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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements, bei dem Fasern bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche des Querschnitts des Elements verteilt sind, so dass interessierende Bereiche selektiv verstärkt werden.
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2. Beschreibung des verwandten Sachstandes
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Unter den herkömmlichen Techniken zum Bilden einer Struktur bzw. eines Aufbaus aus einem mit kontinuierlichen Fasern verstärkten Verbundwerkstoff mit einem definierten Querschnitt gibt es Imprägnierungsverfahren durch Eintauchen von Verstärkungsfasern in ein Flüssigharz oder zum Aufsprühen eines Harzes unter einem hohen Druck.
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Im Hinblick auf die Eigenschaften davon benötigt ein Verstärkungselement nicht eine gleichförmige Festigkeit überall. Jedoch ist es für herkömmliche Techniken schwierig selektiv interessierende Verstärkungsbereiche bereitzustellen, und zwar wegen der gleichförmigen Verteilung von Fasern in einem Formungsschritt.
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Wenn man vollständig das Problem mit herkömmlichen Techniken betrachtet, dann stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verstärkungselements aus einem Verbundwerkstoff bereit, welches für eine gegebene Bedingung zufriedenstellend ist, indem Freiräume zwischen Faserverstärkungen eingestellt werden, um die Faserverstärkungen bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche gemäß der Bereiche des Querschnitts des Elements zu verteilen, wodurch die Festigkeit eines Bereichs von Interesse (einem interessierenden Bereich) erhöht wird.
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Die Einzelheiten, die in dem Hintergrund der Erfindung beschrieben werden, sind nur zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung gedacht, sollten aber nicht als Stand der Technik anerkannt werden, der bereits für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements bereit, umfassend die folgenden Schritte: einen Imprägnierungsschritt zum Imprägnieren eines Harzes in Verstärkungsfasern, die aus einer Vielzahl von Spulengatterns gezogen werden; einen nicht-gleichförmigen Verteilungsschritt, bei dem die mit dem Harz imprägnieren Verstärkungsfasern durch eine Führung geführt werden, um Freiräume zwischen den Verstärkungsfasern in einer derartigen Weise einzustellen, dass die Verstärkungsfasern bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche gemäß der Bereiche des Querschnitts des Verbundverstärkungselements verteilt werden; einen Formungsschritt, bei dem die Verstärkungsfasern in eine Form aus der Führung gerichtet werden; und einen Aushärtungsschritt zum Aushärten des Harzes, das in die Verstärkungsfasern imprägniert ist, die sich aus der Form ergeben.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner, nach dem nicht-gleichförmigen Verteilungsschritt, den folgenden Schritt umfassen: einen Halb-Aushärtungsschritt zum Aushärten von 10–20 % des Harzes der Faser; und einen Ziehungsschritt zum Ziehen der Fasern.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren, nach dem Aushärtungsschritt, einen Verstärkungsschritt umfassen, bei dem eine Schicht aus einem Gewebe bzw. Stoff, gebildet aus Fasern, auf das halb-ausgehärtete Element aufgebracht wird.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren, nach dem Aushärtungsschritt, einen Verstärkungsschritt zum Schneiden des halb-ausgehärteten Elements in eine vorgegebene Größe in Übereinstimmung mit der Verwendung umfassen.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die Fasern, die aus den Spulengattern abgezogen werden, in der Zugfestigkeit voneinander.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Fasern, die aus Spulengattern entsprechend zu Bereichen gezogen sind, wo die Fasern bei einer hohen Dichte verteilt sind, in der Zugfestigkeit höher als diejenigen, die aus Spulengattern entsprechend zu Bereichen gezogen sind, wo Fasern bei einer niedrigen Dichte positioniert sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt davon stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements bereit, umfassend die folgenden Merkmale: eine Harz-Imprägnierungseinrichtung zum Imprägnieren eines Harzes in die Fasern hinein; eine Führung zum Einstellen von Freiräumen zwischen den Fasern, die dadurch gehen, um die Fasern bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche in Übereinstimmung mit Abschnitten des Querschnitts des Verstärkungselements zu verteilen; eine Form zum Formen von Hartz-imprägnierten Fasern; und eine Harz-Härtungseinrichtung zum Aushärten des Harzes der Verstärkungsfasern.