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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verformvorrichtung zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, aufweisend ein Formwerkzeug mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formoberfläche, die derart aneinander anordenbar sind, dass zwischen den Formoberflächen das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug dreidimensional verformbar ist gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, die Verformvorrichtung aufweisend ein Formwerkzeug mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formoberfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
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In der modernen Technik, insbesondere im Automobilbau, ist es bekannt, Faserverbundkunststoffbauteile einzusetzen. Um derartige Faserverbundkunststoffbauteile herzustellen wird insbesondere Fasermaterial mit einem Matrixmaterial getränkt. Die derartig erzeugten sogenannten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuge („Prepreg“) liegen zu diesem Zeitpunkt der Fertigung oftmals als flächige Gebilde, insbesondere beispielsweise als Matten vor. In einem weiteren Herstellungsschritt werden diese Matten durch eine oder mehrere Verformvorrichtungen dreidimensional verformt. Dies ist möglich, da das Matrixmaterial noch nicht ausgehärtet ist. Die Eigenschaften der Faserverbundkunststoffbauteile, insbesondere deren große Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht, können dadurch besonders vielseitig eingesetzt werden. Eine mögliche Verwendung von derartigen dreidimensional verformten Faserverbundkunststoffbauteilen ist beispielsweise eine Versteifung einer Blechsäule, mit der das vorgeformte und vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug verpresst wird. Eine derartige Säule aus einem Verbund aus Metall und einem Faserverbundkunststoffbauteil kann dadurch deutlich weniger massiv ausgestaltet werden.
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Als problematisch hat sich dabei herausgestellt, dass in einem derart dreidimensional verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug Lauflängenunterschiede der Fasern auftreten, die insbesondere zu Falten führen können. Die Lauflängenunterschiede sind dabei insbesondere durch den bei der Verformung auftretenden Übergang von einer flächigen, im Wesentlichen zweidimensionalen Ausformung in eine dreidimensionale Form bedingt. Durch derartige Falten im Material werden die Materialeigenschaften des hergestellten Faserverbundkunststoffbauteils deutlich verschlechtert. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass zum einen eine derartige Falte eine lokale Variation der Dicke des erzeugten Faserverbundkunststoffbauteils bedeutet, wobei zusätzlich durch die Falte Kanten mit kleinen Krümmungsradien erzeugt werden, wodurch eine Beeinträchtigung oder sogar eine Zerstörung der Faserstruktur auftreten können. Zum anderen treten derartige Falten unkontrolliert, insbesondere bezüglich einer Position der Falte am Faserverbundkunststoffbauteil, auf, wodurch die Reproduzierbarkeit von gleichmäßigen Ergebnissen bei der Herstellung von Faserverbundkunststoffbauteilen erschwert oder sogar gänzlich verhindert wird.
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Aus der
WO 2014 / 070 382 A1 und der
EP 2 596 942 A1 sind Verformvorrichtungen, die an einer Formoberfläche einen Ausgleichsabschnitt zum definierten Anordnen eines beim Verformen des Faserverbundhalbzeugs entstehenden Lauflängenunterschieds angeordnet haben, bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Verformvorrichtungen zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges bzw. bekannter Verfahren zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verformvorrichtung zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges sowie ein Verfahren zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Weise die Herstellung von Faserverbundkunststoffbauteilen verbessern, wobei insbesondere die Gefahr eines Bauteilmangels insbesondere durch eine Faltenbildung beim Vorverformen verringert wird.
