DE102014014788A1 - Method and device for producing a preform from at least two fiber layers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus mindestens zwei Faserlagen (3, 5), mit folgenden Schritten: Anordnen eines Trennelements (11, 13, 37) zwischen einer ersten Faserlage (3) und einer zweiten Faserlage (5), Umformen der Faserlagen (3, 5) zu einem Vorformling, wobei das Trennelement (11, 13, 37) eine Mehrzahl von Piezo-Aktoren (17) aufweist, die zu Schwingungen angeregt werden.The invention relates to a method for producing a preform from at least two fiber layers (3, 5), comprising the following steps: arranging a separating element (11, 13, 37) between a first fiber layer (3) and a second fiber layer (5), forming the Fiber layers (3, 5) to form a preform, wherein the separating element (11, 13, 37) has a plurality of piezo actuators (17), which are excited to oscillate.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus mindestens zwei Faserlagen gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Umformen von mindestens zwei Faserlagen zu einem Vorformling gemäß Anspruch 5.The invention relates to a method for producing a preform from at least two fiber layers according to
Verfahren und Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Insbesondere im Automobilbau werden vermehrt Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff als Karosserieteile verwendet, die zugleich leicht und sehr belastbar sind. Dabei werden Faserlagen als textile Halbzeuge hergestellt und typischerweise mit einem Binder versehen. Die Faserlagen werden zu einem mehrlagigen textilen Halbzeug übereinandergelegt und zu einem dreidimensionalen Vorformling drapiert beziehungsweise umgeformt. Typischerweise fixiert der Binder die Einzellagen, sodass der Vorformling seine Geometrie hält. Anschließend erfolgt eine thermoplastische oder duromere Konsolidierung, wobei ein faserverstärktes Kunststoffteil aus dem Vorformling beispielsweise durch Harzinfusion und Aushärten gebildet wird. Insbesondere bei der Herstellung von Vorformlingen mit hoher Formkomplexität können Formgebungsfehler auftreten, welche die Qualität des daraus gefertigten Faserverbundbauteils reduzieren. Solche Formgebungsfehler können insbesondere Falten, Faserverschiebungen oder Ausbeulungen von Verstärkungsfaserbündeln sein. Beim Umformen eines mehrlagigen textilen Halbzeugs ergibt sich zusätzlich das Problem einer Relativverlagerung zwischen den verschiedenen Faserlagen. Diese reiben aneinander, wobei reibungsbedingte Schädigungen der Faserlagen und/oder der Gewebe auftreten können.Methods and devices of the type discussed here are known. In particular, in the automotive industry increasingly components made of fiber-reinforced plastic are used as body parts, which are both lightweight and very durable. This fiber layers are produced as semi-finished textile products and typically provided with a binder. The fiber layers are superimposed into a multi-layer textile semifinished product and draped or reshaped into a three-dimensional preform. Typically, the binder fixes the individual layers so that the preform holds its geometry. Subsequently, a thermoplastic or thermosetting consolidation takes place, wherein a fiber-reinforced plastic part is formed from the preform, for example by resin infusion and curing. In particular, in the manufacture of preforms with high shape complexity may occur forming errors, which reduce the quality of the fiber composite component made therefrom. Such shaping errors may be, in particular, wrinkles, fiber displacements or bulges of reinforcing fiber bundles. When forming a multi-layer textile semifinished product, the additional problem arises of a relative displacement between the different fiber layers. These rub against each other, whereby friction-induced damage to the fiber layers and / or the tissues can occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method and an apparatus in which the disadvantages mentioned do not occur.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus mindestens zwei Faserlagen geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird ein Trennelement zwischen einer ersten Faserlage und einer zweiten Faserlage angeordnet. Die Faserlagen werden zu einem Vorformling umgeformt, wobei das Trennelement – insbesondere mittels einer Mehrzahl von Piezo-Aktoren, die bevorzugt das Trennelement aufweist –, zu Schwingungen angeregt wird. Durch die Anordnung des Trennelements zwischen den Faserlagen kann eine zwischen diesen auftretende Reibung während der Umformung reduziert werden. Dabei zeigt sich, dass ein Haftreibungskoeffizient zwischen einer Faserlage und dem Trennelement geringer ist als ein Haftreibungskoeffizient zwischen den Faserlagen. Darüber hinaus wird eine formbedingte Interaktion der Faserlagen entkoppelt, was einen weitestgehend unbeschädigten Einzug in den Umformbereich erlaubt. Darüber hinaus führt allerdings die Anregung der Piezo-Aktoren zu Schwingungen dazu, dass sich diese Schwingungen auf das Trennelement übertragen. Dabei wird das Trennelement insbesondere lokal gebogen und in Schwingungen versetzt, wodurch die Reibung zwischen den einzelnen Faserlagen weiter reduziert wird. Auf diese Weise kann ein leichteres Gleiten der Faserlagen relativ zueinander sichergestellt werden.The object is achieved in particular by providing a method for producing a preform from at least two fiber layers, which has the following steps: A separating element is arranged between a first fiber layer and a second fiber layer. The fiber layers are formed into a preform, wherein the separating element - in particular by means of a plurality of piezo actuators, which preferably has the separating element - is excited to vibrate. The arrangement of the separating element between the fiber layers, a friction occurring between them can be reduced during the forming. It shows that a coefficient of static friction between a fiber layer and the separating element is less than a static coefficient of friction between the fiber layers. In addition, a form-related interaction of the fiber layers is decoupled, which allows a largely undamaged entry into the forming area. In addition, however, the excitation of the piezo actuators leads to vibrations that these vibrations transmitted to the separating element. In this case, the separating element is bent in particular locally and vibrated, whereby the friction between the individual fiber layers is further reduced. In this way, an easier sliding of the fiber layers relative to each other can be ensured.
Bevorzugt werden die Piezo-Aktoren hochfrequent schwingend angeregt. Insbesondere mittels geeigneter Funktionsgeneratoren ist es möglich, die Piezio-Aktoren hochfrequent zu Schwingungen anzuregen.Preferably, the piezo actuators are excited high frequency oscillating. In particular, by means of suitable function generators, it is possible to stimulate the piezo actuators high-frequency oscillations.