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner umfassen: eine Halb-Aushärtungseinrichtung zum Aushärten von 10–20 % des Harzes der Fasern; und einen Ziehstein mit einem Auslass, der in der Größe kleiner als ein Eingang ist.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner eine Laminierungseinrichtung zum Aufbringen einer Schicht aus einem Gewebe, gebildet aus Fasern, auf dem Halb-ausgehärteten Element umfassen.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner ein Schneidemesser zum Schneiden des Halb-Produkts (Semi-Produkts) in eine Größe gemäß der Verwendung umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Ansicht von oben auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 einen Querschnitt eines Einlasses einer Führung, an die Fasern geführt werden, und einen Querschnitt der Führung, durch die die Fasern gehen;
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3 eine Form gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Ansicht eines selektiv verstärkten Verstärkungselements; und
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5 eine Ansicht, die die Verteilung der selektiv verstärkten Verstärkungselemente in einer A-Säule zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Funktionen von herkömmlichen Elementen und die ausführliche Beschreibung von Elementen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung verzerren, eine ausführliche Beschreibung von diesen Elementen weggelassen wird.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt davon adressiert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements, umfassend: einen Imprägnierungsschritt zum Imprägnieren eines Harzes in Verstärkungsfasern 110, die von einer Vielzahl von Spulengattern 100 gezogen werden; einen nicht-gleichförmigen Verteilungsschritt zum Durchführen der mit Hartz imprägnierten Verstärkungsfasern 110 durch eine Führung 400, um Freiräume zwischen den Verstärkungsfasern 110 in einer derartigen Weise einzustellen, dass die Verstärkungsfasern 110 bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche bzw. Gebiet gemäß der Bereiche des Querschnitts des Verbundverstärkungselements verteilt werden; einen Formungsschritt zum Richten der Verstärkungsfasern 110 in eine Form 700 aus der Führung 400; und Aushärten des Harzes, das in die Verstärkungsfasern 110, die von der Form 700 herauskommen, imprägniert ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Verbundstrukturelements, gekennzeichnet durch einen Prozess zum Imprägnieren eines Harzes in Fasern 100, die aus einer Vielzahl von Spulengatter 100 gezogen werden, Bilden der Fasern nach einer Formung des Verbundstrukturelements, und Aushärten des Harzes. Dieses Herstellungsverfahren ist vorteilhaft bei der Ausbildung und Herstellung eines strukturellen Elements, welches eine bestimmte Querschnittsform aufweist.
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Beispiele des Harzes, welches in die Fasern 110 hinein imprägniert wird, umfassen Epoxid, Polyester, Vinylester, und Polyamid.
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Die Führung 400 ist dafür ausgelegt, um Fasern zu verteilen. In dem nicht-gleichförmigen Verteilungsschritt werden die mit Hartz imprägnierten Fasern 110 nicht-gleichförmig positioniert, um so eine Faserdichte pro Fläche bzw. Gebiet des Querschnitts senkrecht zu der Faserführungsrichtung der Führung 400 in Übereinstimmung mit Bereichen über den Querschnitt unterschiedlich auszubilden, wodurch die Herstellung eines Verbundstrukturelements ermöglicht wird, bei dem die Fasern 110 lokal bei unterschiedlichen Dichten verteilt sind.
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Als Funktion zum Verbessern der Stabilität einer Struktur wird ein Verstärkungselement typischerweise auf eine Stelle der Struktur angewendet, die eine Festigkeit und Stärke als Folge der Konzentration von externen Aufschlägen darauf erfordert. Somit empfängt das Verstärkungselement auch die externen Stöße in Ausmaßen, die sich von einem Bereich des Elements zu einem anderen unterscheiden.
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Ein Verstärkungselement, welches durch einen herkömmlichen Ziehprozess hergestellt wird, weist Fasern 110 auf, die gleichförmig über den Querschnitt davon verteilt sind, und somit entsprechend mit Bereichen davon nicht selektiv verstärkt werden. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine Faserdichte pro Fläche bzw. Gebiet in Übereinstimmung mit Bereichen eingestellt werden, um einen Bereich des Interesses zu verstärken, was dadurch zu einem Verstärkungselement führt, welches hinsichtlich der Stabilität verbessert ist.
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Zusätzlich können weniger Fasern in Bereichen lokalisiert sein, die eine relativ geringe Festigkeit und Stärke erfordern. Somit kann eine gegebene Ressource effektiv verwendet werden, mit der sich ergebenden Reduktion der Produktionskosten.
