DE102014018801B4 - Method and device for producing a fiber preform - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines fixierten Faservorformlings (10), wobei ein Faserbündel (8) auf einen Kern (12) aufgebracht und/oder in eine Form eingebracht wird und das Faserbündel (8) unmittelbar vor und/oder während und/oder unmittelbar nach dem Aufbringen oder Einbringen auf den Kern (12) oder in die Form mit einem elektrischen Strom durchflossen wird, um über thermische Erwärmung in Verbindung mit einem Kunststoff eine Fixierung des Faservorformlings (10) mittels einer Fixiervorrichtung (20) zu bewirken, wobei die Fixiervorrichtung (20) eine Gleitfläche zur Aufbringung eines Drucks auf das Faserbündel (8) und zumindest zwei Elektroden (24) aufweist, wobei über die Elektroden (24) Strom auf das Faserbündel (8) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (24) das Faserbündel (8) unmittelbar nach dem Einleiten des Stroms und/oder während des Einleitens des Stroms und/oder vor dem Einleiten des Stroms mit einer definierten Kraft (F) gegen den Kern (12) und/oder die Form drücken, wobei die Gleitfläche und die Elektroden (24) einstückig und steif an der Fixiervorrichtung (20) angeordnet sind.Method for producing a fixed fiber preform (10), wherein a fiber bundle (8) is applied to a core (12) and / or introduced into a mold, and the fiber bundle (8) immediately before and / or during and / or immediately after application or an electric current is applied to the core (12) or into the mold, in order to bring about thermal heating in conjunction with a plastic to fix the fiber preform (10) by means of a fixing device (20), wherein the fixing device (20) a sliding surface for applying a pressure to the fiber bundle (8) and at least two electrodes (24), wherein current is applied to the fiber bundle (8) via the electrodes (24), characterized in that the electrodes (24) form the fiber bundle (8) 8) immediately after the introduction of the current and / or during the introduction of the current and / or before the introduction of the current with a defined force (F) against the core (12) and un Press d / or the mold, wherein the sliding surface and the electrodes (24) are integrally and rigidly arranged on the fixing device (20).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung und Fixierung eines Faservorformlings.The present invention relates to an apparatus and a method for producing and fixing a fiber preform.
Unter Faservorformling wird ein Faserpaket verstanden, das bereits die Form eines Bauteils hat bzw. deren Fasern entsprechend ausgeformt ist. Der Faservorformling wird im Folgenden auch als Preform bezeichnet.Fiber preform is understood to mean a fiber packet which already has the form of a component or whose fibers are shaped accordingly. The fiber preform is also referred to below as preform.
Heutige Bauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen werden häufig aus vorimprägnierten Halbzeugen, sog. Prepregs, oder aus trockenen/bebinderten Faserhalbzeugen hergestellt, die anschließend mit Harz imprägniert werden. Werden trockene/bebinderten Faserhalbzeuge verwendet, so wird aus diesen Faserhalbzeugen zumeist zunächst ein Faservorformling bzw. Preform hergestellt, also ein ggf. trockenes Faserpaket, das bereits die spätere Form des Bauteils vorwegnimmt. Auch imprägnierte Faserpakete können hierfür verwendet werden. In diesem Sinne werden die Faserhalbzeuge bzw. die textilen Vorprodukte, beispielsweise Gewebe oder Gelege, konfektioniert und anschliessend durch Umorientierung und Umformung (Drapieren) des Fasergebildes in die gewünschte Form (Preform) gebracht. Ein Gewebe ist ein beispielsweise auf einer Webmaschine hergestelltes Flächengebilde aus zwei vorzugsweise orthogonalen Fadensystemen (Schuss und Kette); ein Gelege besteht aus mehreren Faserlagen, die in verschiedenen Richtungen aufeinander abgelegt und beispielsweise mit dünnen Haltefäden miteinander verbunden sind. Die Fixierung von Preforms kann mit Hilfe eines Bindersystems geschehen. Bei den verwendeten Bindersystemen handelt es sich zumeist um Duromere oder thermoplastische Substanzen, die beispielsweise pulverförmig und in verhältnismäßig geringer Menge, beispielsweise im Bereich von 2 bis 5 Gewichtsprozent, auf das Halbzeug aufgebracht werden und unter Temperatureinfluss bzw. durch Temperaturerhöhung aktiviert werden. Neben einer Festlegung der Faserorientierung können die Bindersysteme dazu verwendet werden, die Preforms in einem kompaktierten Zustand zu fixieren. Die Preform-Fixierung bewirkt somit eine eher punktuelle oder flächige (abhängig vom Fertigungsverfahren), lockere