DE102014019220A1 - Method and device for producing a band-shaped semifinished product - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Halbzeugs (15), das Verstärkungsfasern und Matrixmaterial in asymmetrischer Verteilung aufweist, mit folgenden Schritten: Anordnen von wenigstens zwei Faserbündeln (5, 7, 9) übereinander, sodass jedes Faserbündel (5, 7, 9) eine Schicht bildet, wobei wenigstens eine erste Schicht aus Matrixfasern und wenigstens eine zweite Schicht aus Verstärkungsfasern besteht, und Verbinden der Schichten miteinander zu einem bandförmigen Halbzeug (15).The invention relates to a method for producing a strip - shaped semifinished product (15) comprising reinforcing fibers and matrix material in asymmetrical distribution, comprising the following steps: arranging at least two fiber bundles (5, 7, 9) one above the other so that each fiber bundle (5, 7, 9 ) forms a layer, wherein at least a first layer of matrix fibers and at least a second layer of reinforcing fibers, and connecting the layers together to form a band-shaped semi-finished product (15).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Halbzeugs.The invention relates to a method and an apparatus for producing a band-shaped semi-finished product.
Aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden.The invention has for its object to provide a method and an apparatus, wherein said disadvantages are avoided.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Halbzeugs geschaffen wird, wobei das bandförmige Halbzeug Verstärkungsfasern und Matrixmaterial in einer asymmetrischen Verteilung aufweist, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Es werden wenigstens zwei Faserbündel übereinander angeordnet, sodass jedes Faserbündel eine Schicht bildet. Dabei spricht der Begriff „übereinander” insbesondere an, dass die Faserbündel mit ihren sich senkrecht zu einer Längsrichtung erstreckenden Breitseiten zumindest bereichsweise überlappend, vorzugsweise vollständig überlappend, aufeinandergelegt werden. Es wird wenigstens eine erste Schicht aus Matrixfasern und wenigstens eine zweite Schicht aus Verstärkungsfasern gebildet. Dabei besteht insbesondere die erste Schicht aus Matrixfasern, und die zweite Schicht besteht aus Verstärkungsfasern. Ein derart gebildetes, bandförmiges Halbzeug weist daher eine asymmetrische Verteilung von Fasern auf, weil der Schichtaufbau nach Matrixfasern einerseits und Verstärkungsfasern andererseits getrennt ist. Beim übereinander Anordnen der Faserbündel wird also vorzugsweise eine Vermischung von Matrixfasern und Verstärkungsfasern zumindest weitestgehend vermieden, wobei eine Vermischung vorzugsweise vollständig vermieden wird. Die Asymmetrie des bandförmigen Halbzeugs ergibt sich dabei durch den Schichtaufbau. Die Schichten werden schließlich miteinander zu einem bandförmigen Halbzeug verbunden. Das Matrixmaterial wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt vollständig über die Matrixfasern eingebracht und nicht durch Extrusion. Das Verfahren ist einfach durchführbar und bezüglich der herzustellenden bandförmigen Halbzeuge nicht oder zumindest in weitaus geringerem Maße eingeschränkt, wie das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren.The object is achieved in particular by providing a method for producing a band-shaped semifinished product, wherein the band-shaped semifinished product comprises reinforcing fibers and matrix material in an asymmetrical distribution, and wherein the method comprises the following steps: at least two fiber bundles are arranged one above the other, so that each fiber bundle has one Layer forms. The term "on top of each other" particularly refers to the fact that the fiber bundles, with their broad sides extending perpendicular to a longitudinal direction, are overlapped at least in regions, preferably completely overlapping. At least a first layer of matrix fibers and at least one second layer of reinforcing fibers are formed. In particular, the first layer consists of matrix fibers, and the second layer consists of reinforcing fibers. Therefore, a band-shaped semi-finished product formed in this way has an asymmetrical distribution of fibers because the layer structure is separated into matrix fibers on the one hand and reinforcing fibers on the other hand. When arranging the fiber bundles one above the other, mixing of matrix fibers and reinforcing fibers is thus preferably at least largely avoided, wherein mixing is preferably completely avoided. The asymmetry of the band-shaped semifinished product results from the layer structure. The layers are finally connected together to form a band-shaped semi-finished product. In the context of the method, the matrix material is preferably introduced completely over the matrix fibers and not by extrusion. The method is easy to carry out and is not limited or at least to a much lesser extent with respect to the strip-shaped semi-finished products to be produced, as is the case known from the prior art.
Es wird insbesondere eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher auf eine Extrusion von Matrixmaterial verzichtet wird. Insbesondere in diesem Fall zeigt sich, dass das Matrixmaterial ausschließlich über die Matrixfasern in das bandförmige Halbzeug eingebracht wird, sodass sich die bereits zuvor beschriebenen Vorteile in vollem Umfang verwirklichen.In particular, an embodiment of the method is preferred in which the extrusion of matrix material is dispensed with. In particular, in this case shows that the matrix material is introduced exclusively via the matrix fibers in the band-shaped semifinished product, so that realize the advantages already described above in full.
Allerdings ist es bei einer Ausführungsform des Verfahrens auch möglich, dass zusätzlich Matrixmaterial mittels eines Extruders zugeführt wird. Allerdings erfolgt auch in diesem Fall die Hauptzufuhr von Matrixmaterial bevorzugt durch die Matrixfasern.However, in one embodiment of the method it is also possible for additional matrix material to be supplied by means of an extruder. However, in this case too, the main supply of matrix material preferably takes place through the matrix fibers.
Die wenigstens zwei Faserbündel werden vorzugsweise von wenigstens zwei Faserspulen abgewickelt, wobei jedem Faserbündel eine Faserspule zugeordnet ist, von welcher das zugeordnete Faserbündel abgewickelt wird. Dabei weist insbesondere eine erste Faserspule ein Faserbündel auf, welches aus Matrixfasern besteht, wobei eine zweite Faserspule ein Faserbündel aufweist, welches aus Verstärkungsfasern besteht. Die verschiedenen Fasern sind also bezüglich ihrer Ausgestaltung und Funktion bereits auf den Faserspulen vollständig voneinander getrennt, was den asymmetrischen Schichtaufbau des bandförmigen Halbzeugs erleichtert.The at least two fiber bundles are preferably unwound from at least two fiber spools, each fiber bundle being associated with a fiber spool from which the associated fiber bundle is unwound. In this case, in particular a first fiber coil has a fiber bundle, which consists of matrix fibers, wherein a second fiber coil has a fiber bundle, which consists of reinforcing fibers. Thus, the different fibers are already completely separated from each other in terms of their design and function on the fiber bobbins, which facilitates the asymmetric layer structure of the band-shaped semifinished product.
Im Rahmen des Verfahrens werden bevorzugt Faserbündel derart miteinander kombiniert, dass das bandförmige Halbzeug schließlich einen Faservolumengehalt von Verstärkungsfasern zu Matrixmaterial von vorzugsweise ungefähr 47% bis ungefähr 53% aufweist.In the context of the method, fiber bundles are preferably combined with one another such that the band-shaped semi-finished product finally has a fiber volume content of reinforcing fibers to matrix material of preferably approximately 47% to approximately 53%.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass mehrere, vorzugsweise identische Faserbündel nebeneinandergelegt und bevorzugt miteinander verklebt werden. Auf diese Weise ist eine Breite des entstehenden bandförmigen Halbzeugs flexibel und in gewünschter Weise einstellbar. Dabei überlappen sich bevorzugt die nebeneinander gelegten Faserbündel teilweise, sodass sie in einem Überlappungsbereich miteinander verklebt werden können. Es kann also bei gegebener Faserbündelbreite ein bandförmiges Halbzeug mit nahezu doppelter Breite bezogen auf die Breite der einzelnen Faserbündel hergestellt werden, indem zwei identische Faserbündel mit geringfügigem Überlapp nebeneinander gelegt werden. Die Breite des entstehenden bandförmigen Halbzeugs ist dann gleich der doppelten Breite der einzelnen Faserbündel abzüglich des Überlappungsbereichs. Selbstverständlich erfolgt ein solches Nebeneinanderlegen und Kleben von Faserbündeln bevorzugt schichtweise, sodass in jeder Schicht eine gleiche Breite des entstehenden bandförmigen Halbzeugs verwirklicht wird. Somit entsteht ein insgesamt über den gesamten Schichtaufbau homogen breites, bandförmiges Halbzeug.An embodiment of the method is preferred, which is distinguished by the fact that several, preferably identical fiber bundles are juxtaposed and preferably glued together. In this way, a width of the resulting band-shaped semi-finished product is flexible and adjustable in the desired manner. In this case, preferably the juxtaposed fiber bundles partially overlap, so that they can be glued together in an overlap region. Thus, given a fiber bundle width, it is possible to produce a band-shaped semifinished product of almost twice the width, based on the width of the individual fiber bundles, by juxtaposing two identical fiber bundles with slight overlap. The width of the resulting band-shaped semi-finished product is then equal to twice the width of the individual fiber bundles minus the Overlap region. Of course, such a juxtaposition and bonding of fiber bundles is preferably carried out in layers, so that in each layer an equal width of the resulting band-shaped semi-finished product is realized. This results in a total of the entire layer structure homogeneously wide, band-shaped semi-finished product.
