ist es zur Herstellung von Bauteilen mit einer abschnittsweise variierenden Form ausreichend, lediglich verschieden geformte Einsätze bereitzustellen. Die Einsätze können beispielsweise in einer Formwerkzeugbehandlungseinrichtung der Vorrichtung in das standardisierte Trägerelement eingesetzt werden. Dadurch muss nicht länger eine Vielzahl verschieden geformter Komplettformwerkzeuge hergestellt, vorgehalten und gelagert werden, wodurch Kosten und Lagerkapazität eingespart werden kann. Das Formwerkzeugset ist daher besonders gut zum Einsatz in einer oben beschriebenen Formgebungseinrichtung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien geeignet. Vorzugweise wird in der Formgebungseinrichtung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine Mehrzahl der Formwerkzeugsets vorgehalten.
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Das standardisierte Trägerelement des Formwerkzeugsets kann einen ersten Teilabschnitt sowie zweiten Teilabschnitt umfassen. Wenn ein Formwerkzeug, das ein standardisiertes Trägerelement aufweist, von einer Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt wird, liegen sich die Teilabschnitte des Trägerelements vorzugsweise gegenüber. Der erste und der zweite Teilabschnitt können mittels einer Verbindungsvorrichtung miteinander verbindbar sein. Die Teilabschnitte des Trägerelements können dann in einer Formwerkzeuganlegestation der Formgebungseinrichtung an einander gegenüberliegende Oberflächen des Halbzeugs angelegt und anschließend miteinander verbunden werden. Die Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, in Nuten einzugreifen, die an Seitenwänden des ersten und des zweiten Teilabschnitts des Trägerelements vorgesehen sind.
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Ferner kann zumindest ein Teil der lösbar mit einem standardisierten Trägerelement verbindbaren Einsätze einen ersten Einsatzabschnitt sowie einen zweiten Einsatzabschnitt umfassen. Wenn ein Formwerkzeug, das ein standardisiertes Trägerelement sowie einen lösbar mit dem Trägerelement verbundenen Einsatz aufweist, von einer Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt wird, liegen sich die Einsatzabschnitte der Einsätze vorzugsweise gegenüber. Die Einsatzabschnitte können in entsprechende Teilabschnitte des Trägerelements eingelegt werden. Mindestens einer der beiden Einsatzabschnitte ist vorzugsweise federnd in dem Trägerelement bzw. dem entsprechenden Trägerelementteilabschnitt gelagert. Beispielsweise kann ein Einsatzabschnitt auf einem Federelement oder auf einer Mehrzahl von Federelementen gelagert sein, das/die sich auf einer dem Einsatzabschnitt zugewandten Innenfläche des Trägerelements bzw. des Trägerelementteilabschnitts abstützt/abstützen. Solange das Formwerkzeug nicht mit Druck beaufschlagt wird, werden die beiden Einsatzabschnitte dann durch die Federkraft des Federelements/der Federelemente in einem gewünschten Abstand voneinander gehalten, der einer entsprechenden Profildicke des in dem Einsatz aufgenommenen Halbzeugs vor dem Formgebungsschritt entsprechen kann. Wenn das Formwerkzeug dagegen in einer Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt wird, werden die Einsatzabschnitte entgegen der Federkraft des Federelements/der Federelemente aufeinander zu bewegt, sodass sich der Abstand zwischen den beiden Einsatzabschnitten verringert. Dadurch wird die Profildicke des in dem Einsatz aufgenommenen Halbzeugs um ein gewünschtes Maß verringert und das Halbzeug somit in die gewünschte Form gebracht.
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Wie oben erläutert, kann eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien eine separat geführte Imprägniereinrichtung zum Imprägnieren eines der Vorrichtung zugeführten Verstärkungsfasern enthaltenden Halbzeugss mit einem Kunststoffmaterial umfassen, wobei die Imprägniereinrichtung ein separates, beispielsweise in Form eines Imprägnierbads oder eines Injektionswerkszeugs ausgebildetes Imprägnierwerkzeug umfassen kann. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Imprägniereinrichtung in die Formgebungseinrichtung zu integrieren. Um dies zu bewerkstelligen, kann in einem Formwerkzeug, das ein standardisiertes Trägerelement sowie einen lösbar mit dem Trägerelement verbundenen Einsatz aufweist, ein Injektionskanal zur Injektion eines Kunststoffmaterials in einen Innenraum des Formwerkzeugs vorgesehen sein. Das Kunststoffmaterial kann dann unmittelbar in das Formwerkzeug und folglich das in dem Formwerkzeug aufgenommene Halbzeug injiziert werden bevor das Formwerkzeug in der Presse der Formgebungseinrichtung mit Druck beaufschlagt wird. Auf ein separates Imprägnierwerkzeug kann dann verzichtet werden.