Fixierung des Faserverbundes bzw. seiner Form, also quasi eine Vorab-Fixierung. Ein so fixierter Preform kann dann vor der weiteren Verarbeitung beispielsweise gestapelt und zwischengelagert werden. Der endgültige Faser-KunststoffVerbund bzw. das endgültige Bauteil wird dann durch Tränken des fixierten Preforms mit einer vorbestimmten Menge einer Matrix (beispielsweise bezogen auf das Bauteil zwischen 25 und 85 Volumenprozent) und durch anschließendes Aushärten- bzw. Erstarrenlassen des Matrixanteils hergestellt.Today's components made of carbon fiber reinforced plastics are often produced from pre-impregnated semi-finished products, so-called prepregs, or from dry / binder semi-finished fiber products, which are then impregnated with resin. If dry / binded semifinished fiber products are used, a fiber preform or preform is usually first produced from these semifinished fiber products, that is to say an optionally dry fiber package which already anticipates the later form of the component. Also impregnated fiber packages can be used for this purpose. In this sense, the semi-finished fiber products or the textile precursors, such as fabric or scrim, assembled and then brought by reorientation and reshaping (draping) of the fiber structure in the desired shape (preform). A fabric is a fabric made, for example, on a weaving machine of two preferably orthogonal thread systems (weft and warp); a scrim consists of several fiber layers, which are deposited in different directions on each other and, for example, connected to each other with thin holding threads. The fixation of preforms can be done with the help of a binder system. The binder systems used are usually thermosets or thermoplastic substances which are applied, for example, in powder form and in a relatively small amount, for example in the range from 2 to 5 percent by weight, to the semifinished product and activated under the influence of temperature or by increasing the temperature. In addition to defining the fiber orientation, the binder systems can be used to fix the preforms in a compacted state. The preform fixing thus causes a more punctual or flat (depending on the manufacturing process), loose fixation of the fiber composite or its shape, so to speak, a pre-fixation. Such a fixed preform can then be stacked and stored for example before further processing. The final fiber-plastic composite is then prepared by impregnating the fixed preform with a predetermined amount of a matrix (for example, based on the component between 25 and 85 volume percent) and then allowing the matrix portion to set.
Bei den Verfahren zur Preform-Fixierung nach dem Stand der Technik geschieht die Aktivierung des Binders in der Regel durch Erwärmung des Preforms beispielsweise mit Hilfe einer Laserdiode, eines Infrarotstrahlers oder Heißluft (z.B. im Umluftofen oder mit einem Heißluftfön). Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren des Standes der Technik ist, dass sie dadurch den Preform entweder hauptsächlich auf die Materialoberfläche zu stark erwärmen, der Energieübertrag bzw. -verbrauch sehr hoch ist oder dass sie das Preform-Werkzeug, im Folgenden auch als Kern oder Form bezeichnet, miterwärmen, sodass dieses einer längere Erwärmungsphase für eine homogene Temperaturverteilung erfordert. Aus diesem Grund sind die Zykluszeiten bei der Preformherstellung nach dem Stand der Technik relativ lang. Meistens weisen die bekannten Fixierverfahren einen flächigen und inhomogenen Wärmebildungsbereich auf, hohen Energieverbrauch sowie thermische Verluste bei der Wärmeübertragung. Außerdem fallen dabei der benötigte große Bauraum, die hohen Investitionskosten sowie der hohe Konstruktionsaufwand nachteilig aus. Solche Faktoren führen insbesondere zu eingeschränkten Integrationsmöglichkeiten in automatisierte Fertigungsprozesse. Die Aufbringung der Kompressionskraft muss dabei separat und aus Konfigurationsgründen in Reihe zum Erwärmungsbereich erfolgen. Freiräume zur Ausbildung von unerwünschten Temperaturgradienten entstehen daraus. Die Qualität des textilen Vorformlings kann in Echtzeit während des Herstellprozesses nur mit erhöhtem Aufwand optisch überwacht werden.In the prior art preform fixing processes, the activation of the binder is usually accomplished by heating the preform by means of, for example, a laser diode, an infrared radiator or hot air (e.g., in a convection oven or with a hot air dryer). A major disadvantage of these prior art methods is that they either overheat the preform mainly on the material surface too much, the energy transfer or consumption is very high or that they called the