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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fertigteils, eine Anlage zum Herstellen eines Fertigteils und ein Fertigteil.
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Zur druckgesteuerten Herstellung von langen und endlosen Fertigteilen, bspw. von Endlossträngen, kann ein als EXJECTION
® Technologie (Internationale Marke 865 645) bezeichnetes und patentiertes Verfahren (
EP 1 804 996 B1 ) von Gottfried Steiner aus A-8724 Spielberg eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus einem Spritzgussprozess und einem Extrusionsprozess, wobei langgestreckte Fertigteile aus gefüllten und ungefüllten thermoplastischen Kunststoffmaterialien hergestellt werden, wobei bei einer Füllung mit Fasern aus thermoplastischem Kunststoffmaterial eine die Fasern umhüllende Matrix gebildet wird. Mit der EXJECTION
® Technologie ist auch die Herstellung von Endlossträngen möglich, wobei ein Prozess wie im Spritzgießverfahren bei vergleichsweise hohen Drücken druckgesteuert durchgeführt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 013 541 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs, wobei das Spritzgusswerkzeug ein erstes und ein zweites Werkzeugteil aufweist, welche eine Kavität zum endgültigen Formen des Formteils bilden, wobei das erste Werkzeugteil einen ersten Einspritzkanal und das zweite Werkzeugteil einen zweiten Einspritzkanal aufweist, die zum Einspritzen von fließfähigem thermoplastischem Kunststoffmaterial in die Kavität vorgesehen sind. Dabei weist das zweite Werkzeugteil eine Einspritzvorrichtung und einen mit fließfähigem thermoplastischem Kunststoffmaterial befüllbaren Dosierraum auf, wobei der zweite Einspritzkanal in den Dosierraum mündet. Die Einspritzvorrichtung ist dazu eingerichtet, in dem Dosierraum befindliches fließfähiges thermoplastisches Kunststoffmaterial über den zweiten Einspritzkanal in die Kavität einzuspritzen.
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Ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung faserverstärkter Kunststoff-Hohlprofile ist in der Druckschrift
EP 233 439 A1 beschrieben. Dabei werden um einen feststehenden Dorn eine Trennfolie, eine innere Gelcoat-Schicht und eine erste Fasermaterialschicht aufgebracht. Anschließend werden weitere Schichten aus Fasermaterial und flüssigem Kunststoff um die erste Fasermaterialschicht gelegt. Das Hohlprofil wird in einem Formwerkzeug kalibriert und artschließend erhitzt, so dass der Kunststoff aushärtet. Das ausgehärtete Hohlprofil wird mit einer Greifeinrichtung kontinuierlich vom Dorn abgezogen und schließlich abgelängt.
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Aus der Druckschrift
GB 1 350 298 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Plastikfertigteils bekannt.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren, eine Anlage und ein Fertigteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens, der Anlage und des Fertigteils gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen eines Fertigteils, in der Regel eines Bauteils, vorgesehen. Dabei werden als Ausgangsmaterial Fasern durch eine Imprägnierungseinrichtung transportiert. Der Imprägnierungseinrichtung ist mindestens eine Düse zugeordnet. Der mindestens einen Düse sind mindestens zwei Spritzaggregate zugeordnet. Von den mindestens zwei Spritzaggregaten wird zu der mindestens einen Düse alternierend bzw. abwechselnd schüttfähiges, in der Regel fließ- und/oder rieselfähiges, Polymermaterial als weiteres Ausgangsmaterial gefördert. Weiterhin wird das schüttfähige Polymermaterial von der mindestens einen Düse zu den durch die Imprägnierungseinrichtung transportierten Fasern gefördert. Dabei wird aus dem schüttfähigen Polymermaterial eine Matrix gebildet, in die die Fasern eingebettet werden, wodurch wiederum das Fertigteil, das auch als Halbzeug ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann, bereit- bzw. hergestellt wird.
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Üblicherweise ist das schüttfähige Polymermaterial flüssig, wenn es in der Imprägnierungseinrichtung unter Bildung der Matrix mit den Fasern verbunden wird. Dabei wird das schüttfähige Polymermaterial, sofern dieses nicht als Flüssigkeit vorliegt, durch Erhitzen oder eventuell durch ein Lösungsmittel verflüssigt.
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Das Polymermaterial bildet demnach die Matrix. Dieses Polymermaterial wird bspw. als Pulver oder Granulat bereitgestellt und durch Scherung und/oder Erwärmung, wodurch jeweils eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, in den Spritzaggregaten, die in Ausgestaltung jeweils einen Zylinder und eine Schnecke aufweisen, zu einer Schmelze aufgeschmolzen. Hierbei können als Polymermaterialien neben amorphen und teilkristallinen Thermoplasten auch Duroplaste oder reaktive Polymere als Werkstoff zur Bereitstellung der Matrix verwendet werden. Auch Elastomere (Gummi) sowie auch Multimaterialsysteme aus den genannten polymeren Werkstoffen sind als Matrix möglich. Die Matrixmaterialien können u. a. mit Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Mineralstoffen, gefüllt oder ungefüllt, eingesetzt werden. Bei einer Umhüllung der Fasern liegt das erhitzte Polymermaterial zum Bereitstellen der Matrix im viskosen und/oder flüssigen Aggregatzustand vor und kann so Faserbündel durchdringen. Der feste Aggregatzustand entsteht durch Abkühlung eines bspw. thermoplastisch verformbaren Polymermaterials, bei einer Vernetzung bei duroplastischem Polymermaterial oder bei einer Vulkanisation bei elastomerem Polymermaterial. Bei Gusspolyamid entsteht ein fester Aggregatzustand des Polymermaterials durch Polymerisation.
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Hierbei wird zu einem Zeitpunkt jeweils nur von einem der mindestens zwei Spritzaggregate schüttfähiges Polymermaterial zu der mindestens einen Düse gefördert. Somit wird die mindestens eine Düse und somit die Imprägnierungseinrichtung abwechselnd von je einem Spritzaggregat mit schüttfähigem Polymermaterial versorgt. Falls die mindestens eine Düse mit n Spritzaggregaten verbunden ist, wird während eines Förderzyklus mit einer Dauer T nacheinander während einer Zeitspanne T/n durch jeweils eines der n Spritzaggregate schüttfähiges und demnach fließ- und/oder rieselfähiges Polymermaterial zu den Fasern gefördert. Über die n Spritzaggregate wird ein kontinuierlicher Strom an schüttfähigem Polymermaterial bereitgestellt. Eine Reihenfolge, nach der die mindestens eine Düse durch die Spritzaggregate mit dem Polymermaterial versorgt wird, ist definierbar. In der Regel wird die mindestens eine Düse von den Spritzaggregaten nacheinander mit dem schüttfähigen Polymermaterial versorgt.