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Ferner kann ein Formwerkzeug, das ein standardisiertes Trägerelement sowie einen lösbar mit dem Trägerelement verbundenen Einsatz aufweist, einen in dem Innenraum des Formwerkzeugs vorgesehenen Aufnahmeraum zur Aufnahme von überschlüssigem Kunststoffmaterial umfassen, das bei der Injektion von Kunststoffmaterial in das Formwerkzeug und ein in dem Formwerkzeug aufgenommenes Halbzeug und/oder bei der Druckbeaufschlagung des Halbzeugs in einer Presse der Formgebungseinrichtung aus dem Halbzeug herausgedrückt werden kann. Der Aufnahmeraum kann einen ersten Abschnitt umfassen, der so positioniert ist, dass er an einen Rand eines in dem Formwerkzeug aufgenommenen Halbzeugs angrenzt.
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Ferner kann der Aufnahmeraum einen an ersten Abschnitt angrenzenden Nutabschnitt zur Aufnahme größerer Kunststoffmaterialmengen umfassen. Dadurch können unerwünschte Kunststoffmaterialansammlungen in dem Halbzeug oder an den Rändern des Halbzeugs vermieden werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
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1 eine Übersichtsdarstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien zeigt,
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2 eine Detaildarstellung einer in der Vorrichtung gemäß 1 einsetzbaren Formgebungseinrichtung zeigt,
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3 eine erste Variante eines in der Formgebungseinrichtung gemäß 2 eingesetzten Formwerkzeugs in einer Querschnittsdarstellung zeigt,
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4 eine alternative Variante eines in einer Formgebungseinrichtung gemäß 2 eingesetzten Formwerkzeugs in einer Querschnittsdarstellung zeigt,
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5a und b ein standardisiertes Trägerelement eines Formwerkzeugs in einer Offenstellung sowie einer Schließstellung zeigen, das in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen zum Einsatz kommen kann,
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6a bis d verschiedene Formwerkzeuge mit einem standardisierten Trägerelement sowie verschieden geformten, lösbar mit dem Trägerelement verbindbaren Einsätzen zeigen, die in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien zum Einsatz kommen können,
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7a und b das Formwerkzeug gemäß 6a in einer Querschnittsdarstellung in einem unbelasteten Zustand sowie bei einer Druckbeaufschlagung durch eine Presse einer Formgebungseinrichtung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien zeigen,
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8 zwei hintereinander angeordnete Formwerkzeuge gemäß 6a in einer Seitenansicht zeigt,
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9 die Formwerkzeuge gemäß 8 zeigt, wobei jedoch Teilabschnitte des Trägerelements der jeweiligen Formwerkzeuge sowie die beiden hintereinander angeordneten Formwerkzeuge mittels entsprechender Verbindungsvorrichtungen miteinander verbunden sind,
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10 eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien zeigt, in der in den 5 bis 9 veranschaulichte Formwerkzeuge zum Einsatz kommen,
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11 eine Formwerkzeugbehandlungseinrichtung zeigt, die in einer Vorrichtung gemäß den 1 und 10 zum Einsatz kommen kann,
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12 eine erste Variante einer Fördereinrichtung zeigt, die in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien gemäß den 1 und 10 zum Einsatz kommen kann,
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13 eine alternative Variante einer Fördereinrichtung zeigt, die in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundmaterialien gemäß den 1 und 10 zum Einsatz kommen kann, und
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14 verschiedene Bauteile zeigt, die mittels einer Vorrichtung gemäß den 1 und 10 in einem kontinuierlichen Fertigungsverfahren herstellbar sind.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen 12 aus faserverstärkten Verbundmaterialien. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Zufuhreinrichtung 14 zur Zufuhr eines Verstärkungsfasern enthaltenden Halbzeugs 16. Insbesondere umfasst die Zufuhreinrichtung 14 eine Mehrzahl von Rollen 18, auf die jeweils ein in Form eines Endlosstrangs ausgebildetes Verstärkungsfasern enthaltendes Halbzeug aufgewickelt ist. Bei dem Verstärkungsfasern enthaltenden Halbzeug handelt es sich um ein trockenes Verstärkungsfasern enthaltendes Halbzeug, dessen Verstärkungsfasern nicht mit einem Kunststoffmaterial getränkt sind. Die auf die einzelnen Rollen 18 aufgewickelten Verstärkungsfasern enthaltenden Halbzeuge können sich hinsichtlich der Art und der Orientierung der in dem Gewebe enthaltenen Verstärkungsfasern voneinander unterscheiden.
