DE102016124044A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) und Flachfeder hergestellt mit diesem Verfahren - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) und Flachfeder hergestellt mit diesem Verfahren Download PDF

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Thomas Wolf
Claudia Daberger
Thomas Wiedenmann
Gabriele Gorbach
Anna-Carin Föhner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (6) aus einem endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) mit den Schritten:Bereitstellen eines mehrlagigen Halbzeugs (3) umfassend eine Mehrzahl (n ≥ 2) von Lagen (31; 32) aus endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff;Erwärmen des Halbzeugs (3) auf eine Umformtemperatur;Umformen und Konsolidieren des Halbzeugs (3);Funktionalisieren des Halbzeugs (3), wobei die Schritte des Erwärmens, des Umformens, des Konsolidierens und des Funktionalisierens in einem einzigen Werkzeug, nämlich einem Spritzgusswerkzeug (12) erfolgen und als mehrlagiges Halbzeug ein Halbzeug (3) verwendet wird, bei dem die Lagen (31; 32) vor dem Einbringen in das Werkzeug unkonsolidiert vorliegen und lokal begrenzt mit einander verbunden, das heißt vorfixiert zueinander sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie eine Flachfeder hergestellt mit diesem Verfahren.
  • Aus der EP 2 492 074 B1 ist es bekannt, eine Blattfeder als Faserverbundbauteil herzustellen. Hierbei werden in einem Vorformwerkzeug eine Mehrzahl von Einzellagen aufeinander geschichtet und in einem Vorformwerkzeug zu einem mehrlagigen Vorformling gepresst. Die einzelnen Textilbahnen werden in lediglich mit einem Bindemittel versehen in das Vorformwerkzeug eingelegt. Die mit Bindemittel versehenen einzelnen Textillagen werden einzeln im Vorformwerkzeug gestapelt. Sobald eine erforderliche Anzahl von Lagen erreicht ist, wird das Vorformwerkzeug geschlossen. Hierbei erfolgt eine provisorische Fixierung der einzelnen Textillagen zueinander in einer Raumform, die dem Vorformwerkzeug entspricht. Aus dieser provisorisch fixierten Vorform wird in einer weiteren Beschnittstation ein Rohling ausgestanzt. Dieser ausgestanzte Rohling wird in eine RTM-Kavität (RTM = Resin Transfer Molding-Verfahren) eingelegt. In dieser RTM-Kavität wird der Vorformling mit einem Duroplast oder mit einem Thermoplast als Harz verpresst und konsolidiert. Es ist erstrebenswert, eine weitere Vereinfachung des Verfahrens aufzuzeigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) eine weitere Vereinfachung des Verfahrens aufzuzeigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es zudem, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) anzugeben, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist. Weiterhin soll es für eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilgeometrien variabel einsetzbar sein.
  • Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Weiterhin ist im Anspruch 15 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Art und Weise herstellbares Bauteil angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) weist folgende Schritte auf:
    1. a) Bereitstellen eines mehrlagigen Halbzeugs umfassend eine Mehrzahl (n ≥ 2) von Lagen aus endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff;
    2. b) Erwärmen des Halbzeugs auf eine Umformtemperatur;
    3. c) Umformen und Konsolidieren des Halbzeugs;
    4. d) Funktionalisieren des Halbzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erwärmens, des Umformens, des Konsolidierens und des Funktionalisierens in einem einzigen Werkzeug, nämlich einem Spritzgusswerkzeug erfolgen und als mehrlagiges Halbzeug ein Halbzeug verwendet wird, bei dem die Lagen vor dem Einbringen in das Werkzeug unkonsolidiert vorliegen und lokal begrenzt mit einander verbunden, das heißt zueinander vorfixiert sind.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist von besonderem Vorteil, dass in erheblicher Art und Weise eine Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird, da Halbzeuge in mehreren Lagen lediglich vorfixiert aber noch nicht konsolidiert ins Werkzeug eingelegt werden. Somit können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgelagerte Schritte des Konsolidierens von Halbzeugen eingespart werden. Dies trägt auch zu einer erheblichen Energieeinsparung bei. Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Umformschritt außerhalb des Spritzgusswerkzeuges eingespart werden, da die verwendeten mehrlagigen Halbzeuge lediglich zueinander vorfixierte jeweils biegeschlaffe Lagen besitzen, was dazu führt, dass das mehrlagige vorfixierte Halbzeug leicht umformbar ist. Hierdurch konnte der Schritt des Umformens in das Spritzgusswerkzeug verlagert werden, sodass ein separater energieaufwendiger und herstellungszeitaufwändiger Umformschritt entfallen kann. Weiterhin bringt die Bereitstellung eines mehrlagigen Halbzeuges mit einer Mehrzahl von zueinander vorfixierten Lagen bereits eine ausreichende Einschränkung der Relativbewegungen der Schichten zueinander. Hieraus resultiert ein mögliches positionsgenaues Einlegen des vorfixierten Halbzeuges ins Spritzgusswerkzeug, sodass auch gegebenenfalls im Stand der Technik auftretende Werkzeugschädigungen zumindest verringert werden können.