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In einem ersten Aspekt der Erfindung wird die voranstehende Aufgabe gelöst durch eine Verformvorrichtung zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges gemäß dem unabhängigen Anspruch 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die in Bezug auf eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Verformvorrichtung zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, aufweisend ein Formwerkzeug mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formoberfläche, die derart aneinander anordenbar sind, dass zwischen den Formoberflächen das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug dreidimensional verformbar ist, wobei zumindest eine der Formoberflächen wenigstens einen Ausgleichsabschnitt zum definierten Anordnen eines beim Verformen im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug entstehenden Lauflängenunterschieds aufweist. Eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Ausgleichsabschnitt ein bewegliches Seitenelement angeordnet ist, wobei das Seitenelement zum Bewegen des angeordneten Lauflängenunterschieds aus dem zumindest einen Ausgleichsabschnitt ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung ist zum Verformen, insbesondere Vorverformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges ausgebildet. Ein vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug umfasst dabei zumeist insbesondere ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial, mit dem das Fasermaterial imprägniert ist und das noch nicht ausgehärtet ist. Derartige vorimprägnierte Faserverbundhalbzeuge liegen dabei oftmals in einer im Wesentlichen zweidimensionalen Form vor, beispielsweise als eine Matte. Durch das Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges kann dieses in eine dreidimensionale Gestalt gebracht werden, wobei Materialeigenschaften des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, insbesondere beispielsweise große Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht, auch in den hergestellten dreidimensionalen Werkstücken bereitgestellt werden können. Da dieser Verformung oftmals weitere Schritte im Herstellungsprozess folgen können, beispielsweise ein Verpressen mit einem Metallbauteil und/oder ein Aushärten des Matrixmaterials, wird sie gegebenenfalls als eine Vorverformung bezeichnet. Für das Verformen weist die Verformvorrichtung ein Formwerkzeug mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formoberfläche auf. Zwischen den Formoberflächen kann das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug angelegt werden und durch ein Anordnen der Formoberflächen aneinander kann dann eine Verformung des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges vorgenommen werden.
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Bei einer derartigen Verformung kann somit ein im Wesentlichen zweidimensionales vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug in eine dreidimensionale Gestalt verformt werden. Dabei kommt es zumeist zu Lauflängenunterschieden im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug, insbesondere im Fasermaterial des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass die Fasern des Fasermaterials ihre Länge beim Verformen nicht oder nur sehr wenig ändern, wodurch es insbesondere zu Bereichen im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kommen kann, in denen nach dem Verformen mehr Fasern des Fasermaterials angeordnet sind, als für diesen zur Ausbildung einer im Wesentlichen ebenen Form nötig sind. Eine Bildung von Falten in diesem Bereich kann die Folge sein. Derartige Falten verschlechtern die Materialeigenschaften des hergestellten Faserverbundkunststoffbauteils deutlich, da eine derartige Falte eine lokale Variation der Dicke des erzeugten Faserverbundkunststoffbauteils bedeutet. Zusätzlich können durch die Falte Kanten mit kleinen Krümmungsradien erzeugt werden, wodurch insbesondere beispielsweise bei einem anschließenden Pressvorgang eine Beeinträchtigung oder sogar eine Zerstörung der Faserstruktur auftreten können. Auch treten derartige Falten unkontrolliert, insbesondere bezüglich einer Position der Falte am Faserverbundkunststoffbauteil, auf, wodurch die Reproduzierbarkeit von gleichmäßigen Ergebnissen bei der Herstellung von Faserverbundkunststoffbauteilen erschwert oder sogar gänzlich verhindert wird.