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Unter Verwendung einer Form 700 mit einem vorgegebenen Querschnitt wird eine Vielzahl von Verstärkungsfasern 110 gebildet, sodass sie einen entsprechenden gewünschten Querschnitt aufweisen. Wenn zum Beispiel die Form 700 einen gekrümmten Querschnitt aufweist, werden die imprägnieren Fasern 110 in ein Element mit einem entsprechenden Querschnitt gebildet. Wenn Aufschläge auf dem gekrümmten Bereiche des Verstärkungselements konzentriert werden, sollten es so hergestellt werden, dass es eine hohe Dichte der Fasern an dem gekrümmten Bereich aufweist.
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Nach dem Formungsschritt wird das Harz, welches auf die Fasern 110 angewendet wird, ausgehärtet, um die Herstellung des Verbundstrukturelements abzuschließen. Die Aushärtung kann bei Raumtemperatur implementiert werden oder durch Verwendung einer Presse mit hoher Temperatur und hohem Druck. Im Hinblick auf die Produktivität ist die Verwendung der Presse mit hoher Temperatur und hohem Druck vorteilhaft.
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Der technische Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements bereitzustellen, welches durch Verteilen einer hohen Dichte von Fasern 110 an einem Bereich, der eine höhere Festigkeit und Stärke erfordert, lokal verstärkt ist´.
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Nach dem nicht-gleichförmigen Verteilungsschritt (ein Schritt für eine nicht-gleichförmige Verteilung) kann das Verfahren ferner einen halb-Aushärtungsschritt zum Aushärten des Harzes der Faser 110 um 10–20 %; und einen Ziehungsschritt zum Ziehen der Fasern 110 umfassen. Der Halb-Aushärtungsschritt und Ziehungsschritt können nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden. In dem Abschnitt für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung für den Fall durchgeführt, bei dem die Fasern halb-ausgehärtet sind, während sie gezogen und komprimiert werden.
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Zum Ziehen der mit Hartz imprägnieren Fasern 110 mit der Verwendung eines Ziehsteins 600 und einer Kompression der gezogenen Fasern, sollte die Imprägnierung von Harz und das Volumenverhältnis verbessert werden. Eine Voraussetzung für diese Verbesserung ist der Halb-Aushärtungsschritt für das Harz. Der Grund hierfür liegt darin, dass dann, wenn das in die Vielzahl von Fasern 110 imprägniert Harz zu einem gewissen Ausmaß nicht ausgehärtet ist, es höchstwahrscheinlich ist, dass es aufgrund seiner geringen Viskosität während des Durchgangs durch den Ziehstein 600 im in dem Ziehungsschritt fließt.
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In dem Halb-Aushärtungsschritt wird die Auswertung vorzugsweise auf ein Ausmaß von 10–20 % ausgeführt. Wenn zum Beispiel der Aushärtungsgrad unter 10 % ist, dann ist es wahrscheinlich, dass das Harz während des Ziehungsprozesses entfernt wird. Wenn andererseits der Aushärtungsgrad 20 % übersteigt, wird die Formbarkeit so schlecht, dass es schwierig ist, den Querschnitt in eine gewünschte Form auszubilden. Bei einem Aushärtungsgrad von 20 % oder weniger, kann zudem das Harz auf der Stoffschicht durch eine Umformung, die aus Verstärkungsfasern gebildet ist, neu geformt und durch eine neue Erwärmung ausgebildet werden.
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Eine Kontrolle bzw. Steuerung der Temperatur des Harzes während des Halb-Aushärtungsschritts wird so ausgeführt, dass das in die Vielzahl von Verstärkungsfasern imprägnierte Harz auf einer niedrigen Viskosität vor dem Ausbildungsschritt gehalten wird. Für ein Epoxidharz mit einer Aushärtungstemperatur von weit über 180 °C wird beispielsweise die Temperatur, bei der der Halb-Aushärtungsschritt ausgeführt wird, auf ungefähr 80–85 % Celsius eingestellt, um die Viskosität des Harzes bei einem niedrigen Grad aufrechtzuerhalten, sodass die Formbarkeit des Harzes garantiert wird. Die Temperatur, die gesteuert werden soll, verändert sich in Abhängigkeit von der Art des Harzes.