  • Durch geeignete Wahl der Anordnung der Vorfixierungspunkte/- Linien/-Bereiche kann eine geringe Relativbewegung der Schichten zueinander (im vorfixierten Zustand) erreicht werden, wodurch auch die Drapierfähigkeit des Halbzeuges positiv beeinflusst wird.
  • In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Funktionalisieren zumindest ein Anspritzen oder zumindest ein bereichsweises Umspritzen des Halbzeuges. Hierdurch können im Wege des Spritzgusses endlosfaserverstärkte thermoplastische Faserverbundkunststoff-Bauteile erzeugt werden, deren Funktionsvielfalt erhöht ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Endkonturbeschnitt des Halbzeuges nach dem Funktionalisieren, also nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass in besonders genauer Art und Weise an dem hinsichtlich seiner Raumform endgeformten Bauteil in einfacher Art und Weise und sehr exakt ein Endkonturbeschnitt erfolgen kann.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Endkonturbeschnitt des Halbzeuges bereits vor dem Einlegen in das Spritzgusswerkzeug erfolgen. Ein solcher Endkonturbeschnitt kann dabei derart ausgelegt werden, dass die Beschnittkanten beim Funktionalisieren des Halbzeuges im Spritzgusswerkzeug mit spritzgegossener Kunststoffmasse umsäumt werden können.
  • Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass Beschnittkanten, die dem Endkonturbeschnitt des Fertigteiles entsprechen, in einfacher Art und Weise im Wege des Funktionalisierens innerhalb des Spritzgusswerkzeuges, z. B. durch Umspritzen der Beschnittkanten versiegelt werden können, sofern dies notwendig ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Grobkonturbeschnitt des Halbzeuges vor dem Einlegen des Halbzeuges in das Spritzgusswerkzeug durchgeführt. In diesem Fall muss zwar nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens noch ein Endkonturbeschnitt des Bauteiles vorgenommen werden. In vorteilhafter Weise ist es aber möglich, beispielsweise Vorfixierungsstellen, also Vorfixierungspunkte, -linien oder - bereiche in einen Bereich des Halbzeuges zu legen, der nicht im Bereich der Flächenerstreckung des Fertigbauteils liegt. So kann beispielsweise verhindert werden, dass Thermoplast, der die Matrix des endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoffes bildet und im Wege der Vorfixierung bereits einmal erwärmt werden musste, außerhalb des Fertigteiles liegen können. Im Fertigbauteil liegen in diesem Fall lediglich Bereiche vor, die einen einmalig erwärmten Matrixthermoplast-Kunststoff besitzen. Dies trägt zur Materialhomogenität und zur Erhöhung der Bauteilqualität bei.
  • Als geeignete Lagen des Halbzeuges haben sich unidirektionale Bänder (sogenannte unidirektionale Tapes) oder unkonsolidierte biegeschlaffe Lagen aus Faserverbundwerkstoff z. B. Halbzeuglagen aus einem Gewebe und/oder aus einem Hybridgarn aufweisend Polymerfasern und Verstärkungsfasern bewährt.
