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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines schalenförmigen Faserverbundbauteils durch kompaktierendes Pressen und Aushärten einer Preform in einer schalenförmigen Kavität der der Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7.
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Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik der Faserverbundtechnologie wohlbekannt. Dabei wird ausgehend von trockenem Faserhalbzeug oder bereits vorimprägniertem Faserhalbzeug (Prepreg) zunächst die so genannte Preform hergestellt. Die Preform zeichnet sich dadurch aus, dass das darin enthaltene Matrixmaterial (z. B. Epoxidharz), in welchem die betreffenden Fasern (z. B. Kohlenstofffasern, Glasfasern etc.) eingebettet sind, noch nicht ausgehärtet ist. Außerdem ist das Volumen bzw. bei schalenförmiger Formgestaltung insbesondere auch die Dicke der Preform noch größer als das Volumen bzw. die Dicke des nachfolgend durch Pressen und Aushärten hergestellten Faserverbundbauteils.
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Der hier verwendete Begriff ”kompaktierendes Pressen” soll diese nennenswerte Verkleinerung des Volumens bzw. der Dicke der Preform um den so genannten ”Setzweg” zum Ausdruck bringen.
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Die Herstellung eines plattenförmig-ebenen Faserverbundbauteils in vorstehend beschriebener Weise ist relativ unproblematisch.
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In diesem Fall kann zum kompaktierenden Pressen und Aushärten z. B. ein zweiteiliges, aus Oberteil und Unterteil bestehendes beheizbares Presswerkzeug verwendet werden, wobei z. B. die in einer Ausnehmung des Unterteils eingelegte Preform durch das beim Pressvorgang in diese Ausnehmung eingreifende und in diese Ausnehmung gepresste Oberteil kompaktiert wird.
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Die Druckbeaufschlagung kann z. B. durch eine geeignete Antriebseinrichtung oder z. B. durch einen erhöhten Umgebungsdruck bewerkstelligt werden, letzteres z. B. indem die verwendete Vorrichtung in einen Autoklaven verbracht wird. Beim Pressvorgang wird die zwischen Unterteil und Oberteil entsprechend der plattenförmig-ebenen Formgestaltung des herzustellenden Faserverbundbauteils formgestaltete Kavität verkleinert und somit die Dickenverkleinerung um den Setzweg erzielt.
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Ein derart einfach aufgebautes Form- und Aushärtewerkzeug ist jedoch schlecht oder gar nicht geeignet zur Herstellung der hier interessierenden ”schalenförmigen” Faserverbundbauteile.
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Der hier verwendete Begriff ”schalenförmig” ist im Sinne der Erfindung sehr breit zu interpretieren und soll sämtliche Formen umfassen, die zwar flächig ausgedehnt sind (wie eine Platte, also mit im Vergleich zur Lateralausdehnung wesentlich kleinerer Dicke), die jedoch nicht eben sind und eine insgesamt durch Krümmungen und/oder Abwinkelungen so von einer ebenen Form abweichen, dass eine Seite der Form als konvex und die andere Seite als konkav bezeichnet werden kann.
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Nachfolgend wird die konvexe Seite der Schalenform auch als ”Außenseite” bezeichnet, wohingegen die konkave Seite als ”Innenseite” bezeichnet wird.
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Insbesondere bei einer ausgeprägteren (z. B. stark gekrümmten) Schalenform des herzustellenden Faserverbundbauteils würde ein wie oben beschriebenes einfaches Presswerkzeug bestehend aus festen Ober- und Unterteilen versagen, wenn es darum geht, beim Pressvorgang eine über die Preformfläche mehr oder weniger gleichmäßige Dickenverkleinerung der Preform zu bewerkstelligen.
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Die
FR 2 717 735 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Plattenbauteils aus Verbundmaterialien bestehend aus einem Blockstück welches mehrere relativ dünne Teile aufweist, welche in mehreren Sekantenebenen angeordnet sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Weg zur Herstellung eines schalenförmigen Faserverbundbauteils durch kompaktierendes Pressen und Aushärten einer Preform aufzuzeigen.