Als Trennelement wird vorzugsweise ein metallisches Blech verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass ein Trennelement verwendet wird, welches Kunststoff, insbesondere carbonfaserverstärkten Kunststoff, aufweist oder aus Kunststoff, insbesondere aus carbonfaserverstärktem Kunststoff besteht. Faserverstärkten Kunststoffe haben einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Metalle, weswegen die Verwendung eines solchen faserverstärkten Kunststoff-Trennelements vorteilhafter ist als die Verwendung eines Trennelements, welches als metallisches Blech ausgebildet ist. Das Trennelement weist bevorzugt eine – insbesondere zentrale – Vorformausnehmung auf, welche einen Umformbereich definiert. Die Faserlagen werden im Bereich der Vorformausnehmung umgeformt, während um die Vorformausnehmung herum ein Einzugsbereich vorgesehen ist, in dem die Faserlagen durch das Trennelement voneinander separiert sind.As a separating element, a metallic sheet is preferably used. Alternatively or additionally, it is also possible for a separating element to be used which has plastic, in particular carbon-fiber-reinforced plastic, or consists of plastic, in particular of carbon-fiber-reinforced plastic. Fiber-reinforced plastics have a lower coefficient of thermal expansion than metals, which is why the use of such a fiber-reinforced plastic separating element is more advantageous than the use of a separating element, which is designed as a metal sheet. The separating element preferably has a preforming recess, in particular a central one, which defines a forming area. The fiber layers are deformed in the region of the preforming recess, while a feed zone is provided around the preforming recess, in which the fiber layers are separated from one another by the separating element.
Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens ein Vorformling aus mehr als zwei Faserlagen hergestellt, wobei besonders bevorzugt zwischen jeweils zwei benachbarten Faserlagen jeweils ein Trennelement angeordnet ist, sodass eine Mehrzahl von Trennelementen verwendet wird. Es ist möglich, dass über und/oder unter einem Faserlagenstapel ein Trennelement als Deck- und/oder Bodenelement angeordnet wird/werden. Insbesondere ist möglich, dass unter dem Faserlagenstapel ein Tragblech angeordnet wird, welches größere Abmessungen aufweisen kann als die übrigen Trennelemente und diese umfangsseitig überragen kann. Das Tragblech dient zu einer vereinfachten Handhabung des Faserlagenstapels.Preferably, in the context of the method, a preform is produced from more than two fiber layers, with one separating element being particularly preferably arranged between each two adjacent fiber layers, so that a plurality of separating elements is used. It is possible for a separating element to be arranged above and / or below a fiber layer stack as a cover and / or floor element. In particular, it is possible that under the fiber layer stack a support plate is arranged, which may have larger dimensions than the other separating elements and this may extend beyond the circumference. The support plate serves for a simplified handling of the fiber layer stack.
Das Verfahren ist in verschiedenen Anwendungen zur Herstellung von Vorformlingen beziehungsweise Faserverbundstrukturen einsetzbar, insbesondere in einer Vielzahl verschiedener Fertigungsverfahren, wobei das Verfahren besonders bevorzugt zur Herstellung eines Vorformlings für eine anschließende Harzinfiltration im Zuge eines RTM-Prozesses (Resin Transfer Molding) unter anschließender Aushärtung, zur Umformung von Organoblechen, im Rahmen des Hybridgarnheißpressens, des Nasspressens, insbesondere mit Duromermatrix, und/oder zum Pressformen von Hybridhalbzeugen, verwendet wird. Besonders bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens das Faserhalbzeug, insbesondere der Faserlagenstapel, mit einem Harz-Härtergemisch infiltriert, welches anschließend ausgehärtet wird.The process can be used in various applications for the production of preforms or fiber composite structures, In particular, in a variety of different manufacturing processes, the method particularly preferred for producing a preform for subsequent resin infiltration in the course of a RTM process (Resin Transfer Molding) with subsequent curing, for forming organo sheets, in the context of hybrid hot pressing, wet pressing, in particular with Duromermatrix, and / or for compression molding of hybrid semi-finished products is used. In the context of the method, the semi-finished fiber product, in particular the fiber layer stack, is particularly preferably infiltrated with a resin-hardener mixture, which is subsequently cured.
Im Rahmen des Verfahrens werden insbesondere zwei dominante Formgebungsfehler reduziert, nämlich eine Faltenbildung und/oder eine Faserquerverschiebung oder Faserausbeulung. Das Verfahren ist einfach umsetzbar, insbesondere in zur Umformung vorgesehenen Pressen, wodurch eine taktzeitgerechte und kostengünstige Formgebung möglich ist.In the context of the method, in particular two dominant shaping errors are reduced, namely a wrinkling and / or a fiber transverse displacement or Faserausbeulung. The method is easy to implement, especially in forming intended for forming presses, whereby a tact time-oriented and cost-effective design is possible.
Wenigstens eine der Faserlagen ist vorzugsweise als Gestrick, Gewirk, Gewebe, Gelege oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet. Eine solche Faserlage kann aus Einzelfasern und/oder aus Faserbündeln, sogenannten Rovings, gebildet sein. Besonders bevorzugt weist die Faserlage Glasfasern, Naturfasern, Kunststofffasern, Kohlefasern, Stahlfasern und/oder andere geeignete Fasern oder Faserbündel auf.At least one of the fiber layers is preferably formed as a knitted fabric, knitted fabric, fabric, scrim or in any other suitable manner. Such a fiber layer can be formed from individual fibers and / or from fiber bundles, so-called rovings. Particularly preferably, the fiber layer comprises glass fibers, natural fibers, synthetic fibers, carbon fibers, steel fibers and / or other suitable fibers or fiber bundles.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Trennelement verwendet wird, auf welchem die Piezo-Aktoren in segmentierter Anordnung angeordnet sind, wobei das Trennelement bereichsweise durch Ansteuerung der Piezo-Aktoren gebogen wird. Durch die segmentierte Anordnung der Piezo-Aktoren – insbesondere um die zentrale Vorformausnehmung herum – ergeben sich lokal zu Schwingungen angeregte Segmente, wobei das Trennelement lokal durch Ansteuern der Piezo-Aktoren zu Schwingungen angeregt werden kann. Die Piezo-Aktoren werden vorzugsweise separat angesteuert. Durch eine verschiedene Ansteuerung verschiedener Piezo-Aktoren kann die Schwingungsanregung lokal bedarfsgerecht gesteuert werden.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a separating element is used on which the piezo actuators are arranged in a segmented arrangement, wherein the separating element is bent in regions by controlling the piezo actuators. Due to the segmented arrangement of the piezoelectric actuators, in particular around the central preforming recess, segments that are excited locally to vibrations result, wherein the separating element can be locally excited by activating the piezoactuators to oscillate. The piezo actuators are preferably controlled separately. By a different control of different piezo actuators, the vibration excitation can be controlled locally as needed.