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Erfindungsgemäß weist zumindest eine der Formoberflächen des Formwerkzeuges einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung einen Ausgleichsabschnitt auf. Ein Ausgleichsabschnitt kann dabei beispielsweise als eine insbesondere nutartige Vertiefung, Einbuchtung, Rippe und/oder Wölbung ausgebildet sein. Insbesondere wird durch den Ausgleichsabschnitt lokal eine Oberfläche des verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges vergrößert. Der Ausgleichsabschnitt kann dabei selbstverständlich bevorzugt in einem Abschnitt der Formoberfläche angeordnet sein, in dem ein Lauflängenunterschied wahrscheinlich auftreten wird. Ferner können selbstverständlich an der Formoberfläche mehrere, insbesondere auch räumlich voneinander getrennte Ausgleichsabschnitte vorgesehen sein. Durch einen derartigen Ausgleichsabschnitt ist ein definiertes Anordnen eines beim Verformen im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug entstehenden Lauflängenunterschieds möglich. Durch dieses definierte Anordnen kann ein unkontrolliertes Entstehen von Strukturen im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug, die durch den Lauflängenunterschied bedingt sind, verhindert oder zumindest deutlich eingeschränkt werden. Eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse des Verformvorgangs an einem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug durch eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung kann dadurch gesteigert werden. Darüber hinaus kann durch den Ausgleichsabschnitt, insbesondere durch die zusätzlich durch den Ausgleichsabschnitt erzeugte Oberfläche im dreidimensionalen vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug, der Lauflängenunterschied im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug ausgeglichen werden. Ein Entstehen von Falten im verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann dadurch verhindert werden. Eine Steigerung der Qualität des erzeugten, dreidimensional verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges kann dadurch ermöglicht werden. Insgesamt kann somit die Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils, das unter Verwendung eines in einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges erzeugt wird, verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist die Verformvorrichtung dahingehend ausgebildet, dass an zumindest einem Ausgleichsabschnitt ein bewegliches Seitenelement angeordnet ist, wobei das Seitenelement zum Bewegen des angeordneten Lauflängenunterschieds aus dem zumindest einen Ausgleichsabschnitt ausgebildet ist. Das Seitenelement kann dabei beispielsweise zum Einfahren in Wellentäler eines wellenförmig ausgestalteten Ausgleichsabschnitts ausgebildet sein. Während des Anordnens des Lauflängenunterschieds am Ausgleichsabschnitt beim Verformen ist das Seitenelement bevorzugt nicht in den Ausgleichsabschnitt eingefahren. Durch ein Bewegen des Seitenelements in den Ausgleichsabschnitt kann ein angeordneter Längenunterschied somit aus diesem Ausgleichsabschnitt heraus bewegt werden. Dies kann insbesondere beispielsweise bei einem späteren Verpressen mit einem Metallbauteil von Vorteil sein, da der Längenunterschied dadurch räumlich durch das Seitenelement noch besser fixierbar und darüber hinaus der Längenunterschied besser zwischen dem Seitenelement und dem Metallbauteil verpressbar ist.
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Auch kann bei einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung ferner vorgesehen sein, dass die erste Formoberfläche einen ersten Ausgleichsabschnitt und die zweite Formoberfläche einen zweiten Ausgleichsabschnitt aufweisen, wobei der erste und der zweite Ausgleichsabschnitt aneinander angepasst sind. Angepasst im Sinne der Erfindung umfasst dabei insbesondere, dass beispielsweise der erste Ausgleichsabschnitt eine Vertiefung in der ersten Formoberfläche und der zweite Ausgleichsabschnitt eine Wölbung an der zweiten Formoberfläche sind, wobei die Vertiefung und die Wölbung derart ausgebildet sind, dass sie ineinander greifen können. Ein Lauflängenunterschied im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann dadurch noch definierter angeordnet werden, da er beim Verformen von beiden Formoberflächen, insbesondere durch die aneinander angepassten Ausgleichsabschnitte der Formoberflächen, von beiden Seiten angeordnet werden kann. Eine nochmalige Steigerung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse des Verformvorgangs kann dadurch erreicht werden.
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Ferner kann eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass der Ausgleichsabschnitt zumindest teilweise wellenförmig ausgestaltet ist. Wellenförmig im Sinne der Erfindung bedeutet dabei insbesondere, dass der Ausgleichsabschnitt als eine Abfolge aus Vertiefungen und Wölbungen ausgebildet ist, bevorzugt aus nutartigen Vertiefungen und rippenartigen Wölbungen. Durch eine derartige wellenförmige Ausgestaltung ist es besonders einfach möglich, mehrere Ausgleichsabschnitte an einer Formoberfläche auszubilden. Die wellenförmige Ausgestaltung überträgt sich beim Verformvorgang auf das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug, dessen Lauflängenunterschied ebenfalls in einer wellenförmigen Form ausgeglichen wird. Die wellenförmige Form zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass sie keine Ecken und/oder scharfe Kanten aufweist. Eine derartige wellenförmige Form im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann somit insbesondere in einem späteren Pressvorgang besonders einfach und insbesondere ohne wesentliche Spuren beseitigt werden. Eine Steigerung der Qualität des erzeugten Faserverbundkunststoffbauteils kann somit erreicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass der wellenförmige Teil des Ausgleichsabschnitts als eine Sinuswelle oder zumindest im Wesentlichen als eine Sinuswelle ausgebildet ist. Eine derartige Sinuswelle stellt dabei eine besonders gleichmäßige und regelmäßige Wellenform dar. Der Lauflängenunterschied im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann durch einen sinuswellenförmigen Ausgleichsabschnitt somit ebenfalls besonders gleichmäßig und regelmäßig angeordnet und ausgeglichen werden. Das Ausgleichen kann dadurch nochmals verbessert werden.