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Die von den Rollen 18 abgewickelten Halbzeuglagen werden in einer beispielsweise von den gewünschten mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Bauteils 12 abhängigen Reihenfolge übereinander gestapelt. Der Halbzeugstapel wird dann einer Vorformeinrichtung 20 zugeführt. Die Vorformeinrichtung 20 umfasst ein in 1 nicht näher veranschaulichtes Vorformwerkzeug, in dem ein Hohlraum ausgebildet ist, durch das der Halbzeugstapel hindurchgeführt werden kann. Der Hohlraum weist einen entlang einer Förderrichtung F des Halbzeugstapels durch die Vorformeinrichtung 20 variierenden Querschnitt auf. Insbesondere hat der Hohlraum im Bereich eines Einlasses des Vorformwerkzeugs einen im Wesentlichen der Form des Halbzeugstapels entsprechenden flachen Querschnitt. Im Bereich eines Auslasses hat der in dem Vorformwerkzeug ausgebildete Hohlraum dagegen einen Querschnitt, der bereits an einen Querschnitt eines aus dem Halbzeug 16 herzustellenden Bauteils 12 angenähert ist.
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Nach dem Passieren der Vorformeinrichtung 20 wird das Halbzeug 16 einer Imprägniereinrichtung 22 zugeführt. In der Imprägniereinrichtung werden die Verstärkungsfasern des Halbzeugs mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbaren Kunststoffmaterial, wie z. B. einem Harz, imprägniert. Die Imprägniereinrichtung 22 kann ein Imprägnierbad umfassen, durch das der Halbzeugstapel hindurchgezogen wird. Alternativ dazu kann die Imprägniereinrichtung 22 jedoch auch ein Imprägnierformwerkzeug umfassen, in das das Kunststoffmaterial mit einem bestimmten Druck injiziert werden kann. Falls in der Imprägniereinrichtung 22 ein Imprägnierformwerkzeug benutzt wird, ist das Imprägnierformwerkzeug vorzugsweise mit einem Hohlraum versehen, dessen Form bereits im Wesentlichen der gewünschten Form eines zu fertigenden Bauteils 12 entspricht.
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Falls gewünscht, kann das Imprägnierformwerkzeug im Bereich eines Formwerkzeugeingangs gekühlt werden. Dadurch kann ein Eingangsbereich des Formwerkzeugs durch Erhöhung der Viskosität eines bei Raumtemperatur zähflüssigen Kunststoffmaterials trotz eines kontinuierlichen Vorschubs verschlossen und damit eine Imprägnierung unter Druck ermöglicht werden. An einem Ausgang des Formwerkzeugs kann durch eine exakte Temperierung und eine dadurch initiierte Vernetzungsreaktion bis zur Gelphase ein Verschluss des Ausgangs erreicht werden. Dadurch können hochreaktive Harze eingesetzt und eine qualitativ hochwertige Durchtränkung der Materialien durch Spezialmaterialien mit z. B. Schlagzähigkeitsmodifikatoren, welche üblicherweise eine geringe Permeabilität aufweisen, erreicht werden.
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Das Halbzeug 16 wird mittels einer Fördereinrichtung 24 durch die Vorrichtung 10 gefördert. Die in 12 näher veranschaulichte Fördereinrichtung 24 umfasst eine erste und eine zweite Klemmvorrichtung 26, 28, die jeweils zwischen einer Offenstellung, in der sie das Halbzeug 16 freigeben, und einer Schließstellung, in der sie das Halbzeug 16 zwischen zwei Klemmbacken 26a, 26b, 28a, 28b festklemmen, verstellbar sind. Ferner sind die Klemmvorrichtungen 26, 28, wie durch die Pfeile PK1, PK2 in 12 angedeutet, in einer Förderrichtung F des Halbzeugs 16 oder entgegen der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 durch die Vorrichtung 10 zwischen einer Klemmposition und einer Löseposition bewegbar.