preform tool, hereinafter also referred to as core or mold , so that it requires a longer heating phase for a homogeneous temperature distribution. For this reason, the cycle times in the prior art preform production are relatively long. In most cases, the known fixing methods have a flat and inhomogeneous heat formation range, high energy consumption and thermal losses during heat transfer. In addition, the required large installation space, the high investment costs and the high construction costs are disadvantageous. Such factors lead in particular to limited integration possibilities in automated manufacturing processes. The application of the compression force must be done separately and for configuration reasons in series to the heating area. Free spaces for the formation of undesirable temperature gradients arise from this. The quality of the textile preform can be visually monitored in real time during the manufacturing process only with increased effort.
Aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dessen bzw. deren Hilfe die Aktivierung des Binders im Faservorformling in einer deutlich verkürzten Zeitspanne erfolgen kann und somit die Taktfrequenz des Preformprozesses deutlich erhöht werden kann. Die Erwärmungsmethode erfolgt dabei mit reduzierten Wärmeeinflusszonen und mit einer vorbestimmten Kraftaufbringung.The object of the present invention is to provide a method and a device, with the help of which the activation of the binder in the fiber preform can take place in a significantly shortened period of time and thus the clock frequency of the preforming process can be significantly increased. The heating method is carried out with reduced heat affected zones and with a predetermined force application.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie den Gegenstand des Nebenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject of claim 1 and the subject of the independent claim. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.
In einem Verfahren zur Herstellung eines fixierten Faservorformlings, wird ein Faserbündel auf einen Kern aufgebracht und/oder in eine Form eingebracht. Das Faserbündel wird unmittelbar vor und/oder während und/oder unmittelbar nach dem Aufbringen oder Einbringen auf den Kern oder in die Form mit einem elektrischen Strom abschnittsweise durchflossen, um über thermische Erwärmung in Verbindung mit einem Kunststoff, insbesondere einem Binder, eine Fixierung des Faservorformlings mittels einer Fixiervorrichtung zu bewirken. Dieser Verfahrensablauf nutzt den Verfahrensschritt des Ablegens eines jeweiligen Abschnitts des Faserbündels, um exakt diesen Abschnitt aufzuheizen, um so Kunststoff zu aktivieren, dass er das Faserbündel in seiner Form fixiert. Dieser Kunststoff kann ein Thermoplast sein, der aufgeschmolzen wird und nach dem Erkalten formsteif ist. Der Thermoplast kann als ein Pulver oder Vlies zugeführt werden. Auch kann als Binder ein Duroplast verwendet werden, der durch die thermische Aktivierung irreversibel aushärtet. Da jeweils nur ein kleiner Anteil des Vorformlings erwärmt und ausgehärtet wird, ist ein schnelles Aufheizen mit einem geringen Einsatz von Energie möglich. Zusätzlich ist dieser Arbeitsschritt praktisch zeitgleich mit dem Erstellen der Geometrie des Faservorformlings möglich. Es ist mit dem Verfahren insbesondere eine Wickelung, ein Gewebe mit Schuß- und Kettfasern oder bspw. ein Gelege herstellbar.In a method for producing a fixed fiber preform, a fiber bundle is applied to a core and / or introduced into a mold. The fiber bundle is flowed through in sections immediately before and / or during and / or immediately after application or introduction onto the core or into the mold, in order to fix the fiber preform by thermal heating in conjunction with a plastic, in particular a binder effect by means of a fixing device. This process utilizes the step of depositing a respective portion of the fiber bundle to heat precisely that portion so as to activate plastic to fix the fiber bundle in its shape. This plastic can be a thermoplastic, which is melted and dimensionally stable after cooling. The thermoplastic can be supplied as a powder or nonwoven. Also can be used as a binder, a thermoset, which cures irreversibly by the thermal activation. Since only a small portion of the preform is heated and cured, a rapid heating with a low use of energy is possible. In addition, this step is practically possible at the same time as creating the geometry of the fiber preform. It is with the method in particular a winding, a fabric with weft and warp fibers or, for example, a clutch produced.
