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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Faserverbundwerkstoff.
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Faser-Kunststoff-Verbunde werden zunehmend als Werkstoff in der fertigenden Industrie verwendet, um Bauteile aus Metall oder Kunststoffe zu ersetzen. Als Faserverbundwerkstoff werden insbesondere Verbundwerkstoffe bezeichnet, die aus einem Matrix-Werkstoff mit eingebetteten Fasern bestehen. Sinn dieses Verbundes ist die Ausnutzung der Steifigkeit und Festigkeiten der Fasern in Faserrichtung in Verbindung mit der Möglichkeit der Formgebung durch die Matrix. So geben die Fasern dem Faserverbundwerkstoff die Festigkeit und Steifigkeit, wobei die Fasern extrem dünn ausgebildet sein können.
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Durch die Faserrichtung der Fasern wird im Endeffekt auch eine vorteilhafte Belastungsrichtung eines Bauteils vorgegeben, da ein Faserverbundwerkstoff möglichst immer in Faserrichtung belastet werden soll, damit die wesentlichen Vorteile des Werkstoffs ausgenutzt werden können. Die Fasern in einem Faserverbundwerkstoff sind in der Regel Glasfasern, Kohlenstofffasern, Polymerfasern, Keramikfasern, Basaltfasern, Borfasern, Stahlfasern oder Naturfasern. Da die Faser selbst nicht formstabil ist, bedarf es des Matrix-Werkstoffes, der die Faser in Form hält. Die Faser ist hierbei möglichst gleichmäßig in die Matrix eingebettet. Es kommen üblicherweise folgende Matrix-Werkstoffe zum Einsatz: Kunststoff (Duromere, Elastomere, Thermoplaste), Zement und Beton, Metalle, Keramik oder Kohlenstoff (kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff, CFC).
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Hochbelastbare, dickwandige Hohlstrukturen werden aufwändig und üblicherweise mit einer duroplastischen Matrix hergestellt. Der Aspekt des Recyclings und günstige Werkstoffpreise machen jedoch eine Bauweise mit thermoplastischer Matrix attraktiv. Die Problematik der Thermoplaste liegt aber in der hohen Viskosität und der damit schwierigen Tränkung der Fasern begründet.
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Zur Herstellung faserverstärkter, thermoplastischer Hohlkörper ist eine Reihe von Verfahren bekannt. Das Verfahren der sogenannten Long-Fibre-Injection (LFI) ist ein Herstellungsverfahren für faserverstärkte Kunststoff-Bauteile. In der Regel werden als Verstärkungsfasern Glasfasern und als Matrixwerkstoff Polyurethan verwendet. Bei dem LFI-Prozess werden die Glasfasern von einem Roving (Rolle) gezogen und in einem Glasfaser-Schneidwerk in Einzelfasern zerschnitten. Die einzelnen Fasern werden dann in einem speziellen LFI-Mischkopf mit vorvermischten, insbesondere flüssigen Polyurethan benetzt und in die offene Kavität eines Werkezuges eingetragen. Die Verteilung des Polyurethan-Glasfasergemisches erfolgt in der Regel durch einen Industrie-Roboter, an dem der Mischkopf befestigt ist. Im nachfolgenden Prozessschritt wird das Polyurethan-Glasfasergemisch im Werkzeug unter Druck verpresst.
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Ein hierzu verwandtes Verfahren ist das NFI-Verfahren (Natur-Faser-Injektion), bei dem Naturfasern anstelle von Glasfasern verwendet werden.
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Bei dem RTM-Verfahren (RESIN Transfer Moulding) werden Verstärkungstextilien in ein Werkzeug eingelegt und danach mit einem flüssigen Harz-Härter-Gemisch unter Druck getränkt. Das Harz reagiert unter Wärme aus, wodurch ein fester Körper entsteht.
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Bekannt sind auch Spritzgieß-Sonderverfahren, bei denen das Montagespritzgießen mit der Fluid-Injektionstechnik im Spritzgießverfahren kombiniert wird. Hierbei werden vorgewärmte Gewebehalbzeuge durch den Schmelzdruck vorgeformt und im selben Zyklus mittels Fluid-Injektionstechnik weiter verformt und schließlich durch die Wärmeabfuhr konsolidiert. Nachteilig sind hier die hohen Kosten der Ausgangswerkstoffe sowie die mit dem Verfahren einhergehenden Beschränkungen hinsichtlich der realisierbaren Profilgeometrien.
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Bei dem zu dem Spritzgießverfahren ähnlichen GIT-BLOW-Verfahren wird ein mittels eines gewöhnlichen Spritzgießprozesses durch Gasinjektion erzeugter Hohlraum in einem zweiten Schritt aufgeblasen. Die Herstellung von komplex geformten Kunststoff-Hohlkörpern ist mit dieser Technologie allerdings vergleichsweise aufwändig, da hierbei verschiedene Komponenten zu einer Baugruppe zusammengefügt werden müssen.
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Weiterhin ist als Fertigungsverfahren die Pultrusion bekannt. Hierbei werden nebeneinanderliegende Verstärkungsfasern durch eine Pultrusionsdüse gezogen und dabei mit Kunstharz getränkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass nur eine Faserorientierung in Profillängsrichtung realisiert werden kann und die hergestellten Bauteile für höhere Torsions- und Innendruckbeanspruchungen ungeeignet sind.
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Ein für rohrförmige Bauteile geeignetes Fertigungsverfahren ist beispielsweise das sogenannte Wickelverfahren, wobei Fasern in einer sogenannten Tränkvorrichtung mit einem Harz getränkt und auf einen rotierenden Kern aufgewickelt werden. Bei der Ablage der Fasern auf den Kern stehen diese unter Spannung. Durch diese Faserspannung wird der für hohe Faservolumenanteile erforderliche Konsolidierungsdruck aufgebracht. Das Verfahren wird im Wesentlichen zur Herstellung von Bauteilen aus duroplastischen Kunststoffen verwendet. Es ist jedoch auch möglich, rohrförmige Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Wickelverfahren herzustellen. Hierbei werden Hybridfasern, die ein Gemisch aus Verstärkungsfasern und Fasern oder Fäden aus thermoplastischen Kunststoffen darstellen, auf einen Metallkern oder auf ein thermoplastisches Kernrohr aufgewickelt. Bei der Ablage des Fasergemisches werden die Thermoplastfasern aufgeschmolzen und eine Verschweißung der zugeführten thermoplastischen Fasern oder Fäden mit dem bereits auf dem Kern liegenden thermoplastischen Kunststoff erreicht. Hierzu ist es jedoch erforderlich, die benötigte Schmelzenergie während des Wickelvorgangs zuzuführen. Die thermoplastische Schmelze sollte dabei unter Druck erstarren. Die Konsolidierung erfolgt entweder durch die Fadenspannung oder mit Hilfe von geeigneten Andruckvorrichtungen.
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Nachteilig bei den bekannten Herstellungsverfahren ist, dass keine Bauteile mit einer exakt gleichmäßigen Wanddicke hergestellt werden können, die zudem noch über eine definierte Außenoberfläche verfügen. Außerdem werden die Endlosfasern beispielsweise bei einem Aufbringen eines Pressdrucks von außen gestaucht, so dass eine Welligkeit entsteht, die zur starken Minderung der Festigkeitswerte führt. Zudem sind nicht über die gesamte Wanddicke Endlosfasern einbringbar, so dass das Leichtbaupotenzial nicht vollständig ausgeschöpft werden kann. Weiterhin nachteilig ist, dass die bekannten Verfahren in der Regel zu Bauteilen führen, die eine Nachbearbeitung erfordern.
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Es wird demzufolge als eine Aufgabe der Erfindung angesehen, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem faserverstärkte Hohlkörper hergestellt werden können, die nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Faserverbundwerkstoff gelöst, wobei in einem Vorbereitungsschritt ein Ausgangsmaterial aus einem Faserverbundwerkstoff an eine innere Mantelfläche eines einen Hohlraum umgebenden Presswerkzeugs angelegt und anschließend eine Trennfolie aus einem hitzebeständigen Material auf dem in dem Presswerkzeug eingelegten Ausgangsmaterial angeordnet wird, wobei der Hohlraum des Presswerkzeugs an einer ersten Stirnseite mit einem eine mittige Deckelöffnung aufweisenden Deckel und an einer gegenüberliegenden Stirnseite mit einem eine mittige Bodenöffnung aufweisenden Boden verschlossen wird, wobei die Trennfolie so um eine vom Deckel zum Boden durch das Presswerkzeug verlaufende Verlagerungsachse angeordnet ist, dass die Trennfolie zwei sich längs der Verlagerungsachse erstreckende und in einer Umfangslinie überlappenden Randbereiche aufweist, wobei die Trennfolie in einem Festlegungsschritt an dem Deckel oder an dem Boden festgelegt wird, und wobei in einem nachfolgenden Formgebungsschritt ein Kern von dem Deckel aus längs der Verlagerungsachse bis zum Boden hin durch den Hohlraum des Presswerkzeugs eingeführt wird und dabei mit einem an einem vorderen Ende des Kerns angeordneten und sich aufweitenden Verdrängungsabschnitt das von der Trennfolie gegenüber dem Kern abgeschirmte erwärmte Ausgangsmaterial radial nach außen an die innere Mantelfläche des Presswerkzeugs anpresst, um dadurch eine Formgebung des aus dem erwärmten und verpressten Ausgangsmaterial hergestellten Formteils vorzugeben. Der Festlegungsschritt der Trennfolie kann dabei je nach Ausgestaltung des Presswerkzeugs vor, während oder nach dem Vorbereitungsschritt und dem Einlegen des Ausgangsmaterials in das Presswerkzeug erfolgen. Durch die Trennfolie, die zwischen dem Kern und dem Ausgangsmaterial angeordnet wird und während der Verlagerung des Kerns keine dem Kern gleichgerichtete Verlagerung relativ zu dem Ausgangsmaterial erfährt, wird vermieden, dass eine in dem Ausgangsmaterial vorgegebene Ausrichtung und Anordnung einzelner Fasern merklich verändert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Kern relativ zu dem Ausgangsmaterial zu verlagern, ohne dadurch die in dem Ausgangsmaterial vorgegebene Ausrichtung der Fasern in dem erwärmten und viskosen Ausgangsmaterial zu verändern oder zu zerstören.
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Durch den in den Hohlraum eingeführten Kern wird das erwärmte Ausgangsmaterial radial nach außen verpresst und die Fasergelege eher aufgeweitet als zusammengedrückt, was für die Festigkeit und die Belastbarkeit des derart hergestellten Formteils vorteilhaft ist, da so Ondulationen vermieden werden. Das Presswerkzeug und der darin eingeführte Kern können sowohl in axialer Richtung, bzw. in der Verlagerungsrichtung als auch radial, bzw. quer dazu Abmessungen in einem großen Bereich aufweisen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hohle Formteil mit verschiedenen Formgebungen und Abmessungen rasch und kostengünstig hergestellt werden können. Insbesondere können lange Rohre mit einem gleichbleibenden Durchmesser und einer gleichbleibenden Wanddicke aus einem Faserverbundmaterial gefertigt werden, wobei die Faserausrichtung und auch die Faserlänge in dem Formteil nahezu beliebig vorgegeben werden kann.
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Die Trennfolie weist vor dem Formgebungsschritt die sich in Verlagerungsrichtung erstreckenden überlappenden Randbereiche auf, so dass die Trennfolie bei der radialen Aufweitung, die durch den sich aufweitenden Verdrängungsabschnitt des Kerns bei dessen Einführung in den von der Trennfolie freigehaltenen Hohlraum bewirkt wird, unverändert das Ausgangsmaterial über einen Kernumfang hinweg bedeckt und eine Berührung des Ausgangsmaterials mit dem sich längs der Verlagerungsrichtung bewegenden Kerns verhindert. Die Abmessungen der Trennfolie können so vorgegeben sein, dass die durch den Verdrängungsabschnitt radial aufgeweitete Trennfolie den Kern vollständig und überlappungsfrei umgibt. Der Kern kann im Anschluss an den Verdrängungsabschnitt einen sich weit in axialer Richtung bzw. in Verlagerungsrichtung erstreckenden Formgebungsabschnitt mit einer gleichbleibenden Querschnittsfläche aufweisen. Auf diese Weise können hohle Formteile mit einem gleichbleibenden Durchmesser und mit einer gleichbleibenden Wanddicke in axialer Richtung hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem nachfolgenden Entnahmeschritt der Kern und die Trennfolie aus dem Presswerkzeug entnommen werden, um das abgekühlte Formteil, das aus dem erwärmten und verpressten Ausgangsmaterial hergestellt wurde, freizugeben. Der Kern und die Trennfolie können für nachfolgende Herstellungsprozesse von weiteren Formteilen wiederverwendet werden. Da nur die Trennfolie mit dem Ausgangsmaterial in Kontakt gekommen ist, muss lediglich die Trennfolie gegebenenfalls gesäubert werden.