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Üblicherweise wird das schüttfähige Polymermaterial bei dem Verfahren extrudiert sowie spritzgegossen und unter Bildung einer die Fasern umhüllenden Matrix in die Fasern eingebettet, wobei das schüttfähige Polymermaterial die Fasern durchtränkt.
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Das schüttfähige Polymermaterial wird in Ausgestaltung als Schmelze bzw. Flüssigkeit gefördert. Alternativ wird das schüttfähige Polymermaterial als schüttfähiges und somit auch rieselfähiges Gemenge, bspw. als Pulver oder Granulat, gefördert, das vor einem Eintritt in die Imprägnierungseinrichtung erhitzt und geschmolzen wird. Falls das schüttfähige Polymermaterial in weiterer Ausgestaltung als Flüssigkeit gefördert wird, kann dieses bei Bedarf ebenfalls erhitzt werden. Falls das schüttfähige Polymermaterial als thermoplastisches, duroplastisches oder elastomeres Polymermaterial ausgebildet ist, ist dieses in Ausgestaltung zu erhitzen und/oder zu schmelzen. Das schüttfähige und somit auch rieselfähige oder fließfähige, Polymermaterial ist in der Regel viskos. Falls das schüttfähige Polymermaterial aus einem Gemenge aus einer großen Anzahl fester Partikel und somit als Pulver oder Granulat vorliegt, ist dieses rieselfähig und demnach auch schüttfähig sowie viskos. Die Imprägnierungseinrichtung umfasst in Ausgestaltung einen Kanal, durch den die Fasern transportiert werden. An einer Wandung des Kanals ist eine Öffnung der mindestens einen Düse angeordnet.
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Als Verfahrensparameter wird ein Druck des geförderten bzw. des zu der mindestens einen Düse zu fördernden schüttfähigen Polymermaterials kontrolliert. Neben dem Druck werden als Verfahrensparameter auch die Temperatur, der Volumenstrom, die Einwirkzeit und die Geschwindigkeit des geförderten, schüttfähigen Polymermaterials kontrolliert.
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Die Fasern werden in die Imprägnierungseinrichtung unidirektional und somit zueinander parallel angeordnet transportiert.
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Alternativ oder ergänzend werden die Fasern aufgespleißt bzw. vereinzelt.
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Weiterhin können die Fasern vor einem Eintritt in die Imprägnierungseinrichtung mit einer Schlichte versehen werden, wobei es sich dabei um eine Imprägnierungsflüssigkeit handelt, wodurch die Fasern vorbearbeitet werden.
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Mit dem Verfahren wird in der Regel ein bandförmiges Fertigteil hergestellt, das abhängig von einer Länge der Fasern als entsprechend langes, evtl. endloses Band ausgebildet sein kann.
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Das schüttfähige Polymermaterial ist bzw. wird erhitzt, bevor es in der Imprägnierungseinrichtung auf die Fasern aufgetragen bzw. appliziert wird und diese unter Bildung der Matrix ummantelt, durchtränkt, benetzt und/oder umhüllt. Danach wird eine dabei gebildete Verbindung aus den Fasern und der Matrix abgekühlt. Hierzu kann eine der Imprägnierungseinrichtung nachgeschaltete Nachbearbeitungseinrichtung, die hierfür mindestens ein Kühlmodul umfasst, verwendet werden, durch die die besagte Verbindung außerdem transportiert wird.
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Die erfindungsgemäße Anlage ist zum Herstellen eines Fertigteils ausgebildet und umfasst die Imprägnierungseinrichtung, mindestens eine Düse und mindestens zwei Spritzaggregate. Dabei ist der Imprägnierungseinrichtung die mindestens eine Düse zugeordnet. Der mindestens einen Düse sind die mindestens zwei Spritzaggregate zugeordnet. Mit der Anlage ist schüttfähiges Polymermaterial von den mindestens zwei Spritzaggregaten alternierend bzw. abwechselnd zu der mindestens einen Düse und von der mindestens einen Düse zu den durch die Imprägnierungseinrichtung zu transportierenden Fasern zu fördern. Dabei ist aus dem schüttfähigen Polymermaterial eine Matrix zu bilden, in die die Fasern einzubetten sind.
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In Ausgestaltung weist die Anlage mindestens eine Anordnung auf, die die mindestens zwei Spritzaggregate und demnach zumindest ein Paar Spritzaggregate umfasst. Dabei ist der mindestens einen Düse die mindestens eine Anordnung, die die Spritzaggregate umfasst, zugeordnet. Das schüttfähige Polymermaterial ist von den mindestens zwei Spritzaggregaten der mindestens einen Anordnung alternierend bzw. abwechselnd zu der mindestens einen Düse zu fördern. Außerdem umfasst die Imprägnierungseinrichtung einen Kanal, der von einer Wandung begrenzt ist. Die Fasern sind bei Durchführung des Verfahrens entlang einer Längsrichtung des Kanals durch diesen zu transportieren, wobei die Fasern bspw. durch den Kanal gezogen oder über eine Transporteinrichtung innerhalb des Kanals transportiert werden. An der Wandung des Kanals der Imprägnierungseinrichtung ist die mindestens eine Düse angeordnet, über die das von den mindestens zwei Spritzaggregaten alternierend geförderte schüttfähige Polymermaterial in den Kanal eingebracht wird.
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Die Anlage weist in Ausgestaltung mindestens ein Reservoir auf, in dem das schüttfähige Polymermaterial gelagert wird. Die mindestens eine Düse ist über die mindestens zwei Spritzaggregate mit dem mindestens einen Reservoir verbunden. Das schüttfähige Polymermaterial aus dem mindestens einen Reservoir ist über die mindestens zwei Spritzaggregate alternierend zu der mindestens einen Düse zu fördern. In Ausgestaltung weist die Anlage ein einziges Reservoir auf, das mit sämtlichen Spritzaggregaten verbunden ist. Falls die Anlage mehrere Reservoirs aufweist, ist üblicherweise jeweils ein Reservoir mit einem Spritzaggregat verbunden.