Besonders bevorzugt wird ein Trennelement verwendet, welches zwischen den segmentartig um die zentrale Vorformausnehmung herum angeordneten Piezo-Aktoren eingeschnitten ist, sodass quasi Zungen ausgebildet sind, welche durch Ansteuern der Piezo-Aktoren weitestgehend separat zu Schwingungen angeregt werden können.Particularly preferred is a separating element is used, which is cut between the segment-like around the central Vorformausnehmung arranged around piezo actuators, so quasi tongues are formed, which can be largely excited separately by driving the piezo actuators to vibrate.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Einzug der Faserlagen beim Umformen mithilfe einer Niederhalteeinrichtung gesteuert wird, wobei die Niederhalteeinrichtung eine Mehrzahl von lokalen Klemmelementen als Aktoren aufweist. Vorzugsweise sind die lokalen Klemmelemente separat voneinander ansteuerbar und werden auch bevorzugt separat voneinander angesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, einen Materialeinzug der Faserlagen beim Umformen weitgehend zu kontrollieren und so auch einer hohen Formkomplexität zu begegnen. Insbesondere eine Einzugsrichtung des Materials der Faserlagen in den Umformbereich kann hierbei über die aktiv und separat ansteuerbaren, lokalen Klemmelemente kontrolliert werden. Dadurch ist ein Materialfluss und somit auch eine Scherbildverteilung vorzugsweise in jeder Faserlage aktiv steuerbar. Die erreichbare Formgebungskomplexität kann so noch erhöht werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a retraction of the fiber layers during forming is controlled by means of a hold-down device, wherein the hold-down device has a plurality of local clamping elements as actuators. Preferably, the local clamping elements are controlled separately from each other and are also preferably driven separately from each other. In this way it is possible to largely control a material feed of the fiber layers during forming and thus also to counter a high shape complexity. In particular, a feed direction of the material of the fiber layers in the forming area can be controlled via the active and separately controllable, local clamping elements. As a result, a material flow and thus also a shear pattern distribution is preferably actively controllable in each fiber layer. The achievable shaping complexity can be further increased.
Es ist möglich, dass – von der zentralen Vorformausnehmung des Trennelements aus gesehen – radial außerhalb des Trennelements separate Niederhalter und/oder Manipulatoren vorgesehen sind, mit denen lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug verändert werden können. Dabei ist es möglich, dass die Membranspannungen durch die Niederhalter selbst und/oder durch die vor oder hinter den Niederhaltern angeordneten, verlagerbaren Manipulatoren verändert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass vertikal verlagerbar Spannelemente vorgesehen sind, die parallel zu einer Hauptumformrichtung verlagerbar sind. Dabei ist es möglich, dass die Spannelemente während der Umformung der lokalen Umformbewegung folgen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Formgebung weiter erhöht werden.It is possible that - seen from the central Vorformausnehmung of the separating element - are provided radially outwardly of the separating element separate hold-down and / or manipulators with which locally membrane stresses in the semifinished fiber can be changed. In this case, it is possible for the membrane stresses to be changed by the hold-downs themselves and / or by the displaceable manipulators arranged in front of or behind the hold-downs. Alternatively or additionally, it is possible that vertically displaceable clamping elements are provided, which are displaceable parallel to a Hauptumformrichtung. It is possible that the clamping elements follow during the forming of the local forming movement. In this way, the accuracy of the shaping can be further increased.
Durch die lokalen Klemmelemente werden bei der Umformung Zugkräfte und/oder Haltekräfte lokal in eine Faserlage eingeleitet. Diese werden allerdings bei der Umformung zum Teil in Normalkräfte umgesetzt, die dann auf eine benachbarte Faserlage wirken. Diese Normalkräfte führen bei einer Relativbewegung der Faserlagen zu einer erhöhten Reibung und damit zur Schädigung der Faserlagen, sofern die Normalkräfte in gewisses Maß überschreiten. Beispielsweise ist es möglich, dass Fasern auseinandergezogen oder geschert werden. Insoweit besteht also ein Interessenkonflikt: Um eine Faltenbildung zu vermeiden, müssen Zugkräfte durch die lokalen Klemmelemente ausgeübt werden. Diese führen jedoch zur Ausbildung von Normalkräften, die bei der Umformung die Faserlagen schädigen. Dies wird allerdings bei der vorliegenden Ausgestaltung des Verfahrens dadurch weitgehend reduziert oder ganz vermieden, indem das wenigstens eine Trennelement mithilfe der Piezo-Aktoren lokal zu Schwingungen angeregt wird, sodass die Reibung zwischen benachbarten Faserlagen reduziert wird.By the local clamping elements tensile forces and / or holding forces are introduced locally in a fiber layer during the transformation. However, during the forming process, these are partly converted into normal forces, which then act on an adjacent fiber layer. These normal forces result in a relative movement of the fiber layers to increased friction and thus damage to the fiber layers, provided that exceed the normal forces to some extent. For example, it is possible for fibers to be pulled apart or sheared. In that regard, there is a conflict of interest: To avoid wrinkling, tensile forces must be exerted by the local clamping elements. However, these lead to the formation of normal forces that damage the fiber layers during forming. In the present embodiment of the method, however, this is largely reduced or completely avoided by locally inducing the at least one separating element to vibrate with the aid of the piezoactuators, so that the friction between adjacent fiber layers is reduced.
Vorzugsweise sind die lokalen Klemmelemente segmentartig um die zentrale Vorformausnehmung herum angeordnet. Auf diese Weise kann besonders effizient ein Einzug der Faserlagen beim Umformen lokal bedarfsgerecht gesteuert werden.The local clamping elements are preferably arranged in segments around the central preforming recess. In this way, a collection of fiber layers during forming can be controlled locally as needed particularly efficient.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Piezo-Aktoren als Aktoren der Niederhalteeinrichtung, insbesondere als lokale Klemmelemente verwendet werden. In diesem Fall wird das Trennelement bereichsweise durch Ansteuern der Piezo-Aktoren gebogen. Durch die bevorzugt segmentierte Anordnung der Piezo-Aktoren – insbesondere um die zentrale Vorformausnehmung herum – ergeben sich Niederhaltesegmente, wobei das Trennelement lokal durch Ansteuern Piezo-Aktoren gebogen wird, wodurch wiederum lokal im Bereich eines aktiven Niederhaltesegments Rückhaltekräfte in die Faserlagen einleitbar sind. Auf diese Weise kann der Materialeinzug lokal bedarfsgerecht gesteuert werden. Die bereits zuvor beschriebenen Zungen, welche das Trennelement bevorzugt aufweist, dienen dann als Niederhaltezungen, welche durch Ansteuern der Piezo-Aktoren gebogen werden.An embodiment of the method is preferred in which the piezoactuators are used as actuators of the hold-down device, in particular as local clamping elements. In this case, the separator is partially bent by driving the piezo actuators. The preferred segmented arrangement of the piezoactuators - in particular around the central preforming recess - results in hold-down segments, wherein the separating element is bent locally by driving piezoactuators, which in turn can be introduced locally in the region of an active hold-down retaining forces in the fiber layers. In this way, the material feeder can be controlled locally as needed. The previously described tongues, which preferably has the separating element, then serve as hold-down tongues, which are bent by activating the piezoactuators.