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Ausgehend von einer Vorrichtung zur Herstellung eines schalenförmigen Faserverbundbauteils durch kompaktierendes Pressen und Aushärten einer Preform in einer schalenförmigen Kavität ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Innenseite der Kavität zumindest größtenteils durch formgebende Oberflächen einer Mehrzahl von Druckstücken begrenzt wird, wobei die Druckstücke an Kontaktflächen aneinander anliegend und entlang der Kontaktflächen relativ zueinander verschiebbar vorgesehen sind, und dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, beim Pressvorgang durch eine Bewegung der Druckstücke, beinhaltend eine Verschiebung der Druckstücke entlang der Kontaktflächen, eine Verkleinerung der Kavität von deren Innenseite her zu bewirken, wobei die Druckstücke jeweils flächig ausgedehnt formgestaltet sind und an wenigstens einem der Druckstücke ein formschlüssiger Anschlag zur Begrenzung der Relativverschiebung dieses Druckstückes zu daran angrenzenden Druckstücken vorgesehen ist.
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Dementsprechend ist ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines schalenförmigen Faserverbundbauteils durch kompaktierendes Pressen und Aushärten einer Preform in einer schalenförmigen Kavität das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung zumindest eines Großteils der Innenseite der Kavität formgebende Oberflächen einer Mehrzahl von Druckstücken verwendet werden, wobei die Druckstücke an Kontaktflächen aneinander anliegend und entlang der Kontaktflächen relativ zueinander verschiebbar vorgesehen sind, und dass beim Pressvorgang durch eine Bewegung der Druckstücke, beinhaltend eine Verschiebung der Druckstücke entlang der Kontaktflächen, eine Verkleinerung der Kavität von deren Innenseite her bewirkt wird, wobei die Druckstücke jeweils flächig ausgedehnt formgestaltet sind und die Relativverschiebung wenigstens eines der Druckstücke zu daran angrenzenden Druckstücken durch einen an wenigstens diesem Druckstück vorgesehenen formschlüssigen Anschlag begrenzt wird, und wobei die Bewegung der Druckstücke für den Pressvorgang durch einen erhöhten Umgebungsdruck in einem Autoklaven bewirkt wird, derart, dass die Druckstücke durch den erhöhten Umgebungsdruck auf die Innenseite der Preform zu belastet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben, wobei für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebene Details in analoger Weise auch zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, und für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebene Details in analoger Weise auch zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung herangezogen werden können.
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Für die Erfindung ist zunächst wesentlich, dass an einer Seite, nämlich der Innenseite der Kavität die Formgebung zumindest größtenteils (oder sogar über die gesamte Fläche der Innenseite) mittels einer Mehrzahl von Druckstücken gebildet wird, welche zwar über Kontaktflächen aneinander anliegen, jedoch entlang der Kontaktflächen relativ zueinander verschiebbar vorgesehen sind. Damit wird vorteilhaft ermöglicht, dass einerseits durch diese Mehrzahl von Druckstücken eine mehr oder weniger zusammenhängende formgebende Oberfläche der Druckstückanordnung erzielt wird, jedoch andererseits – durch geeignete Anordnung und Formgestaltung der dazwischen befindlichen Kontaktflächen – beim Pressvorgang eine in gewissen Grenzen unabhängige Bewegung der einzelnen Druckstücke bewirkt werden kann. Letzteres unter Nutzung der Relativverschiebbarkeit entlang der Kontaktflächen. Die beim Pressvorgang vorgesehenen Bewegungen der einzelnen Druckstücke können somit, trotz Beibehaltung des gegenseitigen Kontaktes zwischen den Druckstücken, vorteilhaft insbesondere in voneinander verschiedene Richtungen gehend (bzw. verschiedenen Bewegungsbahnen und/oder Rotationsverläufen folgend) vorgesehen werden, etwa in Anpassung an die betreffende Schalenform der Preform.