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In dem Ziehstein wird die Temperatur angehoben und kontrolliert bzw. gesteuert. Bei der angehobenen Temperatur wird das Harz in der Viskosität gering und wird komprimiert, wenn es sich in Richtung auf den Auslass der Ziehsteine bewegt, weil der Ziehstein sich in den Auslass hinein verengt. In diesem Verlauf kann die Entfernung der Faserverteilungsführung die Ausbildung von Lehrstellen und Spalten in dem Produkt vermeiden. Nach dem Ziehungsschritt, d.h. unmittelbar vor dem Ausbildungsschritt, wird die Temperatur gesteuert, um die Viskosität des in die Vielzahl von Verstärkungsfasern bei einem gegebenen Grad imprägnieren Harzes aufrechtzuerhalten, wodurch die Formbarkeit der Vielzahl der Verstärkungsfasern maximiert wird.
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Um einen Aushärtungsgrad von 10–20 % zu erreichen, sollte zunächst eine Aushärtungsgeschwindigkeit pro Stunde unter einer bestimmten Bedingung gemessen werden. Gemäß der Messung wird die Aushärtungsrate der Vielzahl von Verstärkungsfasern 110 in dem Ziehungsschritt abgeschätzt, und dann wird der Aushärtungsbereich, der für einen Aushärtungsgrad von 10–20 % erforderlich ist, vorzugsweise eingestellt.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Träger, bei dem eine Schicht aus einem Stoff, der aus Zusatzfasern gebildet ist, vollständig über der Oberfläche der Verstärkungsfasern oder lokal auf der Oberfläche eines zu verstärkenden Abschnitts aufgebracht ist, zwischen dem Ziehungsschritt und dem Formungsschritt erhalten werden. Der Träger kann auf verschiedene Autoteile angewendet werden, wie beispielsweise einen FEM (Frontend-Modul) Träger, einen Stoßstangenträger, einen Türanschlagträger, usw.
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Nach dem Aushärtungsschritt kann das Verfahren ferner einen Verstärkungsschritt umfassen, bei dem eine Schicht aus einem Stoff, der aus Fasern gebildet ist, auf dem halb-ausgehärteten Element aufgebracht wird.
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Wenn die Stoffschicht aufgebracht ist, wird das Verstärkungselement, welches aus dem Harz und den Fasern 110 gebildet ist, eine weiter verbesserte Festigkeit und Stärke aufweisen. Der Stoff bzw. das Gewebe kann vollständig über die Oberfläche des halb-ausgehärteten Elements oder lokal auf der Oberfläche eines zu verstärkenden Abschnitts aufgebracht sein.
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Nach dem Aushärtungsschritt kann das Verfahren ferner einen Verarbeitungsschritt zum Schneiden des halb-ausgehärteten Elements in eine vorgegebene Größe in Abhängigkeit von der Verwendung umfassen.
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Sämtliche so hervorgebrachten Halb-Produkte (Semi-Produkte) weisen den gleichen Querschnitt auf, weil sie über die gleiche Form 700 gebildet sind. Wenn die Halb-Produkte länger als das abschließende Verbundverstärkungselement sind, können sie in eine Vielzahl von Verbundverstärkungselementen mit dem gleichen Querschnitt, unter Verwendung einer Klinge 900, geschnitten werden.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sich die Fasern 110, die von den Spulengattern 100 gezogen werden, zueinander in der Zugfestigkeit unterscheiden.
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Verstärkungsfasern, die von Spulengattern 100 entsprechend zu Bereichen gezogen werden, wo die Verstärkungsfasern bei einer hohen Dichte verteilt werden, sind hinsichtlich der Zugfestigkeit stärker als diejenigen sind, die von Spulengattern 100 entsprechend von Bereichen gezogen werden, wo die Verstärkungsfasern 100 bei einer niedrigen Dichte positioniert sind.
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Karbonfasern weisen eine höhere Zugfestigkeit auf, sind aber teurer als Glasfasern. Zur Herstellung eines funktionell guten Verbundverstärkungselements bei geringen Kosten ist die Verwendung von Verstärkungsfasern 110, die billig sind, aber eine niedrige Festigkeit aufweisen, in einem Bereich, der eine relativ niedrige Zugfestigkeit erfordert, und die Verwendung von Verstärkungsfasern, die relativ teuer sind, aber eine hohe Festigkeit aufweisen, in einem Bereich, der eine relativ hohe Zugfestigkeit erfordert, effizient.