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Der Betrieb der Fördereinrichtung 24 wird, ebenso wie der Betrieb der übrigen Komponenten der Vorrichtung 10, mittels einer zentralen elektronischen Steuereinrichtung 30 gesteuert. Alternativ zu der zentralen Steuereinrichtung 30 können jedoch auch mehrere separate Steuereinrichtungen zum Einsatz kommen. Die Steuereinrichtung 30 steuert den Betrieb der beiden Klemmvorrichtungen 26, 28 derart, dass sich die erste Klemmvorrichtung 26 in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung des Halbzeugs 16 relativ zu dem Halbzeug 16 aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung 28 in ihrer Schließstellung befindet und in der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 gemeinsam mit dem Halbzeug 16 aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt wird.
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Umgekehrt befindet sich die erste Klemmvorrichtung 26 in ihrer Schließstellung und wird in der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 gemeinsam mit dem Halbzeug 16 aus ihrer Klemmposition in ihre Löseposition bewegt, wenn sich die zweite Klemmvorrichtung 28 in ihrer Offenstellung befindet und entgegen der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 relativ zu dem Halbzeug 16 aus ihrer Löseposition in ihre Klemmposition bewegt wird. Dieser gegenläufige Betrieb der beiden Klemmvorrichtungen 26, 28 ist auch in dem schematischen Diagramm in 12 veranschaulicht.
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Alternativ zu der in 12 veranschaulichten Variante einer Fördereinrichtung 24 kann die Fördereinrichtung 24 auch, wie in 13 dargestellt, zwei einander gegenüberliegende Förderbänder 32, 34 umfassen. Die Förderbänder 32, 34 sind in entgegengesetzte Richtungen bewegbar und üben eine derartige Klemmkraft auf einen zwischen den Förderbändern 32, 34 angeordneten Abschnitt des Halbzeugs 16 aus, dass das Halbzeug 16 durch die Förderbewegung der Förderbänder 32, 34 in seiner Förderrichtung F bewegt wird. Mindestens eines der Förderbänder 32, 34 ist dann vorzugsweise federnd gelagert, um Variationen in der Dicke des mittels der Fördereinrichtung 24 durch die Vorrichtung 10 zu fördernden Halbzeugs 16 auszugleichen.
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Das in der Imprägniereinrichtung 22 mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial imprägnierte Halbzeug 16 wird mittels der Fördereinrichtung 24 einer Formgebungseinrichtung 36 zugeführt. Die Formgebungseinrichtung 36 umfasst eine in 2 detailliert veranschaulichte Presse 38, die ein erstes Presselement 40 sowie ein dem ersten Presselement 40 gegenüberliegendes zweites Presselement 42 umfasst. In der in 2 veranschaulichten Presse 38 sind die Presselemente 40, 42 jeweils in Form von Pressplatten ausgebildet. Alternativ dazu kann die Presse 38 jedoch auch in Form einer Bandpresse mit zwei einander gegenüberliegenden Förderbändern ausgeführt sein. Die Presse kann dann die Doppelfunktion erfüllen, einerseits das der Presse 38 zugeführte Halbzeug 16 mit Druck zu beaufschlagen und andererseits das Halbzeug 16 durch die Vorrichtung 10 zu fördern.
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Neben der Presse 38 umfasst die Formgebungseinrichtung 36 eine Mehrzahl von verschieden geformten, von der Presse 38 mit Druck beaufschlagbaren Formwerkzeugen 44. Jedes der Formwerkzeuge 44 weist einen ersten Formwerkzeugabschnitt 44a sowie einen zweiten Formwerkzeugabschnitt 44b auf. In einer Werkzeuganlegestation 46 der Formgebungseinrichtung 36 werden die Formwerkzeugabschnitte 44a, 44b an einander gegenüberliegende Oberflächen, d. h. an eine Unterseite sowie eine Oberseite des Halbzeugs 16 angelegt und nehmen somit einen Abschnitt des Halbzeugs 16 zwischen sich auf.
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Die einzelnen Formwerkzeuge 44 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Geometrien, d. h. hinsichtlich der Geometrien von in den Formwerkzeugen 44 zur Aufnahme eines Abschnitts des Halbzeugs 16 vorgesehenen Hohlräumen 56, siehe 3 und 4. Die Geometrien dieser Hohlräume 56 entsprechen jeweils verschiedenen gewünschten Geometrien verschiedener Abschnitte des Halbzeugs 16. Mittels der Formgebungseinrichtung 36 können somit Bauteile 12 geformt werden, die eine abschnittsweise variierende Form aufweisen. Insbesondere können komplex geformte Flugzeugstrukturbauteile, wie z. B. Versteifungselemente, die Rampen, Kröpfungen, lokal begrenzte Vorsprünge, etc. enthalten, kontinuierlich gefertigt werden. Beispiele derartiger Flugzeugstrukturbauteile sind in 14 veranschaulicht.
