DE102016120703A1 - Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip - Google Patents

Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip Download PDF

Info

Publication number
DE102016120703A1
DE102016120703A1 DE102016120703.9A DE102016120703A DE102016120703A1 DE 102016120703 A1 DE102016120703 A1 DE 102016120703A1 DE 102016120703 A DE102016120703 A DE 102016120703A DE 102016120703 A1 DE102016120703 A1 DE 102016120703A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressing tool
channel
thermoplastic
thermoplastic strip
dimensional molded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016120703.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Heinrich
Lothar Kroll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102016120703.9A priority Critical patent/DE102016120703A1/en
Publication of DE102016120703A1 publication Critical patent/DE102016120703A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/0061Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the configuration of the material feeding channel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34Feeding the material to the mould or the compression means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0822Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using IR radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34Feeding the material to the mould or the compression means
    • B29C2043/3483Feeding the material to the mould or the compression means using band or film carriers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/04Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam
    • B29C35/045Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam using gas or flames
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12Thermoplastic materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872Prepregs
    • B29K2105/0881Prepregs unidirectional

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband. Um einen lastpfadoptimierten Aufbau des dreidimensionalen Formteils bei minimalem Material- und Energieeinsatz zu bewerkstelligen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:Schritt A: Bereitstellen eines Presswerkzeugs (2) mit einem Kanal (3), welcher zwischen einer Matrize (2a) und einer Patrize (2b) des Presswerkzeugs (2) exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) verläuft;Schritt B: Anordnen des Thermoplastbandes (1) entlang des Kanals (3) im geöffneten Presswerkzeug (2);Schritt C: Erwärmen des Thermoplastbandes (1), vorzugsweise bis kurz unter die Schmelztemperatur;Schritt D: Schließen des Presswerkzeugs (2) zur Formung des dreidimensionalen Formteils aus dem erwärmten Thermoplastband (1) innerhalb des Kanals (3).Daneben stellt die Erfindung ein Presswerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband (1) bereit, wobei das Presswerkzeug (2) einen Kanal (3) aufweist, welcher zwischen einer Matrize (2a) und einer Patrize (2b) des Presswerkzeugs (2) exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) verläuft, wobei der Kanal (3) vorzugsweise den Vektor des projizierten Lastpfades des zu formenden dreidimensionalen Formteils in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) abbildet.The invention relates to a method and an apparatus for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic tape. In order to accomplish a load path-optimized construction of the three-dimensional molded part with minimum use of material and energy, the method according to the invention comprises the following steps: Step A: Provision of a pressing tool (2) with a channel (3) which is located between a die (2a) and a male part (2b) of the pressing tool (2) runs exactly or substantially in the plane of movement (B) of the pressing tool (2); Step B: arranging the thermoplastic strip (1) along the channel (3) in the opened pressing tool (2); Heating the thermoplastic strip (1), preferably until shortly below the melting temperature, step D: closing the pressing tool (2) to form the three-dimensional molded part from the heated thermoplastic strip (1) within the channel (3) of three-dimensional molded parts made of a fiber-reinforced thermoplastic strip (1), the pressing tool (2) having a channel (3) which between a die (2a) and a male part (2b) of the pressing tool (2) runs exactly or essentially in the plane of movement (B) of the pressing tool (2), the channel (3) preferably being the vector of the projected load path of the three-dimensional one to be formed Shaped part in the plane of movement (B) of the pressing tool (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband.The invention relates to a method and an apparatus for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic tape.

Bei der großserientechnischen Herstellung von Leichtbaustrukturen werden vorwiegend faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, da deren anisotrope Eigenschaften eine lastpfadoptimierte Auslegung erlauben. Dabei werden Verstärkungshalbzeuge (vorwiegend aus Glas, Kohlenstoff oder Aramid) textiltechnologisch zu Flächengebilden (vorwiegend Gelege, Gewebe, Gestricke) hergestellt und mit einer thermoplastischen Matrix imprägniert. Diese sogenannten Organoblechhalbzeuge werden entsprechend eines lastpfadoptimierten Lagenaufbaus geschichtet und auf Endkontur zugeschnitten. Anschließend wird der besäumte Lagenaufbau unter Druck und Temperatur zu einer Preform konsolidiert. Derartige Preformen sind in ihrer Faserausrichtung und ihrer Flächenausbildung an die herzustellende Leichtbaustruktur angepasst und werden vor dem endgültigen Formgebungsprozess in einer Vorheizstation (vorwiegend Infrarot, Kontaktheizung oder Wärmeofen) bis kurz vor ihrer Schmelztemperatur erwärmt. Die so aufgeheizte Preform wird anschließend in das Presswerkzeug gelegt und unter Druck zur Leichtbaustruktur umgeformt. Die wesentlichen technischen Probleme, die der Erfindung zugrunde liegen sind:

  • - Verstärkungsfasern sind in der Fläche gerichtet (vorwiegend unidirektionale Ausrichtung in 0° oder bidirektionale Ausrichtung in 0/90° bzw. -45/+45°) und folgen so nicht dem exakten Pfad der Last,
  • - eine Schichtung mehrerer winklig zueinander gestapelter Organobleche trägt die Last in der Struktur ab, führt aber zur Überdimensionierung,
  • - ein überwiegender Teil der verarbeiteten Verstärkungsfasern in der Leichtbaustruktur nimmt keine Lasten auf,
  • - beim endkonturnahen Zuschnitt des lastpfadgerechten Lagenaufbaus fällt ein erheblicher Anteil (bis zu 10%) Abfall an,
  • - sehr großer Energiebedarf beim Konsolidieren und beim Vorheizen der Preform durch hohe Verluste infolge Konvektion sowie Abstrahlung und
  • - zusätzlicher Energiebedarf in der mobilen Anwendung durch Überdimensionierung.
In the mass production of lightweight structures mainly fiber reinforced plastics are used because their anisotropic properties allow a load path optimized design. In this case, semi-finished reinforcements (predominantly of glass, carbon or aramid) are fabricated into textile fabrics (predominantly scrim, fabric, knitted fabric) and impregnated with a thermoplastic matrix. These so-called organic sheet semi-finished products are layered according to a load path-optimized layer structure and cut to final contour. Subsequently, the edged layer structure is consolidated under pressure and temperature to form a preform. Such preforms are adapted in their fiber orientation and their surface formation to the lightweight structure to be produced and are heated before the final shaping process in a preheating station (mainly infrared, contact heating or heating furnace) until shortly before their melting temperature. The heated preform is then placed in the press tool and formed under pressure to the lightweight structure. The main technical problems underlying the invention are:
  • - Reinforcing fibers are directed in the surface (mainly unidirectional alignment in 0 ° or bidirectional alignment in 0/90 ° or -45 / + 45 °) and thus do not follow the exact path of the load,
  • a layering of a plurality of organoplates stacked at an angle to one another bears the load in the structure, but leads to overdimensioning,
  • a majority of the processed reinforcing fibers in the lightweight structure do not take up loads,
  • - the near-net shape cutting of the load path-compliant layer structure accounts for a significant proportion (up to 10%) waste,
  • - Very high energy consumption during consolidation and preheating of the preform due to high losses due to convection and radiation and
  • - Additional energy requirements in the mobile application due to oversizing.