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In dem mindestens einen Reservoir der Anlage, das als Trichter, Behälter, Silo, Octabin oder Fass ausgebildet sein kann, liegt das bspw. als thermoplastisches Polymermaterial ausgebildete Polymermaterial, falls es als Pulver oder Granulat ausgebildet ist, rieselfähig vor. Falls das Polymermaterial bspw. als Gusspolyamid ausgebildet ist, ist es flüssig. Ausgangsstoffe für duroplastisches Polymermaterial sind ebenfalls Pulver oder Granulat, aber auch flüssige Komponenten. Die Ausgangsstoffe für elastomeres Polymermaterial sind Flüssigkeiten, u. a. Flüssigsilikon, Granulate oder Trockenmischungen als Walzfell oder Streifen.
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Weiterhin weist die Anlage mindestens ein Kontrollgerät auf, mit dem das vorgestellte Verfahren sowie die Anlage zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln sind. Dabei ist mit dem Kontrollgerät u. a. ein Druck des durch die mindestens zwei Spritzaggregate zu fördernden, schüttfähigen Polymermaterials einzustellen. In der Regel ist der Druck umso höher einzustellen, je viskoser bzw. zähflüssiger das schüttfähige Polymermaterial ist.
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In möglicher Ausgestaltung umfasst die Anlage mehrere Düsen, die über eine gemeinsame Zuleitung mit den mindestens zwei Spritzaggregaten verbunden ist. Dabei sind die mehreren Düsen senkrecht zu einer Richtung, in der die Fasern durch die Imprägnierungseinrichtung transportiert werden, bspw. senkrecht zu der Längsachse des Kanals, nebeneinander angeordnet. Durch eine Anzahl der Düsen ist u. a. eine Breite des Fertigteils zu beeinflussen.
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Außerdem ist möglich, dass die Anlage mindestens ein Mehrwegeventil mit mehreren Eingängen und einem Ausgang aufweist, wobei jeweils ein Eingang mit jeweils einem Spritzaggregat und der Ausgang mit der mindestens einen Düse verbunden ist. Bei einem Betrieb der Anlage ist über das Mehrwegeventil alternierend jeweils ein Spritzaggregat mit der mindestens einen Düse zu verbinden.
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In der Regel weist das Mehrwegeventil ein Gehäuse, das einen zylinderförmigen Innenraum umschließt, auf. An einem rohrförmigen Abschnitt bzw. einer kreisrunden Grundseite der Innenwandung sind jeweils Öffnungen der Eingänge angeordnet, wobei jeweils ein derartiger Eingang mit einem Spritzaggregat verbunden ist. An einer zylindrischen Mantelfläche der Innenwandung ist eine Öffnung für den Ausgang zu der mindestens einen Düse angeordnet. Innerhalb des Innenraums ist ein rotationssymmetrischer, in der Regel zylinderförmiger Schaltkörper angeordnet, der an einem Abschnitt seiner Außenwandung eine Ausnehmung aufweist. Bei Betrieb der Anlage ist der Schaltkörper mit einer definierbaren Frequenz innerhalb des Innenraums des Mehrwegeventils zu drehen. Dabei wird über das Mehrwegeventil lediglich aus jenem Spritzaggregat schüttfähiges Polymermaterial zu der mindestens einen Düse transportiert, dessen Ausgang jeweils der Ausnehmung des Schaltkörpers zugeordnet ist.
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Falls die Anlage mindestens ein Paar Spritzaggregate aufweist, ist möglich, dass die Anlage für jedes Paar Spritzaggregate ein Wechselventil mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, wobei jeweils ein Eingang mit einem Spritzaggregat eines jeweiligen Paars von Spritzaggregaten und der Ausgang mit der mindestens einen Düse verbunden ist. Bei einem Betrieb der Anlage ist über das Wechselventil alternierend jeweils ein Spritzaggregat mit der mindestens einen Düse zu verbinden. Ein derartiges als Wechselventil ausgebildetes Mehrwegeventil weist bspw. ein Gehäuse auf, das einen Innenraum mit jeweils einer Öffnung für einen der beiden Eingänge sowie einer Öffnung für den Ausgang umfasst. Ein Schaltkörper dieses Wechselventils oszilliert zwischen den beiden Öffnungen der beiden Eingänge hin und her und verschließt dabei jeweils eine Öffnung, wohingegen die andere der beiden Öffnungen jeweils geöffnet ist bzw. wird.
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Für die Anlage können unterschiedliche Bauarten von Mehrweg- und/oder Wechselventilen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien verwendet werden. Liegt das schüttfähige Polymermaterial als Schmelze bzw. Flüssigkeit vor, so sind u. a. Kugelventile, Nadelventile, Kolbenventile, Schieberventile und Klappenventile einsetzbar. Bei einer Auswahl und Auslegung eines Wechselventils sind Strömungsschatten im Schmelzekanal zu vermeiden.
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Der Schaltkörper innerhalb des Innenraums des bspw. als Wechselventil ausgebildeten Mehrwegeventils wird verschoben und oszilliert. Ein Mehrwegeventil mit einem Drehmechanismus ist ebenso denkbar.
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Das erfindungsgemäße Fertigteil ist durch das voranstehend vorgestellte Verfahren herzustellen. Alternativ oder ergänzend ist das Fertigteil mit der voranstehend vorgestellten Anlage herzustellen. Dieses Fertigteil, das auch als Bauteil ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann, ist bspw. als Komponente eines Kraftfahrzeugs zu verwenden bzw. einzusetzen.
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Das vorgestellte Verfahren zur Herstellung mindestens eines als Band bzw. Tape ausgebildeten Fertigteils aus Fasern, bspw. Endlosfasern, die in Ausgestaltung in einer polymeren Matrix aus thermoplastischem Polymermaterial bzw. Thermoplast eingebettet werden, beruht auf der EXJECTION®-Endlostechnologie von Gottfried Steiner. Hierbei wird das als Thermoplast vorliegende Polymermaterial in Kombination extrudiert und spritzgegossen bzw. extrusionsspritzgegossen. Bei einem Imprägnieren bzw. Einbetten der Fasern in dem Polymermaterial wird aus dem Polymermaterial die Matrix gebildet, die die Fasern umschließt und somit umfasst.