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Nachdem ein Formwerkzeug 44 in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 und folglich ein in dem Formwerkzeug 44 aufgenommener Abschnitt des Halbzeugs 16 mit Druck beaufschlagt worden ist, wird das Formwerkzeug 44 in einer Formwerkzeuglösestation 48 der Formgebungseinrichtung 36 wieder von dem Abschnitt des Halbzeugs 16 gelöst. Das Formwerkzeug 48 wird dann von einer Formwerkzeugbehandlungseinrichtung 50 übernommen. In der Formwerkzeugbehandlungseinrichtung 50, die, wie in 11 veranschaulicht, vollautomatisch betreibbar und mit einem Roboter 52 ausgestattet sein kann, werden die Formwerkzeuge 44 zur Wiederverwendung aufbereitet, wobei die Aufbereitung der Formwerkzeuge 44 das Reinigen der Formwerkzeuge 44 sowie das Behandeln der Formwerkzeuge mit einer Trennhilfe, insbesondere das Einlegen einer Trennfolie 64 in die Formwerkzeuge 44 umfassen kann. Die wiederaufbereiteten Formwerkzeuge 44 können unmittelbar zur Werkzeuganlegestation 46 der Formgebungseinrichtung 36 zurückgeführt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, Formwerkzeuge 44, die nicht unmittelbar wiederverwendet werden, in einer Formwerkzeugaufbewahrungsvorrichtung 54 unterzubringen. Es versteht sich, dass der Roboter 52, je nach Bedarf, auch Formwerkzeuge 44 aus der Formwerkzeugaufbewahrungsvorrichtung 54 entnehmen und an die Werkzeuganlegestation 46 der Formgebungseinrichtung 36 übergeben kann.
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Die in den 3 und 4 veranschaulichten Formwerkzeuge 44 weisen in ihrem Innenraum jeweils einen zwischen den Formwerkzeugabschnitten 44a, 44b definierten Hohlraum 56 auf, der so geformt ist, dass die Formwerkzeuge 44 zur Herstellung eines Abschnitts eines Omega-Profils eingesetzt werden können. In dem Innenraum der Formwerkzeuge 44 ist ferner ein Aufnahmeraum 58 zur Aufnahme von überschüssigem Kunststoffmaterial vorgesehen, das bei der Druckbeaufschlagung des Halbzeugs 16 in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 aus dem Halbzeug 16 herausgedrückt werden kann. Der Aufnahmeraum 58 umfasst einen ersten Abschnitt 60, der an einen Rand eines in dem Formwerkzeug 44 aufgenommenen Halbzeugabschnitts, d. h. einen Randbereich des Hohlraums 56 angrenzt. Ferner umfasst der Aufnahmeraum 58 einen Nutabschnitt 62, in dem größere Kunststoffmaterialmengen aufgenommen werden können. Das in 4 gezeigte Formwerkzeug 44 unterscheidet sich von dem Formwerkzeug 44 gemäß 3 dadurch, dass in den Hohlraum 56 des Formwerkzeugs 44 eine Trennfolie 64 eingelegt ist, die das Lösen des in dem Formwerkzeug 44 aufgenommenen Halbzeugabschnitts aus dem Formwerkzeug 44 in der Formwerkzeuglösestation 48 erleichtert.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, sind die Presselemente 40, 42 der Presse 38 und die Formwerkzeuge 44 so dimensioniert, dass mehrere Formwerkzeuge 44, die an hintereinander angeordnete Abschnitte des Halbzeugs 16 angelegt sind, gleichzeitig von der Presse 38 mit Druck beaufschlagt werden können. Ferner weisen die Formwerkzeuge 44 entlang der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 gleiche Abmessungen auf.