  • Auch können Organobleche als Halbzeug verwendet werden, so lange diese noch über ein Mindestmaß an Biegeschlaffheit verfügen und sich bevorzugt ohne zusätzlichen vorherigen Erwärmungsschritt in ausreichendem Maße im Spritzgusswerkzeug verformen lassen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bereitstellung des Halbzeuges mehrere Lagen aus endlosfaserverstärktem thermoplastischem Faserverbundkunststoff übereinander positioniert und mittels lokalem Energieeintrag in einem so bereit gestellten Stapel lokal zueinander vorfixiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vorfixierung im Bereich eines Randes des Halbzeuges bzw. dessen Halbzeuglagen. Hierdurch wird erreicht, dass ein flächiger Innenbereich, weiter entfernt von den Rändern, Lagenbereiche aufweist, die zum Zeitpunkt des Einlegens ins Spritzgusswerkzeug zueinander verschieblich sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Vorfixierung durch lokalen Energieeintrag, insbesondere durch mechanisches Verpressen mit einem heißen Stempel, durch Ultraschallschweißen und/oder mittels eines Laserstrahles. Insbesondere hat sich dabei bewährt, einen Flächenanteil der Vorfixierungsfläche hinsichtlich seiner flächigen Ausdehnung im Vergleich zur Gesamtfläche des Halbzeuges so zu wählen, dass der Flächenanteil aller Vorfixierungsstellen zusammen wenigstens 1% der gesamten Halbzeugfläche des Bauteils beträgt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die vollständige Konsolidierung, das heißt die vollflächige Verbindung zwischen den Halbzeuglagen im Spritzgusswerkezug, sodass zur Verbindung der vorfixierten Lagen des Halbzeuges nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weiteren Konsolidierungsschritte mehr notwendig sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vorfixierung einer Lage des Halbzeuges zu einer ersten Nachbarlage lokal an anderen Stellen als die Vorfixierung der Lage zu einer anderen zweiten Nachbarlage. Es erfolgt somit - in einer Draufsicht auf das Halbzeug gesehen - ein Versatz der Vorfixierungsstellen zwischen benachbarten Lagen. Hierdurch kann in positiver Art und Weise die Geschmeidigkeit und die Biegeschlaffheit des Halbzeuges trotz Verbindung mehrerer Lagen zueinander erhalten bleiben, die für das Einlegen des Halbzeuges in das Spritzgusswerkzeug wünschenswert ist. Es erfolgt keine lokal zu steife Ausbildung von mehr als zweilagigen Halbzeugen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vorfixierung der Lagen des Halbzeuges zueinander an Stellen, an denen das fertige Bauteil eine oder nur eine geringe Krümmung aufweist. An diesen Stellen ist beim Einlegen des biegeschlaffen Halbzeuges und beim anschließenden Schließen des Formwerkzeuges ein wenn überhaupt nur geringer Versatz der Lagen zueinander zu erwarten, sodass dort eine Einschränkung der Verschieblichkeit der Lagen zueinander durch die Vorfixierung gut möglich ist, ohne dass übermäßiger Faltenwurf oder dergleichen nachteilige Effekte im Spritzgusswerkzeug zu befürchten sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vorfixierung der Lagen des Halbzeuges an Stellen, die außerhalb der flächigen Erstreckung des Endbauteiles liegen. Hierdurch gelingt es, einen Erwärmungsschritt des Matrixkunststoffes, welches bei der Vorfixierung nötig ist an Stellen zu legen, die im späteren Bauteil nicht vorhanden sind. Es wird somit ein zusätzlicher Erwärmungsschritt dieses Matrixkunststoffes, also beispielsweise eine doppelte Erwärmung vermieden, was materialschonend für den Matrixkunststoff ist.
  • In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das sich im Spritzgusswerkzeug befindliche erwärmte und umgeformte Halbzeug mit einem thermoplastischen Werkstoff im Wege des Spritzgusses funktionalisiert, der sich im Spritzgusswerkzeug stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Matrixthermoplast-Werkstoff des dann konsolidierten Halbzeuges verbinden lässt.
  • Hierdurch gelingt eine gute mechanische Verbindung zwischen dem Matrix-Kunststoff des Halbzeugs und dem eingespritzten Kunststoff der Funktionselemente im Wege des Anspritzens und/oder Umspritzens.
  • Das Funktionalisieren im Spritzgusswerkzeug umfasst zweckmäßigerweise ein Anspritzen oder zumindest ein bereichsweises Umspritzen des Halbzeugs.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Endkonturbeschnitt des vorfixierten Halbzeuges nach dem Funktionalisieren durchgeführt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in besonders einfacher Art und Weise eine Flachfeder herstellen, die gegenüber vergleichbaren Flachfedern aus Stahlblech weniger korrosionsempfindlich sind und ein geringeres Bauteilgewicht gegenüber vergleichbaren Flachfedern aus Stahlblech aufweisen.
  • Weiterhin kann ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Flachfederelement im Funktionalisierungsschritt mit Halteelementen versehen werden, die eine leichte Montage an abzufedernden Bauteilen ermöglicht. Sofern sich das abgefederte Bauteil im Spritzgussverfahren herstellen lässt, kann es sogar gewollt und vorteilhaft sein, beim Spritzgussprozess des abzufedernden Bauteiles die Flachfeder mit diesem zu verbinden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die Funktionalisierung von Bauteilen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mit faserverstärktem Spritzgussmaterial durchgeführt werden kann, welches sich in besonders vorteilhafter gut formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem thermoplastischen Matrixmaterial des Faserverbundkunststoffes verbinden lässt.