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Um ein Entformen der Trennfolie von dem aushärtenden oder bereits vollständig ausgehärteten Formteil zu erleichtern ist vorgesehen, dass die Trennfolie auf einer dem Ausgangsmaterial zugewandten Außenseite mit einem Trennmittel beschichtet wird, bevor die Trennfolie in das Presswerkzeug eingebracht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Trennfolie auf einer dem Kern zugewandten Innenseite mit einem Gleitmittel beschichtet wird, bevor der Kern durch den Hohlraum des Presswerkzeugs geführt wird und dabei über die Innenseite der Trennfolie gleitet. Als Gleitmittel kann beispielsweise ein Teflonspray über der Trennfolie versprüht werden. Es ist ebenfalls möglich, dass ein pulverförmiges Gleitmittel wie beispielsweise ein Graphitpulver auf der Trennfolie oder auf dem Kern verteilt werden. Neben kurzfristig wirkenden Maßnahmen, die bei nachfolgenden Fertigungsprozessen wiederholt werden müssen, können die Trennfolie oder der Kern auch dauerhafte Beschichtungen mit den für die betreffende Kontaktfläche jeweils vorteilhaften Eigenschaften aufweisen.
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Um die für die Herstellung eines Formteils erforderliche Verfahrensdauer zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass der Kern temperiert wird, bevor oder während der Kern in den Hohlraum des Presswerkzeugs geführt wird. Der Kern kann beispielsweise vor dem Einführen in den Hohlraum in einer externen Kühleinrichtung gekühlt werden, so dass der gekühlte Kern während des Eindringens in den Hohlraum über die Berührungsfläche mit der Trennfolie dem verpressten Ausgangsmaterial Wärme entzieht und einen Aushärtevorgang des verpressten Ausgangsmaterials bis zur Fertigstellung des verpressten Formteils beschleunigt. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Kern eine interne Temperiereinrichtung aufweist, so dass der Kern während des Eindringens in den Hohlraum aktiv gekühlt werden kann. Auch eine Aufheizung des Kerns ist möglich und für einzelne Applikationen zweckmäßig. Die Temperiereinrichtung kann dabei gesteuert oder geregelt werden, beispielsweise in Kombination mit geeigneten Temperatursensoren, die an oder in dem Kern bzw. an oder in dem Presswerkzeug angeordnet sind und verwendet werden. Zudem kann es sinnvoll sein, über der Kernlänge den Kern unterschiedlich zu temperieren.
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Die Trennfolie muss während des Formgebungsschritts in dem Presswerkzeug fixiert sein, so dass die Trennfolie während des Eindringens des Kerns nicht längs der Verlagerungsrichtung des Kerns mitverlagert wird. Die Trennfolie kann zu diesem Zweck beispielsweise auf einem Umfangsrand um die Bodenöffnung aufstehen und dort abgestützt sein. Dies ist insbesondere bei ausreichend formstabilen Trennfolien ohne einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand möglich. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Trennfolie vor dem Formgebungsschritt an dem Deckel befestigt wird und während des Formgebungsschritts an dem Deckel festgelegt ist. Zu diesem Zweck kann an dem Deckel ein die Deckelöffnung umgebender Befestigungsring lösbar festgelegt werden, an dem eine sich durch den Hohlraum erstreckende, zylinderförmig gerollte Trennfolie befestigt sein kann. Die Trennfolie ragt dann durch die Deckelöffnung und durch den Hohlraum bis zum Boden. Da die Trennfolie am Deckel festgelegt ist, wird die Trennfolie während des Formgebungsschritts durch den in den Hohlraum eindringenden Kern auf Zug beansprucht. Es können deshalb auf flexible oder biegeelastische Trennfolien verwendet werden, die keinem großen Stauchdruck standhalten würden. Ein unerwünschtes welliges Verformen der Trennfolie, die vor einem vorderen Ende des Kerns zum Boden hin zusammengeschoben werden könnte, wird durch die Befestigung der Trennfolie am Deckel wirkungsvoll verhindert.
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Es hat sich gezeigt, dass eine Metallfolie, die als Trennfolie verwendet wird, besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweisen kann. Die Metallfolie ist bei einer geeigneten Materialwahl ausreichend formstabil und temperaturbeständig. Zudem lässt sich eine Metallfolie von den meisten Faserverbundmaterialien leicht lösen.
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Um eine möglichst passgenaue Formgebung und einen möglichst gleichmäßigen Konsolidierungsdruck, mit welchem das Ausgangsmaterial während des Aushärtens verpresst wird, während des Formgebungsschritts zu begünstigen, ist vorgesehen, dass der Kern mit einem vorderen Ende in die Bodenöffnung eingeführt wird und die Bodenöffnung dicht verschließt. Der Kern kann an seinem vorderen Ende einen an die Bodenöffnung angepassten Verschlussbereich aufweisen, der in die Bodenöffnung eindringen kann und dadurch einen umlaufenden Spalt zwischen der Bodenöffnung und dem Kern abdichtet. Der Verschlussbereich kann an einer Stirnseite des vorderen Endes des Kerns beispielsweise eine zylinderförmig oder kegelstumpfförmig vorspringende Ausformung aufweisen, deren Abmessungen an die Bodenöffnung angepasst sind.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem vorangehend beschriebenen Verfahren. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Presswerkzeug einen sich längs einer Verlagerungsachse erstreckenden Hohlraum aufweist, der längs der Verlagerungsachse von einer inneren Mantelfläche des Presswerkzeugs umgeben ist und der an einem ersten Ende des Hohlraums von einem Deckel und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende von einem Boden begrenzt wird, wobei der Deckel eine Deckelöffnung und der Boden eine Bodenöffnung aufweist und wobei die Deckelöffnung eine größere Fläche als die Bodenöffnung aufweist, und dass die Vorrichtung einen längs der Verlagerungsachse durch die Deckelöffnung hindurch bis zur Bodenöffnung in den Hohlraum einführbaren Kern aufweist, der an einem der Bodenöffnung zugewandten Ende einen sich radial aufweitenden Verdrängungsabschnitt aufweist, wobei die Deckelöffnung an eine Querschnittsfläche des Kerns angepasst ist, so dass ein Umfangsrand der Deckelöffnung in Umfangsrichtung eng an dem vollständig in den Hohlraum eingeführten Kern anliegt. Das Presswerkzeug kann einteilig mit dem Deckel und dem Boden ausgebildet oder dauerhaft mit dem Deckel oder Boden verbunden sein. Es ist ebenfalls möglich, den Boden und den Deckel jeweils lösbar auszugestalten und beispielsweise mit einem Schraubgewinde oder einem Bajonettanschluss mit dem die innere Mantelfläche des Hohlraums bildenden Abschnitt des Presswerkzeugs verbinden zu können.
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Das Presswerkzeug muss geöffnet werden können, um das beispielsweise bahnförmige oder streifenförmige Ausgangsmaterial aus einem Faserverbundmaterial einlegen zu können. Zu diesem Zweck kann das Presswerkzeug beispielsweise aus zwei Hälften zusammengesetzt sein. Die beiden halbringförmigen Hälften können längs einer parallel zu der Verlagerungsrichtung des Kerns verlaufenden Schwenkachse schwenkbar miteinander verbunden sein. Die Hälften können auch zunächst lose und offen sein, um anschließend zusammengesetzt und mit geeigneten Befestigungsmitteln druckfest miteinander verbunden zu werden. Es ist ebenfalls möglich, dass der Deckel und der Boden von dem Presswerkzeug gelöst werden können.
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Um die Trennfolie zuverlässig im Bereich des Deckels festlegen zu können ist es zweckmäßig, dass an dem Deckel ein die Deckelöffnung umgebender Befestigungsring lösbar festgelegt ist, an dem eine sich durch den Hohlraum erstreckende, zylinderförmig gerollte Trennfolie befestigt werden kann.