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Unter der Steuerung der Steuereinrichtung 30 wird der Betrieb der Fördereinrichtung 24 und der Formgebungseinrichtung 36 derart gesteuert, dass die Presselemente 40, 42 der Presse 38 in eine Schließstellung gesteuert werden, um die zwischen den Presselementen 40, 42 angeordneten Formwerkzeuge und folglich die in diesen Formwerkzeugen 44 aufgenommenen Abschnitte des Halbzeugs 16 mit Druck zu beaufschlagen, siehe Pfeile P1 in 1. Solange die Presselemente 40, 42 Druck auf die Formwerkzeuge 44 und folglich die in den Formwerkzeugen 44 aufgenommenen Halbzeugabschnitte ausüben, werden die Presselement 40, 42 gemeinsam mit dem Halbzeug 16 und den Formwerkzeugen 44 in der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 bewegt, siehe Pfeile P2 in 1. Insbesondere werden die Presselemente 40, 42 in ihrer Schließstellung über eine Strecke gemeinsam mit dem Halbzeug 16 und den Formwerkzeugen 44 in der Förderrichtung F des Halbzeug 16 bewegt, die im Wesentlichen der Abmessung eines Formwerkzeugs 44 entlang der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 entspricht.
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Anschließend werden die Presselemente 40, 42 in eine Offenstellung gesteuert, siehe Pfeile P3 in 1, und entgegen der Förderrichtung F des Halbzeugs bewegt, siehe Pfeile P4 in 1, bis die Presselemente 40, 42 in einer Position angeordnet sind, in der sie erneut in eine Schließstellung gesteuert werden können. Insbesondere werden die Presselemente 40, 42 nach dem Bewegen in ihre Offenstellung um eine Strecke entgegen der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 bewegt, die ebenfalls im Wesentlichen der Abmessung eines Formwerkzeugs 44 entlang der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 entspricht. Sobald sich die Presselemente 40, 42 wieder in ihrer Schließstellung befinden, beaufschlagen sie auch ein Formwerkzeug 44 mit Druck, das hinter den bisher zwischen den Presselementen 40, 42 angeordneten Formwerkzeugen 44 an das Halbzeug 16 angelegt ist. Im Gegensatz dazu befindet sich ein in der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 an vorderster Stelle liegendes Formwerkzeug 44 nicht länger zwischen den Presselemente 40, 42 und kann in der Formwerkzeuglösestation 48 von dem Halbzeug 16 gelöst werden. Durch diese Betriebsart werden die Formwerkzeuge 44 in mehreren Presszyklen mit Druck beaufschlagt, wobei die Anzahl der Presszyklen der Anzahl der Formwerkzeuge 44 entspricht, die zwischen den Presselementen 40, 42 der Presse 38 Platz finden. Alternativ dazu können die Formwerkzeuge 44 jedoch auch erst nach einer vollständigen Aushärtung eines in dem Halbzeug 16 enthaltenden Kunststoffmaterials entformt werden, um einen Verzug des Halbzeugs 16 zu vermeiden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Aushärteeinrichtung 66, die dazu dient, das in dem Halbzeug 16 enthaltene aushärtbare Kunststoffmaterial teilweise oder vollständig auszuhärten. In der Vorrichtung 10 gemäß 1 umfasst die Aushärteeinrichtung 66 einen Tunnelofen, durch den das Halbzeug 16 hindurchgeführt wird. Schließlich ist eine Schneidvorrichtung 68 vorhanden, die das aus der Aushärteeinrichtung 66 abgeführte Halbzeug 16 auf eine gewünschte Länge schneidet, um schließlich die Bauteile 12 zu erzeugen. Die Schneidvorrichtung 68 umfasst eine Bandsäge, die bewegbar gelagert ist, so dass sie gemeinsam mit dem Halbzeug 16 in der Förderrichtung F des Halbzeugs 16 bewegt werden kann, um einen zur Förderrichtung F senkrecht verlaufenen Schnitt zu erzeugen.
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Die 5 bis 9 veranschaulichen ein in einer Vorrichtung 10 zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen 12 aus Faserverstärkten Verbundmaterialien einsetzbares Formwerkzeugset. Das Formwerkzeugset umfasst ein standardisiertes Trägerelement 70, das einen ersten Teilabschnitt 70a sowie einen zweiten Teilabschnitt 70b umfasst, siehe 5a und b. Die Teilabschnitte 70a, 70b sind mittels einer Verbindungsvorrichtung 72 miteinander verbindbar, die in jeweilige Nuten 74, 76 eingreift, die im Bereich von Seitenwänden der Teilabschnitte 70a, 70b des Trägerelements 70 ausgebildet sind, siehe 9.