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Für die Erfindung wesentlich ist des Weiteren, dass durch diese Bewegung der Druckstücke beim Pressvorgang eine Verkleinerung der Kavität von deren Innenseite her bewirkt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt beim Pressvorgang die Verkleinerung der Kavität ausschließlich von deren Innenseite her. Zu diesem Zweck kann z. B. vorgesehen sein, dass die Außenseite der Kavität durch eine stationäre formgebende Oberfläche eines einzigen Druckstückes (z. B. festes Werkzeugunterteil) gebildet wird.
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Im Rahmen der Erfindung soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die Kavität beim Pressvorgang zusätzlich auch von der Außenseite her verkleinert wird. Falls dies der Fall ist, dann jedoch bevorzugt in geringerem Ausmaß als die Verkleinerung von der Innenseite her.
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Die Verkleinerung von der Innenseite her ist zumeist mit einem besonderen Vorteil verbunden, auf welchen weiter unten bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels noch eingegangen wird.
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Jedes der verwendeten Druckstücke ist bevorzugt als ein festes, d. h. beim Pressvorgang im Wesentlichen seine Form beibehaltendes Druckstück ausgebildet, z. B. aus Metall (z. B. Stahl).
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In an sich bekannter Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Mitteln zum Beheizen ausgestattet sein, um nicht nur das kompaktierende Pressen, sondern auch das hierbei oder unmittelbar nachfolgende Aushärten thermisch zu bewirken bzw. thermisch zu beschleunigen.
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Die Bewegung der Druckstücke für den Pressvorgang wird erfindungsgemäß durch einen entsprechend erhöhten Umgebungsdruck der in einem Autoklaven angeordneten Vorrichtung bewirkt oder gefördert. Zusätzlich kann zu diesem Zweck eine Antriebseinrichtung (z. B. wie von herkömmlichen Pressen bekannt) vorgesehen sein.
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In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Pressvorgang wenigstens ein Paar von aneinander anliegenden Druckstücken, insbesondere alle Druckstücke, gleichzeitig, insbesondere synchron, bezüglich einer stationären Basis der Vorrichtung bewegt werden. Mit der gleichzeitigen Bewegung kann vorteilhaft eine entsprechend gleichzeitige Kompaktierung verschiedener Volumenbereiche der Preform erzielt werden. Der Begriff ”synchron” ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass während des gesamten Pressvorganges die auf eine stationäre Vorrichtungsbasis bezogenen Bewegungsgeschwindigkeiten der betreffenden Druckstücke gleich bzw. zumindest proportional zueinander sind.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass am Ende des Pressvorganges eine Positionierung der Druckstücke zueinander vorgesehen ist, bei welcher die formgebenden Oberflächen von wenigstens einem Paar von aneinander anliegenden Druckstücken im Übergangsbereich zueinander bündig sind. In der Regel, abhängig von der konkreten Gestaltung der involvierten Kontaktflächen, bedeutet dies, dass die formgebenden Oberflächen eines solchen Paars von Druckstücken zu Beginn bzw. während des Pressvorganges (noch) nicht zueinander bündig sind.