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Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass die erste Formoberfläche zumindest abschnittsweise konvex und die zweite Formoberfläche zumindest abschnittsweise konkav ausgebildet sind, insbesondere dass die erste Formoberfläche als ein Stempel und die zweite Formoberfläche als eine Matrize ausgebildet sind. Insbesondere kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass der konvexe Abschnitt der ersten Formoberfläche zum Eingreifen in den konkaven Abschnitt der zweiten Formoberfläche ausgebildet ist. Ein dreidimensionales Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, das zwischen der ersten und der zweiten Formoberfläche angeordnet ist, kann dadurch besonders einfach ermöglicht werden.
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Bevorzugt kann ferner bei einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung vorgesehen sein, dass das Formwerkzeug eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges an einer der Formoberflächen aufweist. Eine Fixiervorrichtung gemäß der Erfindung kann dabei beispielsweise ein Positionierstift, ein Anlegeelement, ein Nadelgreifer, ein Niederhalteelement oder ähnliches sein. Durch eine derartige Fixiervorrichtung kann das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug bereits vor dem Verformen an einer der Formoberflächen räumlich fest angeordnet werden. Eine ungewollte Veränderung der relativen Position des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges zur Formoberfläche, beispielsweise durch ein Verrutschen oder Verschieben, kann dadurch sicher vermieden werden. Ein Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges in einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung kann dadurch nochmals verbessert werden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung kann eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass die Fixiervorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks, insbesondere durch eine Förderung eines Volumenstroms an Raumluft, ausgebildet ist. Durch den Unterdruck ist es möglich, das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug an die entsprechende Formoberfläche anzusaugen und dort zu fixieren. Ein derartiger Unterdruck kann dabei durch eine Förderung eines Volumenstroms, insbesondere eines Volumenstroms an Raumluft, besonders einfach erzeugt werden. Dabei kann der Volumenstrom insbesondere derart groß ausgebildet sein, dass auf zusätzliche Dichtungselemente verzichtet werden kann. Ein invasiver Eingriff in das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug, wie es beispielsweise bei einem Nadelgreifer erfolgt, oder spezielle Fixierabschnitte, wie sie beispielsweise bei Positionierelementen oftmals vorhanden sein müssen, können dadurch vermieden werden. Das durch eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung dreidimensional verformte vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug kann dadurch nochmals verbessert werden.
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Darüber hinaus kann bei einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine der Formoberflächen des Formwerkzeugs beheizbar ausgebildet ist. Bevorzugt kann die gesamte Formoberfläche beheizbar ausgebildet sein, beispielsweise durch ein elektrisches Heizelement. Besonders bevorzugt können dabei beide Formoberflächen beheizbar ausgebildet sein. Dadurch kann eine konstante oder zumindest im Wesentlichen konstante Temperatur bei der Verformung des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeugs bereitgestellt werden. Insbesondere bei Verformung eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges mit einem thermoplastischen Matrixmaterial kann dies vorteilhaft sein. Die Verformung kann durch die Beheizbarkeit bei gleichbleibenden Temperaturbedingungen durchgeführt werden. Eine Verbesserung der Qualität insbesondere hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Verformung kann dadurch erreicht werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Verformen eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, die Verformvorrichtung aufweisend ein Formwerkzeug mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formoberfläche, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Verformvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt wird. Sämtliche Vorteile einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, ergeben sich somit selbstverständlich auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das unter Verwendung einer derartigen Verformvorrichtung durchgeführt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Anlegen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges an eine der Formoberflächen,
- b) Anordnen der ersten Formoberfläche und der zweiten Formoberfläche aneinander,
- c) Dreidimensionales Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges zwischen der ersten und der zweiten Formoberfläche, wobei ein Lauflängenunterschied im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug durch einen Ausgleichsabschnitt zumindest einer der Formoberflächen definiert angeordnet wird.
- d) Herausbewegen eines Lauflängenunterschieds aus dem zumindest einen Ausgleichsabschnitt durch ein Bewegen eines beweglich angeordneten Seitenelements in den zumindest einen Ausgleichsabschnitt.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann somit ein vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug aus einer insbesondere im Wesentlichen zweidimensionalen Form in eine dreidimensionale Gestalt verformt werden. Die Ausgestaltungen der Formoberflächen des Formwerkzeuges der verwendeten Verformvorrichtung bestimmen dabei die Gestalt des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges nach der Verformung. Für die Durchführung der Verformung wird im Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug an eine der Formoberflächen angelegt. Dies kann beispielsweise manuell aber selbstverständlich auch durch eine insbesondere automatische Greifvorrichtung erfolgen. Das Anordnen der ersten Formoberfläche und der zweiten Formoberfläche im Schritt b) bewirkt, dass die Verformung des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges, das sich zwischen den beiden Formoberflächen befindet, beginnt. Bei einer derartigen Verformung kann ein im Wesentlichen zweidimensionales vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug in eine dreidimensionale Gestalt verformt werden. Dabei kommt es zumeist zu Lauflängenunterschieden im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug, insbesondere im Fasermaterial des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges. Erfindungswesentlich wird in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens das dreidimensionale Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges derart vorgenommen, dass ein derartiger Lauflängenunterschied im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug durch einen Ausgleichsabschnitt zumindest einer der Formoberflächen definiert angeordnet wird. Durch dieses definierte Anordnen kann ein unkontrolliertes Entstehen von Strukturen im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug, die durch den Lauflängenunterschied erzeugt werden, verhindert oder zumindest deutlich eingeschränkt werden. Eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse des Verformvorgangs an einem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug durch eine erfindungsgemäße Verformvorrichtung kann dadurch gesteigert werden. Darüber hinaus kann durch das definierte Anlegen des Lauflängenunterschieds durch einen Ausgleichsabschnitt dieser Lauflängenunterschied ausgeglichen werden. Ein Entstehen von Falten im verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann dadurch verhindert werden. Erfindungsgemäß wird in Schritt d) des Verfahrens ein Lauflängenunterschied aus dem zumindest einen Ausgleichsabschnitt durch ein Bewegen eines Seitenelements in den mindestens einen Ausgleichsabschnitt herausbewegt. Eine Steigerung der Qualität des erzeugten, dreidimensional verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges kann dadurch ermöglicht werden. Insgesamt kann somit die Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils, das unter Verwendung eines in einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges erzeugt wird, verbessert werden.
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Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass nach Schritt a) das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug an der Formoberfläche durch eine Fixiervorrichtung des Formwerkzeuges fixiert wird. Als eine Fixiervorrichtung kann dabei beispielsweise ein Positionierstift, ein Anlegeelement, ein Nadelgreifer, ein Niederhalteelement oder ähnliches verwendet werden. Durch ein derartiges Fixieren kann das vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug bereits vor dem Verformen in Schritt c) an einer der Formoberflächen räumlich fest angeordnet werden. Eine ungewollte Veränderung der relativen Position des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges zur Formoberfläche, beispielsweise durch ein Verrutschen oder Verschieben, kann dadurch sicher vermieden werden. Ein Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dadurch nochmals verbessert werden.