  • Hinsichtlich der Herstellung von Bauteilen aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundwerkstoff ergeben sich durch die Erfindung weitere Vorteile. Einer der Vorteile ist, dass der Grundwerkstoff für das Bauteil (z. B. der Matrixkunststoff des Halbzeugs) gleich sein kann zu demjenigen Kunststoff, der im Wege der Funktionalisierung, d. h. im Wege des Spritzgusses mit dem Halbzeug verbunden werden soll. Hierdurch ergeben sich hinsichtlich des Recyclings Vorteile. Es werden bevorzugt grundsätzlich gleiche Kunststoffarten verwendet. Durch die Möglichkeit einer stoffschlüssigen Verbindung der Funktionselemente, die im Wege des Spritzgusses an den Vorformling bzw. das im Spritzgusswerkzeug umgeformte und konsolidierte Halbzeug angebracht werden, ergeben sich eine Vielzahl neuer Gestaltungsmöglichkeiten, die insbesondere bauraumsparend sind, da separate Befestigungen der Funktionselemente mit den Bauteil nicht vorzugsehen sind.
  • Insbesondere für den Einsatz als Flachfeder haben sich Endlosfasern als Faserart bewährt.
  • Als Faserwerkstoff können insbesondere Kohlenstoff-, Glas- oder soweit es Korrosionsbedingungen erlauben Metallfasern in Frage kommen. Als Matrixkunststoff können Polymerwerkstoffe, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. PP, PA, PC, PA6, etc. sinnvoll sein.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in vielen Fällen Bauteile erzeugbar sind, die gegenüber vergleichbaren Bauteilen aus einem metallischen Blechwerkstoff deutlich geringere Bauteilgewichte aufweisen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: stark schematisiert eine Flachfeder aus einem endlosfaserverstärkten Faserverbundkunststoff mit thermoplastischer Matrix (TFVK)in einem Fertigzustand (angebunden an ein abzufederndes Bauteil) und hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
    • 2a bis 2f: stark schematisiert Prozessschritte eines bekannten Herstellverfahrens;
    • 3: stark schematisiert ein Beispiel für ein vorfixiertes Halbzeug zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren und
    • 4a bis 4c: stark schematisiert einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 1 zeigt stark schematisiert ein Bauteil 1 in Form einer Flachfeder 2 aus einem mehrlagigen Halbzeug 3 hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Halbzeug 3 besteht aus zumindest einer bevorzugt mehreren Lagen eines endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundkunststoffes. Dieser Faserverbundkunststoff weist Filamente (nicht gezeigt) auf, welche in einem thermoplastischen Kunststoff, zum Beispiel einem Polypropylen, einem Polyamid, oder einem anderen thermoplastischen Kunststoff als Matrixkunststoff gebunden sind. Das Bauteil 1 besitzt beispielsweise eine Öffnung 4 durch die - wie weiter unten beschrieben werden wird -im Wege des Spritzgießens Kunststoffschmelze geflossen ist, sodass ein Haltelement 5 (vgl. 1) einstückig und unverlierbar mit dem Vorformling 1 verbunden ist. Das Halteelement 5 kann ein separates Halteelement sein, mit dem der Vorformling 1 in einem späteren Montageschritt an ein abzufederndes Bauteil 6 montierbar ist. In der Ausführungsform gemäß 2 ist das Halteelement 5 integral mit dem Bauteil 6 ausgebildet, sodass im Ergebnis das Bauteil 1, das heißt die Flachfeder 2 integral und form-/stoffschlüssig mit dem abzufedernden Bauteil 6 verbunden ist. Die Flachfeder 2 besitzt beispielsweise bogenförmige Federarme 7, welche sich mit einem abgerundeten Endbereich 8 an einem Abstützbauteil 9 abstützen können. Eine solche Flachfeder 2 lässt sich mit dem erfindungsgemäßen, nachfolgend detaillierter beschriebenen Verfahren in vorteilhafterweise einfach und kostengünstig herstellen.