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Das Presswerkzeug weist in einem Matrizenbereich zwischen dem Deckel und dem Boden eine innere Mantelfläche auf, welche die Formgebung der Außenfläche des herzustellenden Formteils vorgibt. Die innere Mantelfläche des Presswerkzeugs kann beispielsweise zylinderförmig sein, um ein rohrförmiges Formteil mit einer zylinderförmigen Außenfläche herzustellen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die innere Mantelfläche keine kreisrunde Querschnittsfläche umgibt, sondern dass die innere Mantelfläche des Presswerkzeugs eine von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichende Formgebung aufweist und beispielsweise eine längs ihres Umfangs ovale, mehreckige oder abschnittsweise unterschiedlich gekrümmte Querschnittsfläche umgibt. Zusätzlich können einzelne Ausformungen oder Vertiefungen über die innere Mantelfläche verteilt ausgebildet sein.
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Es ist ebenfalls möglich, dass der Kern eine von einer rotationssymmetrischen Formgebung abweichende Formgebung aufweist. Auf diese Weise können hohle Formteile mit einer nahezu beliebigen Formgebung der äußeren Mantelfläche und der inneren Mantelfläche hergestellt werden. Auf diese Art und Weise können Formteile mit einer prismatischen Querschnittsfläche besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Kern und/oder das Presswerkzeug temperierbar sind. Zu diesem Zweck können beispielsweise in dem Presswerkzeug Heizeinrichtungen integriert sein, um das eingelegte Ausgangsmaterial rasch aufschmelzen zu können. Der Kern kann eine in den Kern integrierte Kühleinrichtung aufweisen, um den Kern während und nach dem Einführen in den mit dem erwärmten Ausgangsmaterial befüllten Hohlraum kühlen zu können und dadurch das Aushärten des verpressten Ausgangsmaterial zu dem gewünschten Formteil zu beschleunigen.
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Nachfolgend wird aus Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens näher erläutert, das exemplarisch in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
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1 eine schematische Schnittansicht längs einer Verlagerungsrichtung durch eine Vorrichtung zum Herstellen eines hohlen Formteils aus einem Faserverbundwerkstoff während der Herstellung eines hohlen Formteils,
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2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung längs der Linie II-II in 1, und
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3 eine weitere Schnittansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung längs der Linie III-III in 1.
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Eine in 1 während eines erfindungsgemäßen Herstellvorgangs eines hohlen Formteils dargestellte Vorrichtung 1 zur Herstellung des Formteils weist ein Presswerkzeug 2 mit einer zylindrischen inneren Mantelfläche 3 auf, die sich längs einer Verlagerungsachse 4 erstreckt und einen zylinderförmigen Hohlraum 5 umgibt. In dem Hohlraum 5 sind an die innere Mantelfläche 3 des Presswerkzeugs 2 mehrere Lagen eines Ausgangsmaterials 6 eines Faserverbundwerkstoffs angelegt. Das Ausgangsmaterial 6 kann beispielsweise aus mehreren vorgefertigten Prepregs bestehen, bei denen verstärkende Fasern mit einer vorgegebenen Ausrichtung in einem Matrixmaterial aus einem geeigneten Kunststoffmaterial eingebettet sind. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial sein.
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Das Presswerkzeug 2 ist mit einem Deckel 7 und mit einem Boden 8 verschlossen. Der Deckel 7 weist eine kreisrunde Deckelöffnung 9 und der Boden 8 weist eine ebenfalls kreisrunde Bodenöffnung 10 auf. Ein Durchmesser der Deckelöffnung 9 ist größer als ein Durchmesser der Bodenöffnung 10. An der Deckelöffnung 9 ist von außen ein die Deckelöffnung 9 umgebender Befestigungsring 11 lösbar festgelegt. An dem Befestigungsring 11 ist eine sich durch den Hohlraum 5 erstreckende, zylinderförmig gerollte Trennfolie 12 befestigt. Die Trennfolie 12 ist aus einem biegeelastischen Metallblech hergestellt und liegt mit einer Vorspannung an dem Ausgangsmaterial 6 an, so dass das Ausgangsmaterial 6 nach außen an die innere Mantelfläche 3 des Presswerkzeugs 2 gedrückt und dadurch in der gewünschten Anordnung gehalten wird.