Die Vorrichtung bzw. das entsprechende Verfahren ermöglicht eine Reihe von Vorteilen:
- - Das direkte Aufheizen des Preforms führt zu einem sehr schnellen Aufheizen desselben innerhalb von wenigen Sekunden.
- - Eine Erwärmung des Preform-Werkzeugs findet kaum statt.
- - Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, wo Werkzeugkomponenten zusammen mit dem Preform erwärmt werden und vor dem nächsten Zyklus wieder heruntergekühlt werden müssen, sind mit der vorgestellten Methodik kurze Taktzeiten des Preform-Prozesses möglich. Es können also höhere Preform-Stückzahlen pro Zeiteinheit hergestellt werden.
- - The direct heating of the preform leads to a very rapid heating of the same within a few seconds.
- - Heating of the preform tool hardly takes place.
- - In contrast to conventional methods, where tool components are heated together with the preform and have to be cooled down again before the next cycle, the presented methodology allows short cycle times of the preform process. It can therefore be produced higher preform quantities per unit time.
Bevorzugt weist eine Fixiervorrichtung Elektroden auf und über die Elektroden wird Strom auf das Faserbündel aufgebracht. Entsprechend fließt der Strom durch die leitfähigen Fasern. Dadurch wird die Wärme unmittelbar in den (Kohlenstoff-)Fasern erzeugt, was für die Fixierung ideal ist. A fixing device preferably has electrodes and current is applied to the fiber bundle via the electrodes. Accordingly, the current flows through the conductive fibers. As a result, the heat is generated directly in the (carbon) fibers, which is ideal for fixation.
Insbesondere drückt die Fixiervorrichtung das Faserbündel unmittelbar nach dem Einleiten des Stroms und/oder während dem Einleiten des Stroms und/oder vor dem Einleiten des Stroms mit einer definierten Kraft gegen den Kern und/oder die Form. Der Verfahrensschritt des Andrückens ist dafür wesentlich, dass eine sichere Anbindung zwischen Faserstrang und Substrat sowie ein gezielten Faservolumengehalt erzielt wird. Da dieser Schritt mit dem Fixieren kombiniert wird, ergibt sich ein effizienter Verfahrensablauf. Der Fall, dass unmittelbar nach oder vor dem Einleiten des Stroms der Andruck geschieht, ist bspw. dann gegeben, wenn es eine beide Vorgänge auch teilweise zeitgleich geschehen. Insbesondere ist auch die genannte Unmittelbarkeit gegeben, wenn der zeitliche Abstand zwischen dem Einleiten des Stroms und dem Andrücken des Faserbündels weniger als 1 Sekunde ist, da innerhalb dieser Dauer eine Aushärtung des Kunststoffs nicht geschieht bzw. abgeschlossen ist.In particular, the fixing device presses the fiber bundle against the core and / or the mold immediately after the introduction of the current and / or during the introduction of the current and / or before the introduction of the current with a defined force. The method step of pressing is essential for achieving a secure connection between the fiber strand and the substrate as well as a targeted fiber volume content. Since this step is combined with the fixing, results in an efficient procedure. The case that happens immediately after or before the introduction of the pressure of the pressure, for example, is given if there is a two processes also sometimes done at the same time. In particular, the aforementioned immediacy is given if the time interval between the introduction of the current and the pressing of the fiber bundle is less than 1 second, since within this period, a curing of the plastic does not occur or is completed.