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Die bei der Erfindung zur Begrenzung der Innenseite der schalenförmigen Kavität vorgesehenen Druckstücke besitzen einerseits die Aufgabe, mit deren formgebenden Oberflächen die angrenzende Preform druckzubelasten und hierbei andererseits mittels deren Kontaktflächen bzw. deren Relativverschiebbarkeit entlang dieser Kontaktflächen sowohl eine ”Ausdehnung der Druckstückanordnung nach außen hin” zu ermöglichen als auch hierbei einen ”Zusammenhalt” (d. h. paarweisen Kontakt zueinander) der einzelnen Druckstücke zu gewährleisten. Hierfür ist es oftmals zweckmäßig, Druckstücke zu verwenden, die jeweils stabförmig oder flächig ausgedehnt formgestaltet sind, sei es eben oder mit wenigstens einer Krümmung und/oder wenigstens einer Abwinkelung, wobei Kontaktflächen insbesondere z. B. in den Randbereichen der Druckstücke vorgesehen sein können.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Paar von aneinander anliegenden Druckstücken jeweils eine ebene Kontaktfläche aufweist. In diesem Fall stellt die ermöglichte Relativverschiebung der beiden Druckstücke eine relative Translation der Druckstücke dar.
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Alternativ zu einer derartigen Zusammenwirkung von zwei ebenen Kontaktflächen kommt auch die Verwendung einer nicht-ebenen Kontaktflächenpaarung in Betracht, z. B. mit einer konvex (z. B. zylindrisch) an einem Druckstück vorgesehenen Kontaktfläche, die mit einer entsprechend konkav (z. B. zylindrisch) formgestalteten Kontaktfläche eines daran anliegenden Druckstückes zusammenwirkt.
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Im Falle einer Druckstückpaarung über aneinander anliegende ebene Kontaktflächen ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die beiden Kontaktflächen des Paars jeweils schräg zu einer Oberflächennormalen der formgebenden Oberfläche im Bereich des Überganges zwischen den beiden Druckstücken des Paars verlaufen. Ein Winkel zwischen den Kontaktflächen und der Oberflächennormalen kann hierbei z. B. insbesondere im Bereich von 20° bis 70° liegen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens drei Druckstücke.
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Bei dem mit der Erfindung herzustellenden schalenförmigen Faserverbundbauteil kann es sich insbesondere um ein (z. B. geradlinig verlaufendes) Profilbauteil handeln. Insbesondere kann es sich um ein Profilbauteil mit einem C-förmigen (Profil-)Querschnitt handeln.
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Der Begriff ”C-förmig” soll in diesem Zusammenhang eine Querschnittsform bezeichnen, die aus zwei im Wesentlichen geradlinig und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Profilschenkeln und einem gleichgerichtete Enden der Schenkel verbindenden Profilsteg zusammengesetzt ist, wobei der Profilsteg entweder geradlinig oder gekrümmt verlaufen kann. Darunter sollen auch Profilquerschnitte fallen, die oftmals als U-förmig, V-förmig oder Omega-förmig bezeichnet werden.
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Insbesondere im Hinblick auf die Herstellung des Faserverbundbauteils als ein zumindest annähernd geradlinig verlaufendes Profilbauteil kann vorgesehen sein, dass die Druckstücke jeweils als geradlinig bzw. annähernd geradlinig in einer Längsrichtung verlaufende Druckstückprofile ausgebildet sind und paarweise an in Längsrichtung verlaufenden Kontaktflächen aneinander anliegen und orthogonal zur Längsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind. Die Längsrichtung der Druckstückprofile entspricht hierbei der Längsrichtung der herzustellenden Faserverbundprofile.