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Wenn ein Verstärkungselement in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt, hergestellt wird, kann es selektiv in einer derartigen Weise verstärkt werden, dass Karbonfasern für 60–70 % des Volumens der zentralen und gegenüberliegenden End-(schwarzen)Bereichen verantwortlich sind, die hohe mechanische Eigenschaften erfordern, und für 40–50 % des Volumens der gekrümmten Bereiche (Schlitz-Linien), während die anderen Bereiche (gepunktet), die relativ geringe Eigenschaften erfordern, aus Glasfasern gebildet sind.
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Wie in 5 gezeigt können die Verstärkungselemente in einer A-Säule verteilt sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verbundverstärkungselement selektiv verstärkt, wo die Verstärkungsfasern bei einer hohen Dichte in einem Bereich verteilt werden, in dem hohe physikalische Eigenschaften gefordert werden, und bei einer niedrigen Dichte in einem Bereich, der relativ geringe physikalische Eigenschaften erfordert.
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Wenn ferner Verstärkungsfasern 110, die von den Spulengattern 110 entsprechend zu Bereichen zurückgezogen werden, die die Verteilung von Fasern bei einer hohen Dichtigkeit pro Fläche erfordern, so eingestellt werden, dass sie eine größere Zugfestigkeit als diejenigen aufweisen, die von Spulengattern 100 entsprechend zu einem Bereich gezogen werden, der die Verteilung von Fasern bei einer niedrigen Dichte pro Fläche (pro Gebiet) erfordern, kann eine selektive Verstärkung in Übereinstimmung mit Bereichen hervorgebracht werden.
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Wenn Glasfasern als Verstärkungsfasern 110 in einem Abschnitt verwendet werden, der in Kontakt mit einem Stahlelement sein soll, kann das Verbundverstärkungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine galvanische Korrosion verhindern.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt davon adressiert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements, umfassend: eine Harz-Imprägnierungseinrichtung 300 zum Imprägnieren eines Harzes in Fasern 110 hinein; eine Führung 400 zum Einstellen von Freiräumen zwischen den Fasern 110, die dadurch gehen, um die Fasern 110 bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche/Gebiet in Übereinstimmung mit Abschnitten des Querschnitts des Verstärkungselements zu verteilen; eine Form 700 zum Ausformen von mit Harz imprägnierten Fasern 110; und eine Harz-Härtungseinrichtung 800 zum Aushärten des Harzes der Verstärkungsfasern 110.
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Zur Verwendung als ein Verstärkungselement werden die aus einer Vielzahl von Spulengattern 100 gezogenen Fasern mit Harz beschichtet, welches dann verfestigt wird. Das Verbundverstärkungselement, welches in diesem Prozess enthalten ist, weist eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht auf. Zusätzlich lässt sich das Verbundverstärkungselement leicht herstellen.
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Die Harz-Imprägnierungseinrichtung 300 ist für die Imprägnierung der Fasern 110 mit einem Harz verantwortlich. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Fasern 110 in ein Bad, welches das Harz enthält, eingetaucht und zugezogen werden, oder das Harz kann über die Fasern 110 gesprüht wird.
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Eine Faserverteilungsplatte 200 zum gleichförmigen Verteilen der Fasern 110, die von einer Vielzahl von Spulengattern 100 zurückgezogen werden, kann so installiert werden, das den Fasern erlaubt wird, durch die Faserverteilungsplatte 200 vor der Harz-Imprägnierungseinrichtung 300 zu gehen. Die Faserverteilungsplatte (200) weist eine Vielzahl von Durchlöchern auf, die in der Größe gleichförmig sind und in regelmäßigen Intervallen beabstandet sind, sodass die Fasern 110 in dem gleichen Muster wie die Durchlöcher verteilt sind, wenn sie durch die Faserverteilungsplatte 200 gehen.
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Um die Fasern 110 bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche in Übereinstimmung mit Abschnitten des Querschnitts des Verstärkungselement durch Einstellen von Freiräumen unter den Fasern 110, die dadurch gehen, einzustellen, ist die Führung 400 ein Element, welches essenziell zum Implementieren des technischen Grundgedankens der vorliegenden Erfindung ist.
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Ein Verstärkungselement, bei dem Fasern 110 gleichförmig über den Querschnitt davon verteilt sind, kann einfach durch Imprägnieren der Fasern, die von einer Vielzahl von Spulengattern 100 gezogen werden, mit einem Harz und durch Aushärten des Harzes hergestellt werden. Jedoch werden nach einem Durchgang durch die Führung zum Verteilen von Fasern in einer nicht-gleichförmigen Weise die imprägnierten Fasern in zahlreiche Bündel aufgeteilt, die sich in der Faserdichte zueinander unterscheiden.