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Besonders bevorzugt kann in einer Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ferner vorgesehen sein, dass durch die Fixiervorrichtung zum Fixieren ein Unterdruck erzeugt wird. Durch die Erzeugung eines Unterdrucks ist es möglich, dass das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug an die entsprechende Formoberfläche angesaugt und dadurch dort fixiert wird. Ein derartiger Unterdruck kann dabei beispielsweise durch eine Förderung eines Volumenstroms, insbesondere eines Volumenstroms an Raumluft, besonders einfach erzeugt werden. Insbesondere ist bei einem Fixieren durch Unterdruck auch kein invasives Eingreifen in das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug nötig, wie es beispielsweise bei Verwendung eines Nadelgreifers erfolgt. Ein Fixieren des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges an der entsprechenden Formoberfläche kann dadurch besonders einfach und insbesondere ohne Beeinträchtigung auf das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug vorgenommen werden.
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Darüber hinaus kann in einer Weiterentwicklung ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass das Fixieren zumindest in einem Bereich eines Erstkontakts zwischen der Formoberfläche und dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug ausgeführt wird. Als Erstkontakt wird dabei gemäß der Erfindung insbesondere diejenige Region bezeichnet, in der sich das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug und die entsprechende Formoberfläche beim Anlegen in Schritt a) erstmalig berühren. Dadurch kann erreicht werden, dass insbesondere beginnend mit einem ersten Kontakt zwischen dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug und der Formoberfläche ein Fixieren vorgenommen werden kann. Eine besonders präzise Positionierung des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges in der Verformvorrichtung, insbesondere bereits von einem Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens an, kann dadurch ermöglicht werden.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass zwischen dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug und zumindest einer der Formoberflächen vor Schritt a) und/oder vor Schritt b) eine Trennfolie angeordnet wird. Selbstverständlich kann die Trennfolie dabei bevorzugt derart ausgestaltet sein, dass sie sich der jeweiligen Formoberfläche anpassen kann, um das Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges durch die Verformvorrichtung nicht zu behindern. Auch eine Behinderung einer möglichen Fixierung kann durch geeignete Wahl der Trennfolie vermieden werden. Durch eine derartige Trennfolie kann dabei insbesondere ein direkter Kontakt zwischen dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug und der entsprechenden Formoberfläche verhindert werden. Direkte und insbesondere unerwünschte Wechselwirkungen zwischen dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug und der Formoberfläche, beispielsweise ein Verschmutzen der Formoberfläche oder sogar ein Verkleben des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges mit der Formoberfläche, können dadurch erhindert werden. Durch Verwendung einer derartigen Trennfolie kann somit beispielsweise erreicht werden, dass die Formoberflächen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht oder nur sehr wenig verschmutzen. Ein erneutes Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem neuen vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug kann dadurch schnell und ohne unnötige Verzögerung durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
- 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren,
- 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung,
- 3 eine erste Ansicht einer Formoberfläche einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung, und
- 4 eine zweite Ansicht der Formoberfläche einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung 1 (nicht mit abgebildet) durchgeführt wird. Dabei wird in Schritt a) 100 ein vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug 10 (nicht mit abgebildet) an eine erste Formoberfläche 20 angelegt. Bei Vorhandensein einer Fixiervorrichtung 40 in der ersten Formoberfläche 20 kann das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug dabei selbstverständlich an der ersten Formoberfläche 20 fixiert werden, bevorzugt in einer Region eines Erstkontakts 12. Ein derartiges Fixieren kann ferner bevorzugt ein Fixieren durch Ansaugen bzw. durch einen Unterdruck sein, der durch Fördern eines Volumenstroms 41 (nicht mit abgebildet) beispielsweise an Raumluft erzeugt wird. Auch ein Anordnen einer Trennfolie 50 (nicht mit abgebildet) zwischen der ersten Formoberfläche 20 und dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 vor dem Anlegen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10 an der ersten Formoberfläche 20 ist denkbar. Durch eine derartige Trennfolie 50 kann dabei beispielsweise ein Verschmutzen der Formoberfläche 20 durch das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug beim Verformen verhindert werden.
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In Schritt b) 101 werden die erste 20 und eine zweite Formoberfläche 30 aneinander angeordnet. Das Anordnen erfolgt dabei derart, dass das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug 10 zwischen den Formoberflächen 20, 30 zu liegen kommt. Selbstverständlich ist es dabei ebenfalls möglich, dass vorher ein Anordnen einer Trennfolie 50 zwischen dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 und der zweiten Formoberfläche 30 vorgenommen wird.