Im Bereich der endlosfaserverstärkten Thermoplaststrukturen existiert keine Technologie, die die oben genannten Probleme ganzheitlich löst.In the field of continuous fiber reinforced thermoplastic structures, there is no technology that solves the above problems holistically.

Die Automated-Tape-Laying (ATL)-Technologie erlaubt die unidirektionale Ablage von endlosfaserverstärkten Thermoplasttapes mittels Legerobotern auf eine Werkzeugform. Durch eine Vorwärmstation (Laser, Infrarot, Kontaktheizen) am Legekopf wird online das Tape bis kurz vor Schmelztemperatur erhitzt und unter Druck auf die Werkzeugform abgelegt. Eine Zuschnittvorrichtung im Legekopf erlaubt dabei die endkonturnahe Besäumung des Tapes. Zeilen- und schichtweise werden so flächige Strukturen aufgebaut, deren Faserorientierung sich am Lastpfad orientiert. Entsprechend der zuvor beschriebenen Problematik bezüglich der unidirektionalen Ausrichtung der Fasern erfolgt auch hier keine exakte Ausrichtung der Fasern entlang des Lastpfades. Lediglich die endkonturnahe Ablage der Verstärkungstapes verursacht keinen kostenintensiven Materialabfall.The Automated Tape Laying (ATL) technology allows the unidirectional storage of continuous fiber reinforced thermoplastic tapes by means of laying robots on a tool mold. A preheating station (laser, infrared, contact heating) on the laying head heats the tape online until shortly before the melting temperature and places it under pressure on the mold. A blanking device in the laying head allows the endkontaunahe trimming of the tape. Row-wise and layer-wise, such flat structures are constructed whose fiber orientation is oriented along the load path. Corresponding to the problem described above with regard to the unidirectional alignment of the fibers, no exact alignment of the fibers along the load path takes place here as well. Only the near-net shape storage of reinforcement tapes causes no costly material waste.

Am Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart wurde 2011 eine Technologie entwickelt, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 054 287 A1 beschrieben ist und die Vorwärmung über den elektrischen Widerstand von CFK-Organoblechen realisiert. Dabei werden unidirektionale Organobleche im Formenwerkzeug abgelegt und im Randbereich mittels Elektrodenklemmen fixiert und bestromt. Nach dem das Organoblech durch Widerstandserhitzung aufgeheizt ist, schließt das Formenwerkzeug und bildet so die Leichtbaustruktur aus. Da die Technologie auf Organoblechen aufbaut, deren Verstärkungsfasern in der Fläche gerichtet vorliegen, ist auch hier eine lastpfadgerechte Lage der Fasern nicht gegeben.At the Institute of Plastics Engineering of the University of Stuttgart, a technology was developed in 2011, which is described in the German patent application DE 10 2011 054 287 A1 is described and realized the preheating on the electrical resistance of CFRP organo sheets. In this case, unidirectional organic sheets are deposited in the mold and fixed in the edge region by means of electrode clamps and energized. After the organic sheet is heated by resistance heating, the mold closes, thus forming the lightweight structure. Since the technology is based on organo sheets whose reinforcing fibers are oriented in the surface, a load path-oriented position of the fibers is also not given here.

Bei der Herstellung von duroplastischen Hochleistungsverbundstrukturen werden mittels des Tailored-Fibre-Placement-Verfahrens Fasern sticktechnologisch auf ein textiles Substrat belastungsgerecht abgelegt. Dabei folgt die abgelegte Faser exakt den Pfad der Last. Die so hergestellte Preform wird anschließend in ein Werkzeug eingelegt und mit Epoxidharz imprägniert. Da das Harz nach der Imprägnierung aushärten muss, sind lange Zykluszeiten erforderlich, wodurch keine Großserie realisiert werden kann.In the production of high-performance thermoset composite structures, fibers are deposited using the tailored-fiber-placement process in a manner that meets the requirements of the adhesive technology on a textile substrate. The deposited fiber follows exactly the path of the load. The preform thus produced is then placed in a mold and impregnated with epoxy resin. Since the resin must cure after impregnation, long cycle times are required, which means that no large-scale production can be realized.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ressourcenoptimierten Herstellung von dreidimensionalen Formteilen bereitzustellen, um einen lastpfadoptimierten Aufbau des dreidimensionalen Formteils bei minimalem Material- und Energieeinsatz zu bewerkstelligen.The invention is based on the object to provide a method and apparatus for resource-optimized production of three-dimensional moldings to accomplish a load path optimized design of the three-dimensional molding with minimal use of materials and energy.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband, umfassend die Schritte:

  • - Schritt A: Bereitstellen eines Presswerkzeugs mit einem Kanal, welcher zwischen einer Matrize und einer Patrize des Presswerkzeugs exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene des Presswerkzeugs verläuft;
  • - Schritt B: Anordnen des Thermoplastbandes entlang des Kanals im geöffneten Presswerkzeug;
  • - Schritt C: Erwärmen des Thermoplastbandes, vorzugsweise bis kurz unter die Schmelztemperatur;
  • - Schritt D: Schließen des Presswerkzeugs zur Formung des dreidimensionalen Formteils aus dem erwärmten Thermoplastband innerhalb des Kanals.
The object of the invention is achieved by a method for the production of three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic tape, comprising the steps:
  • - Step A: Providing a pressing tool with a channel which runs between a die and a male of the pressing tool exactly or substantially in the plane of movement of the pressing tool;
  • Step B: placing the thermoplastic tape along the channel in the open die;
  • - Step C: heating the thermoplastic tape, preferably to just below the melting temperature;
  • Step D: closing the pressing tool to form the three-dimensional molding from the heated thermoplastic tape within the channel.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt erstmals die Konsolidierung eines faserverstärkten Thermoplastbandes, insbesondere eines endlosfaserverstärkten Organotapes, entlang des Vektors des real wirkendenden Lastpfades in einem 3D-Formteil. Durch den Aufbau des 3D-Formteils auf Endkontur entsteht einerseits kein Abfall beim Endbeschnitt der Struktur und andererseits werden kostenintensive Materialien (CFK-Organotapes) lediglich dort eingesetzt, wo eine Faserverstärkung notwendig ist. Der Strukturaufbau kann somit optimiert an die wirkenden Belastungen im Bauteil angepasst werden, was eine bisher notwendige Überdimensionierung ausschließt. Das erlaubt die Entwicklung von Strukturen, bei denen auf Basis von faserverstärkten Thermoplastbändern, insbesondere von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Organotapes, das maximale Leichtbaupotential ausgenutzt wird. Dadurch wird in der mobilen Endanwendung ein hohes Maß an Ressourceneffizienz (Energie und Material) infolge maximaler Gewichtseinsparung erreicht.The inventive method allows for the first time the consolidation of a fiber-reinforced thermoplastic tape, in particular a continuous fiber reinforced Organotapes, along the vector of the real acting load path in a 3D molded part. Due to the construction of the 3D molded part on the final contour, on the one hand, there is no waste during final trimming of the structure and, on the other hand, cost-intensive materials (CFRP organotapes) are only used where fiber reinforcement is necessary. The structure structure can thus be optimized adapted to the acting loads in the component, which precludes a previously required oversizing. This allows the development of structures in which the maximum lightweight potential is exploited on the basis of fiber-reinforced thermoplastic tapes, in particular of thermoplastic continuous fiber-reinforced organotapes. This results in a high degree of resource efficiency (energy and material) in the mobile end use due to maximum weight savings.

Das technische Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung komplexer Leichtbaustrukturen im Automobil-, Flugzeug- und Maschinenbau, insbesondere in der Herstellung von Krafteinleitungs- und Kraftableitungselementen oder im Aufbau von Tragwerkstrukturen.The technical field of application of the present invention is the production of complex lightweight structures in the automotive, aircraft and mechanical engineering, in particular in the production of force introduction and force dissipation elements or in the structure of structural structures.

Begriffe und Definitionenterms and definitions

ThermoplastbandThermoplastic tape

Der Begriff Thermoplastband bezeichnet ein faserverstärktes Kunststoffband mit einer thermoplastischen Matrix oder einer Matrix aus einem Bi-Stage-Harz, das sich bis zu einer Grenztemperatur thermoplastisch und darüber duroplastisch verhält, wobei das Band vorzugsweise über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt aufweist. Im unverformten Ausgangszustand wird der Querschnitt des Thermoplastbandes als Ausgangsquerschnitt bezeichnet. Der Querschnitt des aus dem Thermoplastband hergestellten Formteils wird hingegen als Endquerschnitt bezeichnet. Ausgangsquerschnitt und Endquerschnitt sind vorzugsweise flächenmäßig gleich, unterscheiden sich aber im Hinblick auf das Querschnittsprofil. Das Querschnittsprofil des Ausgangsquerschnitts ist vorzugsweise flach, bevorzugt rechteckig, wobei die längere Seite des Querschnitts beispielsweise mindestens 5-mal größer ist als die kürzere Seite des Querschnitts. Dadurch ist das Thermoplastband insbesondere über die kürzere Seite des Querschnitts biegbar. Das Thermoplastband ist vorzugsweise mit Endlosfasern aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff verstärkt, die bevorzugt exakt oder im Wesentlichen in Längsrichtung des Bandes verlaufen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Fasern ein Flächentextil in Form eines Gewebes, Geleges oder Gestricks bilden, wobei vorzugsweise die Hauptrichtung der Fasern in Längsrichtung des Bandes verläuft.The term thermoplastic tape refers to a fiber-reinforced plastic tape having a thermoplastic matrix or a matrix of a bi-stage resin which behaves thermoplastic and thermosetting up to a limit temperature, the tape preferably having a constant cross section over its entire length. In the undeformed initial state, the cross section of the thermoplastic strip is referred to as the starting cross section. The cross section of the molded part produced from the thermoplastic strip, however, is referred to as the end cross section. The starting cross-section and the end cross-section are preferably the same in terms of area, but differ with regard to the cross-sectional profile. The cross-sectional profile of the starting cross section is preferably flat, preferably rectangular, wherein the longer side of the cross section, for example, at least 5 times larger than the shorter side of the cross section. As a result, the thermoplastic band is bendable in particular over the shorter side of the cross section. The thermoplastic band is preferably reinforced with continuous fibers of glass, aramid or carbon, which preferably extend exactly or substantially in the longitudinal direction of the band. It is also within the scope of the invention that the fibers form a surface textile in the form of a woven, laid or knitted fabric, wherein preferably the main direction of the fibers extends in the longitudinal direction of the band.