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Ferner umfasst das Formwerkzeugset eine Mehrzahl von verschieden geformten, lösbar mit dem Trägerelement 70 verbindbaren Einsätzen 78, siehe 6a bis d. Insbesondere unterscheiden sich die Einsätze 78 hinsichtlich ihrer Geometrien, wobei wobei die Geometrie eines jeden Einsatzes 78 der gewünschten Geometrie eines Abschnitts des zu fertigenden Bauteils 12 entspricht. Wenn ein Formwerkzeug 44, das ein standardisiertes Trägerelement 70 sowie einen lösbar mit dem Trägerelement 70 verbundenen Einsatz 78 umfasst, von der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 mit Druck beaufschlagt wird, wird auch ein in dem Formwerkzeug 44 aufgenommener Abschnitt des Halbzeugs 16 mit Druck beaufschlagt und auf diese Weise entsprechend der Geometrie des Einsatzes 78 geformt.
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Jeder Einsatz 78 weist, einen ersten Einsatzabschnitt 78a sowie einen zweiten Einsatzabschnitt 78b auf. Die Einsatzabschnitte 78a, 78b können jeweils in entsprechende Teilabschnitte 70a, 70b des Trägerelements 70 eingelegt werden, wobei der Einsatzabschnitt 78a, wie in 8 dargestellt, auf einer Mehrzahl von Federelementen 80 federnd gelagert ist. Solange das Trägerelement 70 nicht mit Druck beaufschlagt wird, werden die Einsatzabschnitte 78a, 78b durch die Federkraft der Federelemente 80 in einem gewünschten Abstand voneinander gehalten, so dass ein zwischen den Einsatzabschnitte 78a, 78b vorhandener Hohlraum 56 eine Form aufweist, der der Form eines in dem Hohlraum 56 aufgenommenen Halbzeugabschnitts vor dem Formgebungsschritt in der Formgebungseinrichtung 36 einer Vorrichtung 10 entspricht, siehe 7a. Wenn das Formwerkzeug 44 dagegen in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 mit Druck beaufschlagt wird, werden die Einsatzabschnitte 78a, 78b entgegen der Federkraft der Federelemente 80 aufeinander zubewegt, sodass sich der Abstand zwischen den beiden Einsatzabschnitten 78a, 78b verringert, siehe 7b. Dadurch wird der in dem Formwerkzeug 44 aufgenommene Halbzeugabschnitt in die gewünschte Form gebracht.
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In den 5 bis 9 veranschaulichte Formwerkzeuge 44 mit einem standardisierten Trägerelement 70 sowie einem lösbar mit dem Trägerelement 70 verbundenen Einsatz 78, weisen einen Injektionskanal 82 zur Injektion eines Kunststoffmaterials in einen Innenraum des Formwerkzeug 44 auf. Das Kunststoffmaterial kann dann unmittelbar in das Formwerkzeug 44 und folglich den Halbzeugabschnitt injiziert werden, der in dem Hohlraum 56 zwischen den Einsatzabschnitten 78a, 78b aufgenommen ist, bevor das Formwerkzeug 44 in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 mit Druck beaufschlagt wird. Auf ein separates Imprägnierwerkzeug kann dann verzichtet werden.
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Schließlich ist auch bei den in den 5 bis 9 veranschaulichten Formwerkzeugen 44, die ein standardisiertes Trägerelement 70 sowie einen lösbar mit dem Trägerelement 70 verbundenen Einsatz 78 aufweist, ein Aufnahmeraum 58 zur Aufnahme von überschlüssigem Kunststoffmaterial vorgesehen, das bei der Injektion von Kunststoffmaterial in das Formwerkzeug 44 und einen in dem Formwerkzeug 44 aufgenommenen Halbzeugabschnitt und/oder bei der Druckbeaufschlagung des Halbzeugabschnitts in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 aus dem Halbzeug 16 herausgedrückt werden kann. Der Aufnahmeraum 58 umfasst wiederum einen ersten Abschnitt 60 sowie einen an ersten Abschnitt 60 angrenzenden Nutabschnitt 62 zur Aufnahme größerer Kunststoffmaterialmengen.