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Durch das in Schritt b) 101 vorgenommene Anordnen der ersten Formoberfläche 20 und der zweiten Formoberfläche 30 aneinander beginnt das eigentliche Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10. Erfindungswesentlich ist dabei in den Schritten c) und d) 102 eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bei diesem Verformen ein Lauflängenunterschied 11 im vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 durch einen Ausgleichsabschnitt 22, 32 zumindest einer der Formoberflächen 20, 30 definiert angeordnet wird. Ein derartiger Ausgleichsabschnitt 22, 32 kann dabei beispielsweise eine Vertiefung und/oder eine Wölbung, insbesondere eine Nut und/oder eine Rippe, in der entsprechenden Formoberfläche 20, 30 sein. Bevorzugt kann ein Ausgleichsabschnitt 22, 32 wellenförmig, besonders bevorzugt sinuswellenförmig ausgebildet sein. Auch können beide Formoberflächen 20, 30 jeweils derartige Ausgleichsabschnitte 22, 32 aufweisen, die bevorzugt aneinander angepasst sind. Durch dieses definierte Anordnen des Lauflängenunterschieds 11 durch die Ausgleichsabschnitte 22, 32 kann der Lauflängenunterschied 11 insbesondere ausgeglichen werden. Des Weiteren wird durch ein Bewegen eines beweglich angeordneten Seitenelements 60 in den zumindest einen Ausgleichsabschnitt 22, 32 der Lauflängenunterschied 11 aus dem zumindest einen Ausgleichsabschnitt 22, 32 herausbewegt. Unkontrollierte Strukturen im verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10, insbesondere beispielsweise Falten, können dadurch vermieden werden. Eine Verbesserung der Qualität des erzeugten verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10, sowohl hinsichtlich einer gesteigerten Reproduzierbarkeit des Verformergebnisses als auch hinsichtlich der strukturellen Eigenschaften des hergestellten Bauteils, kann dadurch erreicht werden.
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In 2 ist eine Schnittansicht eines Formwerkzeuges 2 einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung 1 während der Schritte c) und d) 102 eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Eine erste Formoberfläche 20, die als Stempel 21 ausgebildet ist, ist dabei schematisch und nur teilweise detailliert abgebildet. Die erste Formoberfläche 20 weist eine Fixiervorrichtung 40 auf. Die Fixiervorrichtung 40 ist dabei zum Erzeugen eines Unterdrucks durch Förderung eines Volumenstroms 41 an Raumluft ausgebildet. Dadurch wird ein vorimprägniertes Faserverbundhalbzeug 10 angesaugt und in einer Region eines Erstkontakts 12 an der ersten Formoberfläche 20 fixiert. Zwischen der ersten Formoberfläche 20 und dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 ist eine Trennfolie 50 angeordnet. In der abgebildeten Ausgestaltungsform ist dabei diese Trennfolie 50 derart ausgebildet, dass zum einen ein direkter Kontakt zwischen der ersten Formoberfläche 20 und dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 verhindert wird aber gleichzeitig die Fixierung durch den Unterdruck, den die Fixiervorrichtung 40 erzeugt, nicht behindert wird. Eine zweite Formoberfläche 30 ist in dieser Ausgestaltungsform als Matrize 31 ausgebildet. Sie wird darüber hinaus durch ein Stahlprofil 51 gebildet, in das das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug in einem weiteren Herstellungsschritt verpresst werden kann. Durch die Verwendung des Stahlprofils 51 als zweite Formoberfläche 30 kann somit bei der Herstellung Zeit und somit Kosten eingespart werden. In einem Bereich, in dem sich beim Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10 Lauflängenunterschiede 11 ausbilden, weist insbesondere die zweite Formoberfläche 30 einen Ausgleichsabschnitt 32 auf. Die entsprechenden, angepassten Ausgleichsabschnitte 22 in