Presswerkzeugpress tool

Das Presswerkzeug besteht mindestens aus einer Matrize („Mutterform“), welche das Negativ der Außenform für das herzustellende, dreidimensionale Formteil bildet, sowie mindestens aus einer Patrize, welche die entsprechende Gegenform bildet. Die Matrize wird gegebenenfalls auch Unterform oder Unterteil genannt, während die Patrize auch als Stempel oder Oberteil bezeichnet werden kann. Patrize und Matrize definieren gemeinsam den Kanal zur Ausbildung des dreidimensionalen Formteils und sind in einer Bewegungsrichtung bzw. -ebene relativ zueinander bewegbar, sodass der Kanal in der Bewegungsebene des Presswerkzeugs verläuft.The pressing tool consists of at least one die ("mother shape"), which forms the negative of the outer mold for the three-dimensional molded part to be produced, and at least one male mold, which forms the corresponding counter-mold. If necessary, the die is also called lower mold or lower part, while the male mold can also be referred to as a punch or upper part. The male and female molds together define the channel for forming the three-dimensional molding and are movable in a direction of movement relative to each other, so that the channel extends in the plane of movement of the pressing tool.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.Further advantageous developments of the invention are subject matter of the subclaims.

Es kann von Vorteil sein, wenn der Kanal des in Schritt A bereitgestellten Presswerkzeugs den Vektor des projizierten Lastpfades des zu formenden dreidimensionalen Formteils in der Bewegungsebene des Presswerkzeugs abbildet. Diese Ausführung begünstigt in besonderem Maße die Ausrichtung des Faserverlaufs entlang des Vektors des real wirkendenden Lastpfades in dem 3D-Formteil, insbesondere wenn das Thermoplastband endlosfaserverstärkt ist und/oder die Endlosfasern in Längsrichtung des Thermoplastbandes verlaufen.It may be advantageous if the channel of the pressing tool provided in step A images the vector of the projected load path of the three-dimensional molded part to be formed in the plane of movement of the pressing tool. This embodiment particularly favors the alignment of the fiber path along the vector of the real load path in the 3D molded part, in particular if the thermoplastic strip is reinforced with endless fibers and / or the continuous fibers extend in the longitudinal direction of the thermoplastic strip.

Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn das Thermoplastband in Schritt B in der Matrize des Presswerkzeugs derart entlang des Kanals angeordnet wird, dass es die Länge und/oder Breite des Kanals vollständig ausfüllt. Dadurch ist eine besonders kontur- und formgerechte Pressverformung des Thermoplastbandes möglich.It may be helpful if the thermoplastic tape is placed in step B in the die of the press tool along the channel so that it completely fills the length and / or width of the channel. As a result, a particularly contour and shape-appropriate compression deformation of the thermoplastic tape is possible.

Es kann sinnvoll sein, wenn das Thermoplastband in Schritt B in Erstreckungsrichtung des Kanals von einem Ende des Kanals bis zum anderen Ende des Kanals zugeführt wird, vorzugsweise von einer Rolle, bevorzugt automatisch. Derartige Prozessschritte können leicht automatisiert werden. Die Führung des Thermoplastbandes in Erstreckungsrichtung durch den Kanal ermöglicht eine besonders genaue Positionierung des Thermoplastbandes für die nachfolgende Erhitzung und Pressverformung, sodass eine besonders kontur- und formgerechte Pressverarbeitung des Thermoplastbandes erfolgen kann. It may be useful if the thermoplastic tape is fed in step B in the direction of extension of the channel from one end of the channel to the other end of the channel, preferably from a roll, preferably automatically. Such process steps can be easily automated. The leadership of the thermoplastic tape in the direction of extent through the channel allows a particularly accurate positioning of the thermoplastic tape for the subsequent heating and compression molding, so that a particularly contour and shape-appropriate press processing of the thermoplastic tape can be done.

Es kann sich als praktisch erweisen, wenn das Thermoplastband in Schritt C abgelängt, mit Elektroden verbunden und durch Widerstandserhitzung von innen erwärmt wird, und/oder durch Infrarotstrahler oder Heißluft oder dergleichen von außen erwärmt wird. Die intrinsisch elektrische Leitfähigkeit eines mit Kohlenstofffaser verstärkten Thermoplastbandes oder eines Thermoplastbandes mit elektrisch leitfähigen Partikeln in der thermoplastischen Matrix erlaubt dessen In-situ-Aufheizung durch Widerstandserhitzung. In Folge dessen erwärmt sich das Thermoplastband von Innen heraus, was im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen (Infrarot, Wärmeofen, Mikrowelle, etc.) die Abwärme durch Konvektion oder Abstrahlung wesentlich minimiert. Dies erhöht den Wirkungsgrad beim Aufheizen und reduziert den notwendigen Energiebedarf. Durch die In-situ-Aufheizung des Thermoplastbandes und dessen werkzeugintegrale Konsolidierung auf Endkontur wird eine wesentliche Verkürzung von Prozesszeiten erreicht, da räumlich getrennte Wirkstellen nicht existieren und Prozessschritte für das Handling des Thermoplastbandes entfallen.It may prove practical if the thermoplastic tape is cut to length in step C, connected to electrodes and heated internally by resistance heating, and / or heated from the outside by infrared radiators or hot air or the like. The intrinsic electrical conductivity of a carbon fiber reinforced thermoplastic tape or a thermoplastic tape with electrically conductive particles in the thermoplastic matrix allows its in situ heating by resistance heating. As a result, the thermoplastic tape heats up from the inside, which, in contrast to conventional heating systems (infrared, heating oven, microwave, etc.) significantly minimizes the waste heat from convection or radiation. This increases the efficiency during heating and reduces the necessary energy consumption. Due to the in-situ heating of the thermoplastic strip and its tool-integral consolidation on the final contour, a significant shortening of process times is achieved because physically separate active sites do not exist and process steps for the handling of the thermoplastic strip are eliminated.

Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn das Thermoplastband in Schritt A und/oder in Schritt B und/oder in Schritt C einen exakt oder im Wesentlich rechteckigen Ausgangsquerschnitt aufweist, wobei der Ausgangsquerschnitt vorzugsweise über die Länge des Thermoplastbandes konstant ist. Dadurch kann beim Verpressen auf Endkontur eine homogene Druckverteilung im 3D-Formteil realisiert werden.However, it can also be advantageous if the thermoplastic tape in step A and / or in step B and / or in step C has an exactly or substantially rectangular starting cross section, wherein the starting cross section is preferably constant over the length of the thermoplastic tape. As a result, a homogeneous pressure distribution in the 3D molded part can be realized when pressing on the final contour.

Es kann nützlich sein, wenn der Ausgangsquerschnitt des Thermoplastbandes in Schritt D verformt wird, vorzugsweise konvex und/oder konkav gewölbt wird, bevorzugt konvex zur Matrize und/oder konkav zur Patrize des Presswerkzeugs, wobei der Endquerschnitt des dreidimensionalen Formteils besonders bevorzugt im Hinblick auf das Profil und/oder die Fläche über wenigstens einen Teil seiner Länge oder über dessen Gesamtlänge konstant ist. Dabei kann/können lediglich ein oder mehrere Abschnitte des Thermoplastbandes verformt bzw. gewölbt werden oder sich die Verformung bzw. Wölbung über die gesamte Länge des Thermoplastbandes erstrecken. Eine derartige Formgebung des Endquerschnitts z.B. in U-Form verleiht dem Thermoplastband bzw. dem daraus entstehenden 3D-Formteil eine besonders hohe Stabilität.It may be useful if the starting cross-section of the thermoplastic strip is deformed in step D, preferably convex and / or concave, preferably convex to the die and / or concave to the male of the pressing tool, the end cross-section of the three-dimensional molding particularly preferred with respect to Profile and / or the surface over at least a portion of its length or over its entire length is constant. In this case, only one or more sections of the thermoplastic tape can be deformed or arched or the deformation or curvature can extend over the entire length of the thermoplastic tape. Such a shaping of the end cross-section, e.g. in U-shape gives the thermoplastic tape or the resulting 3D molded part a particularly high stability.

Es kann praktisch sein, wenn die Länge und/oder Breite des Thermoplastbandes auf die Länge und/oder Breite des Kanals abgestimmt ist. Dadurch kann das Thermoplastband in lediglich einer Schicht entlang des Kanals verlegt werden, um den Kanal vollständig auszufüllen. In diesem Fall ist der Materialeinsatz des Thermoplastbandes besonders effizient.It may be convenient if the length and / or width of the thermoplastic tape is matched to the length and / or width of the channel. Thereby, the thermoplastic tape can be laid in only one layer along the channel to completely fill the channel. In this case, the material usage of the thermoplastic tape is particularly efficient.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Dicke des Thermoplastbandes im Bereich von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 mm liegt. Ein derartiges Thermoplastband ist für die Herstellung von Leichtbaustrukturen im Automobil-, Flugzeug- und Maschinenbau, insbesondere von Krafteinleitungs- und Kraftableitungselementen oder Tragwerkstrukturen hinreichend stabil und flexibel, sodass das Thermoplastband im Rahmen der Pressverformung auch starken Verformungen unterzogen werden kann.It may be advantageous if the thickness of the thermoplastic tape is in the range of 0.01 to 2 mm, preferably in the range of 0.2 to 1.5 mm, preferably in the range of 0.8 to 1.2 mm. Such a thermoplastic tape is sufficiently stable and flexible for the production of lightweight structures in automotive, aircraft and mechanical engineering, in particular force introduction and force dissipation elements or structures, so that the thermoplastic tape can be subjected to strong deformations in the context of compression molding.

Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn die Breite des Thermoplastbandes im Bereich von 5 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80 mm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 80 mm liegt. Ein derartiges Thermoplastband deckt die zu erwartenden Dimensionen von Krafteinleitungs- und Kraftableitungselementen oder Tragwerkstrukturen im Automobil-, Flugzeug- und Maschinenbau hinreichend ab.It may prove useful if the width of the thermoplastic tape in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 20 to 80 mm, preferably in the range of 30 to 80 mm. Such a thermoplastic tape covers the expected dimensions of force introduction and force dissipation elements or structures structures in automotive, aircraft and mechanical engineering sufficient.

Es kann hilfreich sein, wenn das Thermoplastband mit Endlosfasern aus Glas und/oder Aramid und/oder Kohlenstoff verstärkt ist, wobei die Endlosfasern vorzugsweise exakt oder im Wesentlichen in Längsrichtung des Thermoplastbandes verlaufen. Ein derartiges Thermoplastband ist praxiserprobt und kostengünstig verfügbar. Der Verlauf der Endlosfasern in Längsrichtung des Thermoplastbandes kann deren Ausrichtung entlang des Vektors des real wirkendenden Lastpfades in dem 3D-Formteil in besonderem Maße begünstigen.It may be helpful if the thermoplastic band is reinforced with continuous fibers of glass and / or aramid and / or carbon, wherein the continuous fibers preferably run exactly or substantially in the longitudinal direction of the thermoplastic band. Such a thermoplastic tape is field-tested and available at low cost. The course of the continuous fibers in the longitudinal direction of the thermoplastic strip can favor their orientation along the vector of the real-acting load path in the 3D molded part to a particular degree.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband, vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei das Presswerkzeug einen Kanal aufweist, welcher zwischen einer Matrize und einer Patrize des Presswerkzeugs exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene des Presswerkzeugs verläuft, wobei der Kanal vorzugsweise den Vektor des projizierten Lastpfades des zu formenden dreidimensionalen Formteils in der Bewegungsebene des Presswerkzeugs abbildet. A further independent aspect of the present invention relates to a pressing tool for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic tape, preferably according to the method according to one of the preceding embodiments, wherein the pressing tool has a channel which is exactly or substantially between a die and a male of the pressing tool in the plane of movement of the pressing tool, wherein the channel preferably the vector of the projected load path of forming three-dimensional molding in the plane of movement of the pressing tool images.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der in der Beschreibung sowie den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale.Further advantageous developments of the invention will become apparent from combinations of the features disclosed in the description as well as the claims and the drawings.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt in den Ansichten (a) bis (c) schematisch die Schritte A bis C des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows in the views (a) to (c) schematically the steps A to C of the inventive method.
  • 2 zeigt in den Ansichten (a) und (b) schematisch den Schritt D des erfindungsgemäßen Verfahrens vor und nach dem Schließen des Presswerkzeugs, und in Ansicht (c) das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formteil. 2 shows in the views (a) and (b) schematically the step D of the inventive method before and after the closing of the pressing tool, and in view (c) the molded part produced by the inventive method.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsDetailed Description of the Preferred Embodiment

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben.The preferred embodiment of the invention will be described below in detail with reference to the figures.