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Die Imprägnierungseinrichtung der Anlage zur Herstellung des üblicherweise bandförmigen, länglichen Fertigteils, in der Regel der Kanal, durch den die Fasern transportiert werden, wird mit einem kontinuierlichen Strom aus schüttfähigem Polymermaterial, das bspw. als flüssige Schmelze vorliegt, versorgt, wobei dieser Strom aus Polymermaterial durch die alternierend fördernden Spritzaggregate erzeugt wird, wobei nach Abkühlen und/oder Aushärten des schüttfähigen Polymermaterial die die Fasern umhüllende und verbindende Matrix gebildet wird. Dabei sind Druck, Temperatur und Zeit bei der Tränkung, Durchdringung, Ummantelung und/oder Benetzung der Endlosfasern, wie bei einem Spritzgießprozess, im Rahmen des Verfahrens einstellbar und regelbar. Das Verfahren ist gesteuert durchführbar. Dabei werden in der Imprägnierungseinrichtung, der die mindestens eine Düse mit den Spritzaggregaten zugeordnet ist, durch eine Gestaltung und Auslegung der Kanäle der Spritzaggregate Fließ- und Scherverhältnisse des schüttfähigen Polymermaterials, das zunächst bspw. als flüssige Polymerverbindung vorliegt, definiert eingestellt.
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Mit der Anlage und dem Verfahren wird ein deutlich vergrößertes Prozessfenster bereitgestellt, wobei Druck und Temperatur des schüttfähigen Polymermaterials und/oder der Fasern über eine längeren Zeitraum auf wenigstens einen definierten, üblicherweise konstanten Wert, bspw. einen definierten Verlauf des Werts, eingestellt werden können. Da mehrere Spritzaggregate eingesetzt werden, ist das Verfahren druckgesteuert. Für das Polymermaterial, das bspw. als hochviskose, flüssige und/oder thermoplastische Schmelze alternierend über die Spritzaggregate gefördert wird, wird im Vergleich zu bestehenden, konventionellen Imprägnierverfahren deutlich mehr Zeit, im Vergleich zum Kalandrieren oder Imprägnieren in einem Walzenspalt, und ein höherer Druck, im Vergleich zur Pultrusion, zur Extrusion oder zum Bandpressen für die Imprägnierung der Fasern bereitgestellt. Damit können die Fasern von dem Polymermaterial gut durchdrungen und ummantelt werden. Ein Fluss des Polymermaterials bzw. der Schmelze in Richtung eines Abzugs der Fasern erhöht eine Wirksamkeit von Verfahrens- bzw. Prozessparametern, die das Verfahren bzw. den Prozess beeinflussen.
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Weiterhin wird durch eine spezielle Konstruktion der mindestens einen Düse eine Trennung bzw. Separierung von Faserfilamenten erreicht.
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Mit dem Verfahren ist bspw. ein breites bandförmiges Fertigteil aus unterschiedlichen Polymermaterialen bzw. Werkstoffen und Endlosfasern durch Verwendung mindestens einer als Breitschlitzdüse ausgebildeten Düse mit geringen Dickentoleranzen herstellbar.
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Mit dem im Rahmen des Verfahrens herzustellenden Fertigteil, in der Regel einem Bauteil, aus Endlosfasern und des üblicherweise als Schmelze ausgebildeten Polymermaterials zur Bereitstellung der Matrix sind unterschiedliche Vorrichtungen, bspw. Komponenten eines Kraftfahrzeugs, zu verstärken. Die zur Verstärkung vorgesehenen Fasern werden dabei in einem In-Line-Prozess belastungsgerecht angeordnet. Für hohe mechanische Eigenschaften von Leichtbaustrukturen ist eine unidirektionale Anordnung der möglichst vollständig gestreckten Fasern im bandförmigen Fertigteil vorgesehen. Bei einer Weiterverarbeitung werden mehrere bandförmige Fertigteile durch Stapelung in verschiedenen Lagen gewickelt oder gepresst.
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Die hierbei aus dem schüttfähigen Polymermaterial gebildete Matrix für das bandförmige Fertigteil kann dabei auch aus duroplastischen Polymeren bestehen, die ebenfalls thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Zu den duroplastischen, reaktiven Polymeren zählen etwa Epoxidharze (EP), ungesättigte Polyesterharze (UP) oder Polyurethane (PUR). Als weitere thermoplastische Matrixwerkstoffe kommen Massenkunststoffe, wie Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE), technische Thermoplaste, wie Polyamid (PA), Polyester (PET, PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS) sowie auch Hochleistungsthermoplaste, wie Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI) oder Polyphenylensulfon (PPSU) zum Einsatz. Ein duroplastisches bandförmiges Fertigteil wird reaktiv verbunden und dabei ausgehärtet. Das bandförmige Fertigteil wird nach Plastifizierung des als Matrix verwendeten Polymermaterials verschweißt und/oder aufgeschmolzen sowie abgekühlt. Ein Fertigteil, das eine Matrix aus Gusspolyamid aufweist, ist aus Caprolactam reaktiv herzustellen und stellt im Ausgangszustand ein reaktives System dar, das auch nach der Polymerisation thermoplastisch ist.
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In Ausgestaltung sind Elastomere sowie auch Multimaterialsysteme aus den genannten polymeren Werkstoffen als Matrix einzusetzen. Das Polymermaterial zum Bereitstellen der Matrix kann u. a. mit Glasfasern, Kohlenstofffasern, Mineralstoffen gefüllt und ungefüllt eingesetzt werden.
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Als Endlosfasern sind Glasfasern, Kohlenstofffasern (C-Fasern), Synthesefasern, bspw. u. a. Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyacrylfasern, Cellulosefasern, Viscosefasern, Naturfasern, bspw. u. a. Baumwolle, Hanf oder Mischfasern aus unterschiedlichen Rohstoffen verwendbar. Für eine bessere Benetzung der Fasern mit dem Polymermaterial bzw. der Matrix und zur Haftung der Fasern auf und/oder in der Matrix werden die Fasern an der Oberfläche mit einer Schlichte als Haftvermittler bzw. Imprägnierungsflüssigkeit versehen. Typische Faserdicken betragen 7 μm bis 25 μm im Durchmesser. Für ein im Automobilbau oder Flugzeugbau einzusetzendes Fertigteil sind Fasergehalte von ca. 55 Vol.% bis 65 Vol.% innerhalb des Fertigteils üblich, allerdings sind je nach Anwendung höhere und geringere Fasergehalte einzustellen.
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Durch unterschiedliche geometrische Kombination des schüttfähigen Polymermaterials und der Fasern sind Eigenschaften des bandförmigen Fertigteils variabel einzustellen. Eine Breite des bandförmigen Fertigteils variiert in einem Bereich zwischen ca. 100 mm und 1000 mm, bspw. zwischen 300 mm und 500 mm, wobei die Breite durch eine Anzahl der beim Verfahren verwendeten Düsen beeinflusst wird. Bei einer typischen Dicke des bandförmigen Fertigteils von 100 μm bis 300 μm liegt eine Dickentoleranz jeweils bei +/– 50 μm je Lage des bandförmigen Fertigteils, was +/– 0,05 mm entspricht, woraus Dickenschwankungen am Fertigteil von bis zu +/– 20% resultieren können. Das neue Verfahren ermöglicht deutlich geringere Dickenschwankungen am Fertigteil im einstelligen Prozent-Bereich, was Dickentoleranzen von +/– 10 μm bis +/– 20 μm entspricht.
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Bei der Herstellung des bandförmigen Fertigteils werden in einem kontinuierlichen Prozess unidirektional ausgerichtete Fasern (Endlos-UD-Fasern) von einem Ablaufgatter mit Rovingspulen einer unidirektionalen Vorlageeinheit für die Fasern zugeführt, dort werden die Fasern in Faserfilamente aufgespleißt und nachfolgend in der Imprägnierungseinrichtung mit dem schüttfähigen Polymermaterial und somit der zunächst noch schüttfähigen Matrix imprägniert.
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In möglicher Ausgestaltung sind zur Erhöhung einer Stabilität des bandförmigen Fertigteils bei der Weiterverarbeitung ergänzend Schussfäden beizufügen. Außerdem ist ein Vorwärmen der Fasern möglich. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens wird das schüttfähige Polymermaterial und somit die zunächst noch schüttfähige, üblicherweise flüssige Matrix bspw. als Pulverimprägnierung, als Suspension oder als Schmelzbad eingebracht. Das schüttfähige Polymermaterial, bspw. eine aufbereitete Schmelze, wird über die Spritzaggregate, die über. die mindestens eine Düse an die Imprägnierungseinrichtung angekoppelt sind, zugeführt.
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Sofern ergänzend eine Pultrusion durchgeführt wird, werden die Fasern entlang der mindestens einen Düse durch die Imprägnierungseinrichtung gezogen, in die von den Spritzaggregaten abwechselnd durch die mindestens eine Düse das schüttfähige Polymermaterial gefördert, bspw. gespritzt oder gespült wird. Ein ergänzend durchführbares kontinuierliches Verpressen der Matrix und der Fasern wird durch Walzwerke (Kalandrieren) und/oder Bandpressen durchgeführt.
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Um die unidirektionale Ausrichtung der Fasern im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Fertigteils zu erhalten, werden die Fasern beim Transport durch die Anlage bis zu einem Aufrollen des bandförmigen Fertigteils in Ausgestaltung gespannt, wodurch auf die Fasern ein hoher Zug aufgebracht wird. In einem weiteren Schritt ist möglich, das aus den Fasern und der bspw. thermoplastischen Matrix hergestellte bandförmige Fertigteil vor einem Aufrollen unter die Schmelztemperatur der Matrix bzw. des Polymermaterials abzukühlen.
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Mit dem vorgestellten Verfahren sind Prozessparameter wie Druck, Zeit und Temperatur zu kontrollieren und demnach zu steuern und/oder zu regeln. Beim Imprägnieren werden die Fasern mit dem Polymermaterial, das über die Spritzaggregaten alternierend bzw. abwechselnd gefördert wird, getränkt und ummantelt, wobei jede Faser mit der dabei gebildeten Matrix umhüllt wird. Außerdem wird ein Druck, mit dem das Polymermaterial über die Spritzaggregate alternierend zu der mindestens einen Düse gefördert wird, in Abhängigkeit einer Viskosität des Polymermaterials eingestellt. Falls das Polymermaterial bspw. als thermoplastische Schmelze mit hoher Viskosität vorliegt, wird ein derartiges Polymermaterial bei der Herstellung des bandförmigen Fertigteils von den Spritzaggregaten unter hohem Druck zu der Düse und weiterhin zu der Imprägnierungseinrichtung gefördert. Falls alternativ ein dünnflüssiges Monomergemisch zur Bildung bzw. Bereitstellung des Polymermaterials verwendet wird, wird ein vergleichsweise geringer Druck eingestellt.
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Weiterhin ist möglich, zur Herstellung eines als Faserverbund-Fertigteil ausgebildeten Fertigteils in der Imprägnierungseinrichtung trockene Fasern mit dem schüttfähigen Polymermaterial direkt zu imprägnieren. In Ausgestaltung werden je nach Anforderung, die an das Fertigteil gestellt wird, als Fasern Kurzfasern, Stapelfasern oder Endlosfasern verwendet.
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In der Regel wird mit dem vorgestellten Verfahren ein funktionelles Fertigteil mit einer dreidimensionalen Geometrie durch alternierende Bereitstellung des Polymermaterials durch die Spritzaggregate kontinuierlich hergestellt. Außerdem sind mit dem Verfahren Fertigteile, die mehrere Lagen, bspw. zehn Lagen, Fasern umfassen und dennoch eine geringe Dickentoleranz aufweisen, maßgenau und in Serie herstellbar.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen des bandförmigen Fertigteils sind aufgrund der alternierenden Verwendung mehrere Spritzaggregate neben der Temperatur auch Druck und Zeit als Prozessparameter gut kontrollierbar und somit einstellbar und regelbar. Aufgrund der alternierenden Bereitstellung des Polymermaterials aus mehreren Spritzaggregaten bzw. über mehrere Spritzaggregate ist ein bedarfsgerechtes Prozessfenster für die Tränkung und Ummantelung der Fasern mit üblicherweise flüssigem und somit fließfähigem thermoplastischem Polymermaterial zu erreichen.
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Über die Spritzaggregate ist für das schüttfähige Polymermaterial im Rahmen des Verfahrens auch über eine längere Zeit ein konstanter Druck aufzubringen, der abhängig von der Viskosität des Polymermaterials und/oder vom Volumenstrom des Polymermaterials verfahrensbegleitend kontrolliert und demnach geregelt wird. Somit ist u. a. für thermoplastische Schmelzen eine ausreichende Durchdringung der Fasern beim Imprägnieren zu erreichen.
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Durch das bedarfsgerecht uneingeschränkt einstellbare Prozessfenster ist mit der Anlage zum Herstellen des bandförmigen Fertigteils auch mit hochviskosem, flüssigem thermoplastischem Polymermaterial eine gute Durchdringung und Benetzung der Fasern möglich. Durch gleichmäßige Verteilung des Drucks und eines Flusses der Schmelze quer zu einer Bewegungsrichtung der bspw. als Endlosfasern ausgebildeten Fasern kann eine seitliche Verschiebung der Fasern vermieden werden. Unabhängig davon können die Fasern bei deren Transport durch die Anlage ihrer Länge nach gezogen werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung Details einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage aus unterschiedlichen Perspektiven.
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2 zeigt in schematischer Darstellung Details einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage.
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3 zeigt in schematischer Darstellung Details einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für ein Wechselventil.
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5 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel für ein Wechselventil.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugsziffern bezeichnen dieselben Komponenten.
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Das Detail der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage 2, das in 1a und 1b aus zwei Perspektiven schematisch dargestellt ist, die zueinander um 90° gedreht sind, umfasst eine Imprägnierungseinrichtung 4 mit einem Kanal 5, dem hier mehrere, nämlich insgesamt acht Düsen 6 zugeordnet sind. Außerdem umfasst die Anlage 2 hier eine Anordnung aus zwei Spritzaggregaten 8, 10 die wiederum mit den Düsen 6 verbunden sind. Bei einem Betrieb der Anlage 2 ist vorgesehen, eine Vielzahl von Fasern 12 in einer in 1a durch einen Pfeil 14 angedeuteten Transportrichtung der Imprägnierungseinrichtung 4 zuzuführen. Demnach zeigt 1a das Detail der Anlage 2 parallel zu der Transportrichtung und 1b dasselbe Detail der Anlage senkrecht zu der durch den Pfeil 14 angedeuteten Transportrichtung.
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Die insgesamt acht Düsen 6 sind über eine gemeinsame als Schmelzekanal ausgebildete Zuleitung 16 miteinander verbunden. Diese Zuleitung 16 ist wiederum mit einem Ausgang 18 eines Wechselventils 20 verbunden. Dieses Wechselventil 20 umfasst weiterhin zwei Eingänge 22, 24, wobei ein erster Eingang 22 mit dem ersten Spritzaggregat 8 und ein zweiter Eingang 24 mit einem zweiten Spritzaggregat 10 verbunden ist. Diese beiden Spritzaggregate 8, 10 sind weiterhin mit einem Reservoir 26 verbunden, in dem schüttfähiges Polymermaterial gespeichert ist. Als weitere Komponente umfasst die Anlage 2 ein Kontrollgerät 30, mit dem ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Fertigteils 32 mit der Anlage 2 zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln ist.
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Bei einem Betrieb der Anlage 2 werden mehrere Fasern 12, die zueinander parallel angeordnet sind, in einer durch den Pfeil 14 angedeuteten Transportrichtung in die Imprägnierungseinrichtung 4, d. h. in und durch den Kanal 5 der Imprägnierungseinrichtung 4 transportiert. Außerdem ist vorgesehen, dass das schüttfähige Polymermaterial aus dem Reservoir 26 über die beiden Spritzaggregate 8, 10 und das Wechselventil 20 abwechselnd zu den Düsen 6 gefördert wird, wobei dieses schüttfähige Polymermaterial aus den Düsen 6 hier im flüssigen Aggregatzustand in den Kanal 5 der Imprägnierungseinrichtung 4 gefördert wird.
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Das aus den Düsen 6 austretende schüttfähige Polymermaterial wird somit zu den durch den Kanal 5 der Imprägnierungseinrichtung 4 transportierten Fasern 12 gefördert. Dabei wird das schüttfähige Polymermaterial mit den Fasern 12 vermengt, wobei die Fasern 12 mit dem schüttfähigen Polymermaterial imprägniert werden. Daraus resultiert, dass aus dem schüttfähigen Polymermaterial eine Matrix gebildet wird, die die Fasern 12 ummantelt bzw. in der die Fasern 12 eingebettet sind. Hierdurch wird weiterhin das herzustellende Fertigteil 32 gebildet, das nach einem Abkühlen durch eine Nachbearbeitungseinrichtung 34 der Anlage 2, die dem Kanal 5 der Imprägnierungseinrichtung 4 nachgeschaltet ist und mindestens ein Kühlmodel umfasst, aus der Anlage 2 heraus transportiert wird.
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Die Nachbearbeitungseinrichtung 34 in 1a ist zur Kühlung aber auch zur Intensivierung der Haftung zwischen Matrix und Fasern mittels physikalischer Effekte, etwa durch Ultraschall, durch Hochfrequenzwellen, durch Laserlicht, das auch pulsierend bereitzustellen ist, oder zur energetischen Anregung eines zuvor inerten und damit temperaturresistenten Haftvermittlers zwischen Matrix und Fasern ausgebildet. Hierzu weist die Nachbearbeitungseinrichtung mindestens ein weiteres physikalisches Anregungsmodul auf. Damit ist eine bessere Vereinzelung der Faserfilamente und somit bessere Durchdringung der Faserbündel zu bewirken.
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In der hier vorgestellten Ausführungsform der Anlage 2 wird ein Druck des schüttfähigen Polymermaterials, das durch die Spritzaggregate 8, 10 gefördert wird, durch das Kontrollgerät 30 kontrolliert sowie eingestellt, wobei ein Wert des Drucks abhängig von einer Viskosität des schüttfähigen Polymermaterials geregelt bzw. eingestellt wird.
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Ein Schaltkörper 36 des Wechselventils 20 wird bei Durchführung des Verfahrens alternierend entweder einer Öffnung des ersten Eingangs 22 oder einer Öffnung des zweiten Eingangs 24 des Wechselventils 20 zugeordnet. Falls der Schaltkörper 36 dem ersten Eingang 22 zugeordnet ist, wird dieser verschlossen, wohingegen der zweite Eingang 24 geöffnet ist. Bei dieser Stellung des Schaltkörpers 36 bzw. des Wechselventils 20 wird das schüttfähige Polymermaterial nur aus dem zweiten Spritzaggregat 10 über den zugeordneten zweiten Eingang 24 zu dem Ausgang 18 des Wechselventils 20, über die Zuleitung 16 zu den Düsen 6 und weiterhin zu den transportierten Fasern 12 gefördert. Falls der Schaltkörper 36 alternativ hierzu der Öffnung des zweiten Ausgangs 24 zugeordnet wird, wird dieser verschlossen. In diesem Fall wird das schüttfähige Polymermaterial lediglich über das erste Spritzaggregat 8, den ersten Eingang 22, den Ausgang 18, die Zuleitung 16 und die Düsen 6 zu den transportieren Fasern 12 gefördert.
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Das Wechselventil 20 umfasst einen zylindrischen Innenraum mit einem ersten Ende, das in die Öffnung des ersten Eingangs 22 mündet, und einem zweiten Ende, das in die Öffnung des zweiten Eingangs 24 mündet. In dem Innenraum des Wechselventils 20 ist der Schaltkörper 36 angeordnet, der beim Betrieb der Anlage 2 zwischen den beiden Enden des Innenraums bzw. Öffnungen der Eingänge 22, 24 hin und her oszilliert. Dabei wird der Schaltkörper 36 in Ausgestaltung von dem schüttfähigen Polymermaterial, das aus den beiden Spritzaggregaten 8, 10 über die Eingänge 22, 24 aus entgegengesetzten Richtungen in das Wechselventil 20 wechselseitig gefördert wird, angetrieben.
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Die hier vorgesehenen Schaltkörper 36 umfasst zylinderförmige Scheiben mit konischen bzw. kegelförmigen Dichtflächen an beiden Enden. Alternativ ist ein kugelförmiger Schaltkörper zu verwenden.
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Der Schaltkörper 36 wird im Wechselventil 20 durch einen Differenzdruck bewegt, da ein Spritzdruck des jeweils fördernden Spritzaggregats 8 bzw. 10 immer höher als jener des dosierenden Spritzaggregats 10 bzw. 8 ist. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen der Schaltkörper 36 im Wechselventil 20 geregelt bzw. gesteuert bewegt wird, um die Eingänge 22, 24 alternierend zu öffnen und zu verschließen, wodurch beim Schaltvorgang Druckschwankungen von einem Spritzaggregat 8, 10 zum jeweils anderen vermieden werden. Ein gleichmäßig hohes Niveau des Drucks verbessert die Qualität der Imprägnierung und damit die Eigenschaften des Fertigteils.
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Die in 2 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage 40 umfasst als Komponenten ein Ablaufgatter 42 eine Faservorlage 44, eine Imprägnierungseinrichtung 46 mit einem Kanal 47, ein als Kühlstrecke ausgebildetes Kühlmodul 48, einen Bandabzug 50, eine Wickeleinheit 52, ein erstes Spritzaggregat 54 sowie ein zweites Spritzaggregat 56. Weiterhin umfasst die Anlage 40 weitere Düsen, die der Imprägnierungseinrichtung 46 zugeordnet sind, die aber der besseren Übersichtlichkeit halber in 2 nicht weiter dargestellt sind. Diese Düsen sind über ein Wechselventil 57 mit den beiden Spritzaggregaten 54, 56 verbunden, die wiederum mit jeweils einem Reservoir 98, 100 für ein schüttfähiges Polymermaterial verbunden sind.
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Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Fasern 58 aus dem Ablaufgatter 42 zu der dem Ablaufgatter 42 nachgeschalteten Faservorlage 44 transportiert. Weiterhin werden diese Fasern 58 aus der Faservorlage 44 zu der. Imprägnierungseinrichtung 46, die der Faservorlage 44 nachgeschaltet ist, transportiert. Außerdem werden die Fasern 58 innerhalb des Kanals 47 der Imprägnierungseinrichtung 46 mit thermoplastischem schüttfähigem Polymermaterial imprägniert. Hierzu ist vorgesehen, dass das thermoplastische schüttfähige Polymermaterial aus dem Reservoir über die Spritzaggregate 54, 56 abwechselnd zu den Düsen und von den Düsen hier im flüssigen Aggregatzustand vorliegend zu den Fasern 58 gefördert wird. Dabei wird das thermoplastische schüttfähige Material abhängig von einer Stellung eines Schaltkörpers des Wechselventils 57 jeweils nur über eines der beiden Spritzaggregate 54, 58 zu den Düsen und somit auch zu den Fasern 58 transportiert.
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Durch Imprägnieren der Fasern 58 mit dem schüttfähigen Polymermaterial wird aus dem flüssigen, schüttfähigen Polymermaterial eine Matrix gebildet, die die Fasern 58 umhüllt. Ein hierbei gebildeter Verbundwerkstoff aus der Matrix und den Fasern 58 wird in dem Kühlmodul 48, das der Imprägnierungseinrichtung 46 nachgeschaltet ist, abgekühlt. Ein im Rahmen des Verfahrens hergestelltes bandförmiges Fertigteil 60 wird, nachdem es aus dem Kühlmodul 48 ausgetreten ist, durch den Bandabzug 50 transportiert und auf der Wickeleinheit 52 aufgewickelt.
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Die in 3 im Detail schematisch dargestellte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage 70 umfasst, wie die beiden voranstehend vorgestellten Anlagen 2, 40, ebenfalls ein erstes Spritzaggregat 72 und ein zweites Spritzaggregat 74. Jedes dieser beiden Spritzaggregate 72, 74 ist hier einerseits mit einem Reservoir 102, 104 für schüttfähiges Polymermaterial und andererseits über ein für beide Spritzaggregate 72, 74 gemeinsames Wechselventil 76 mit mehreren Düsen 78 verbunden, die wiederum mit einem Kanal 79 einer Imprägnierungseinrichtung 80 verbunden sind. Als weitere Komponenten umfasst diese dritte Ausführungsform der Anlage 70 eine Zulaufwalze 82, eine Transportwalze 84 sowie eine Ablaufwalze 86.
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Bei einem Betrieb der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage 70 werden in Richtung eines ersten Pfeils 88 Fasern 90 zu der Zugangswalze 82 transportiert. Von dieser Zugangswalze 82 werden die Fasern 90 nachfolgend zu der Transportwalze 84 transportiert, die sich bei Durchführung des Verfahrens, wie durch einen gebogenen Pfeil 92 angedeutet, in 3 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Fasern 90, die die Imprägnierungseinrichtung 80 erreichen, werden durch das schüttfähige Polymermaterial imprägniert. Dabei wird dieses schüttfähige Polymermaterial abwechselnd über die beiden Spritzaggregate 72, 74 und das Wechselventil 76 zu den Düsen 78 gefördert und ausgehend von diesen Düsen 78 weiterhin in den Kanal 79 der Imprägnierungseinrichtung 80 gefördert. Dabei wird aus dem hier im flüssigen Aggregatzustand vorliegenden, thermoplastischen schüttfähigen Polymermaterial eine Matrix gebildet, die die Faser 90 umhüllt, wobei ein bandförmiges Fertigteil 94 hergestellt wird. Dieses bandförmige Fertigteil 94 umläuft die Transportwalze 84 und wird weiterhin zu der Ausgangswalze 86 gefördert, wobei das Fertigteil 94 ausgehend von der Ausgangswalze 80 in Richtung eines zweiten Pfeils 96 transportiert wird und die Anlage 70 verlässt.