Werden zwei oder mehr Faserbündel – in Breitenrichtung gesehen – nebeneinander angeordnet, werden diese vorzugsweise höhenversetzt zusammengeführt, sodass eine leichte Überlappung im Randbereich möglich ist. Die nebeneinander angeordneten Faserbündel werden dann überlappend aufeinandergelegt und zu einer Schicht des bandförmigen Halbzeugs miteinander verbunden.If two or more fiber bundles - viewed in the width direction - arranged side by side, they are preferably combined offset in height, so that a slight overlap in the edge region is possible. The juxtaposed fiber bundles are then overlapped on one another and connected to form a layer of the band-shaped semifinished product.
Im Rahmen des Verfahrens werden vorzugsweise Faserbündel eingesetzt, die einen im Wesentlichen rechteckigen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen. Solche Faserbündel existieren als vorkonfektionierte Rovings und können insoweit ohne weiteres im Rahmen des Verfahrens eingesetzt werden. Sie weisen dabei in einer Querschnittsebene senkrecht zu ihrer Längserstreckung gesehen eine Höhe und eine Breite auf, wobei die Breite vorzugsweise größer ist als die Höhe. Im Rahmen des Verfahrens werden verschiedene Faserbündel vorzugsweise in Höhenrichtung übereinander angeordnet, sodass sie mit ihren Breitseiten aufeinanderliegen. Um die Breite des entstehenden bandförmigen Halbzeugs zu vergrößern, ist es möglich, in jeder Schicht identische Faserbündel in Breitenrichtung nebeneinander anzuordnen, gegebenenfalls mit geringfügigem Überlapp. Diese Faserbündel können dann miteinander verklebt werden.As part of the method, fiber bundles are preferably used, which have a substantially rectangular, preferably rectangular cross-section. Such fiber bundles exist as prefabricated rovings and can be used as far as possible within the scope of the method. They have in a cross-sectional plane perpendicular to its longitudinal extent seen a height and a width, wherein the width is preferably greater than the height. As part of the process, different fiber bundles are preferably arranged one above the other in the vertical direction, so that they lie on one another with their broad sides. In order to increase the width of the resulting ribbon-shaped semifinished product, it is possible to arrange identical fiber bundles in the width direction next to one another in each layer, optionally with slight overlap. These fiber bundles can then be glued together.
Im Rahmen des Verfahrens werden bevorzugt Standard-Verstärkungsfaserbündel, insbesondere Standard-Glasrovings oder Standard-Kohlenstofffaserrovings mit einer standardisierten Anzahl von Fasern verwendet, um bandförmige Halbzeuge beliebiger Breite herzustellen. Dabei werden bevorzugt mehrere dieser Standardrovings aufgefächert und aneinandergelegt. Die nebeneinander angeordneten Rovings werden – wie bereits ausgeführt – miteinander verbunden, insbesondere aneinandergeklebt.The process preferably uses standard reinforcing fiber bundles, in particular standard glass rovings or standard carbon fiber rovings with a standardized number of fibers, to produce strip-shaped semi-finished products of arbitrary width. In this case, preferably several of these standard rovings are fanned out and put together. The juxtaposed rovings are - as already stated - interconnected, in particular glued together.
Bevorzugt werden Rovings verwendet, die – in einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung der Rovings gesehen – in einer Höhenrichtung ungefähr 9 Filamente aufweisen, wobei sie in einer Breitenrichtung in der Querschnittsebene ungefähr 385 Filamente aufweisen. Es ist auch möglich, dass Rovings verwendet werden, die in der Höhenrichtung 7 bis 8 Filamente aufweisen, wobei sie in der Breitenrichtung ungefähr 485 Filamente aufweisen. Solche Rovings können nebeneinander gelegt werden, um die Breite des entstehenden, bandförmigen Halbzeugs zu erhöhen. Dabei kann ein entstehendes bandförmiges Halbzeug beispielsweise in Breitenrichtung ungefähr 970 Filamente aufweisen.Preferably, rovings are used which, seen in a cross-sectional plane perpendicular to the longitudinal direction of the rovings, have about 9 filaments in a height direction, having about 385 filaments in a widthwise direction in the cross-sectional plane. It is also possible to use rovings having 7 to 8 filaments in the height direction, having about 485 filaments in the width direction. Such rovings can be placed next to each other to increase the width of the resulting band-shaped semi-finished product. In this case, a resulting ribbon-shaped semi-finished product, for example, in the width direction about 970 filaments.
Es ist möglich, dass ein teilkonsolidiertes, bandförmiges Halbzeug eine Höhe von mindestens 0,3 mm bis höchstens 1,0 mm, vorzugsweise von mindestens 0,4 mm bis höchstens 0,6 mm, vorzugsweise von 0,5 mm aufweist. Die Breite eines solchen teilkonsolidierten bandförmigen Halbzeugs kann bevorzugt 6,35 mm betragen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Breite ungefähr 8 mm oder ungefähr 16 mm beträgt.It is possible that a partially consolidated, ribbon-shaped semi-finished product has a height of at least 0.3 mm to at most 1.0 mm, preferably from at least 0.4 mm to at most 0.6 mm, preferably of 0.5 mm. The width of such a partially consolidated band-shaped semi-finished product may preferably be 6.35 mm. Alternatively, it is also possible that the width is about 8 mm or about 16 mm.
Eine Höhe eines vollkonsolidierten, bandförmigen Halbzeugs beträgt bevorzugt ungefähr 0,15 mm oder 0,12 mm. Die Breite eines vollkonsolidierten Halbzeugs kann bevorzugt 6,35 mm, 8 mm oder – bei Nebeneinanderanordnung einer Mehrzahl von Standardrovings – ungefähr 16 mm betragen.A height of a fully consolidated ribbon-shaped semi-finished product is preferably about 0.15 mm or 0.12 mm. The width of a fully consolidated semi-finished product may preferably be 6.35 mm, 8 mm or, if a plurality of standard rovings are juxtaposed, approximately 16 mm.
Im Rahmen des Verfahrens werden bevorzugt Matrixfasern verwendet, die ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Polyamid (PA), insbesondere PA 6 oder PA 6.6, und Polyphthalamid (PPA). Besonders bevorzugt ist das Material ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PA 6 und PPA. Ein bevorzugtes Matrixsystem ist Lanxess Durethan B30S. Die Matrixfasern werden vorzugsweise als Multifilamentgarn auf einer Faserspule bereitgestellt. Vorzugsweise weist das Multifilamentgarn eine Feinheit von 300 tex f 280 drehungsfrei, ohne Verwirbelung, auf. Alternativ ist es möglich, dass das Multifilamentgarn eine Feinheit von 600 tex aufweist.The process preferably uses matrix fibers which comprise a material or consist of a material selected from a group consisting of polyamide (PA), in particular PA 6 or PA 6.6, and polyphthalamide (PPA). The material is particularly preferably selected from a group consisting of PA 6 and PPA. A preferred matrix system is Lanxess Durethan B30S. The matrix fibers are preferably provided as a multifilament yarn on a fiber bobbin. Preferably, the multifilament yarn has a fineness of 300 tex f 280 without rotation, without turbulence on. Alternatively, it is possible that the multifilament yarn has a fineness of 600 tex.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Verstärkungsfasern verwendet, die ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Glas und Kohlenstoff. Es werden insbesondere bevorzugt Glasfasern und/oder Carbonfasern verwendet. Die Verstärkungsfasern werden bevorzugt als Multifilamentroving auf einer Faserspule bereitgestellt. Für Glasfasern wird bevorzugt ein Material eingesetzt, welches einen LOI-Wert (loss on ignition) von mindestens 0,1% bis höchstens 0,5%, vorzugsweise von mindestens 0,15% bis höchstens 0,3%, aufweist. Auch für Carbonfasern werden geringe LOI-Werte bevorzugt, vorzugsweise in den für Glas angegebenen, bevorzugten Bereichen. Besonders bevorzugt weisen die Glasfaserrovings eine Feinheit von 1200 tex auf. Kohlenstofffaserrovings weisen bevorzugt eine Feinheit von 12 k, entsprechend 800 tex, auf.In a preferred embodiment of the method, reinforcing fibers are used which comprise a material or consist of a material which is selected from a group consisting of glass and carbon. It is particularly preferred to use glass fibers and / or carbon fibers. The reinforcing fibers are preferably provided as a multifilament roving on a fiber bobbin. For glass fibers, a material is preferably used which has an LOI value (loss on ignition) of at least 0.1% to at most 0.5%, preferably from at least 0.15% to at most 0.3%. Also for carbon fibers, low LOI values are preferred, preferably in the preferred ranges given for glass. The glass fiber rovings particularly preferably have a fineness of 1200 tex. Carbon fiber rovings preferably have a fineness of 12 k, corresponding to 800 tex.
Besonders bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens eine Kombination von Verstärkungsfasern und Matrixfasern eingesetzt, wobei als Verstärkungsfasern Glasfaserrovings mit einer Feinheit von 1200 tex, und als Verstärkungsfaserrovings ein PA 6-Filamentgarn mit einer Feinheit von 600 tex verwendet wird. Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Verstärkungsfaser ein Carbonroving mit einer Feinheit von 12 k, entsprechend 800 tex, und als Verstärkungsfasern ein PA 6-Filamentgarn mit einer Feinheit von 600 tex verwendet.In the context of the method, a combination of reinforcing fibers and matrix fibers is particularly preferably used, wherein Reinforcing fibers Glass fiber rovings with a fineness of 1200 tex, and as reinforcement fiber rovings a PA 6 filament yarn with a fineness of 600 tex is used. In another particularly preferred embodiment of the process, a carbon roving having a fineness of 12 k, corresponding to 800 tex, and as reinforcing fibers a PA 6 filament yarn having a fineness of 600 tex is used as the reinforcing fiber.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die übereinander angeordneten Schichten durch eine Schlichte miteinander verbunden werden. Dies stellt eine einfache und zugleich sehr geeignete Art dar, die Schichten bereits vor einer Teilkonsolidierung oder vollständigen Konsolidierung des bandförmigen Halbzeugs miteinander zu verbinden. Es ist möglich, das bandförmige Halbzeug mit verschiedenen Konsolidierungsgraden, insbesondere unkonsolidiert, teilkonsolidiert oder vollständig konsolidiert, herzustellen. Das bandförmige Halbzeug hält in jedem dieser Konsolidierungszustände insbesondere durch die Schlichte zusammen. Vorzugsweise werden die Schichten durch die Schlichte miteinander verklebt. Die Schlichte bewirkt außerdem eine bessere Verbindung der Verstärkungsfasern mit dem Matrixfasermaterial beim Konsolidierung oder Teilkonsolidieren des bandförmigen Halbzeugs.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the layers arranged one above the other are joined together by a sizing. This represents a simple and at the same time very suitable way of interconnecting the layers before a partial consolidation or complete consolidation of the strip-shaped semifinished product. It is possible to produce the band-shaped semi-finished product with different degrees of consolidation, in particular unconsolidated, partially consolidated or fully consolidated. The band-shaped semi-finished product holds together in each of these states of consolidation, in particular through the sizing. Preferably, the layers are glued together by the sizing. The size also causes a better connection of the reinforcing fibers with the matrix fiber material in the consolidation or Teilkonsolidieren the band-shaped semi-finished product.
Vorzugsweise werden auch nebeneinander angeordnete Faserbündel zur Erhöhung der Breite des bandförmigen Halbzeugs mittels einer Schlichte miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt.Preferably, juxtaposed fiber bundles are connected to one another by means of a sizing to increase the width of the band-shaped semifinished product, in particular glued together.
Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine Schlichte verwendet, die nicht vernetzt und demnach noch reaktionsfähig ist. Besonders bevorzugt ist die Schlichte mit wässrigen Medien wieder lösbar.Preferably, the process uses a size which is not crosslinked and is therefore still reactive. Particularly preferably, the size is soluble again with aqueous media.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das bandförmige Halbzeug unkonsolidiert weiterverarbeitet wird. Das bandförmige Halbzeug wird in diesem Fall vorzugsweise nur durch die Schlichte zusammengehalten. Im Übrigen liegen im unkonsolidierten Zustand Verstärkungsfasern und Matrixfasern unverschmolzen nebeneinander vor. Ein solches bandförmiges Halbzeug ist sehr biegsam und kann daher in besonders vielfältiger Weise und gerade auch bei sehr hohen Umformgraden eingesetzt werden. Werden allerdings bei einer Herstellung eines Bauteils mehrere Schichten eines solchen bandförmigen Halbzeugs übereinandergelegt und danach erst konsolidiert, bedingt dies einen sehr hohen Zeitaufwand, weil eine dicke Schicht von Fasern aufgeschmolzen und imprägniert werden muss.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the band-shaped semi-finished product is further processed unconsolidated. The band-shaped semi-finished product is preferably held together only by the sizing in this case. Incidentally, in the unconsolidated state, reinforcing fibers and matrix fibers are unfused next to each other. Such a band-shaped semi-finished product is very flexible and can therefore be used in a particularly diverse manner and especially even at very high degrees of deformation. However, if several layers of such a ribbon-shaped semifinished product are superimposed and then consolidated in a production of a component, this requires a very large amount of time, because a thick layer of fibers must be melted and impregnated.
Alternativ oder zusätzlich wird im Rahmen des Verfahrens das bandförmige Halbzeug teilkonsolidiert. Dabei werden die Matrixfasern nicht vollständig, sondern nur teilweise aufgeschmolzen, sodass Verstärkungsfasern und Matrixfasern teilweise und insbesondere bereichsweise miteinander verbunden sind. Hierdurch ist das bandförmige Halbzeug einerseits stabilisiert, weist aber andererseits noch immer eine hohe Biegsamkeit auf. Es ist also noch für vergleichsweise hohe Umformgrade geeignet, ohne dabei instabil zu sein oder eine zeitaufwändige Fertigkonsolidierung zu benötigen, wie dies bei einem unkonsolidierten bandförmigen Halbzeug der Fall ist. Ein solches teilkonsolidiertes oder teilimprägniertes Halbzeug wird bevorzugt zum Legen von Bauteilen verwendet, indem es beispielsweise in ein Umformwerkzeug oder Spritzgusswerkzeug drapiert und anschließend umgeformt und/oder umspritzt und dabei bevorzugt vollständig konsolidiert wird. Es können vergleichsweise hohe Umformgrade verwirklicht werden.Alternatively or additionally, as part of the process, the band-shaped semi-finished product is partially consolidated. In this case, the matrix fibers are not completely, but only partially melted, so that reinforcing fibers and matrix fibers are partially and in particular partially interconnected. As a result, the band-shaped semi-finished product is stabilized on the one hand, but on the other hand still has a high degree of flexibility. So it is still suitable for relatively high degrees of deformation, without being unstable or need a time-consuming Fertigkonsolidierung, as is the case with an unconsolidated band-shaped semi-finished product. Such a partially consolidated or partially impregnated semi-finished product is preferably used for laying components, for example by draping it into a forming tool or injection-molding tool and then reshaping and / or extrusion-coating it and thereby preferably completely consolidating it. It can be realized relatively high degrees of deformation.
In Zusammenhang mit einer Teilkonsolidierung oder Teilimprägnierung zeigt sich auch noch Folgendes: Die thermoplastische Matrix liegt dann teilweise noch als Garn vor, teilweise ist die Konsolidierung, das heißt das Aufschmelzen und Verbinden mit den Verstärkungsfasern zu einem festen Verbundmaterial aber bereits erfolgt. Es ergibt sich eine hohe, homogene Ausbringung der Matrix sowie kurze Fließwege für dieselbe. Ein Abschaben der Matrix wird unterbunden. Insbesondere bei mehr als dreischichtigen Aufbauten kann nur ein Vorimprägnieren zugunsten der Umformbarkeit des Halbzeugs durchgeführt werden, weil in diesem Fall noch hohe Umformgrade möglich sind. Eine Vollimprägnierung erfolgt bevorzugt anschließend in einem Spritzgießprozess und/oder in einem Umformprozess. Durch teilweise Konsolidierung verbleiben in dem bandförmigen Halbzeug noch ungefüllte Zwischenräume, woraus sich die bessere Drapierbarkeit des Halbzeugs ergibt. Weiterhin werden keine Spannungen eingefroren, sodass sich insbesondere kein Spiralfedereffekt beim Aufwickeln oder Aufspulen ergibt. Dies trägt wesentlich zu einer erhöhten Arbeitssicherheit im Umgang mit dem bandförmigen Halbzeug bei.In connection with a partial consolidation or partial impregnation also shows the following: The thermoplastic matrix is then partially present as a yarn, in part, the consolidation, that is, the melting and bonding with the reinforcing fibers into a solid composite material but already done. The result is a high, homogeneous application of the matrix and short flow paths for the same. Scraping of the matrix is prevented. Especially with more than three-layer structures only a pre-impregnation in favor of the formability of the semifinished product can be carried out, because in this case still high degrees of deformation are possible. Full impregnation preferably takes place subsequently in an injection molding process and / or in a forming process. By partial consolidation still unfilled gaps remain in the band-shaped semi-finished product, resulting in the better drapability of the semifinished product. Furthermore, no voltages are frozen, so that in particular no spiral spring effect results during winding or winding. This contributes significantly to increased occupational safety in dealing with the band-shaped semi-finished product.
Alternativ oder zusätzlich wird das bandförmige Halbzeug im Rahmen des Verfahrens vollständig konsolidiert. Insbesondere wird das bandförmige Halbzeug vorzugsweise vollständig konsolidiert weiterverwendet. Ein auf diese Weise hergestelltes bandförmiges Halbzeug ist sehr steif. Es hat insbesondere die Eigenschaften einer Spiralfeder. Ein solches bandförmiges Halbzeug wird vorzugsweise zum Wickeln oder Flechten verwendet.Alternatively or additionally, the band-shaped semifinished product is completely consolidated in the context of the method. In particular, the strip-shaped semifinished product is preferably further used in a fully consolidated manner. A ribbon-shaped semi-finished product produced in this way is very stiff. It has in particular the properties of a spiral spring. Such a band-shaped semi-finished product is preferably used for winding or braiding.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens drei Schichten gebildet werden. Dabei ist gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass zumindest zwei außenliegende Schichten aus Matrixfasern bestehen, wobei zumindest eine innenliegende Schicht aus Verstärkungsfasern besteht. Besonders bevorzugt wird ein genau dreischichtiger Aufbau, wobei nur drei Schichten gebildet werden, wobei die beiden äußeren Schichten aus Matrixfasern bestehen, und wobei eine zwischen den beiden äußeren Schichten angeordnete, innenliegende Schicht aus Verstärkungsfasern besteht.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that at least three layers are formed. In this case, according to one embodiment of the method, it is provided that at least two outer layers consist of matrix fibers, wherein at least one inner layer consists of reinforcing fibers. Particularly preferred is an exactly three-layered structure, wherein only three layers are formed, wherein the two outer layers consist of matrix fibers, and wherein an inner layer disposed between the two outer layers consists of reinforcing fibers.