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Den nicht-gleichförmig verteilten Fasern 110 wird erlaubt in das Formteil 70 zu treten, in dem das Element mit einem definierten Querschnitt versehen werden kann. Die Form bzw. Gussform ist für diese Funktion verantwortlich.
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Nachdem sie in eine gewünschte Form in dem Formstück 700 geformt sind, existieren die Fasern 110 in dem Harz. Dann wird das Harz vollständig von der Harz-Aushärtungseinrichtung 800 ausgehärtet.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner eine Rolle bzw. Walze umfassen, mit der Fasern 110 kontinuierlich aus einer Vielzahl von Spulengattern 100 gezogen werden können und durch die Harz-Imprägnierungseinrichtung 300, die Führung und die Harz-Aushärtungseinrichtung 800 laufen.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner eine Halb-Aushärtungseinrichtung 500 zum Aushärten von 10–20 % des Harzes der Fasern 110; und einen Ziehstein 600 mit einem in der Größe kleinerem Auslass als Eingang umfassen. Die Halb-Aushärtungseinrichtung 500 und die Ziehsteine (der Ziehstein) 600 können als getrennte Komponenten vorgesehen sein, oder als eine einzelne Komponente durch Einbauen einer Erwärmungseinrichtung in die Ziehsteine 600.
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Um die Unterscheidung von Faserdichten weiter zu erhöhen, können die nicht-gleichförmig verteilten Fasern auf einen Ziehungsprozess gerichtet werden. Jedoch kann das Harz während des Durchgangs durch die Ziehungseinrichtung 600 abgelöst werden, wenn das Harz ungehärtet verbleibt. Somit sollte das Harz zu einem bestimmten Ausmaß ausgehärtet werden.
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In diesem Kontext ist das Harz unter Verwendung der Halb-Aushärtungseinrichtung 500 10–20 % ausgehärtet. Wenn der Aushärtungsgrad unter 10 % ist, dann ist es wahrscheinlich, dass das Harz während des Ziehungsprozesses entfernt wird. Wenn andererseits der Aushärtungsgrad 20 % übersteigt, dann wird die Formbarkeit so schlecht, dass es schwierig ist, dass der Querschnitt in eine gewünschte Form ausgebildet wird.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ferner einen Laminator 850 zum Aufbringen einer Schicht aus einem Stoff, der aus Fasern gebildet ist, auf das Halb-ausgehärtete Element umfassen.
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Wenn auf das Verstärkungselement die Stoffschicht aufgebracht wird, werden das Verstärkungselement, welches aus dem Harz gebildet ist, und die Fasern 110 eine weiter verbesserte Festigkeit und Stärke aufweisen. Der Laminator 850 ist für diese Rolle verantwortlich und der Bereich, auf dem der Stoff aufgebracht wird, kann sich in Abhängigkeit von der Einrichtung verändern.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung weiter ein Schneidemesser umfassen, um das Halb-Produkt in eine geeignete Größe zu schneiden.
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Wenn die Halb-Produkte länger als das abschließende Verbundverstärkungselement sind, können sie in eine Vielzahl von Verbundverstärkungselementen mit dem gleichen Querschnitt, unter Verwendung einer Klinge 900, geschnitten werden.
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Die Halb-Produkte können in eine Vielzahl von Verbundverstärkungselementen mit dem gleichen Querschnitt, unter Verwendung einer Klinge 900, geschnitten werden.
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Wie bis hierhin beschrieben ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren zum Herstellen eines Verbundverstärkungselements, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung als Verbundwerkstoff ausgeführt ist, eine Verteilung von Verstärkungsfasern bei unterschiedlichen Dichten pro Fläche in Übereinstimmung mit Bereichen des Querschnitts des Verbundverstärkungselements, sodass das Verbundverstärkungselement selektiv verstärkt werden kann. Zusätzlich kann eine gegebene Ressource effektiv verwendet werden, mit der sich ergebenden Produktionskosteneinsparung.
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Ferner kann eine Faserdichte pro Fläche bzw. Gebiet in Übereinstimmung mit Bereichen eingestellt werden, um einen Bereich von Interesse zu verstärken, was dadurch zu einem Verstärkungselement führt, welches, im Vergleich mit herkömmlichen Elementen, funktional verbessert ist.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für Illustrationszwecke offenbart worden sind, werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, so wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist.