  • Die 2a bis 2f zeigen schematisiert ein bekanntes Herstellverfahren für ein endlosfaserverstärktes thermoplastisches Faserverbundkunststoff-Bauteil aus einem gegebenenfalls mehrlagigen und vorkonsolidierten Halbzeug 3. Ein solches vorkonsolidiertes gegebenenfalls mehrlagiges Halbzeug 3 ist relativ biegesteif und wird üblicherweise in einem Vorwärmschritt (2a) auf eine Umformtemperatur TU erwärmt. In einem nächsten Schritt (2b) wird das auf Umformtemperatur TU erwärmte Halbzeug 3 in ein Umformwerkzeug 110 eingelegt und mittels eines Umformschrittes zu einem Vorformling 100 umgeformt. Ein solcher Vorformling 100 (vergleiche 2c) wird gegebenenfalls in einem weiteren Erwärmungsschritt (2b) erneut auf eine für das Funktionalisieren geeignete Temperatur gebracht. Ein solcher Erwärmungsschritt ist schematisch in 2d dargestellt. Dieser kann gegebenenfalls entfallen, wenn ein Vorformling 100, der das Umformwerkzeug 110 verlässt, eine für das Funktionalisieren in einem nachfolgenden Spritzgusswerkzeug 120 geeignete Temperatur aufweist. In einem weiteren Schritt (2e) wird der Vorformling 100 in ein Spritzgusswerkzeug 120 eingelegt, welches in üblicher Art und Weise eine Patrize und eine Matrize besitzt und ein Einspritzaggregat 130 aufweist. Im Spritzgusswerkzeug 120 verbleibt nach dem Schließen des Spritzgusswerkzeuges mit eingelegtem Vorformling 100 eine Kavität, welche mittels dem Einspritzaggregat 130 mit Kunststoff gefüllt werden kann. Die Kavität ist dabei so ausgebildet, dass beispielsweise ein Funktionselement, z. B. ein Halteelement an den Vorformling 100 angespritzt oder diesen durchdringend teilweise umspritzt wird. Ein solches Verfahren ist hinsichtlich des Zeitaufwandes und hinsichtlich des Energieaufwandes verbesserungswürdig.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein mehrlagiges Halbzeug 3 verwendet.
  • Mit einem solchen vorfixierten mehrlagigen und biegeschlaffen Halbzeug 3 kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden (vergleiche 4a bis 4c). Das vorfixierte mehrlagige Halbzeug 3 wird in seinem biegeschlaffen, nicht konsolidierten Zustand in ein Spritzgusswerkzeug 10 eingelegt. Das Spritzgusswerkzeug 10 weist in üblicher Art und Weise eine Matrize und eine Patrize auf. Gegebenenfalls verfügt es über geeignete Heizeinrichtungen (nicht gezeigt). Durch das Schließen des Spritzgusswerkzeuges 10 erfolgt ein Umformen des biegeschlaffen und lediglich lokal vorfixierten Halbzeuges 3 sowie ein Verpressen desselben unter Wärmeeinwirkung, sodass eine Konsolidierung der Lagen 31, 32, das heißt ein flächiges Verbinden der Lagen 31, 32 des Halbzeugs 3 zueinander stattfindet.
  • Nach dem Konsolidieren, das heißt nach dem Verfahrensschritt gemäß 4b, kann eine entsprechend vorgesehene Kavität 45 mittels des Spritzaggregates 11 mit Kunststoff gefüllt werden, sodass ein Anspritzen oder Umspritzen von Funktionselementen an das umgeformte Halbzeug 3 stattfindet. Dieser Schritt wird erfindungsgemäß als „Funktionalisieren“ bezeichnet.
  • Als mögliches Funktionalisieren kann beispielsweise das Anspritzen von Halterungen oder Clips oder dergleichen oder auch das Umspritzen von Beschnittkanten angesehen werden. Unter Funktionalisieren im Sinne der Erfindung ist jede Bauteilveränderung zu verstehen, welche im Wege des Spritzgießens vorgenommen wird und eine Funktionsänderung bzw. eine Funktionsergänzung gegenüber dem Halbzeug erzeugt. Nach der Durchführung des Schrittes gemäß 4c (Funktionalisieren) kann das fertige Bauteil 1 aus dem Spritzgusswerkzeug 10 entnommen werden.
  • Als geeigneter Kunststoff für das Umspritzen des Vorformlings 1 bietet sich ein thermoplastischer Kunststoff an. Bevorzugt ist der Kunststoff, welcher zum Umspritzen verwendet wird, der gleiche Kunststoff wie das Matrixmaterial des Vorformlings 1 beziehungsweise des Halbzeuges 3.
  • Der letzte Fertigungsschritt ist in 3f schematisiert dargestellt. Bei geschlossenem Spritzgusswerkzeug 12 wird der Vorformling 1 in der Kavität gehalten. Kunststoff zum Ummanteln oder Umspritzen, beispielsweise zum Ausbilden eines Halteelements 5 wird in das Spritzgusswerkzeug 12 eingesetzt. Nach einer Abkühlzeit kann das Spritzgusswerkzeug 12 geöffnet werden und das Bauteil beziehungsweise die Flachfeder 2 entnommen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bauteil
    2
    Flachfeder
    3
    Halbzeug
    4
    Öffnung
    5
    Halteelement
    6
    Abzufederndes Bauteil
    7
    Federarm
    8
    Endbereich
    9
    Abstützbauteil
    10
    Spritzgusswerkzeug
    11
    Einspritzaggregat
    31,32
    Lagen
    45
    Kavität
    100
    Vorformling
    110
    Umformwerkzeug
    120
    Spritzgusswerkzeug
    130
    Einspritzaggregat
    TU
    Umformtemperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2492074 B1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (6) aus einem endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff (TFVK) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines mehrlagigen Halbzeugs (3) umfassend eine Mehrzahl (n ≥ 2) von Lagen (31; 32) aus endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff; b) Erwärmen des Halbzeugs (3) auf eine Umformtemperatur; c) Umformen und Konsolidieren des Halbzeugs (3); d) Funktionalisieren des Halbzeugs (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erwärmens, des Umformens, des Konsolidierens und des Funktionalisierens in einem einzigen Werkzeug, nämlich einem Spritzgusswerkzeug (12) erfolgen und als mehrlagiges Halbzeug ein Halbzeug (3) verwendet wird, bei dem die Lagen (31; 32) vor dem Einbringen in das Werkzeug unkonsolidiert vorliegen und lokal begrenzt mit einander verbunden, das heißt vorfixiert zueinander sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionalisieren ein Anspritzen oder zumindest ein bereichsweises Umspritzen des Halbzeugs (3) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endkonturbeschnitt des Halbzeugs (3) nach dem Funktionalisieren erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobkonturbeschnitt des Halbzeugs (3) vor dem Einlegen des Halbzeugs (3)in das Spritzgusswerkzeug (12) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lagen (31; 32) des Halbzeugs (3) unidirektionale Bänder (sogenannte unidirektionale Tapes) oder unkonsolidierte biegeschlaffe Lagen (31; 32) aus Faserverbundwerkstoff oder Halbzeuglagen aus einem Gewebe oder aus Hybridgarnen aufweisend Polymerfasern und Verstärkungsfasern verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung des Halbzeuges (3) mehrere Lagen (31; 32) aus endlosfaserverstärktem thermoplastischen Faserverbundkunststoff übereinander positioniert werden und mittels lokalem Energieeintrag in einem so bereitgestellten Stapel lokal zueinander vorfixiert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung im Bereich eines Randes des Halbzeuges (3) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung durch insbesondere mechanisches Verpressen mit einem heißen Stempel, durch Ultraschall-Schweißen und/oder mittels eines Laserstrahls erfolgt, wobei insbesondere ein Flächenanteil der Vorfixierungsfläche wenigstens 1 % der gesamten Halbzeugfläche des Bauteils (6) beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines vorfixierten Halbzeuges (3) dessen vollständige Konsolidierung, das heißt die vollflächige Verbindung der Halbzeuglagen, im Spritzgusswerkzeug (12) erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung einer Lage (31; 32) zu einer ersten Nachbarlage lokal an anderen Stellen vorgenommen wird als die Vorfixierung der Lage (31; 32) zu einer anderen zweiten Nachbarlage.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung an Stellen erfolgt, an denen das fertige Bauteil (6) eine oder nur eine geringe Krümmung aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung der Lagen (31; 32) des Halbzeugs (3) an Stellen erfolgt, die außerhalb der flächigen Erstreckung des Endbauteils liegen.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfixierung der Lagen des Halbzeugs (3) im Falle von Gewebelagen linienförmig, im Falle von unidirektionalen Bändern punktförmig oder kreisflächenförmig und/oder im Falle der Verwendung von Hybridgarn zumindest derart erfolgt, dass alle Fasern des Hybridgarnes, z. B. alle Polymerfasern und alle Verstärkungsfasern, von der Vorfixierung erfasst sind.
  14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des vorfixierten Halbzeuges ein Vorerwärmungsschritt durchgeführt wird.
  15. Flachfeder hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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