Es kann der fixierte Faservorformling in einem nachfolgenden Verfahrensschritt über Zuführung von Kunststoff zu einem Faserverbundkunststoffbauteil weiterverarbeitet werden. Werden Prepregs dabei verarbeitet, härten sie dadurch direkt in ihren endgültigen Zustand aus und erfordern keinen weiteren Verarbeitungsschritt. Die fixierten trockenen Preforms können zur Herstellung des endgültigen Bauteils anschließend mit einer vorbestimmten Menge einer Matrix, in der Regel handelt es sich hierbei bezogen auf das endgültige Bauteil um 25 bis 85 Volumenprozent, getränkt werden und dann zum Aushärten gebracht werden.In a subsequent method step, the fixed fiber preform can be processed further by supplying plastic to a fiber composite plastic component. If prepregs are processed, they harden directly into their final state and require no further processing step. The fixed dry preforms may then be impregnated with a predetermined amount of a matrix, generally 25 to 85 percent by volume, based on the final component, for the production of the final component, and then set for curing.
Bei dem Fixierverfahren wird insbesondere eine Bindersubstanz zugeführt, die bevorzugt ein thermoplastisches Copolyamid enthält oder daraus besteht. Auch kann die Bindersubstanz ein Epoxidharz, vorzugsweise auf Bisphenol-A-Basis enthalten oder daraus bestehen. Die Fasern können mit dem Binder umhüllt sein. In dem Verfahren können auch imprägnierte Fasern, also insbesondere mit einem aushärtbaren duromeren Harz getränkte oder benetzte Fasern einer Fixiervorrichtung zugeführt werden, und die Fixiervorrichtung härtet das aushärtbare Harz zumindest teilweise aus.In the fixing method, in particular, a binder substance is supplied, which preferably contains or consists of a thermoplastic copolyamide. The binder substance can also contain or consist of an epoxy resin, preferably based on bisphenol A. The fibers may be wrapped with the binder. In the method, impregnated fibers, ie in particular fibers impregnated or wetted with a curable thermosetting resin, can also be fed to a fixing device, and the fixing device at least partially cures the curable resin.
Bevorzugt kann eine elektrische Messgröße, wie etwa eine Spannung oder ein Strom gemessen werden und abhängig von dieser Messgröße kann beurteilt werden, ob das Verfahren ordnungsgemäß durchgeführt wird. Alternativ zu Spannung oder Strom kann auch eine Kapazität messbar sein. Abhängig vom Messergebnis kann die Ausführung des Verfahrens beendet oder eine entsprechende Warnung ausgegeben werden. Auch können so Brüche im Fasermaterial festgestellt werden.Preferably, an electrical measurement variable, such as a voltage or a current can be measured, and it can be judged depending on this measurement variable whether the method is carried out correctly. As an alternative to voltage or current, a capacitance can also be measured. Depending on the measurement result, the execution of the method can be terminated or a corresponding warning issued. Also, fractures in the fiber material can be detected.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings umfasst einen Kern und/oder eine Form, der oder die zur Formgebung des Faservorformlings verwendbar ist, und eine Positionierungsvorrichtung zur Positionierung einer Fixiervorrichtung relativ zu dem Kern und/oder der Form. Mit zumindest zwei Elektroden ist Strom auf eine elektrisch leitfähige Faser oder ein Faserbündel bringbar. Da die genannte Positionierung relativ ist, kann bei entsprechenden Ausführungsformen wahlweise der Kern und/oder die Form oder die Fixiervorrichtung ortsfest angeordnet sein.An apparatus for producing a fiber preform comprises a core and / or a mold, which is usable for shaping the fiber preform, and a positioning device for positioning a fixing device relative to the core and / or the mold. With at least two electrodes, current can be brought to an electrically conductive fiber or a fiber bundle. Since the said positioning is relative, in appropriate embodiments optionally the core and / or the mold or the fixing device can be arranged stationary.
Insbesondere können die Elektroden und eine Gleitfläche zur Aufbringung eines Drucks auf das Faserbündel einstückig und steif an der Fixiervorrichtung angeordnet sind. Die Gleitfläche kann auch eine Gleitrolle umfassen, die drehbar gelagert an der Fixiervorrichtung befestigt ist.In particular, the electrodes and a sliding surface for applying a pressure to the fiber bundle can be arranged integrally and rigidly on the fixing device. The sliding surface may also comprise a sliding roller, which is mounted rotatably mounted on the fixing device.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Wickelvorrichtung zur Aufbringung eines Faserbündels auf einen Kern, -
2 eine Detailansicht der Wickelvorrichtung gemäß1 mit einer Fixiervorrichtung, -
3 eine Ansicht der Unterseite der Fixiervorrichtung, -
4 eine perspektivische Ansicht der Fixiervorrichtung, -
5 eine Seitenansicht der Fixiervorrichtung, -
6 einen Längsschnitt in der y-z-Ebene durch die Fixiervorrichtung, -
7 eine alternative Ausführungsform der Fixiervorrichtung und -
8 eine Ausgestaltung der Fixiervorrichtung mit einer gesonderten Andruckrolle oder -walze.
-
1 a winding device for applying a fiber bundle to a core, -
2 a detailed view of the winding device according to1 with a fixing device, -
3 a view of the underside of the fixing device, -
4 a perspective view of the fixing device, -
5 a side view of the fixing device, -
6 a longitudinal section in the yz plane through the fixing device, -
7 an alternative embodiment of the fixing device and -
8th an embodiment of the fixing device with a separate pinch roller or roller.
Die Fixierung wird wie folgt durchgeführt. Zunächst wird der in
Die Faserbündel können beispielsweise imprägnierte Fasern sein. Imprägnierte Fasern sind Fasern, die mit einem aushärtbaren duromeren Harz, wie z.B. Epoxidharz imprägniert worden sind. Das Aushärten des Harzes ist über eine thermische Initialisierung möglich. Von den Elektroden
Alternativ können die Faserbündel trockene/bebinderte Fasern sein. Dies sind Fasern, die wahlweise mit einem trockenen, bzw. pulverförmigen Binder beschichtet sein können, oder die nicht beschichtet sind. Der Binder kann ein festes, thermoplastisches Copolyamid oder ein flüssiges Epoxidharz auf Bisphenol-A-Basis sein. Der auf den Fasern vorhandene, bzw. in dem Faserbündel eingebettete Binder ist thermisch aktivierbar und kann über den bereits beschriebenen Stromfluss aktiviert werden. Alternativ kann bei unbeschichteten Fasern ein Binder kurz vor der elektrischen Erwärmung des Faserbündels auf das Faserbündel
Bei der in
Es ist für die Erfindung kein Kern notwendig, auf den aufgewickelt wird. Alternativ können die Fasern auch in eine Form eingelegt werden.It is necessary for the invention, no core is wound on. Alternatively, the fibers can also be placed in a mold.
Es kann optional der über die Elektroden
Zu den Stärken/ Vorteilen der Erfindung zählen die reduzierten Wärmeverluste (zur Umgebung), die hohe Wärmebildungsgeschwindigkeit, die lokale Wärmegenerierung, die insitu Erfassung des qualitativen Zustands verarbeiteter Faserbündel-Halbzeuge, der extrem kompakte Vorrichtungsbauraum bei Zusammenfassung von Wärmebildung- und Kompressionsbereich sowie die einfache und kostengünstige Investition/Konstruktion; Wartung zur Umsetzung des Systems. Weiterhin lässt sich das Vorrichtungsprinzip flexibel anpassen, sodass verschiedene Gestaltungsfreiheiten die praktische Anwendung an verschiedenen Prozessen erlaubt.Strengths / benefits of the invention include reduced heat losses (to the environment), high heat build-up speed, local heat generation, in-situ detection of the quality state of processed fiber bundle semi-finished products, extremely compact device construction space combining heat build-up and compression area, and simple and cost-effective investment / construction; Maintenance for the implementation of the system. Furthermore, the device principle can be adapted flexibly, so that various freedom of design allows practical application to different processes.