der ersten Formoberfläche 20 sind nicht mit abgebildet. Durch diese Ausgleichsabschnitte 22, 32 ist es möglich, die Lauflängenunterschiede 11 definiert anzuordnen. Durch dieses definierte Anordnen des Lauflängenunterschieds 11 ist ein Ausgleichen des Lauflängenunterschieds 11 ermöglicht. Ein unkontrolliertes Auftreten von ungewollten Strukturen im verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10, insbesondere beispielsweise Falten, kann dadurch verhindert werden. Eine Verbesserung der Qualität des erzeugten verformten vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10, sowohl hinsichtlich einer gesteigerten Reproduzierbarkeit des Verformergebnisses als auch hinsichtlich der strukturellen Eigenschaften des hergestellten Bauteils, kann dadurch erreicht werden. Darüber hinaus weist die erste Formoberfläche 20 ein bewegliches Seitenelement 60 auf. Durch eine Bewegung 61 des Seitenelements 60 kann der im Ausgleichsabschnitt 22 angeordnete Lauflängenunterschied 11 an das Stahlprofil 51, das in der dargestellten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung 1 die zweite Formoberfläche 30 bildet, gepresst werden. Eine Fixierung des Lauflängenunterschieds 11 in Bezug auf das Stahlprofil 51 ist dadurch ermöglicht. Darüber hinaus kann auch im nachgeschalteten Herstellungsprozess der Lauflängenunterschied 11 zwischen dem Stahlprofil 51 und dem Seitenelement 60 verpresst werden. Ein verbessertes Verpressen des Stahlprofils 51 mit dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10 kann dadurch erreicht werden.
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Die 3, 4 zeigen verschiedene Ansichten einer Formoberfläche 20 eines Formwerkzeuges 2, das in einer erfindungsgemäßen Verformvorrichtung 1 verwendet wird. Die 3, 4 werden daher im Folgenden gemeinsam beschrieben. Die abgebildete erste Formoberfläche 20 ist insbesondere als ein Stempel 21 ausgebildet. Insbesondere in 3 ist ein Ausgleichsabschnitt 22 deutlich erkennbar, der als ein Teil der Formoberfläche 20 ausgebildet ist. Der Ausgleichsabschnitt 22 weist dabei eine zumindest abschnittsweise sinuswellenartige Struktur auf. Durch ein definiertes Anlegen eines Lauflängenunterschieds 11 eines vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10 (nicht mit abgebildet) kann der Lauflängenunterschied 11 ausgeglichen werden. Ein unkontrolliertes Auftreten von ungewollten Strukturen, insbesondere beispielsweise Falten, beim Verformen des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10 kann dadurch verhindert werden. Ferner weist das abgebildete Formwerkzeug 2 eine Fixiervorrichtung 40 auf, die insbesondere in 4 besonders deutlich als Öffnungen in der Formoberfläche 20 sichtbar ist. Durch diese Öffnungen kann die Fixiervorrichtung 40 einen Volumenstrom 41 (nicht mit abgebildet) an Raumluft ansaugen, und dadurch das vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug 10 an der Formoberfläche 20 durch den erzeugten Unterdruck fixieren, insbesondere in einer Region eines Erstkontakts 12 zwischen der Formoberfläche 20 und dem vorimprägnierten Faserverbundhalbzeug 10. Eine besonders gute und sichere Positionierung des vorimprägnierten Faserverbundhalbzeuges 10 in der erfindungsgemäßen Verformvorrichtung 1 kann dadurch durchgängig sichergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verformvorrichtung
- 2
- Formwerkzeug
- 10
- Faserverbundhalbzeug
- 11
- Lauflängenunterschied
- 12
- Erstkontakt
- 20
- Erste Formoberfläche
- 21
- Stempel
- 22
- Erster Ausgleichsabschnitt
- 30
- Zweite Formoberfläche
- 31
- Matrize
- 32
- Zweiter Ausgleichsabschnitt
- 40
- Fixiervorrichtung
- 41
- Volumenstrom
- 50
- Trennfolie
- 51
- Stahlprofil
- 60
- Seitenelement
- 61
- Bewegung des Seitenelements
- 100
- Schritt a)
- 101
- Schritt b)
- 102
- Schritte c) und d)