Ein Schichtaufbau, bei welchem außenliegende Schichten aus Matrixfasern besehen, ist besonders geeignet zum Wickeln. Beim Wickeln des bandförmigen Halbzeugs muss nämlich ein Abschaben der Verstärkungsfasern, also insbesondere eine Verletzung derselben, vermieden werden. Daher hat ein bandförmiges Halbzeug, welches zum Wickeln verwendet werden soll, bevorzugt einen Kern aus Verstärkungsfasern und mit Matrixmaterial angereicherte Randschichten, welche die Verstärkungsfasern vor einem Abrieb schützen.A layer construction in which external layers of matrix fibers are seen is particularly suitable for winding. During winding of the band-shaped semifinished product, namely a scraping of the reinforcing fibers, ie in particular a violation of the same, must be avoided. Therefore, a band-shaped semi-finished product to be used for winding preferably has a core of reinforcing fibers and matrix material-enriched edge layers which protect the reinforcing fibers from abrasion.
Ein solches, zum Wickeln verwendetes bandförmiges Halbzeug wird vorzugsweise vollständig konsolidiert. Es ist dann steif und enthält keine Lunker oder andere Defekte oder Fehlstellen. Es wird vorzugsweise nach seiner Herstellung auf eine Spule aufgewickelt. Dabei dringt Matrixmaterial auch in die Schichten ein, welche zuvor aus Verstärkungsfasern bestehen.Such a band-shaped semi-finished product used for winding is preferably completely consolidated. It is then stiff and contains no voids or other defects or imperfections. It is preferably wound up after its production on a spool. In this case, matrix material also penetrates into the layers, which previously consist of reinforcing fibers.
Dass Schichten aus Verstärkungsfasern oder aus Matrixfasern bestehen, betrifft hier also insbesondere die Anordnung vor einer Konsolidierung des bandförmigen Halbzeugs, nach dem Abwickeln der Faserbündel und dem Aufeinanderlegen der Schichten. Das konsolidierte bandförmige Halbzeug weist allerdings eine stark asymmetrische Verteilung der Verstärkungsfasern einerseits und des Matrixmaterials andererseits, insbesondere in Form der zuvor erläuterten Schichten auf.The fact that layers consist of reinforcing fibers or of matrix fibers therefore relates, in particular, to the arrangement before consolidation of the band-shaped semifinished product, after unwinding of the fiber bundles and the stacking of the layers. However, the consolidated strip-shaped semifinished product has a strongly asymmetrical distribution of the reinforcing fibers on the one hand and of the matrix material on the other hand, in particular in the form of the layers explained above.
Alternativ wird im Rahmen des Verfahrens ein wenigstens dreischichtiger Aufbau verwirklicht, bei welchem zumindest zwei außenliegende Schichten aus Verstärkungsfasern bestehen, wobei zumindest eine innenliegende Schicht aus Matrixfasern besteht. Besonders bevorzugt wird ein genau dreischichtiger Aufbau, das heißt ein Schichtaufbau mit nur drei Schichten, der genau zwei außenliegende Schichten aus Verstärkungsfasern aufweist, wobei zwischen den beiden außenliegenden Schichten eine innenliegende Schicht vorgesehen ist, die aus Matrixfasern besteht.Alternatively, in the context of the method, an at least three-layer structure is realized in which at least two outer layers consist of reinforcing fibers, wherein at least one inner layer consists of matrix fibers. Particularly preferred is an exactly three-layer structure, that is, a layer structure with only three layers, which has exactly two outer layers of reinforcing fibers, wherein between the two outer layers an inner layer is provided which consists of matrix fibers.
Ein solcher Schichtaufbau, der außenliegende Schichten aus Verstärkungsfasern und einen Kern aus Matrixfasern aufweist, wird bevorzugt zum Flechten verwendet. Sollen aus einem bandförmigen Halbzeug später Rohre oder andere Strukturen geflochten werden, wird das bandförmige Halbzeug typischerweise durch einen Flechtkopf oder ein Flechtrad geführt, wobei das bandförmige Halbzeug stark gedrückt wird. Befindet sich in seinem äußeren Bereich, das heißt in den außenliegenden Schichten, zu viel Matrixwerkstoff, wird dieser im Flechtkopf abgeschabt, wobei er herunterfallen und den Flechtkopf verschmutzen kann. Bandförmige Halbzeuge, die zum Flechten verwendet werden sollen, haben daher in ihren Randschichten bevorzugt Verstärkungsfasern, welche die innengelegene Matrixschicht vor einem Abrieb schützen.Such a layer construction comprising outer layers of reinforcing fibers and a core of matrix fibers is preferably used for braiding. If pipes or other structures are to be braided later from a strip-shaped semi-finished product, the strip-shaped semi-finished product is typically guided through a braiding head or a braiding wheel, whereby the ribbon-shaped semi-finished product is strongly pressed. If there is too much matrix material in its outer area, ie in the outer layers, it is scraped off in the braiding head, where it can fall down and contaminate the braiding head. Ribbon-shaped semi-finished products which are to be used for braiding therefore preferably have reinforcing fibers in their outer layers, which protect the inner matrix layer from abrasion.
Auch zum Flechten vorgesehene, bandförmige Halbzeuge werden bevorzugt vollständig konsolidiert und auf eine Spule aufgewickelt. Dabei ergeben sich die bereits zuvor genannten Vorteile.Also intended for braiding, band-shaped semi-finished products are preferably completely consolidated and wound up on a spool. This results in the already mentioned advantages.
Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, wobei eine mehrschichtige, abwechselnde Abfolge von Schichten aus Matrixfasern und Verstärkungsfasern gebildet wird. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass eine abwechselnde Abfolge von mehr als drei Schichten aus Matrixfasern und Verstärkungsfasern vorgesehen wird. Mit einem solchen Schichtaufbau kann das bandförmige Halbzeug besonders flexibel und vielseitig auf eine spätere Verwendung abgestimmt werden.Alternatively, an embodiment of the method is preferred, wherein a multi-layered, alternating sequence of layers of matrix fibers and reinforcing fibers is formed. It is particularly preferred that an alternating sequence of more than three layers of matrix fibers and reinforcing fibers is provided. With such a layer structure, the band-shaped semifinished product can be adapted to a later use in a particularly flexible and versatile manner.
Bevorzugt wird ein mehrschichtiger Schichtaufbau mit einer abwechselnden Abfolge von Schichten, wobei in außenliegenden Schichten, die auch als Randschichten bezeichnet werden, Verstärkungsfasern angeordnet sind. Insbesondere bestehen die Randschichten bevorzugt aus Verstärkungsfasern. Ganz besonders bevorzugt werden im Rahmen des Verfahrens fünf Schichten übereinander angeordnet, wobei – entlang der Schichtenfolge von einer äußeren Randschicht aus gesehen – eine erste Schicht Verstärkungsfasern, eine zweite Schicht Matrixfasern, eine dritte Schicht Verstärkungsfasern, eine vierte Schicht Matrixfasern, und eine fünfte Schicht Verstärkungsfasern vorgesehen sind, wobei die Schichten bevorzugt aus den hier genannten Fasern bestehen.Preference is given to a multilayered layer structure with an alternating sequence of layers, wherein reinforcing fibers are arranged in outer layers, which are also referred to as edge layers. In particular, the edge layers preferably consist of reinforcing fibers. In the process, very particularly preferably, five layers are arranged one above the other, wherein-seen along the layer sequence from an outer edge layer-a first layer of reinforcing fibers, a second layer of matrix fibers, a third layer of reinforcing fibers, a fourth layer of matrix fibers, and a fifth layer of reinforcing fibers are provided, wherein the layers are preferably made of the fibers mentioned here.
Ein solches, mehrschichtiges, bandförmiges Halbzeug insbesondere mit mehr als drei Schichten wird bevorzugt zum Legen verwendet.Such a multi-layered strip-shaped semifinished product, in particular having more than three layers, is preferably used for laying.
Besonders bevorzugt wird ein solches mehrschichtiges, bandförmiges Halbzeug, insbesondere mit mehr als drei Schichten, teilkonsolidiert, wodurch ein einerseits festes, andererseits aber auch sehr gut umformbares bandförmiges Halbzeug erhalten wird. Das derart hergestellte bandförmige Halbzeug ist insbesondere biegeschlaff, welch und gut umformbar. Zur Herstellung eines Bauteils wird das vorkonsolidierte, bandförmige Halbzeug bevorzugt gelegt und anschließend in einem Presswerkzeug oder in einem Spritzgießwerkzeug in eine Endform gebracht. Dabei erfolgt dann – insbesondere unter Druck und erhöhter Temperatur – eine Vollkonsolidierung. Es ist beispielsweise möglich, zur Herstellung einer Multifunktionsmulde Patches aus einem vorkonsolidierten, bandförmigen Halbzeug in Eckbereiche hinzuformen. Beim Schließen eines Umformwerkzeugs verschweißen diese Patches dann mit einem restlichen Bauteil.Such a multi-layer, strip-shaped semifinished product, in particular with more than three layers, is particularly preferably partially consolidated, as a result of which a strip-shaped semifinished product which on the one hand is solid but on the other hand also very readily deformable is obtained. The strip-shaped semifinished product produced in this way is in particular limp, which and can be readily formed. For the production of a component is the preconsolidated, band-shaped semi-finished product preferably placed and then brought into a final mold in a press tool or in an injection mold. This is then - in particular under pressure and elevated temperature - a full consolidation. It is possible, for example, to form patches from a preconsolidated, band-shaped semi-finished product into corner regions in order to produce a multifunctional recess. When closing a forming tool, these patches then weld to a remaining component.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das bandförmige Halbzeug gewickelt wird. Dabei wird – wie bereits ausgeführt – bevorzugt ein – insbesondere genau dreischichtiger – Aufbau mit zwei außenliegenden Schichten aus Matrixfasern und zumindest einer innenliegenden Schicht aus Verstärkungsfasern verwendet. Bevorzugt wird auf diese Weise eine Dachkappe, insbesondere für ein Cabriolet, oder ein Frontendträger, insbesondere für einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, hergestellt. Dabei ist es möglich, dass ein derart hergestelltes Bauteil einem Innenhochdruckumformprozess und/oder einem Umspritzen mit Kunststoff zur Herstellung von Anbindungselementen unterworfen wird. Es zeigt sich, dass das bandförmige Halbzeug sehr gleichmäßig sein und insbesondere eine hochgenaue Breite aufweisen muss, um qualitativ hochwertige Bauteile durch Wickeln erzeugen zu können. Es zeigt sich weiterhin, dass beim Wickeln – ebenso wie beim Legen – keine Ondulation des bandförmigen Halbzeugs stattfindet. Ein gewickeltes Gebilde ist daher in späteren Verfahrensschritten schlecht umformbar.It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that the band-shaped semi-finished product is wound. In this case - as already stated - preferably a - in particular exactly three-layer - construction with two outer layers of matrix fibers and at least one inner layer of reinforcing fibers used. Preferably, in this way, a roof cap, in particular for a convertible, or a front end support, in particular for a passenger car or a truck made. It is possible that a component produced in this way is subjected to a hydroforming process and / or an encapsulation with plastic for the production of connecting elements. It turns out that the band-shaped semi-finished product must be very uniform and in particular must have a high-precision width in order to be able to produce high-quality components by winding. It also shows that during winding - as well as laying - no ondulation of the band-shaped semi-finished product takes place. A wound structure is therefore poorly deformable in later process steps.
Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher das bandförmige Halbzeug geflochten wird. Dabei wird – wie oben bereits ausgeführt – bevorzugt ein Schichtaufbau mit wenigstens drei – vorzugsweise genau drei – Schichten verwendet, wobei zwei außenliegende Schichten aus Verstärkungsfasern bestehen, wobei zumindest eine innenliegende Schicht aus Matrixfasern, besteht. Beim Flechten schützen die im Randbereich vorgesehenen Verstärkungsfasern die innenliegende Matrixschicht vor Abrieb. Ein geflochtenes bandförmiges Faserhalbzeug wird vorzugsweise verwendet, um einen Querträger für ein Kraftfahrzeug herzustellen, insbesondere zur Anordnung unterhalb eines Cockpits. Es ist auch möglich, dass derart ein Querträger zur Anordnung im Bereich einer Instrumententafel, insbesondere unter einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs, hergestellt wird. Ein solcher, durch Flechten hergestellter Querträger ist gut umformbar, insbesondere im Bereich einer Lenkungskonsole des Kraftfahrzeugs. Dabei kann der Querträger insbesondere durch Innenhochdruckumformen umgeformt werden. Außerdem ist es möglich, ihn mit Kunststoff zu umspritzen, wobei insbesondere Anbindungselemente an benachbarte Bauteile einer Kraftfahrzeugkarosserie an den Querträger angespritzt werden können.Alternatively, an embodiment of the method is preferred in which the band-shaped semi-finished product is braided. In this case - as stated above - preferably a layer structure with at least three - preferably exactly three - layers is used, wherein two outer layers of reinforcing fibers, wherein at least one inner layer of matrix fibers exists. During braiding, the reinforcing fibers provided in the edge region protect the inner matrix layer from abrasion. A braided ribbon-shaped semi-finished fiber product is preferably used to produce a cross member for a motor vehicle, in particular for arrangement below a cockpit. It is also possible that such a cross member for arrangement in the region of an instrument panel, in particular under an instrument panel of a motor vehicle, is produced. Such, produced by braiding cross member is well formed, especially in the area of a steering console of the motor vehicle. In this case, the cross member can be reshaped in particular by hydroforming. In addition, it is possible to overmould him with plastic, in particular connecting elements can be molded onto adjacent components of a motor vehicle body to the cross member.
Beim Flechten findet eine Ondulation des bandförmigen Halbzeugs statt. Das geflochtene Gebilde hat dabei ähnliche Eigenschaften wie ein Gewebe. Es kann besser umgeformt werden als ein gewickeltes Gebilde.When braiding an ondulation of the band-shaped semi-finished product takes place. The braided structure has similar properties as a fabric. It can be reshaped better than a wrapped structure.
Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das bandförmige Halbzeug gelegt wird. Hierbei wird bevorzugt ein mehrschichtiger Aufbau – insbesondere mit mehr als drei Schichten – verwendet, der eine abwechselnde Abfolge von Schichten aus Matrixfasern und Verstärkungsfasern aufweist. Dabei sind vorzugsweise in außenliegenden Schichten Verstärkungsfasern vorgesehen. Ein zum Legen vorgesehenes bandförmiges Halbzeug wird vorzugsweise nur teilimprägniert oder teilkonsolidiert. Es ist auf diese Weise biegeschlaff, weich und gut umformbar. Es kann daher gelegt und anschließend in einem Presswerkzeug oder Spritzgießwerkzeug in seine Endform gebracht werden. Dabei erfolgt auch bevorzugt – unter Druck und erhöhter Temperatur – eine Vollkonsolidierung.Alternatively, an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the band-shaped semi-finished product is placed. In this case, it is preferable to use a multilayer structure, in particular having more than three layers, which has an alternating sequence of layers of matrix fibers and reinforcing fibers. In this case, reinforcing fibers are preferably provided in outer layers. A band-shaped semi-finished product intended for laying is preferably only partially impregnated or partially consolidated. In this way it is limp, soft and easy to form. It can therefore be laid and then brought into its final shape in a press tool or injection mold. It is also preferred - under pressure and elevated temperature - a full consolidation.
Durch Legen des bandförmigen Halbzeugs wird vorzugsweise eine Kofferraummulde, eine Hutablage, eine Multifunktionsmulde, eine Vorbauklappe, insbesondere für einen Lastkraftwagen, ein Träger für eine Vorbauklappe, oder ein Hybridteil mit faserverstärktem Kunststoff, insbesondere in Verbindung mit einem Organoblech, hergestellt. Ein derart hergestellter Träger wird vorzugsweise durch Innenhochdruckumformen umgeformt, wobei besonders bevorzugt Verbindungselemente durch Spritzgießen an den Träger angeformt werden. Zur Herstellung einer Multifunktionsmulde können Patches aus vorkonsolidiertem, bandförmigen Halbzeug in Eckbereiche hineingeformt werden, beispielsweise zur Herstellung einer Hutablage oder Kofferraummulde. Beim Schließen eines Umformwerkzeugs verschweißen diese Patches mit einem restlichen Bauteil.By laying the band-shaped semi-finished product is preferably a trunk cavity, a parcel shelf, a multi-function tray, a front flap, in particular for a truck, a support for a front flap, or a hybrid part with fiber-reinforced plastic, in particular in conjunction with an organic sheet manufactured. A carrier produced in this way is preferably formed by hydroforming, wherein particularly preferably connecting elements are molded onto the carrier by injection molding. To produce a multi-function tray, patches of preconsolidated strip-shaped semi-finished products can be shaped into corner areas, for example for producing a hat rack or trunk cavity. When closing a forming tool, these patches weld to a remaining component.
Insgesamt zeigt sich, dass das bandförmige Halbzeug bevorzugt zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils oder zur Herstellung eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff verwendet wird.Overall, it is found that the band-shaped semi-finished product is preferably used for producing a fiber-reinforced component or for producing a component made of fiber-reinforced plastic.
Es zeigt sich auch, dass das Verfahren bevorzugt nicht mit der Herstellung des bandförmigen Halbzeugs endet, sondern vielmehr auch dessen Verwendung zur Herstellung eines Bauteils betrifft. Es handelt sich also vorzugsweise um ein Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung eines bandförmigen Halbzeugs, insbesondere um ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels des bandförmigen Halbzeugs.It also shows that the method preferably does not end with the production of the band-shaped semi-finished product, but rather also relates to its use for producing a component. It is therefore preferably a method for the production and further processing of a band-shaped semifinished product, in particular a method for producing a component by means of the band-shaped semifinished product.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass Matrixfasern mit eingebetteten Nanoferriten verwendet werden, wobei die eingebetteten Nanoferrite zur Konsolidierung des bandförmigen Halbzeugs angeregt werden. Dabei weist das Matrixmaterial der Matrixfasern bevorzugt Nanoferrite der Firma Evonik Magsilica auf. Besonders bevorzugt wird für die Matrixfasern ein Matrixsystem aus PA 6, insbesondere Lanxess Durethan B30S, mit Nanoferriten der Firma Evonik Magsilica verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt ein Matrixsystem aus PPA mit Nanoferriten der Firma Evonik Magsilica verwendet. Zum Erwärmen und damit Teilkonsolidieren oder vollständigen Konsolidieren des bandförmigen Halbzeugs werden die Nanoferrite vorzugsweise durch Mikrowellenstrahlen oder durch Induktion angeregt. Dabei bieten die Nanoferrite eine besonders günstige Möglichkeit, das Aufschmelzen beziehungsweise Konsolidieren oder Teilkonsolidieren eines Hybridrovings zu bewirken. In die Matrixfasern sind Nanoferrite eingebettet, die durch Induktion oder Mikrowellenstrahlung angeregt werden und auf diese Weise eine Erhitzung des Materials bewirken. Dabei erfolgt eine volumetrische Erhitzung, sodass die Temperatur sehr gut eingestellt werden kann. Dies geschieht bevorzugt durch gezielte Wahl einer Dichte und/oder Zahl der Nanoferrite im Matrixmaterial. Eine Überhitzung kann dabei vermieden werden. Mithilfe dieser Ausführungsform des Verfahrens kann sehr gut sichergestellt werden, dass in einem Pultrusionsprozess nur eine – vorzugsweise sehr homogene – Teilkonsolidierung erfolgt. Dies ist insbesondere deswegen der Fall, weil durch Einstellen der Dichte oder Zahl der Nanoferrite in dem Matrixmaterial einerseits und durch Wahl der eingestrahlten Mikrowellenleistung oder der induktiven Leistung eine stets angepasste und für die gewählte Aufgabe sinnvolle Temperatur in dem teilzukonsolidierenden oder zu konsolidierenden Material eingestellt werden kann.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that matrix fibers with embedded nanoferrites are used, wherein the embedded nanoferrites are stimulated to consolidate the band-shaped semifinished product. In this case, the matrix material of the matrix fibers preferably comprises nanoferrites from Evonik Magsilica. For the matrix fibers, a matrix system of PA 6, in particular Lanxess Durethan B30S, with nanoferrites from Evonik Magsilica is particularly preferably used. Alternatively or additionally, a matrix system made of PPA with nanoferrites from Evonik Magsilica is preferably used. For heating and thus partial consolidation or complete consolidation of the ribbon-shaped semifinished product, the nanoferrites are preferably excited by microwave radiation or by induction. Nanoferrites offer a particularly favorable opportunity for melting or consolidating or partially consolidating a hybrid roving. Embedded in the matrix fibers are nanoferrites, which are excited by induction or microwave radiation and thus cause the material to heat up. This is a volumetric heating, so that the temperature can be set very well. This is preferably done by selective choice of a density and / or number of nanoferrites in the matrix material. Overheating can be avoided. This embodiment of the method makes it possible to ensure very well that only one, preferably very homogeneous, partial consolidation takes place in a pultrusion process. This is the case in particular because, by adjusting the density or number of nanoferrites in the matrix material on the one hand and by selecting the irradiated microwave power or inductive power, a temperature which is always adapted and useful for the selected task can be set in the material to be partially consolidated or consolidated ,
Besonders bevorzugt sind die Matrixfasern mit 3 Gew.-% Nanoferriten versetzt. Dies ermöglicht eine effiziente induktive oder mittels Mikrowellen bewirkte, volumetrische Erwärmung vor und in einer Imprägnierzone. Erwärmt wird dabei nur das Matrixmaterial und nicht die Schlichte. Die Vernetzung der Schlichte erfolgt später und fördert/erleichtert eine Schmelzimprägnierung. Die Erwärmung über Induktion mittels der Nanoferrite verringert die Energiekosten und ermöglicht eine höhere Durchlaufmenge als bei der Verwendung von Infrarotstrahlung. Die Nanopartikel reduzieren die Viskosität der Matrixschmelze, sodass diese leichter fließt, und erleichtern die Imprägnierung, insbesondere eine Ummantelung jedes einzelnen Filaments der Verstärkungsfasern.Particularly preferably, the matrix fibers are mixed with 3 wt .-% nanoferrites. This allows for efficient inductive or microwave induced volumetric heating before and in an impregnation zone. Only the matrix material and not the sizing are heated. The cross-linking of the size takes place later and promotes / facilitates a melt impregnation. Induction heating by means of nanoferrites reduces energy costs and allows a higher flow rate than when using infrared radiation. The nanoparticles reduce the viscosity of the matrix melt so that it flows more easily, and facilitate the impregnation, in particular a sheathing of each individual filament of the reinforcing fibers.
Es ist eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei welcher zusätzlich oder alternativ zu der induktiven Erwärmung oder der Erwärmung mittels Mikrowellen eine Erwärmung mittels Infrarotstrahlung erfolgt. Weiterhin ist es möglich, dass die Schlichte mittels Erwärmung durch Infrarotstrahlung getrocknet wird.An embodiment of the method is possible in which, in addition or as an alternative to the inductive heating or the heating by means of microwaves, heating takes place by means of infrared radiation. Furthermore, it is possible that the sizing is dried by heating by infrared radiation.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das bandförmige Halbzeug hergestellt, indem eine Schicht von Verstärkungsfasern zwischen Schichten von Thermoplastfasern eingebettet wird. Dabei werden die einzelnen Faserbündel gespreizt und aufeinander gelegt, wobei sie über eine Walze geführt werden, mittels derer die Fasern mit einer flüssigen Schlichte versehen werden. Wichtig ist dabei, dass die Verstärkungsfasern mit Schlichte benetzt werden. Diese wirkt als Kleber, damit der Thermoplast später gut an der Oberfläche der Verstärkungsfasern haftet. Anschließend wird die Schlichte getrocknet. Dann wird der Matrixwerkstoff – nämlich die Thermoplastfasern – angeschmolzen. In einer sich anschließenden Pultrusionseinrichtung wird der Thermoplast aufgeschmolzen und anschließend abgekühlt und dabei fixiert, das heißt auf ein gewünschtes Maß gebracht. Dabei kann die Breite des bandförmigen Halbzeugs mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Es erfolgt dann vorzugsweise entweder eine Teilkonsolidierung oder eine vollständige Konsolidierung, wobei das auf diese Weise hergestellte, bandförmige Halbzeug bei einer Vollkonsolidierung steif ist und keine Lunker oder andere Defekte und Fehlstellen mehr enthält. Das fertige, bandförmige Halbzeug wird bevorzugt auf eine Spule aufgewickelt.In a preferred embodiment of the method, the band-shaped semi-finished product is produced by embedding a layer of reinforcing fibers between layers of thermoplastic fibers. In this case, the individual fiber bundles are spread and placed on each other, being guided over a roller, by means of which the fibers are provided with a liquid sizing. It is important that the reinforcing fibers are wetted with sizing. This acts as an adhesive so that the thermoplastic later adheres well to the surface of the reinforcing fibers. The sizing is then dried. Then the matrix material - namely the thermoplastic fibers - is melted. In a subsequent pultrusion device, the thermoplastic is melted and then cooled and thereby fixed, that is brought to a desired level. In this case, the width of the band-shaped semi-finished product can be adjusted with high accuracy. It is then preferably either a partial consolidation or a complete consolidation, the strip-shaped semifinished product produced in this way is rigid in a Vollkonsolidierung and contains no voids or other defects and defects more. The finished, band-shaped semi-finished product is preferably wound onto a spool.
Zur Erfindung gehört auch ein bandförmiges Halbzeug, das einen mehrschichtigen Aufbau mit asymmetrischer Verteilung von Verstärkungsfasern und Matrixmaterial aufweist, wobei es hergestellt ist durch Anordnen von wenigstens zwei Faserbündeln übereinander, sodass jedes Faserbündel eine Schicht bildet, wobei wenigstens eine erste Schicht aus Matrixfasern und wenigstens eine zweite Schicht aus Verstärkungsfasern besteht, wobei die Schichten miteinander zu dem bandförmigen Halbzeug verbunden sind. Besonders bevorzugt ist das bandförmige Halbzeug hergestellt gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele des Herstellungsverfahrens. Es verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The invention also includes a band-shaped semi-finished product having a multilayer construction with asymmetric distribution of reinforcing fibers and matrix material, made by arranging at least two fiber bundles one above the other so that each fiber bundle forms a layer, wherein at least a first layer of matrix fibers and at least one second layer consists of reinforcing fibers, wherein the layers are joined together to form the band-shaped semi-finished product. Particularly preferably, the band-shaped semi-finished product is produced according to one of the previously described embodiments of the manufacturing method. The advantages that have already been explained in connection with the method are realized.
Besonders bevorzugt wird für das bandförmige Halbzeug ein wenigstens dreischichtiger – insbesondere genau dreischichtiger – Aufbau, wobei – insbesondere vor einer Konsolidierung – gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zwei außenliegende Schichten aus Matrixfasern vorgesehen sind, wobei eine innenliegende Schicht aus Verstärkungsfasern vorgesehen ist, wobei gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zumindest zwei außenliegenden Schichten aus Verstärkungsfasern vorgesehen sind, wobei zumindest eine innenliegende Schicht aus Matrixfasern vorgesehen ist, und wobei gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ein mehrschichtiger, insbesondere mehr als dreischichtiger Aufbau mit einer abwechselnden Abfolge von Schichten aus Matrixfasern und Verstärkungsfasern vorgesehen ist.Particularly preferred for the band-shaped semi-finished product is an at least three-layered structure, in particular exactly three-layered, wherein two outer layers of matrix fibers are provided, in particular before consolidation, according to a first exemplary embodiment, wherein an inner layer of reinforcing fibers is provided, wherein according to a second embodiment Embodiment at least two outer layers of reinforcing fibers are provided, wherein at least one inner layer of matrix fibers is provided, and wherein according to a third embodiment, a multi-layer, in particular more than three-layer construction is provided with an alternating sequence of layers of matrix fibers and reinforcing fibers.
Das bandförmige Halbzeug zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer der zuvor erläuterten bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens bedingt ist.The band-shaped semifinished product is preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one method step of one of the previously explained preferred embodiments of the method.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Halbzeugs, welches Verstärkungsfasern und Matrixmaterial in asymmetrischer Verteilung aufweist, geschaffen wird, wobei die Vorrichtung eine Abwickeleinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Abwicklung von wenigstens einem Matrixfaserbündel und von wenigstens einem Verstärkungsfaserbündel. Die Vorrichtung weist eine Legeeinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Anordnung der Faserbündel in Schichten übereinander. Die Vorrichtung weist außerdem eine Pultrusionseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Matrixfasern zumindest teilweise aufzuschmelzen. Mithilfe der Pultrusionseinrichtung ist eine Teilkonsolidierung oder eine vollständige Konsolidierung des bandförmigen Halbzeugs möglich. Es ist aber auch möglich, die Pultrusionseinrichtung nicht zu verwenden und/oder nicht zu aktivieren beziehungsweise nicht zu heizen, sodass ein unkonsolidiertes, bandförmiges Faserhalbzeug gebildet wird. Es verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Vorrichtung die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by providing an apparatus for producing a band-shaped semifinished product, which comprises reinforcing fibers and matrix material in asymmetric distribution, wherein the apparatus has an unwinding device, which is arranged for unwinding at least one matrix fiber bundle and at least one reinforcing fiber bundle. The device has a laying device which is set up for arranging the fiber bundles in layers one above the other. The apparatus also includes a pultrusion device configured to at least partially reflow the matrix fibers. By means of the pultrusion device a partial consolidation or a complete consolidation of the band-shaped semi-finished product is possible. But it is also possible not to use the pultrusion device and / or not to activate or not to heat, so that an unconsolidated, strip-shaped semi-finished fiber is formed. In connection with the device, the advantages that have already been explained in connection with the method are realized.
Die Vorrichtung ist bevorzugt frei von einer Extrusionseinrichtung und insbesondere frei von einer Vorrichtung, mit der zusätzliches Matrixmaterial zu dem bandförmigen Halbzeug zugeführt werden könnte. Mithilfe der Vorrichtung wird also bevorzugt das Matrixmaterial vollständig über das wenigstens eine Matrixfaserbündel eingebracht. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Vorrichtung eine Extrusionseinrichtung aufweist, um – zumindest in geringem Umfang – zusätzliches Matrixmaterial zu dem bandförmigen Halbzeug zuzuführen. Dabei ist aber bevorzugt vorgesehen, dass eine Hauptmenge an Matrixmaterial durch das wenigstens eine Matrixfaserbündel eingebracht wird.The device is preferably free of an extrusion device and in particular free of a device with which additional matrix material could be supplied to the strip-shaped semifinished product. With the aid of the device, the matrix material is thus preferably introduced completely via the at least one matrix fiber bundle. Alternatively, however, it is also possible for the device to have an extrusion device in order to supply additional matrix material to the strip-shaped semifinished product, at least to a small extent. However, it is preferably provided that a major amount of matrix material is introduced through the at least one matrix fiber bundle.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist eine Abzugseinrichtung auf, mit welcher das aus der Pultrusionseinrichtung kommende, bandförmige Halbzeug abgezogen und – in Herstellrichtung und damit Längsrichtung desselben gesehen – durch die Vorrichtung und insbesondere durch die Pultrusionseinrichtung förderbar ist.A preferred embodiment of the device has a take-off device with which the belt-shaped semi-finished product coming from the pultrusion device is withdrawn and, viewed in the direction of production and thus the longitudinal direction thereof, can be conveyed through the device and in particular through the pultrusion device.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist eine Aufwickeleinrichtung auf, die eingerichtet ist, um das hergestellte, bandförmige Halbzeug aufzuwickeln. Dieses ist dann in besonders günstiger Weise transportierbar und/oder lagerbar.A preferred embodiment of the device has a take-up device, which is set up to wind up the strip-shaped semifinished product produced. This is then transported in a particularly favorable manner and / or storable.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist eine Spreizeinrichtung auf, die eingerichtet ist zum Einstellen einer Breite der Faserbündel. Bevorzugt ist jedem Faserbündel eine separate Spreizvorrichtung zugeordnet. Über die Breite der Faserbündel ist insbesondere auch eine Breite des bandförmigen Halbzeugs insgesamt einstellbar. Besonders bevorzugt wird für die Faserbündel eine Breite von mindestens 6 mm bis höchstens 16 mm, vorzugsweise von mindestens 8 mm bis höchstens 16 mm gewählt.A preferred embodiment of the device comprises a spreading device which is adapted to set a width of the fiber bundles. Preferably, each fiber bundle is assigned a separate spreading device. In particular, a width of the band-shaped semi-finished product is also adjustable over the width of the fiber bundles. Particularly preferably, a width of at least 6 mm to at most 16 mm, preferably from at least 8 mm to at most 16 mm, is selected for the fiber bundles.
Die Spreizeinrichtung weist bevorzugt eine Mehrzahl von Galetten auf, besonders bevorzugt eine mehrstufige, gegenläufige Galettenbahn. Dabei werden vorzugsweise beidseitig der Faserbündel je eine feststehende Galette und eine gegenüberliegende, bewegliche und vorzugsweise kraftgesteuerte Galette angeordnet. Vorzugsweise wird so ein regelbares Galettenpaar realisiert, welches zur Messung und/oder zur Einstellung der Faserbündelbreite und bevorzugt auch zur Verbesserung der Spreizung – insbesondere kraftgesteuert – regelbar ist. Dabei ist wenigstens ein Galettenpaar bevorzugt im Profil konvex oder konkav ausgebildet. Besonders bevorzugt wird in einem Galettenpaar eine konvexe Galette mit einer konkaven Galette gepaart.The spreading device preferably has a plurality of godets, particularly preferably a multi-stage, counter-rotating godet web. In this case, a fixed galette and an opposite, movable and preferably force-controlled galette are preferably arranged on both sides of the fiber bundles. Preferably, such a controllable godet pair is realized, which for measuring and / or for adjusting the fiber bundle width and preferably also for improving the spread - in particular force-controlled. In this case, at least one godet pair is preferably convex or concave in profile. Particularly preferably, in a pair of godets, a convex godet is paired with a concave godet.
Die Umfangsgeschwindigkeit der Galetten entspricht der Faserbündelgeschwindigkeit in der Vorrichtung. Die Faserbündelbreite und auch die Spreizung der Faserbündel wird eingestellt durch die von einem Galettenpaar ausgeübte Kraft und den Galettenquerschnitt des Galettenpaars.The peripheral speed of the godets corresponds to the fiber bundle speed in the device. The fiber bundle width and also the spread of the fiber bundles is set by the force exerted by a godet pair and the godet cross section of the godet pair.
Vorzugsweise werden die Faserbündel auch durch die Galettenbahn auf Spannung gehalten, wobei die Spannung besonders bevorzugt konstant geregelt ist. Dabei ist es möglich, durch eine abwechselnde Druckbelastung auf den einzelnen Galetten eine Vorimprägnierung oder Imprägnierung zu verbessern. Durch eine abwechselnde Druckbelastung auf den Galetten wird die Spreizung der Faserbündel verbessert.Preferably, the fiber bundles are also held by the godet web to tension, the voltage is particularly preferably controlled constant. It is possible to improve by an alternating pressure load on the individual godets a preimpregnation or impregnation. By an alternating pressure load on the godets, the spread of the fiber bundles is improved.