Die vorstehend beschriebene Anwendung ist für Fertigungsprozesse mit Endlosfasern, wie z. B. die Flecht-, Wickel- und Aufspreiztechnik, Automated Fiber Placement (AFP), Dry Fiber Placement (DFP) äußerst interessant. Dabei wird insbesondere von dem Bauraum und der Ausführung eines Preformingschrittes profitiert, aufgrund der Komplexität der Bauteilgeometrien als auch des eigenen Verarbeitungsweges der einzelnen Faserbündel. Der Aufbau der beschriebenen Vorrichtung ermöglicht es in Verbindung mit Druckluftzylinder, verschiedene Druckkräfte einzustellen. Das Preformen (auch Vorformen genannt) von vordefinierten Strecken wird durch den Einbau der Komponenten an einen eigenen Antrieb oder durch den Vorschub des zu bearbeitenden Bauteils ermöglicht, solange eine sichere elektrische Stromversorgung zur Verfügung steht. Insofern ist die Anzahl der erforderlichen Vorformlingkomponenten prozess- und bauteilabhängig, da sie gezielt für einzelne oder mehrere Faserstränge eingesetzt werden. Für Fertigungsprozesse, bei denen mehrlagige Faser-Vorformlinge und keine einzelnen Faserbündel erwärmt und komprimiert werden sollen, kann die Bauweise der Vorformlingkomponenten nach Bedarf in Form und Größe angepasst werden ohne das eigentlichen Funktionsprinzip zu beeinträchtigen (einen ausreichenden zwischenlagigen Kontakt zwischen den Fasersträngen über die Wandstärke der Preform vorausgesetzt). Ist der Preformingschritt für z. B. einen Drapierprozess erwünscht, sind die Elektroden abschnittsweise an dem Formwerkzeug gezielt zu positionieren. Es wird eine flächige Erwärmung des Halbzeugs angestrebt. Die Art der anschließend aufzubringenden Kompressionskraft ist vom ausgewählten Drapierprozess abhängig. Die Zielsetzung dabei liegt auf Integration der Elektropreforming-Methode in Prozessketten hauptsächlich zur Reduzierung durch beschleunigte Wärmeübertragungsvorgänge, sowie zur Verbesserung der Vorformlingsqualität.The application described above is for manufacturing processes with continuous fibers, such. For example, braiding, wrapping and spreading technology, Automated Fiber Placement (AFP) and Dry Fiber Placement (DFP) are extremely interesting. This benefits in particular from the installation space and the execution of a preforming step, due to the complexity of the component geometries as well as the own processing path of the individual fiber bundles. The construction of the device described makes it possible, in conjunction with compressed air cylinders, to set different pressure forces. Preforming (also called preforming) of predefined sections is made possible by the installation of the components on a separate drive or by the feed of the component to be processed, as long as a safe electrical power supply is available. In this respect, the number of preform components required depends on the process and component, since they are used specifically for single or multiple fiber strands. For manufacturing processes in which multilayer fiber preforms and not individual fiber bundles are heated and compressed, the design of the preform components can be adapted in shape and size as needed without affecting the actual operating principle (sufficient inter-layer contact between the fiber strands over the wall thickness of the Preform provided). Is the preforming step for z. B. a Drapierprozess desired, the electrodes are to be selectively positioned in sections on the mold. It is the aim of a planar heating of the semifinished product. The type of compression force to be applied subsequently depends on the selected draping process. The objective is to integrate the electropreforming method in process chains, mainly to reduce accelerated heat transfer processes, and to improve preform quality.
In der Ausführungsform gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 88th
- Faserbündelfiber bundles
- 1010
- FaservorformlingFiber preform
- 1212
- Kerncore
- 1414
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 1515
- Antriebswelledrive shaft
- 2020
- Fixiervorrichtungfixing
- 2424
- Elektrodenelectrodes
- 3030
- Positionierungsvorrichtung,Positioning device
- 3636
- KraftübertragerPower transformer
- 3838
- Führungguide
- 4040
- Walzeroller
- FF
- Anpresskraftcontact force
- vv
- Vorschubgeschwindigkeitfeed rate
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