Werden mehr als zwei Faserlagen und damit auch mehr als ein Trennelement verwendet, ist insbesondere durch eine lagenselektive Ansteuerung der Piezo-Aktoren ein Materialfluss und damit auch eine Scherbildverteilung jeder Einzellage auch über die gesamte Schichtung aktiv steuerbar. Dies ermöglicht eine besonders genaue und formgebungsfehlerfreie Umformung sowie eine Erhöhung der Formgebungskomplexität durch volle Kontrolle über den Materialeinzug in allen Lagen sowie in allen Richtungen innerhalb einer Lage.If more than two fiber layers and thus also more than one separating element is used, a material flow and therefore also a shear pattern distribution of each individual layer can be actively controlled even over the entire layering, in particular by a position-selective actuation of the piezoactuators. This allows a particularly accurate deformation without deformation and an increase in the shaping complexity by full control of the material feed in all layers and in all directions within a layer.
Die Piezo-Aktoren werden bevorzugt zur Ausübung ihrer Niederhaltefunktion mit einer Gleichspannung angesteuert. Diese kann zur Ausübung der schwingungsanregenden Funktion der Piezo-Aktoren mit einer – insbesondere hochfrequenten – Wechselspannung überlagert werden. Auf diese Weise ist es einfach und auch kostengünstig möglich, sowohl die Niederhaltefunktion als auch die Schwingungsanregungsfunktion durch die gleichen Elemente darzustellen. Insbesondere können ein- und dieselben Piezo-Aktoren einerseits zum Klemmen und andererseits zum Einleiten von Schwingungen verwendet werden.The piezo actuators are preferably driven to exercise their hold-down function with a DC voltage. This can be superimposed to exercise the vibration-stimulating function of the piezo actuators with a - especially high-frequency - AC voltage. In this way, it is simple and also cost-effective to represent both the hold-down function as well as the vibration excitation function by the same elements. In particular, one and the same piezo actuators can be used on the one hand for clamping and on the other hand for introducing vibrations.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens ein lokales Klemmelement einen Zuganker als Betätigungselement aufweist. Der Wirkmechanismus liegt hierbei in einer außermittigen Einleitung einer Zugkraft in der Ebene, die in einer Biegung und somit in einer Klemmung resultiert. Das lokale Klemmelement kann mittels des Zugankers unabhängig von der Ansteuerung der Piezo-Aktoren angesteuert werden. Diese Ausgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass über den Zuganker größere Klemmkräfte ausgeübt werden können, als dies mit derzeit bekannten Piezo-Aktoren möglich ist. Der Zuganker ist vorzugsweise mit dem Trennelement verbunden, insbesondere mit dem Trennelement verklebt. Als Betätigungseinrichtung wird bevorzugt eine Pneumatik verwendet, welche – vermittelt über den Zuganker – in das Trennelement Zug- und/oder Haltekräfte einleitet. Bei Ausübung der Zugkräfte verbiegt sich das Trennelement. Insbesondere ist der Zuganker vorzugsweise mit einer Zunge des Trennelements verbunden, insbesondere an eine Spitze einer Zunge des Trennelements angeklebt. Wird dann eine Zugkraft in den Zuganker eingeleitet, wird die Zunge insbesondere im Bereich ihrer Spitze verbogen, sodass Klemmkräfte in eine unter dem Trennelement angeordnete Faserlage eingeleitet werden können.Alternatively or additionally, it is preferably provided that at least one local clamping element has a tie rod as an actuating element. The mechanism of action lies in an off-center introduction of a tensile force in the plane, which results in a bend and thus in a clamping. The local clamping element can be controlled by means of the tie rod independent of the control of the piezo actuators. This embodiment has the further advantage that greater clamping forces can be exerted via the tie rod than is possible with currently known piezo actuators. The tie rod is preferably connected to the separating element, in particular adhesively bonded to the separating element. As an actuating device preferably a pneumatic is used, which - mediated by the tie rod - initiates tensile and / or holding forces in the separating element. When exercising the tensile forces, the separating element bends. In particular, the tie rod is preferably connected to a tongue of the separating element, in particular glued to a tip of a tongue of the separating element. If a tensile force is then introduced into the tie rod, the tongue is bent, in particular in the region of its tip, so that clamping forces can be introduced into a fiber layer arranged below the separating element.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Piezo-Aktoren als Sensoren zur Erfassung von Formgebungsfehlern beim Umformen verwendet werden. Insbesondere durch Auswahl geeigneter, sensibler Keramiken für die Piezo-Aktoren ist es möglich, diese als Sensor einzusetzen und Normalkräfte auf die Piezo-Aktoren während der Umformung zu detektieren. Diese Normalkräfte können ausgewertet werden, wodurch Formgebungsfehler und insbesondere eine Faltenbildung feststellbar ist. Mithilfe dieser Information ist es möglich, ein selbstgeregeltes System vorzusehen, wobei die Piezo-Aktoren aktiv auf der Grundlage der detektierten Normalkräfte auf Formgebungsfehler reagieren, die sich ausbilden. Auf diese Weise wird eine Rückkopplung implementiert, sodass der Materialfluss beziehungsweise Materialeinzug lokal bedarfsgerecht regelbar ist.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the piezo actuators are used as sensors for detecting shaping errors during forming. In particular, by selecting suitable, sensitive ceramics for the piezo actuators, it is possible to use these as a sensor and to detect normal forces on the piezo actuators during the forming. These normal forces can be evaluated, whereby shaping errors and in particular a wrinkle formation can be determined. Using this information, it is possible to provide a self-regulating system, the piezo actuators actively responding to shaping errors that form on the basis of the detected normal forces. In this way, a feedback is implemented, so that the material flow or material intake is locally adjustable as needed.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Faserlagen während des Umformens lokal angeschnitten werden, um bereichsweise Membranspannungen abzubauen und Formgebungsfehler verhindern zu können.It is also preferred an embodiment of the method in which the fiber layers are locally cut during the forming, in order to partially reduce membrane stresses and to prevent shaping errors can.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zum Umformen von mindestens zwei Faserlagen zu einem Vorformling. Bevorzugt ist die Vorrichtung eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung weist ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf, die gemeinsam eine Kavität zum Umformen der Faserlagen einschließen. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Erwärmung der Lagen und somit zur Binderaktivierung vorgesehen. Zusätzlich weist die Vorrichtung wenigstens ein Trennelement auf, das eingerichtet zur Anordnung zwischen den Faserlagen während der Umformung. Insbesondere sind das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander in einer Offenstellung und in eine Schließstellung verlagerbar, wobei die Kavität durch Relativverlagerung des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs von der Offenstellung in die Schließstellung geschlossen wird, wobei die Faserlagen umgeformt werden. Das Trennelement weist eine Mehrzahl von Piezo-Aktoren auf, die zu Schwingungen anregbar sind. Durch das Trennelement und insbesondere auch durch die Piezo-Aktoren ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Die Piezo-Aktoren sind vorzugsweise separat ansteuerbar.The object is also achieved by providing a device which is adapted for forming at least two fiber layers into a preform. Preferably, the device is set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments. The device has an upper tool and a lower tool, which together enclose a cavity for forming the fiber layers. Furthermore, a device for heating the layers and thus for binder activation is provided. In addition, the device has at least one separating element which is arranged to be arranged between the Fiber layers during forming. In particular, the upper tool and the lower tool are displaceable relative to one another in an open position and in a closed position, wherein the cavity is closed by relative displacement of the upper tool and the lower tool from the open position to the closed position, wherein the fiber layers are reshaped. The separating element has a plurality of piezoactuators which can be excited to oscillate. By the separating element and in particular by the piezo actuators, the advantages that have already been explained in connection with the method. The piezo actuators are preferably separately controllable.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist es möglich, dass das Unterwerkzeug raumfest angeordnet ist, wobei das Oberwerkzeug verlagerbar gehalten ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Oberwerkzeug raumfest angeordnet ist, wobei das Unterwerkzeug verlagerbar gehalten ist. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug verlagerbar gehalten und aufeinander zu beziehungsweise voneinander weg verlagerbar sind.In one embodiment of the device, it is possible that the lower tool is arranged fixed in space, wherein the upper tool is held displaceable. In another embodiment, it is possible that the upper tool is arranged fixed in space, wherein the lower tool is held displaceable. It is also an embodiment possible in which both the upper tool and the lower tool are held displaceable and mutually displaceable away from each other or away.
Die Vorrichtung weist als Trennelement bevorzugt ein metallisches Blech auf. Das Trennelement kann auf diese Weise einfach und bauraumsparend, insbesondere ohne aufzutragen, zwischen den Faserlagen positioniert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Vorrichtung ein Trennelement aufweist, das Kunststoff, insbesondere carbonfaserverstärkten Kunststoff, aufweist oder aus Kunststoff, insbesondere aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, besteht. Dies hat Gewichtsvorteile im Vergleich zu einem Trennelement, welches als metallisches Blech ausgebildet ist.The device preferably has a metallic sheet as the separating element. The separating element can be positioned in this way simple and space-saving, in particular without applying, between the fiber layers. Alternatively or additionally, it is possible for the device to have a separating element which comprises plastic, in particular carbon-fiber-reinforced plastic, or consists of plastic, in particular of carbon-fiber-reinforced plastic. This has weight advantages compared to a separator, which is designed as a metallic sheet.
Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welcher die Piezo-Aktoren in das Trennelement eingelassen oder eingebettet sind. Dabei ist jeder Piezo-Aktor höchstens bündig mit einer Oberfläche des Trennelements ausgebildet, oder er liegt geodätisch tiefer als diese Oberfläche, sodass kein Piezo-Aktor über die Oberfläche des Trennelements hinausragt. Dadurch wird das reibungsarme Gleiten der Faserlagen auf dem Trennelement nicht durch Störgeometrien der Piezo-Aktoren beeinträchtigt.Preferred is an embodiment of the device in which the piezo actuators are embedded or embedded in the separator. In this case, each piezoactuator is formed at most flush with a surface of the separating element, or it is geodetically lower than this surface, so that no piezoelectric actuator protrudes beyond the surface of the separating element. As a result, the low-friction sliding of the fiber layers on the separating element is not impaired by disturbing geometries of the piezo actuators.
Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Mehrzahl von Trennelementen auf. Insbesondere ist es möglich, dass die Anzahl von Trennelementen mit der Anzahl der umzuformenden Faserlagen variiert. Bevorzugt ist für eine Anzahl n von Faserlagen mindestens eine Anzahl n – 1 von Trennelementen vorgesehen, sodass zwischen je zwei Faserlagen ein Trennelement anordenbar ist. Es ist auch möglich, dass über und/oder unter einem Faserlagenstapel jeweils ein Trennelement als Deck- oder Bodenelement angeordnet ist/sind. Insbesondere ist es möglich, dass unter dem Faserlagenstapel ein Tragblech angeordnet ist, welches vorzugsweise die Trennelemente der Vorrichtung entlang einer Umfangslinie überragt, wobei es größere Abmessungen aufweist als die Trennelemente. Das Tragblech dient einer einfacheren Handhabung des Faserlagenstapels.The device preferably has a plurality of separating elements. In particular, it is possible that the number of separating elements varies with the number of fiber layers to be formed. At least a number n-1 of separating elements is preferably provided for a number n of fiber layers, so that between each two fiber layers a separating element can be arranged. It is also possible that in each case a separating element is arranged as a cover or floor element above and / or under a fiber layer stack / are. In particular, it is possible that a support plate is arranged below the fiber layer stack, which preferably projects beyond the separating elements of the device along a circumferential line, wherein it has larger dimensions than the separating elements. The support plate serves for easier handling of the fiber layer stack.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Trennelement eine Vorformausnehmung aufweist, wobei es bevorzugt eine Mehrzahl radial nach innen – zu der Vorformausnehmung hin – abragende Zungen aufweist.An exemplary embodiment of the device is also preferred, which is characterized in that the separating element has a preforming recess, wherein it preferably has a plurality of tongues projecting radially inwards - towards the preforming recess.
Die Vorformausnehmung dient insbesondere für einen Durchtritt des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs. Während der Umformung wird/werden also das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug durch die Vorformausnehmung hindurchverlagert, wobei die Faserlagen im Bereich der Vorformausnehmung umgeformt werden. Diese definiert somit einen Umformbereich, in dem die Faserlagen umgeformt werden. Außerhalb des Umformbereichs sind die einzelnen Faserlagen durch das wenigstens eine Trennelement voneinander getrennt.The preforming recess serves in particular for a passage of the upper tool and / or the lower tool. During the reshaping, the upper tool and / or the lower tool is / are thus displaced through the preforming recess, wherein the fiber layers are reshaped in the region of the preforming recess. This thus defines a forming area in which the fiber layers are formed. Outside the forming area, the individual fiber layers are separated from one another by the at least one separating element.