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In allen drei vorgestellten Ausführungsformen der Anlage 2, 40, 70, mit der eine jeweilige Ausführungsform des Verfahrens durchzuführen ist, werden die Fasern 12, 58, 90 jeweils in den Kanal 5, 47, 79 der Imprägnierungseinrichtung 4, 46, 80 transportiert. Das jeweils abwechselnd über die beiden Spritzaggregate 8, 10, 54, 56, 72, 74 und das jeweilige Wechselventil 20, 57, 76 zu den Düsen 6, 78, geförderte, hier flüssige schüttfähige Polymermaterial wird senkrecht zu einer Bewegung der Fasern in den Kanal 5, 47, 79 eingespritzt. Das hier jeweils als Schmelze vorliegende schüttfähige Polymermaterial wird den Düsen 6, 78 dabei seitlich zugeführt. Schmelzkanäle 16 sowie die Eingänge 22, 24 und Ausgänge 18 der jeweiligen Wechselventile 20, 57, 76 sind hier rheologisch ausgelegt.
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In Ausgestaltung ist möglich, im Rahmen des jeweiligen Verfahrens Bündel der Fasern 12, 58, 90 oszillierend zu verschieben, wobei eine dabei durchzuführende Verschiebung in einem begrenzten Bereich entlang nebeneinander angeordneter Düsen 6, 78 wirksam ist. Hierdurch werden Einzelfilamente aus den Bündeln der Fasern 12, 58, 90 aufgespleißt, nachdem Bündel bzw. Rovings bereits in einer Faservorlage 44 vereinzelt und aufgespleißt worden sind. Außerdem ist möglich, quer zu einer Richtung, in der die Fasern 12, 58, 90 transportiert werden, wechselnde Schubkräfte aufzubringen, wodurch ein Ummanteln der Fasern 12, 58, 90 bzw. von Faserfilamenten zu fördern ist, ohne hierbei eine unidirektionale bzw. gleichförmige Ausrichtung der Fasern 12, 58, 90 zu verschlechtern. Durch Ummanteln bzw. Umhüllen der Fasern 12, 58, 90 wird aus dem schüttfähigen bzw. flüssigen Polymermaterial eine Matrix gebildet, wobei wiederum das fertige Fertigteil 32, 60, 94 bereitgestellt wird, das den Kanal 5, 47, 79 der Imprägnierungseinrichtung 4, 46, 80 verlässt.
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Durch alternierende Förderung des thermoplastischen schüttfähigen Polymermaterials über die jeweiligen Spritzaggregate 8, 10, 54, 56, 72, 74 sowie die jeweiligen Wechselventile 20, 57, 76 wird ein kontinuierlicher Strom des schüttfähigen, als Schmelze vorliegenden Polymermaterials bereitgestellt. Hierbei wird das schüttfähige Polymermaterial jeweils über ein Spritzaggregat 8, 10, 54, 56, 72, 74 dosiert und durch das jeweils andere Spritzaggregat 8, 10, 54, 56, 72, 74 und das jeweilige Wechselventil 20, 57, 76 zu den Düsen 6, 78 transportiert und in den Kanal 5, 47, 79 eingespritzt. Durch eine Prozessregelung der Spitzaggregate 8, 10, 54, 56, 72, 74 wird auch ein Volumenstrom des durch die Spritzaggregate 8, 10, 54, 56, 72, 74 geförderten schüttfähigen Polymermaterials gesteuert. Dabei wird dieser Volumenstrom üblicherweise an eine Geschwindigkeit, mit der die Fasern 12, 58, 90 durch den Kanal 5, 47, 79 transportiert werden, angepasst. Ein Druck des schüttfähigen Polymermaterials wird von dem Kontrollgerät 30 u. a. in Abhängigkeit einer Viskosität des schüttfähigen Polymermaterials kontrolliert und somit eingestellt.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für ein als Wechselventil 106 ausgebildetes Mehrwegeventil. 5 zeigt ein zweites Beispiel für ein derartiges, als Wechselventil 108 ausgebildetes Mehrwegeventil. Beide Wechselventile 106, 108 sind, wie jeweils eines anhand einer der voranstehenden 1, 2, 3 vorgestellten Wechselventile 20, 57, 76, als Komponente einer erfindungsgemäßen Anlage 2, 40, 70 einsetzbar. Dabei weist jedes dieser Wechselventile 106, 108 einen ersten Eingang 110, 112, einen zweiten Eingang 114, 116 und einen Ausgang 118, 120 auf. Die beiden Eingänge 110, 112, 114, 116 sowie der Ausgang 118, 120 sind hier jeweils mit einem gemeinsamen, zylinder- bzw. rohrförmigen rotationssymmetrischen Innenraum 122, 124 verbunden, wobei jeweils ein Eingang 110, 112, 114, 116 in eine Öffnung mit zwei kreisförmigen Grundseiten des jeweiligen Innenraums 122, 124 mündet, wohingegen der Ausgang 118, 120 in eine Mantelfläche des Innenraums 122, 124 mündet. In dem Innenraum 122, 124 ist ein Schaltkörper 126, 128 beweglich angeordnet.
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Der Schaltkörper 126, 128 des Wechselventils 106, 108 oszilliert bei einem Betrieb der Anlage zwischen den Eingängen 110, 112, 114, 116 hin und her und verschließt dabei jeweils einen Eingang 110, 112, 114, 116, wohingegen der andere der beiden Eingänge 110, 112, 114, 116 jeweils geöffnet ist bzw. wird. Das schüttfähige Polymermaterial wird durch den jeweils geöffneten Eingang 110, 112, 114, 116 zu dem Ausgang 118, 120 gefördert.
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Der verschiebbare Schaltkörper 126, 128 wird im Wechselventil 106, 108 durch einen Differenzdruck bewegt, da ein Spritzdruck des jeweils fördernden Spritzaggregats immer höher ist als jener des dosierenden Spritzaggregats.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1804996 B1 [0002]
- DE 102010013541 A1 [0003]
- EP 233439 A1 [0004]
- GB 1350298 [0005]