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In einer spezielleren Ausführungsform der Vorrichtung, zur Herstellung des Faserverbundbauteils als ein Profilbauteil mit C-förmigem Querschnitt bestehend aus zwei im Wesentlichen geradlinig und parallel zueinander verlaufenden Profilschenkeln und einem im Wesentlichen orthogonal dazu und im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Profilsteg, sind zur Bildung der Innenseite der Kavität formgebende Oberflächen von drei Druckstückprofilen wie folgt vorgesehen:
- – zwei im Querschnitt zumindest annähernd L-förmige Druckstückprofile, die demnach jeweils eine mit einer Abwinkelung oder Abrundung vorgesehene formgebende Oberfläche aufweisen, mittels welcher beim Pressvorgang die Preform im Bereich eines der C-Profilschenkel und eines daran angrenzenden Abschnittes des C-Profilsteges druckbelastet wird, und
- – ein im Querschnitt im Wesentlichen geradlinig verlaufendes Druckstückprofil, dessen formgebende Oberfläche beim Pressvorgang die Preform in einem mittleren Bereich des C-Profilsteges druckbelastet,
wobei das letztgenannte Druckstückprofil an seinen seitlichen Rändern mit schräg zur Oberflächennormalen seiner formgebenden Oberfläche verlaufenden ebenen Kontaktflächen versehen ist, die beiderseits des Druckstückprofils mit entsprechend schräg verlaufenden Kontaktflächen zusammenwirken, welche an seitlichen Enden der erstgenannten Druckstückprofile vorgesehen sind, derart, dass ein Hineinzwängen des letztgenannten Druckstückprofils zwischen die beiden erstgenannten Druckstückprofile über die Zusammenwirkung der Kontaktflächen dazu führt, dass die beiden erstgenannten Druckstückprofile seitlich auseinander gedrängt werden. Es ist ein formschlüssiger Anschlag zur Begrenzung der Relativverschiebung entlang der Kontakfflächen vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Verwendung einer Vorrichtung der hier beschriebenen Art und/oder eines Verfahrens der hier beschriebenen Art wird ein profilförmiges, insbesondere z. B. C-profilförmiges Faserverbundbauteil hergestellt. Besonders geeignet ist die Erfindung zur Herstellung von Profilbauteilen mit einem symmetrischen Querschnitt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Herstellung einer schalenförmigen (hier: profilförmigen) Preform mittels eines AFP-Prozesses,
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung des ”Setzweges” bei der späteren Bearbeitung der Preform von 1,
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3 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines kompaktierenden Pressens der Preform von 1 im Falle einer Kompaktierung ”von der Außenseite her”,
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4 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines kompaktierenden Pressens der Preform von 1 im Falle einer Kompaktierung ”von der Innenseite her”,
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5 eine perspektivische Ansicht eines Außenwerkzeuges einer Vorrichtung zur Weiterverarbeitung der Preform von 1,
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6 eine perspektivische Ansicht des Außenwerkzeuges von 5 mit der darin eingelegten Preform,
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7 eine perspektivische Ansicht des Aufbaues von 6, ergänzt durch ein Innenwerkzeug in Form einer Anordnung von drei Druckstückprofilen,
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8 eine Schnittansicht des Aufbaues von 7, zu Beginn eines damit bewerkstelligten Pressvorganges, und
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9 eine Schnittansicht der Vorrichtung von 8, jedoch nach Beendigung des damit durchgeführten Pressvorganges.
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1 veranschaulicht die Herstellung einer Preform 1' durch einen so genannten AFP(”automated fibre placement”)-Prozess. Im dargestellten Beispiel wird hierfür ein unidirektionales Prepreg mittels eines an einem Roboter 3 angeordneten Legekopfes 5 auf einem Legewerkzeug 7 abgelegt. Das Legewerkzeug 7 bestimmt hierbei die geometrische Form der herzustellenden Preform 1'.
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Die Preform 1' ist ein Zwischenprodukt, aus welchem durch einen nachfolgenden Form- und Aushärteprozess ein Faserverbundbauteil 1 (in 9 dargestellt) gefertigt wird.
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Im dargestellten Beispiel wird die Preform 1' als ein langgestrecktes, z. B. geradlinig oder leicht gekrümmt verlaufendes Profil mit C-förmigem Querschnitt hergestellt. Die Längsrichtung der Preform 1' verläuft in 1 orthogonal zur Zeichenebene. Die Fasern (hier z. B. Kohlenstofffasern) der Preform 1' verlaufen nicht in Profillängsrichtung, sondern hier z. B. in der Zeichenebene bzw. in dazu parallelen Ebenen.