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10 zeigt eine Variante einer Vorrichtung 10 zur kontinuierlichen Fertigung von Bauteilen 12 aus faserverstärkten Verbundmaterialien, deren Formgebungseinrichtung 36 mit Formwerkzeugen 44 ausgestattet ist, die jeweils ein standardisiertes Trägerelement 70 sowie einen lösbar mit dem Trägerelement 70 verbundenen Einsatz 78 aufweisen. Die Formwerkzeuge 44 werden in einer in 10 nicht näher veranschaulichten Formwerkzeugbehandlungseinrichtung auf ihren Einsatz in der Formgebungseinrichtung 36 vorbereitet, indem in die Trägerelemente 70 die gewünschten Einsätze 78 eingebracht werden. In der Formwerkzeuganlegestation 46 der Formgebungseinrichtung 36 werden die Teilabschnitte 70a, 70b der Trägerelemente 70 mit den darin eingelegten Einsatzabschnitten 78a, 78b an einander gegenüberliegende Flächen, d. h. eine Unterseite und eine Oberseite eines Abschnitts des Halbzeugs 16 angelegt. Anschließend werden die Teilabschnitte 70a, 70b der Trägerelemente 70 mittels einer Verbindungsvorrichtung 72 miteinander verbunden.
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Im nächsten Schritt wird das an einen Halbzeugabschnitt angelegte Formwerkzeug 44 mittels eines Verbindungselements 84 mit einem Formwerkzeug 44 verbunden, das, bezogen auf die Förderrichtung F des Halbzeugs 16 durch die Vorrichtung 10, vor dem Formwerkzeug 44 an einen Halbzeugabschnitt angelegt ist. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Formwerkzeuge 44 relativ zu dem Halbzeug 16 und/oder relativ zueinander verschieben, insbesondere dann, wenn ein Teil der Formwerkzeuge 44 in der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 mit Druck beaufschlagt wird. Ferner das Formwerkzeug 44 mittels eines Dichtelements 86 abgedichtet.
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Bevor das Formwerkzeug 44 mit dem darin eingelegten Halbzeugabschnitt der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 zugeführt wird, wird nun mittels einer in die Formgebungseinrichtung 36 integrierten Imprägniereinrichtung 22 über den in dem Formwerkzeug 44 ausgebildeten Injektionskanal 82 ein aushärtbares Kunststoffmaterial in das Formwerkzeug 44 bzw. den in dem Formwerkzeug 44 zwischen den Einsatzabschnitten 78a, 78b vorgesehenen Hohlraum 56 und damit in den in dem Hohlraum 56 aufgenommenen Halbzeugabschnitt injiziert. Auf ein separates Imprägnierwerkzeug kann daher in der Vorrichtung 10 gemäß 10 verzichtet werden. In der Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 wird das Formwerkzeug 44 dann mit Druck beaufschlagt, wobei der Betrieb der Presse 38 von der Steuereinrichtung 30, wie oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben, gesteuert wird.
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In der Vorrichtung 10 gemäß 10 ist ferner die Fördereinrichtung 24 integriert mit der Formgebungseinrichtung 36 ausgebildet. Die Presse 38 der Formgebungseinrichtung 36 bildet die erste Klemmvorrichtung der Fördereinrichtung 24, der eine zweite Klemmvorrichtung 28, wie sie oben im Zusammenhang mit den 1 und 12 beschrieben wurde, nachgeschaltet ist. Die die erste Klemmvorrichtung bildende Presse 38 und die zweite Klemmvorrichtung 28 werden, wie oben im Zusammenhang mit den 1 und 12 beschrieben, betrieben, um das Halbzeug 16 durch die Vorrichtung zu fördern.
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Nach Beendigung des Pressvorgangs wird das Formwerkzeug 44 durch Lösen des Verbindungselements 84 von den hinter dem Formwerkzeug 44 angeordneten Formwerkzeugen 44 entkoppelt. Ferner wird auch das Dichtelement 86 wieder entfernt, bevor das Formwerkzeug 44 in der Formwerkzeuglösestation 48 schließlich auch wieder von dem nun in die gewünschte Form gebrachten Halbzeugabschnitt gelöst wird. Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der Vorrichtung 10 gemäß 10 dem Aufbau und der Funktionsweise der in 1 veranschaulichten Anordnung.
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Obwohl verschiedene Merkmale der Erfindung hier mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sind diese Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Beispielsweise kann auch in der Vorrichtung 10 gemäß 10 ein Verbindungselement 84 zur Verbindung hintereinander an das Halbzeug 10 angelegter Formwerkzeuge 44 oder mit einem Injektionskanal 82 versehene Formwerkzeuge 44 zum Einsatz kommen, wobei die Formwerkzeuge 44, wie im Zusammenhang mit den 1 beschrieben, ausgeführt sein oder ein standardisiertes Trägerelement 70 und verschieden geformte Einsätze 78 aufweisen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007062111 A1 [0002]
- DE 102004001078 A1 [0002]
- CN 100418850 [0002]
- EP 1819503 B1 [0004, 0005]