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Während des Vorbereitungsschritts wird das Ausgangsmaterial 6 in das Presswerkzeug 2 eingelegt und die Trennfolie 12 eingebracht. Anschließend wird das Presswerkzeug 2 verschlossen und das Ausgangsmaterial 6 erwärmt, bis das Matrixmaterial des Ausgangsmaterials 6 aufschmilzt.
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Während eines nachfolgenden Formgebungsschritts wird ein über einen weiten Abschnitt hinweg zylinderförmiger Kern 13 durch die Deckelöffnung 9 hindurch in den Hohlraum 5 des Presswerkzeugs 2 eingeführt und längs der Verlagerungsachse 4 durch den Hohlraum 5 hindurchgepresst, wobei der Kern 13 mit seiner Außenfläche 14 über die Trennfolie 12 hinweggleitet, die sich relativ zu dem Ausgangsmaterial 6 nicht mit dem Kern 13 in dessen Verlagerungsrichtung mitbewegt, sondern das erwärmte und viskose Ausgangsmaterial 6 an die innere Mantelfläche 3 des Presswerkzeugs 2 andrückt.
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Der Kern 13 weist an seinem vorderen Ende 14 einen sich aufweitenden Verdrängungsabschnitt 15 auf, mit welchem die daran entlanggleitende Trennfolie 12 aufgeweitet und dabei radial nach außen gepresst wird. In 2 ist schematisch eine Schnittansicht quer zur Verlagerungsachse 4 gezeigt, wobei der Kern 13 noch nicht mit seinem Verdrängungsabschnitt 15 vorbeigeführt wurde, so dass die Trennfolie 12 noch nicht aufgeweitet wurde. Um auch nach der in 3 ebenfalls als Schnittansicht quer zur Verlagerungsachse 4 gezeigten Aufweitung durch den Verdrängungsabschnitt 15 das Ausgangsmaterial 6 vollständig bedecken und einen Kontakt des Kerns 13 mit dem aufgeschmolzenen Ausgangsmaterial 6 verhindern zu können weist die Trennfolie 12 längs der Verlagerungsachse 4 sich überlappende Randbereiche 16 auf, der in 2 erkennbar ist. Die Abmessungen der schematischen Abbildungen gemäß 1 bis 3 sind zur Verdeutlichung teilweise erheblich verzerrt bzw. verändert. Die überlappenden Randbereiche 16 können beispielsweise in Umfangsrichtung lediglich 2 mm oder weniger betragen. Auch der Verdrängungsabschnitt 15 kann eine deutlich geringere Querschnittsvergrößerung aufweisen. Die überlappenden Randbereiche 16 der Trennfolie 12 sind zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass die Trennfolie 12 nach der Aufweitung durch den Verdrängungsabschnitt 15 des Kerns 12 den Kernumfang vollständig, aber überlappungsfrei umgibt, wie es in 3 gezeigt ist.
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Der Kern 13 weist an seinem vorderen Ende 14 an seiner Stirnseite eine zylinderförmige vorspringende Ausformung 17 auf, deren Abmessungen an die Bodenöffnung 10 angepasst sind. Wenn der Kern 13 vollständig in das Auspresswerkzeug 2 eingeführt wird, dringt die vorspringende Ausformung 17 in die Bodenöffnung 10 ein und verschließt den Boden 8 der Vorrichtung 1. Der Befestigungsring 11 mit der daran befestigten Trennfolie 12 liegt eng an dem Kern 13 an und verschließt den Deckel 7. Auf diese Weise kann durch die radiale Aufweitung des in dem Presswerkzeug 2 angeordneten und erwärmten Ausgangsmaterials 6 mit einem hohen Konsolidierungsdruck ein verpresstes Formteil hergestellt werden, bei welchem die Ausrichtung der Fasern beliebig vorgegeben werden kann und durch den Formgebungsschritt außer der radialen Aufweitung nicht beeinflusst und verändert wird. Nach dem Aushärten können der Kern 13 und die Trennfolie 12 entnommen und das Formteil entformt werden.