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Die geometrische Form der Preform 1' kann insofern als ”schalenförmig” bezeichnet werden, als bei dieser Form insgesamt betrachtet eine konvexe Außenseite (dem Legewerkzeug 7 abgewandte Seite) und eine konkave Innenseite (dem Legewerkzeug 7 zugewandt) identifiziert werden können. Die Form entspricht gewissermaßen einer langgestreckten trogartigen ”Schale”, die an ihren Stirnenden offen ist.
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2 zeigt nochmals (in Querschnittsdarstellung analog zu 1) die an dem Legewerkzeug 7 ausgebildete Preform 1' und veranschaulicht eine beim nachfolgenden Verpressen und Aushärten vorgesehene Verkleinerung der Dicke der Preform 1'.
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In 2 ist die ursprüngliche Dicke der Preform 1' mit A bezeichnet, wohingegen die nach dem Pressvorgang am Faserverbundbauteil 1 vorhandene Dicke mit B bezeichnet ist. Die Preform 1' besitzt nach dem Ablegen am Legewerkzeug 7 somit eine größere Dicke A als die nominale Dicke B des ausgehärteten Faserverbundbauteils 1.
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Der Dickenunterschied zwischen A und B wird Setzweg genannt und ist in 2 mit C bezeichnet. Dies bedeutet, dass die Preform 1' beim kompaktierenden Pressen im Form- und Aushärteprozess auf die finale Dicke B verpresst werden muss.
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Im in 2 dargestellten Beispiel der schalenförmigen (hier C-profilförmigen) Preform 1' kann die Verpressung ”von der Außenseite her”, wie in 3 veranschaulicht, oder ”von der Innenseite her”, wie in 4 veranschaulicht, oder in einer Kombination von beidem erfolgen.
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3 veranschaulicht den Nachteil einer Verpressung von außen, der darin besteht, dass Welligkeiten im Profilsteg entstehen würden.
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4 veranschaulicht demgegenüber die somit praktikablere Verpressung von der Innenseite her. In diesem Fall entstehen keine derartigen Welligkeiten. Diese Variante ist daher im Allgemeinen zu bevorzugen.
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Die 5 bis 9 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung 10 und des Einsatzes dieser Komponenten zur Herstellung des Faserverbundbauteils 1 durch kompaktierendes Pressen und Aushärten der Preform 1' in einer schalenförmigen Kavität der Vorrichtung 10.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein in 5 dargestelltes ”Außenwerkzeug” 12 mit einer derart an die Form des herzustellenden Faserverbundbauteils 1 angepassten inneren formgebenden Oberfläche 14, dass darin, wie in 6 gezeigt, die Preform 1 passend eingelegt werden kann. Die Oberfläche 14 des Außenwerkzeuges 12 entspricht insofern der äußeren Oberfläche des herzustellenden Faserverbundbauteils 1 und aufgrund der im dargestellten Beispiel nur von der Innenseite her vorgesehenen Verpressung auch der äußeren Oberfläche der Preform 1'.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 10 ein in 7 ersichtliches ”Innenwerkzeug” 16, welches im dargestellten Beispiel aus drei Druckstücken 16-1, 16-2 und 16-3 zusammengesetzt ist und wie in 7 gezeigt zur Anlage und späteren Druckbeaufschlagung an der inneren Oberfläche der Preform 1' vorgesehen ist.
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7 zeigt somit die Vorrichtung 10, bei welcher zwischen dem Außenwerkzeug 12 und dem Innenwerkzeug 16 eine schalenförmige (hier: C-profilförmige) Kavität zur Aufnahme der Preform 1' ausgebildet ist.
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8 zeigt die mit der Preform 1' beschickte Vorrichtung 10 nochmals in einer Querschnittsdarstellung. In 8 verläuft die Längsrichtung des herzustellenden Profils 1 bzw. der ebenfalls profilförmigen Druckstücke 16-1 bis 16-3 orthogonal zur Zeichenebene.