Die Zungen umgreifen die Vorformausnehmung bevorzugt segmentartig. Bevorzugt sind die Piezo-Aktoren auf den Zungen angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass auf jeder Zunge mindestens ein Piezo-Aktor angeordnet ist. Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich, die Reibung zwischen den Faserlagen lokal bedarfsgerecht rings um die Vorformausnehmung durch entsprechende Ansteuerung der Piezo-Aktoren zu beeinflussen.The tongues preferably surround the preforming recess in a segmental manner. Preferably, the piezo actuators are arranged on the tongues. In particular, it is possible that at least one piezoelectric actuator is arranged on each tongue. In this way, it is very easy to influence the friction between the fiber layers locally as needed around the Vorformausnehmung by appropriate control of the piezo actuators.
Die Piezo-Aktoren sind vorzugsweise in die ihnen zugeordnete Zunge eingelassen und/oder eingebettet. Auf diese Weise kann ein reibungsarmes Gleiten der Faserlagen auf den Zungen gewährleistet werden, wobei die Piezo-Aktoren eine Oberfläche der Zungen nicht überragen, sodass keine Störkonturen durch die Piezo-Aktoren vorhanden sind. Hierzu wird auch auf die obigen Ausführungen zu den in das Trennelement eingelassenen/eingebetteten Piezo-Aktoren verwiesen.The piezo actuators are preferably embedded in the associated tongue and / or embedded. In this way, a low-friction sliding of the fiber layers can be ensured on the tongues, wherein the piezo actuators do not protrude beyond a surface of the tongues, so that no interference contours are present by the piezo actuators. For this purpose, reference is also made to the above remarks on the embedded in the separator / embedded piezo actuators.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass mehr als ein Piezo-Aktor auf ein- und derselben Zunge des Trennelements angeordnet ist. Damit ist es möglich, größere Schwingungsamplituden der Zungen zu erreichen und so die Reibung zwischen den Faserlagen noch stärker zu reduzieren. Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei der zwei Piezo-Aktoren pro Zunge vorgesehen sind.In a preferred embodiment of the device it is provided that more than one piezoelectric actuator is arranged on one and the same tongue of the separating element. This makes it possible to achieve greater vibration amplitudes of the tongues and thus to reduce the friction between the fiber layers even more. Particularly preferred is a device in which two piezo actuators per tongue are provided.
Die Zungen sind bevorzugt ausgebildet, indem das Trennelement Einschnitte zwischen den Piezo-Aktoren aufweist, wodurch Segmente voneinander separiert und die Zungen ausgebildet werden. Diese Zungen sind durch Ansteuern der Piezo-Aktoren lokal verformbar und insbesondere zu Schwingungen anregbar. The tongues are preferably formed by the separating element has cuts between the piezo actuators, whereby segments separated from each other and the tongues are formed. These tongues are locally deformable by driving the piezo actuators and in particular excited to vibrate.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Schneideinrichtung auf, mithilfe derer lokal Schnitte in wenigstens eine Faserlage einbringbar sind, um die Faserlagen beim Umformen lokal zu entlasten, insbesondere von Spannungen befreien zu können. Dies kann als weiterer Freiheitsgrad zur Vermeidung von Formgebungsfehlern genutzt werden.In a preferred embodiment, the device has a cutting device, by means of which local cuts can be introduced into at least one fiber layer in order to relieve the fiber layers locally during forming, in particular to be able to relieve stresses. This can be used as a further degree of freedom to avoid shaping errors.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass diese eine Niederhalteeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um einen Einzug der Faserlagen beim Umformen zu steuern. Die Niederhalteeinrichtung weist dabei bevorzugt eine Mehrzahl von lokalen Klemmelementen auf. Diese sind bevorzugt einzeln separat ansteuerbar, wobei sie vorzugsweise die Vorformausnehmung segmentartig umgeben oder segmentartig um die Vorformausnehmung herum angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Piezo-Aktoren – insbesondere gemeinsam mit den Zungen – die lokalen Klemmelemente ausbilden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein lokales Klemmelement einen Zuganker als Betätigungselement aufweist. Diese Vorrichtung ermöglicht erstmals ein einzellagenspezifisches Niederhalten der Einzellagen. In diesem Zusammenhang wird auf die obige Beschreibung zu dem Verfahren verwiesen.An exemplary embodiment of the device is also preferred, which is characterized in that it has a hold-down device which is set up in order to control an intake of the fiber layers during forming. The hold-down device preferably has a plurality of local clamping elements. These are preferably individually controllable separately, wherein they preferably surround the Vorformausnehmung segment-like or segmentally arranged around the Vorformausnehmung around. In one embodiment, it is possible that the piezo actuators - in particular together with the tongues - form the local clamping elements. Alternatively or additionally, it is possible that a local clamping element has a tie rod as an actuating element. This device allows for the first time a single-layer-specific hold down of the individual layers. In this connection, reference is made to the above description of the method.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung ein das wenigstens eine Trennelement randseitig haltendes Verstrebungselement aufweist. Hierdurch kann insbesondere ein Verbiegen des Faserhalbzeugs mit dem wenigstens einen Trennelement vermieden werden. Insbesondere wenn eine größere Zahl von Trennelementen mit dazwischen angeordneten Faserlagen gestapelt wird, kann der Faserlagenstapel schwer werden. Um dann ein verbiegen des Faserlagenstapels und damit eine ungewollte Verformung der Faserlagen unter dem Gewicht des Faserlagenstapels und insbesondere unter dem Gewicht der Trennelemente zu vermeiden, muss der Faserlagenstapel versteift werden. Dies wird bevorzugt durch das randseitig angebrachte Verstrebungselement erreicht.An embodiment of the device is also preferred, which is characterized in that the device has a strut element holding the edge at least one separating element. In this way, bending of the semifinished fiber product with the at least one separating element can be avoided in particular. In particular, when a larger number of separators are stacked with fiber layers interposed therebetween, the fiber layer stack may become heavy. In order then to avoid bending of the fiber layer stack and thus an unwanted deformation of the fiber layers under the weight of the fiber layer stack and in particular under the weight of the separating elements, the fiber layer stack must be stiffened. This is preferably achieved by the edge-mounted strut element.
Das Verstrebungselement weist vorzugsweise ein Angriffelement für einen Greifer auf. Zusätzlich oder alternativ weist das Verstrebungselement vorzugsweise einen Auflage- oder Klemmbereich für ein Tragblech des Faserlagenstapels auf. Mithilfe des Greifers und/oder mithilfe des Auflage- oder Klemmbereichs ist eine besonders einfache Handhabung des Faserlagenstapels möglich.The bracing element preferably has an attack element for a gripper. Additionally or alternatively, the bracing element preferably has a support or clamping region for a support plate of the fiber layer stack. Using the gripper and / or by means of the support or clamping area a particularly simple handling of the fiber layer stack is possible.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verstrebungselement umlaufend ausgebildet, sodass es den Faserlagenstapel umgangsseitig umgibt. Insbesondere ist das Verstrebungselement vorzugsweise als Rahmen ausgebildet, insbesondere als Rahmen, welcher den Faserlagenstapel aufnimmt. Das Angriffelement ist vorzugsweise als Strebe ausgebildet. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Verstrebungselements.In a preferred embodiment, the bracing element is formed circumferentially, so that it surrounds the fiber layer stack on the supply side. In particular, the bracing element is preferably designed as a frame, in particular as a frame, which receives the fiber layer stack. The attack element is preferably designed as a strut. This is a particularly simple and inexpensive embodiment of the strut element.
Über das Verstrebungselement ist insbesondere ein Transport eines Faserlagenstapels möglich, bei welchem die einzelnen Faserlagen variable Außenkonturen aufweisen. Es ist daher möglich, die einzelnen Faserlagen erst zuzuschneiden und dann zu schichten. Dabei können diese in ihre Außenkontur variieren, was einem richtungsabhängigen Einzugsverhalten beim Umformen des Faserhalbzeugs Rechnung trägt. Weiterhin wirkt das Verstrebungselement als Versteifungskante zur vereinfachten Handhabung und zur Fixierung der Trennelemente gegen Verschieben.In particular, a transport of a fiber layer stack is possible via the bracing element, in which case the individual fiber layers have variable outer contours. It is therefore possible first to cut the individual fiber layers and then to layer. These can vary in their outer contour, which takes into account a direction-dependent intake behavior during forming of the semifinished fiber product. Furthermore, the bracing element acts as a stiffening edge for simplified handling and for fixing the separating elements against displacement.
Bevorzugt ist an dem Versteifungselement eine Einführstrebe vorgesehen, die in einem von 180° verschiedenen Winkel zu einer Hauptebene des Faserlagenstapels angeordnet ist, vorzugsweise unter einem Winkel von 45°. Die Einführstrebe kann zur Führung beim Einsetzen des Faserlagenstapels in die Vorrichtung genutzt werden.Preferably, an insertion strut is provided on the stiffening element, which is arranged at an angle different from 180 ° to a main plane of the fiber layer stack, preferably at an angle of 45 °. The insertion strut can be used to guide the insertion of the fiber layer stack in the device.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zur genauen Positionierung des Faserlagenstapels wenigstens einen Anschlag und/oder wenigstens einen Stehdorn auf, wobei der Faserlagenstapel bei korrekter Positionierung mit dem Verstrebungselement und/oder dem Tragblech und/oder wenigstens einem Trennelement an dem wenigstens einen Anschlag anschlägt, und/oder wobei er mit einer Ausnehmung auf den wenigstens einen Stehdorn aufgesteckt ist. Auf diese Weise ist der Faserlagenstapel hochpräzise relativ zu der Vorrichtung ausrichtbar. Besonders bevorzugt weist das Unterwerkzeug wenigstens einen Anschlag und/oder wenigstens einen Stehdorn auf.Preferably, the device for accurate positioning of the fiber layer stack at least one stop and / or at least one mandrel, wherein the fiber layer stack abuts when correctly positioned with the bracing and / or the support plate and / or at least one separating element on the at least one stop, and / or where he is plugged with a recess on the at least one standing mandrel. In this way, the fiber layer stack can be aligned with high precision relative to the device. Particularly preferably, the lower tool has at least one stop and / or at least one standing mandrel.
Durch die Versteifung des Faserlagenstapels mithilfe des Verstrebungselements ist eine schnelle Entnahme des Faserlagenstapels, der andernfalls biegeweich wäre – insbesondere über einen Auswerfer – möglich. Dadurch ist es insbesondere möglich, den Faserlagenstapel in noch nicht voll erhärtetem Binderzustand zu entnehmen und diesen an Luft außerhalb der Vorrichtung aushärten zu lassen. Dies fuhrt wiederum insbesondere zu Taktzeiteinsparungen.Due to the stiffening of the fiber layer stack by means of the bracing element is a rapid removal of the fiber layer stack, which would otherwise be flexible soft - especially via an ejector - possible. This makes it possible, in particular, to remove the fiber layer stack in a not yet fully hardened binder state and to allow it to cure in air outside the device. This in turn leads in particular to cycle time savings.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Trennelement wenigstens ein Gelenk – insbesondere wenigstens ein Scharnier – aufweist, wobei wenigstens zwei Teile des Trennelements um eine durch das Gelenk – vorzugsweise durch das Scharnier – bestimmte Achse relativ zueinander schwenkbar sind. Dies ermöglicht in besonders günstiger Weise eine Vorbiegung des Faserlagenstapels über die durch das Gelenk oder Scharnier bereitgestellte Kinematik des Trennelements. Dies ist insbesondere vorteilhaft für komplexe Geometrien, welche durch Umformen des Faserlagenstapels ausgebildet werden sollen. Insbesondere wird über die derart mögliche Vorbiegung ein Umformgrad des Faserlagenstapels in dem Werkzeug durch Annäherung an die Endkontur verringert.An exemplary embodiment of the device is also preferred, which is characterized in that the separating element has at least one joint, in particular at least one hinge, wherein at least two parts of the separating element are pivotable relative to one another about an axis determined by the hinge, preferably by the hinge are. This allows in a particularly favorable manner, a pre-bending of the fiber layer stack on the provided by the hinge or hinge kinematics of the separating element. This is particularly advantageous for complex geometries which are to be formed by reshaping the fiber layer stack. In particular, a degree of deformation of the fiber layer stack in the tool is reduced by approaching the final contour via the possible pre-bending.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Trennelement wenigstens zweiteilig ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise ein – insbesondere stoff-, form-, oder kraftschlüssiger – Verschlussmechanismus zum Verbinden und Trennen von wenigstens zwei Teilelementen des Trennelements vorgesehen. Es ist dann möglich, das Trennelement zur Entnahme des vorgeformten Vorformlings zu teilen, wodurch der Vorformling sehr einfach entnommen werden kann, ohne ein Schneidwerkzeug einzusetzen.An embodiment of the device is also preferred, which is characterized in that the separating element is formed at least in two parts. In this case, it is preferable to provide a closing mechanism, in particular a material, positive or non-positive closure mechanism, for connecting and disconnecting at least two subelements of the separating element. It is then possible to divide the separator to remove the preformed preform, whereby the preform can be removed very easily without using a cutting tool.
Alternativ ist es aber möglich, dass der Vorformling aus den gestapelten Trennelementen – insbesondere entlang eines Randes der Vorformausnehmung – herausgeschnitten wird.Alternatively, however, it is possible for the preform to be cut out of the stacked separating elements, in particular along an edge of the preforming recess.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich durch ein Steuergerät auszeichnet, welches mit den Piezo-Aktoren zu deren – insbesondere lokaler und separater – Ansteuerung wirkverbunden ist. Vorzugsweise ist das Steuergerät mit den Piezo-Aktoren auch zu deren Verwendung als Sensoren zur Erfassung von Formgebungsfehlern beim Umformen wirkverbunden.An embodiment of the device is also preferred, which is characterized by a control device which is operatively connected to the piezoactuators for their - in particular local and separate - control. Preferably, the control unit with the piezo actuators is also operatively connected to their use as sensors for detecting deformation errors during forming.
Weiterhin ist es möglich, die Zwischenbleche aktiv zu temperieren (zum Beipiel über resistive Erwärmung der Kohlefasern, wenn als Verbundzwischenbleche kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffbleche verwendet werden). Hierdurch kann ein Abkühlen des Binders während des Transports reduziert werden. Zudem kann auf diese Weise ein Festkleben eines thermoplastischen Binders an den Zwischenblechen vermieden werden.Furthermore, it is possible to actively temper the intermediate sheets (for example via resistive heating of the carbon fibers, if carbon fiber reinforced plastic sheets are used as composite intermediate sheets). As a result, a cooling of the binder during transport can be reduced. In addition, a sticking of a thermoplastic binder to the intermediate plates can be avoided in this way.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Vorrichtung andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Vorrichtung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere vorzugsweise durch wenigstens ein Merkmal aus, das durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Vorrichtung bedingt ist.The description of the method on the one hand and the device on the other hand are to be understood as complementary to each other. Features of the device that have been explained explicitly or implicitly in connection with the method are preferably individually or combined with one another Features of a preferred embodiment of the device. In particular, the device is preferably characterized by at least one feature that is caused by at least one method step of the method. Procedural steps that have been described explicitly or implicitly in connection with the device are preferably individually or combined with each other steps of a preferred embodiment of the method. The method is preferably characterized by at least one method step, which is caused by at least one feature of the device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:
Zwischen den Faserlagen
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass unter dem Faserlagenstapel, hier also unter der ersten Faserlage
Es ist aber auch möglich, dass ein Tragblech unter einem als Bodenelement dienenden Trennelement angeordnet ist, wobei auch in diesem Fall das Tragblech bevorzugt die Trennelemente umfangsseitig überragt. Bei beiden zuvor erwähnten Ausgestaltungen ist es aber auch möglich, dass das Tragblech die gleichen Abmessungen aufweist wie die Trennelemente, sodass es diese nicht umfangsseitig überragt.But it is also possible that a support plate is arranged under a serving as a bottom element separating element, wherein also in this case, the support plate preferably projects beyond the partition elements circumferentially. In both of the aforementioned embodiments, it is also possible that the support plate has the same dimensions as the separating elements, so that it does not extend beyond this circumference.
Die Trennelemente
Die Trennelemente
Die Piezo-Aktoren
Bevorzugt weist die Vorrichtung
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät
Weiterhin weist das Steuergerät
Die Trennelemente
Die Zuordnung einer Mehrzahl von Piezo-Aktoren
In einem rechten Bereich von
Dabei ist hier ein Faserlagenstapel dargestellt, der die erste Faserlage
Es ist ein die Trennelemente
Das Verstrebungselement
Dabei zeigt
Das Tragblech
Es ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem das dritte Trennelement
Das Verstrebungselement
Die ausgeschnittenen Faserlagen werden in einem zweiten Schritt S2 gestapelt, wobei zwischen den Faserlagen Trennelemente eingelegt werden, die bevorzugt von einem separaten Trennelementstapel
Der Faserlagenstapel wird schließlich durch den Roboter
Es ist möglich, dass die Erwärmung in einer separaten Heizstation
Alternativ ist es möglich, dass die Erwärmung erst in dem eigentlichen Umformwerkzeug erfolgt, wobei dann kein Einlaufbereich beziehungsweise keine separate Heizstation
Der Faserlagenstapel
Insbesondere ist es möglich, dass die Heizstation
Im Fall der Verwendung von kohlefaserverstärkten Faserlagen, insbesondere von CFK-Geweben, als Fasermatten, kann die Erwärmung durch Anlegen einer Spannung an das CFK-Gewebe erfolgen. Alternativ können Heizdrähte, an welche eine Spannung angelegt wird, in die Faserlagen integriert sein.In the case of the use of carbon fiber-reinforced fiber layers, in particular of CFRP fabrics, as fiber mats, the heating can be carried out by applying a voltage to the CFRP fabric. Alternatively, heating wires to which a voltage is applied may be integrated in the fiber layers.
Die Heizstation
Die Faserlagen weisen vorzugsweise sowohl einen lokal applizierten duroplastischen als auch einen thermoplastischen Binder auf. In diesem Fall erfolgt die Umformung bevorzugt in einer Vorrichtung, die ein heizbares Umformwerkzeug aufweist, wobei die Umformung in zwei Stufen erfolgt. In einer ersten Erwärmungsstufe wird dabei der duroplastische Binder ausgehärtet, wobei eine Vorverformung der Faserlagen fixiert wird. In der zweiten Erwärmungsstufe wird vorzugsweise der thermoplastische Binder verflüssigt und anschließend verfestigt. Dabei erfolgt eine Fixierung der Endverformung des Faserhalbzeugs.The fiber layers preferably have both a locally applied thermoset and a thermoplastic binder. In this case, the forming preferably takes place in a device which has a heatable forming tool, wherein the forming takes place in two stages. In this case, the thermosetting binder is cured in a first heating stage, wherein a pre-deformation of the fiber layers is fixed. In the second heating step, the thermoplastic binder is preferably liquefied and then solidified. In this case, a fixation of the final deformation of the semifinished fiber product takes place.
Jedenfalls wird bevorzugt in einem vierten Schritt S4 der Faserlagenstapel
In einem fünften Schritt S5 wird dann der Vorformling von den Trennelementen getrennt.In a fifth step S5, the preform is then separated from the separating elements.
Dabei ist es gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass dieser mittels eines Schneidwerkzeugs
Alternativ ist es möglich, dass Trennelemente
Es ist ein Verschlussmechanismus
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe der Vorrichtung und des Verfahrens eine reibungsarme, verformungsfehlerarme, reproduzierbare und einfache Herstellung eines Vorformlings aus einer Mehrzahl von Faserlagen durch Umformen möglich ist.Overall, it is found that by means of the device and the method, a low-friction, low-deformation, reproducible and simple production of a preform from a plurality of fiber layers by forming is possible.
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