In ein aus Matrize bzw. Unterform oder Unterteil 2a und Patrize bzw. Stempel, Oberform oder Oberteil 2b bestehendes Presswerkzeug 2 wird entlang eines schmalen Kanals 3 ein endlosfaserverstärktes Thermoplastband (Organotape) 1 von einer Rolle 5 durch ein Ende 3a des Kanals 3 zugeführt, bis das Thermoplastband 1 das andere Ende 3b des Kanals 3 erreicht. Durch seine dünne Ausführung (bis ca. 1 mm) ist das Thermoplastband 1 in der Ebene senkrecht zur Dickenausrichtung biegsam und kann gebogene Kanäle 3 im Presswerkzeug 2 ausfüllen. Lediglich senkrecht zur Breitenausrichtung ist das Thermoplastband 1 biegesteif, da die Breite einige Zentimeter aufweisen kann. Dies macht einen Kanal 3 im Presswerkzeug 2 erforderlich, der sich vorzugsweise eben ausbildet. Der Verlauf des Kanals 3 bildet dabei in der Bewegungsebene B des Presswerkzeugs 2 bzw. in der Werkzeugebene des Stempels 2b den Vektor des projizierten Pfades der Last ab, der in der zu formenden Leichtbaustruktur 6 verläuft.In a from die or lower mold or lower part 2a and male or stamp, upper or upper part 2 B existing pressing tool 2 is along a narrow channel 3 a continuous fiber reinforced thermoplastic tape (Organotape) 1 from a roll 5 through an end 3a of the canal 3 fed until the thermoplastic tape 1 the other end 3b of the canal 3 reached. Due to its thin design (up to approx. 1 mm) is the thermoplastic tape 1 in the plane perpendicular to the thickness direction flexible and can curved channels 3 in the pressing tool 2 fill out. Only perpendicular to the width alignment is the thermoplastic tape 1 rigid, since the width can have a few centimeters. This makes a channel 3 in the pressing tool 2 required, which preferably forms flat. The course of the channel 3 forms in the movement plane B of the pressing tool 2 or in the tool level of the punch 2 B the vector of the projected path of the load, in the lightweight structure to be formed 6 runs.

Nachdem das Thermoplastband 1 den Kanal 3 gefüllt hat, wird das Thermoplastband 1 zugeschnitten und an beiden Enden 3a, 3b des Kanals 3 mit Elektroden 4 fixiert. Über Widerstandserhitzung wird das Thermoplastband 1 bis kurz unter die Schmelztemperatur erwärmt. Die Widerstandserhitzung des Thermoplastbandes 1 stellt in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein optimales Heizsystem dar, das jedoch auch durch konventionelle Infrarotstrahler oder ähnliches im Kanal 3 realisiert werden kann.After the thermoplastic tape 1 the channel 3 filled, is the thermoplastic tape 1 tailored and at both ends 3a . 3b of the canal 3 with electrodes 4 fixed. About resistance heating is the thermoplastic tape 1 heated to just below the melting temperature. The resistance heating of the thermoplastic tape 1 represents in the process according to the invention an optimal heating system, but also by conventional infrared radiators or the like in the channel 3 can be realized.

Anschließend fährt senkrecht zum Kanal 3 ein Stempel 2b, der kanalfüllend ist, in die Werkzeugmatrize 2a und drückt das erhitzte Thermoplastband 1 in die Unterform 2. Dabei bildet die Geometrie der Unterform 2a den Vektor des projizierten Pfades der Last in der zu formenden Struktur 6 senkrecht zur Werkzeugnormalen ab. Da das Thermoplastband 1 im unverformten Ausgangszustand in seiner Länge einen gleichbleibenden Ausgangsquerschnitt AQ aufweist, muss das 3D-Formteil in seiner Länge auch konstanten Endquerschnitt EQ aufweisen, um beim Verpressen auf Endkontur eine homogene Druckverteilung im 3D-Formteil 6 zu realisieren. Nach Erstarren des Thermoplastbandes 1 öffnet das Werkzeug 2 und die endkonturierte Struktur 6 wird entnommen.Then moves perpendicular to the channel 3 a stamp 2 B , which is channel filling, into the tool die 2a and push the heated thermoplastic band 1 into the subform 2 , In this case, the geometry forms the lower mold 2a the vector of the projected path of the load in the structure to be formed 6 perpendicular to the tool normal. Because the thermoplastic tape 1 in the undeformed initial state in its length a constant output cross-section AQ has, the 3D molded part in its length and constant end cross section EQ have, in order to realize a homogeneous pressure distribution in the 3D molded part 6 during pressing on the final contour. After solidification of the thermoplastic tape 1 opens the tool 2 and the final contoured structure 6 is taken.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte 3D-Formteil 6 besitzt eine Endlosfaserverstärkung mit thermoplastischer Matrix, wobei das strukturgebende oder strukturintegrierte Thermoplastband 1 eine komplexe 3D-Struktur mit geschlossener und qualitativ hochwertiger Oberfläche aufweist.The 3D molded part 6 produced by the process according to the invention has an endless fiber reinforcement with a thermoplastic matrix, the structural or structurally integrated thermoplastic strip 1 a complex 3D structure with a closed and high-quality surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
ThermoplastbandThermoplastic tape
22
Presswerkzeugpress tool
2a2a
Matrizedie
2b2 B
Patritzepatritze
33
Kanalchannel
3a3a
Erstes Ende des KanalsFirst end of the channel
3b3b
Zweites Ende des KanalsSecond end of the canal
44
Elektrodenelectrodes
55
Rolle des ThermoplastbandesRoll of thermoplastic tape
66
Dreidimensionales (3D-)Formteil bzw. (Leichtbau-)StrukturThree-dimensional (3D) molded part or (lightweight) structure
AQAQ
Ausgangsquerschnitt des ThermoplastbandesOutput cross-section of the thermoplastic tape
BB
Bewegungsebene des PresswerkzeugsMovement level of the pressing tool
EQEQ
Endquerschnitt des dreidimensionalen FormteilsEnd cross-section of the three-dimensional molding
LL
Längsrichtung des ThermoplastbandesLongitudinal direction of the thermoplastic tape