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Die 7 und 8 zeigen die Anordnung der Druckstückprofile 16-1 bis 16-3 in einer Situation noch vor Beginn des Pressvorganges.
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Die Innenseite der zwischen dem Außenwerkzeug 12 und dem Innenwerkzeug 16 ausgebildeten Kavität ist im dargestellten Beispiel durch formgebende Oberflächen der Mehrzahl von Druckstücken 16-1 bis 16-3 begrenzt, wobei diese Druckstücke 16-1 bis 16-3 an jeweiligen Kontaktflächen aneinander anliegend und entlang der Kontaktflächen relativ zueinander verschiebbar vorgesehen sind. Im dargestellten Beispiel sind diese Kontaktflächen z. B. in 8 gut erkennbar. Die Kontaktflächen bilden zwei ”Kontaktflächenpaarungen”, einerseits zwischen dem Druckstück 16-1 und dem Druckstück 16-2 und andererseits zwischen dem Druckstück 16-2 und dem Druckstück 16-3.
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Die formgebende Oberfläche des Druckstückes 16-1 dient zur Druckbelastung der Preform 1' im Bereich des in 8 linken Profilschenkels der Preform 1', und zusätzlich in einem linken Teilabschnitt des daran angrenzenden Profilsteges der Preform 1'.
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Symmetrisch (aufgrund der hier beispielhaft symmetrischen Formgestaltung der Preform 1') dazu dient die formgebende Oberfläche des Druckstückes 16-3 zur Druckbeaufschlagung des in 8 rechten Profilschenkels der Preform 1', und zusätzlich eines rechten Teilabschnitts des sich daran anschließenden Profilsteges.
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Die Druckstücke 16-1 und 16-3 besitzen hierfür wie dargestellt eine L-förmige Querschnittsform.
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Das Druckstück 16-2 liegt wie ersichtlich mit seinen seitlichen Kontaktflächen an den korrespondierenden Kontaktflächen der angrenzenden Druckstücke 16-1 und 16-3 an. In der Situation gemäß 8 liegt dieses Druckstück 16-2 noch etwas erhöht, so dass die an der Unterseite ausgebildete formgebende Oberfläche noch nicht die Preform 1 berührt.
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Im dargestellten Beispiel erfolgt die Verpressung der Preform 1' in einem Autoklaven, so dass wie in 8 durch Pfeile symbolisiert die Druckstücke 16-1 bis 16-3 durch den erhöhten Umgebungsdruck auf die Innenseite der Preform 1' zu belastet werden. Bei diesem Pressvorgang (und aufgrund der Beheizung des Werkzeuges auch Aushärtevorgang) wandern die L-förmigen seitlichen Druckstücke 16-1 und 16-3 jeweils nach außen und unten, wobei gleichzeitig das Druckstück 16-2 nach unten wandert.
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Der Pressvorgang führt zu der in 9 dargestellten Endsituation, bei welcher wie aus einem Vergleich der 8 und 9 ersichtlich die ursprüngliche Preformdicke A durch das Verpressen auf die gewünschte Bauteildicke B reduziert wurde. Am Druckstück 16-2 ist ein formschlüssiger Anschlag zur Begrenzung der Relativverschiebung des Druckstückes 16-2 entlang der Kontaktflächen zu den angrenzenden Druckstücken 16-1 und 16-3 vorgesehen. Ein derartiger verschiebungsbegrenzender Anschlag an wenigstens einem der Druckstücke ist im Rahmen der Erfindung generell vorgesehen.
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Während des gesamten Pressvorganges bleiben die Druckstücke 16-1 bis 16-3 in gegenseitigem Kontakt zueinander. Beim Pressvorgang wird durch die Bewegung der Druckstücke 16-1 bis 16-3, beinhaltend insbesondere eine Verschiebung der Druckstücke 16-1 bis 16-3 entlang der Kontaktflächen, eine Verkleinerung der Kavität von deren Innenseite her bewirkt.
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Am Ende des Pressvorganges ist im dargestellten Beispiel eine Positionierung der Druckstücke 16-1 bis 16-3 zueinander vorgesehen, bei welcher vorteilhaft die formgebenden Oberflächen in den Übergangsbereichen (zwischen den Druckstücken 16-1 und 16-2 und den Druckstücken 16-2 und 16-3) zueinander bündig sind. Dies ist gut in 9 zu erkennen.
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Beim dargestellten Beispiel sind sämtliche Kontaktflächen eben. Abweichend davon kommt in Betracht, nicht-ebene Kontaktflächen vorzusehen. Beispielsweise könnte das Druckstück 16-2 mit zylindrisch-konvexen Kontaktflächen ausgebildet werden, welche mit korrespondierend zylindrisch-konkaven Kontaktflächen der benachbarten Druckstücke 16-1 und 16-2 zusammenwirken. In diesem Fall könnte beim Pressvorgang die Relativbewegung zwischen den Druckstücken anstatt einer reinen Translation auch eine mit einer Rotation kombinierte Translation darstellen. Eine derartige Variante ist insbesondere bei einer größeren Anzahl an Druckstücken in Verbindung mit komplizierteren Schalenformen interessant.
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Im dargestellten Beispiel verlaufen die Kontaktflächen jeweils schräg in einem Winkel von etwa 30° zur Oberflächennormalen im Bereich des Profilsteges. Abweichend davon könnte auch ein anderer Winkel vorgesehen sein, bevorzugt jedoch im Bereich von 20° bis 70°.
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In Anbetracht der relativ einfachen Formgestaltung des herzustellenden Faserverbundbauteils 1 genügen bei der dargestellten Vorrichtung 10 drei Druckstücke 16-1 bis 16-3. Es versteht sich, dass abweichend davon auch mehr als drei Druckstücke zur Bildung der Innenseite der Kavität eingesetzt werden können, insbesondere bei einer komplexeren Formgestaltung des betreffenden Faserverbundbauteils.
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Die dargestellte Vorrichtung 10 eignet sich zur Herstellung sowohl von geradlinig verlaufenden Faserverbundprofilen als auch, ohne nennenswerte Modifikation, langgestreckt gekrümmt verlaufenden Faserverbundprofilen (wie in den 5 bis 7 auch dargestellt). Im Falle einer solchen Krümmung sind lediglich die verwendeten Druckstückprofile 16-1 bis 16-3 (sowie das Außenwerkzeug 12) entsprechend gekrümmt vorzusehen.
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Zusammenfassend gestattet die Erfindung die Herstellung schalenförmiger, insbesondere profilförmiger Faserverbundbauteile mit hoher Oberflächenqualität und präziser Radienausformung und ausreichender Verpressung in allen Richtungen. Durch die Kavitätsverkleinerung von der Innenseite her lassen sich unerwünschte Stauchungen (Welligkeiten) in einem Faserverbundlaminat vermeiden. Sämtliche Druckstücke, einschließlich das Außenwerkzeug, können vorteilhaft aus einem festen Werkstoff (z. B. Metall wie Stahl) vorgesehen sein.
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Die bevorzugte Verwendung der Erfindung ist die Herstellung von profilförmigen, insbesondere C-profilförmigen Faserverbundbauteilen. Insbesondere können Strukturbauteile für Fahrzeuge, einschließlich Luftfahrzeuge, hergestellt werden. Im Falle von Profilbauteilen kann es sich z. B. um Verstärkungsprofile handeln, die z. B. als Stringer oder Spanten eines Flugzeugrumpfes dienen. Ferner können spätere Türen oder Fenster eines Fahrzeuges umgebende Versteifungsstrukturen (z. B. so genannte ”Linteln”, Oberschwellen, Unterschwellen etc.) gefertigt werden.