Besonders bevorzugt weist die Spreizeinrichtung eine Vielzahl gegenläufiger Galetten auf, die in geringem Abstand zueinander – entlang eines Faserbündels gesehen gegenüberliegend – angeordnet sind.Particularly preferably, the spreader has a plurality of opposing godets, which are arranged at a small distance from each other - viewed opposite to each other along a fiber bundle.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich durch eine Spleisseinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zum Trennen und Verbinden von Faserbündeln. Dabei können mittels der Spleisseinrichtung Faserbündel insbesondere knotenlos miteinander verbunden werden. Dies erfolgt bei Verwendung von mehreren Faserspulen bevorzugt so, dass nie mehrere Faserbündelstränge zur gleichen Zeit geteilt und neu verbunden werden, sondern zeitlich so versetzt, dass immer ausreichend Faserbündelstränge verfügbar sind, welche die Abzugskräfte aufnehmen können, wobei ein Abriss der Faserbündel verhindert wird. Die Vorrichtung wird also bevorzugt so betrieben, dass die verschiedenen Faserspulen, von den die Faserbündel abgewickelt werden, zu verschiedenen Zeiten leerlaufen und entsprechend zu verschiedenen Zeiten Faserbündel von leerlaufenden Spulen getrennt und mit Faserbündeln neuer Spulen verbunden werden. An embodiment of the device is also preferred, which is characterized by a splicing device which is set up for separating and connecting fiber bundles. In this case, fiber bundles can in particular be knotlessly interconnected by means of the splicing device. This is preferably done with the use of multiple fiber bobbins so that never more fiber bundles strands are divided and reconnected at the same time, but temporally offset so that always enough fiber bundle strands are available, which can absorb the withdrawal forces, with a tearing of the fiber bundles is prevented. The device is thus preferably operated so that the different fiber spools, from which the fiber bundles are unwound, idle at different times and, correspondingly at different times, separate fiber bundles from idle spools and connect them to fiber bundles of new spools.
Die Spleisseinrichtung ist bevorzugt eingerichtet zur knotenlosen Verbindung von Faserbündeln mittels Druckluft, mechanischer Verflechtung, Verklebung, oder Verschweißung, insbesondere mittels Ultraschall oder Laserstrahl.The splicing device is preferably set up for the knotless connection of fiber bundles by means of compressed air, mechanical interweaving, bonding, or welding, in particular by means of ultrasound or laser beam.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich durch eine Pultrusionseinrichtung auszeichnet, welche eine Heizeinrichtung aufweist, die eine Mikrowellenquelle und/oder eine Induktionseinrichtung aufweist. Die Pultrusionseinrichtung ist dann eingerichtet zur volumetrischen Erwärmung von Matrixfasern, welche eingebettete Nanoferrite aufweist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Heizeinrichtung wenigstens einen Infrarotstrahler aufweist.An embodiment of the device is also preferred, which is characterized by a pultrusion device which has a heating device which has a microwave source and / or an induction device. The pultrusion device is then adapted for volumetric heating of matrix fibers having embedded nanoferrites. Additionally or alternatively, it is possible that the heating device has at least one infrared radiator.
Die Pultrusionseinrichtung weist bevorzugt zur Verbesserung der Prozessstabilität eine Schwingungsanregungseinrichtung auf, sodass die Pultrusionseinrichtung und auch die Faserbündel oder das bandförmige Halbzeug zu Schwingungen angeregt werden können. Dies verringert die Haftung des bandförmigen Halbzeugs in der Pultrusionseinrichtung. Bevorzugt ist die Schwingungsanregungseinrichtung eingerichtet zur Ultraschallanregung der Pultrusionseinrichtung quer und/oder längs zur Prozessrichtung, mithin zur Abzugsrichtung des bandförmigen Halbzeugs.The pultrusion device preferably has a vibration excitation device for improving the process stability, so that the pultrusion device and also the fiber bundles or the band-shaped semi-finished product can be excited to vibrate. This reduces the adhesion of the band-shaped semifinished product in the pultrusion device. The vibration excitation device is preferably set up for ultrasound excitation of the pultrusion device transversely and / or longitudinally to the process direction, thus to the withdrawal direction of the band-shaped semifinished product.
Eine vollständige Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit Thermoplastschmelze bei der Pultrusion kann insbesondere folgendermaßen sichergestellt werden: Es ist möglich, die Filamente aufzuspreizen, um eine gute Durchdringung der Filamentschar zu erreichen, was insbesondere gut geeignet ist für viskose Imprägniermedien. Alternativ oder zusätzlich kann eine Durchdringung der Filamentschar durch einen hohen Mediendruck in der Pultrusionseinrichtung und/oder durch Steigerung des Mediendrucks von einem Eintritt hin zu einem Austritt der Pultrusionseinrichtung erreicht werden. Beim Durchlaufen einer im Querschnitt abnehmenden Pultrusionseinrichtung baut sich vom Eintritt bis zur engsten Stelle ein Mediumdruck auf, da das aufgeschmolzene Matrixmaterial von den Verstärkungsfasern mitgenommen wird. Durch diese Druckerhöhung wird Luft aus den Hohlräumen durch Matrixwerkstoff verdrängt und kann durch die Eintrittsöffnung entweichen. Auf diese Weise wird eine vollständige Imprägnierung der Verstärkungsfaserfilamente mit Matrixwerkstoff in der Pultrusionseinrichtung erzielt. Die Medientemperatur entspricht vorzugsweise einer Schmelzetemperatur in der Pultrusionseinrichtung. Um eine gute Fließfähigkeit, jedoch keine Schädigung des Matrixwerkstoffs zu erzielen, sind Medientemperaturen bei PA 6 bevorzugt von mindestens 260°C bis höchstens 280°C zu wählen, für PPA gelten bevorzugt Medientemperaturen, welche über 300°C liegen und sich an Empfehlungen zur Verarbeitung von PPA im Spritzgussverfahren orientieren. Eine gleichmäßige Benetzung aller Filamente kann vorzugsweise durch Aufschäumen des Matrixwerkstoffs begünstigt werden.A complete impregnation of the thermoplastic fiber reinforcement fibers in the pultrusion can be ensured in particular as follows: It is possible to spread the filaments in order to achieve a good penetration of the filament bundle, which is particularly suitable for viscous impregnation media. Alternatively or additionally, a penetration of the filament bundle can be achieved by a high media pressure in the pultrusion device and / or by increasing the media pressure from an inlet to an exit of the pultrusion device. When passing through a pultrusion device, which decreases in cross-section, a medium pressure builds up from the inlet to the narrowest point, since the molten matrix material is entrained by the reinforcing fibers. As a result of this pressure increase, air is forced out of the cavities by matrix material and can escape through the inlet opening. In this way, a complete impregnation of the reinforcing fiber filaments with matrix material is achieved in the pultrusion device. The medium temperature preferably corresponds to a melt temperature in the pultrusion device. In order to achieve good flowability, but no damage to the matrix material, it is preferable to select media temperatures of at least 260 ° C. to not more than 280 ° C. in the case of PA 6. For PPA, preference is given to media temperatures above 300 ° C. and recommendations for processing of PPA by injection molding. A uniform wetting of all filaments can preferably be promoted by foaming the matrix material.
Die Beschreibung des Herstellungsverfahrens einerseits sowie der Vorrichtung zur Herstellung des bandförmigen Halbzeugs andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Vorrichtung, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Vorrichtung bedingt ist. Die Vorrichtung zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens bedingt ist.The description of the manufacturing method on the one hand and the device for producing the band-shaped semi-finished product on the other hand are to be understood as complementary to each other. Features of the device that have been described explicitly or implicitly in connection with the manufacturing method are preferably individually or combined with each other features of a preferred embodiment of the device. 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. This is preferably characterized by at least one method step, which is due to at least one feature of the device. The device is preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one method step of a preferred embodiment of the production method.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Die Vorrichtung
Die Abwickeleinrichtung
Die Vorrichtung
Die Abwickeleinrichtung
Auf jeder der Faserspulen
Bei einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zur Herstellung des bandförmigen Halbzeugs
Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens weisen die erste Faserspule
Möglich ist auch ein mehrschichtiger Aufbau mit mehr als drei Schichten und insbesondere abwechselnder Abfolge von Schichten aus Matrixfasern und Verstärkungsfasern. Dabei wird insbesondere eine dritte Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher fünf Faserspulen übereinander angeordnet sind und entsprechend fünf Faserbündel von den Faserspulen abgewickelt werden. Dabei weisen zwei äußere Faserspulen vorzugsweise Verstärkungsfasern auf, wobei die Schichtfolge dann abwechselnd ein Verstärkungsfaserbündel, ein Matrixfaserbündel, ein Verstärkungsfaserbündel, ein Matrixfaserbündel und wieder ein Verstärkungsfaserbündel aufweist. Ein derartig gebildetes bandförmiges Halbzeug
Die Pultrusionseinrichtung
Die Vorrichtung
Es ist im Übrigen möglich, dass eine Mehrzahl identischer Faserbündel nebeneinander – insbesondere mit zumindest geringfügigem Überlapp – angeordnet wird, um breitere, insbesondere mehrfach breite Faserhalbzeuge herzustellen. Hierfür können entsprechende Faserspulen mit identischen Faserbündeln über- oder nebeneinander an der Abwickeleinrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Galettenbahn weist vorzugsweise – was in
In
In
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe der Vorrichtung und des Verfahrens in einfacher und zugleich hochflexibler Weise anforderungsgerechte, bandförmige Halbzeuge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHROEDER OBERLEIN PATENTANWALTS GMBH, DE Representative=s name: SCHROEDER OBERLEIN PATENTANWALTS UG (HAFTUNGSB, DE |
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