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011054287 A1 [0005]DE 102011054287 A1 [0005]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband (1), umfassend die Schritte: a. Schritt A: Bereitstellen eines Presswerkzeugs (2) mit einem Kanal (3), welcher zwischen einer Matrize (2a) und einer Patrize (2b) des Presswerkzeugs (2) exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) verläuft; b. Schritt B: Anordnen des Thermoplastbandes (1) entlang des Kanals (3) im geöffneten Presswerkzeug (2); c. Schritt C: Erwärmen des Thermoplastbandes (1), vorzugsweise bis kurz unter die Schmelztemperatur; d. Schritt D: Schließen des Presswerkzeugs (2) zur Formung des dreidimensionalen Formteils aus dem erwärmten Thermoplastband (1) innerhalb des Kanals (3).Method for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip (1), comprising the steps: a. Step A: providing a pressing tool (2) with a channel (3) which extends between a die (2a) and a male part (2b) of the pressing tool (2) exactly or substantially in the plane of movement (B) of the pressing tool (2) ; b. Step B: arranging the thermoplastic strip (1) along the channel (3) in the opened pressing tool (2); c. Step C: Heating the thermoplastic strip (1), preferably to just below the melting temperature; d. Step D: closing the pressing tool (2) for forming the three-dimensional molding from the heated thermoplastic strip (1) within the channel (3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) des in Schritt A bereitgestellten Presswerkzeugs (2) den Vektor des projizierten Lastpfades des zu formenden dreidimensionalen Formteils in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) abbildet.Method according to Claim 1 , characterized in that the channel (3) of the pressing tool (2) provided in step A images the vector of the projected load path of the three-dimensional molded part to be formed in the plane of movement (B) of the pressing tool (2). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastband (1) in Schritt B in der Matrize (2a) des Presswerkzeugs (2) derart entlang des Kanals (3) angeordnet wird, dass es die Länge und/oder Breite des Kanals (3) vollständig ausfüllt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic tape (1) in step B in the die (2a) of the pressing tool (2) along the channel (3) is arranged so that it is the length and / or width of the channel (3) completely completed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastband (1) in Schritt B in Erstreckungsrichtung des Kanals (3) von einem Ende (3a) des Kanals (3) bis zum anderen Ende (3b) des Kanals (3) zugeführt wird, vorzugsweise von einer Rolle (5), bevorzugt automatisch.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic tape (1) in step B in the extension direction of the channel (3) from one end (3a) of the channel (3) supplied to the other end (3b) of the channel (3) is, preferably by a roller (5), preferably automatically. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastband (1) in Schritt C abgelängt, mit Elektroden (4) verbunden und durch Widerstandserhitzung von innen erwärmt wird, und/oder durch Infrarotstrahler oder Heißluft oder dergleichen von außen erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic tape (1) cut to length in step C, connected to electrodes (4) and heated by resistance heating from the inside, and / or heated by infrared radiators or hot air or the like from the outside. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastband (1) in Schritt A und/oder in Schritt B und/oder in Schritt C einen exakt oder im Wesentlich rechteckigen Ausgangsquerschnitt (AQ) aufweist, wobei der Ausgangsquerschnitt (AQ) vorzugsweise über die Länge des Thermoplastbandes (1) konstant ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic strip (1) in step A and / or in step B and / or in step C has an exactly or substantially rectangular output cross-section (AQ), wherein the output cross-section (AQ) preferably over the length of the thermoplastic strip (1) is constant. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsquerschnitt (AQ) des Thermoplastbandes (1) in Schritt D verformt wird, vorzugsweise konvex und/oder konkav gewölbt wird, bevorzugt konvex zur Matrize (2a) und/oder konkav zur Patrize (2b) des Presswerkzeugs (2), wobei der Endquerschnitt (EQ) des dreidimensionalen Formteils besonders bevorzugt im Hinblick auf das Profil und/oder die Fläche über wenigstens einen Teil seiner Länge oder über dessen Gesamtlänge konstant ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the starting cross-section (AQ) of the thermoplastic strip (1) is deformed in step D, preferably curved convexly and / or concavely, preferably convex to the die (2a) and / or concave to the male ( 2b) of the pressing tool (2), wherein the end cross-section (EQ) of the three-dimensional molded part is particularly preferably constant with respect to the profile and / or the surface over at least part of its length or over its entire length. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder Breite des Thermoplastbandes (1) auf die Länge und/oder Breite des Kanals (3) abgestimmt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the length and / or width of the thermoplastic strip (1) is adapted to the length and / or width of the channel (3). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Thermoplastbandes (1) im Bereich von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 mm liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the thermoplastic strip (1) in the range of 0.01 to 2 mm, preferably in the range of 0.2 to 1.5 mm, preferably in the range of 0.8 to 1 , 2 mm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Thermoplastbandes (1) im Bereich von 5 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80 mm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 80 mm liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the thermoplastic strip (1) in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 20 to 80 mm, preferably in the range of 30 to 80 mm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastband (1) mit Endlosfasern aus Glas und/oder Aramid und/oder Kohlenstoff verstärkt ist, wobei die Endlosfasern vorzugsweise exakt oder im Wesentlichen in Längsrichtung (L) des Thermoplastbandes (1) verlaufen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic strip (1) is reinforced with continuous fibers of glass and / or aramid and / or carbon, wherein the continuous fibers preferably extend exactly or substantially in the longitudinal direction (L) of the thermoplastic strip (1) , Presswerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserverstärkten Thermoplastband (1), vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug (2) einen Kanal (3) aufweist, welcher zwischen einer Matrize (2a) und einer Patrize (2b) des Presswerkzeugs (2) exakt oder im Wesentlichen in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) verläuft, wobei der Kanal (3) vorzugsweise den Vektor des projizierten Lastpfades des zu formenden dreidimensionalen Formteils in der Bewegungsebene (B) des Presswerkzeugs (2) abbildet.Pressing tool for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip (1), preferably according to the method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing tool (2) has a channel (3) which is located between a die (2a) and a male part (2b) of the pressing tool (2) runs exactly or substantially in the plane of movement (B) of the pressing tool (2), the channel (3) preferably the vector of the projected load path of the three-dimensional molded part to be formed in the plane of movement (B) of the pressing tool (2) depicts.
DE102016120703.9A 2016-10-28 2016-10-28 Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip Withdrawn DE102016120703A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016120703.9A DE102016120703A1 (en) 2016-10-28 2016-10-28 Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016120703.9A DE102016120703A1 (en) 2016-10-28 2016-10-28 Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016120703A1 true DE102016120703A1 (en) 2018-05-03

Family

ID=61912326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016120703.9A Withdrawn DE102016120703A1 (en) 2016-10-28 2016-10-28 Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016120703A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021121058A1 (en) 2021-08-13 2023-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for producing a composite component for a vehicle and composite component for a vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10253300A1 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Daimlerchrysler Ag Fiber reinforced composite material for highly loaded structural elements incorporates at least in certain sections a layer of carbon fibers running parallel to the load paths
DE102006025280A1 (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh Production of high-strength, fibre-reinforced components, e.g. for car bodies, involves impregnating a continuous fibre bundle, placing the hank into a tempered device with a die using handling gear and then consolidating
DE102011104071A1 (en) * 2011-06-11 2012-12-13 Daimler Ag Method for manufacturing leaf spring that is utilized for function integration of e.g. axle to vehicle, involves melting matrix material in prepeg tape by concentrated introduction of heat when prepeg band is impinged on mold
DE102011054287A1 (en) 2011-10-07 2013-04-11 Universität Stuttgart Method and device for producing plastic molded parts
DE102015014752A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Audi Ag Method for producing a fiber composite component and fiber composite component

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10253300A1 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Daimlerchrysler Ag Fiber reinforced composite material for highly loaded structural elements incorporates at least in certain sections a layer of carbon fibers running parallel to the load paths
DE102006025280A1 (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh Production of high-strength, fibre-reinforced components, e.g. for car bodies, involves impregnating a continuous fibre bundle, placing the hank into a tempered device with a die using handling gear and then consolidating
DE102011104071A1 (en) * 2011-06-11 2012-12-13 Daimler Ag Method for manufacturing leaf spring that is utilized for function integration of e.g. axle to vehicle, involves melting matrix material in prepeg tape by concentrated introduction of heat when prepeg band is impinged on mold
DE102011054287A1 (en) 2011-10-07 2013-04-11 Universität Stuttgart Method and device for producing plastic molded parts
DE102015014752A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Audi Ag Method for producing a fiber composite component and fiber composite component

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021121058A1 (en) 2021-08-13 2023-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for producing a composite component for a vehicle and composite component for a vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3180182B1 (en) Method for producing an smc component provided with a unidirectional fibre scrim
DE102015109855A1 (en) Method for producing components, in particular elongated profiles from strip-shaped, pre-impregnated fibers (prepreg)
DE102013021642B4 (en) Method for the automated production of a structure made of fiber-reinforced plastic and apparatus for carrying out such a method
EP2874800B1 (en) Device and method for producing fibre-reinforced plastics components
DE102016210086A1 (en) Method for producing a structural component for an aircraft or spacecraft, and arrangement
EP2593296A2 (en) Method for producing a component from a fibre composite, preform therefor, and component
DE102011086101A1 (en) Method for the automated production of a fiber composite component with integrated lightning protection and fiber composite component
DE102011120986A1 (en) Injection molding method for manufacturing fiber composite hollow profile component in automobile industry, involves demolding hollow profile with functional structures, heating core while melting out core material of hollow profile
DE102010013713A1 (en) Method and apparatus for producing a fiber-reinforced thermoplastic composite component
DE102011104366A1 (en) Draping and molding tool and method for producing a preform and a fiber-reinforced plastic composite component
DE102013109854A1 (en) Draping device for producing a three-dimensional preform made of fiber material
WO2012076154A1 (en) Processing of a semi-finished fibre composite product
DE102012102407A1 (en) Method for thermoplastic tape laying, the use of a tape and a tape
DE102015211670A1 (en) Method and device for mass production of components made of a fiber-reinforced composite material
DE102016100947A1 (en) Plastic composite component and method for its production
DE102016120703A1 (en) Method and device for producing three-dimensional molded parts from a fiber-reinforced thermoplastic strip
DE102013003538A1 (en) Producing component, preferably a component for automotive vehicle with core structure and cover layer, comprises producing finally produced core structure and applying cover layer by laminating strip material on core structure
DE102016211254A1 (en) Process for producing a fiber-reinforced plastic component
DE202013104091U1 (en) Draping device for producing a three-dimensional preform made of fiber material
DE102016103484A1 (en) Fiber laying head for laying semifinished fiber profiles, fiber laying plant and method for this
DE102019204460A1 (en) Method for producing a sandwich composite component with a pressed two- or three-dimensional shape and such a sandwich composite component
DE102011002906B4 (en) Forming core and process for draping unidirectional 0 ° fiber layers
DE102019116817B4 (en) Method and device for producing a profile component
EP3101263A1 (en) Fuel distributor pipe and component of a motor vehicle
DE102016110143A1 (en) Core structure for a fiber composite layer component, fiber composite layer component and method for producing a fiber composite layer component

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B29C0070460000

Ipc: B29C0043360000

R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee