DE102016210064A1 - Method and manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding, and method and welding arrangement for welding - Google Patents
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- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping 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
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen mittels eines Pressformwerkzeugs mit mindestens einem ersten und einem zweiten starren Werkzeugteil. Ein oder mehrere Abschnitte eines Halbzeugs, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und Verstärkungsfasern aufweist, werden zur Bildung einer Halbzeuganordnung angeordnet. Druck und erhöhte Temperatur werden auf die Halbzeuganordnung aufgebracht, wobei der Druck durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen zwischen der Halbzeuganordnung und dem ersten Werkzeugteil auf die Halbzeuganordnung aufgebracht wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke mittels eines Schweißwerkzeugs mit mindestens einem ersten und einem zweiten starren Werkzeugteil, wobei mindestens eines der Werkstücke ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist. Die Werkstücke werden zueinander zur Bildung einer Werkstückanordnung angeordnet. Druck und erhöhte Temperatur werden auf die Werkstückanordnung aufgebracht. Der Druck wird hierbei durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen zwischen der Werkstückanordnung und dem ersten Werkzeugteil auf die Werkstückanordnung aufgebracht. Die Erfindung betrifft ferner eine Herstellanordnung sowie eine Schweißanordnung.The invention relates to a method for producing a workpiece by press molding using a press mold with at least a first and a second rigid tool part. One or more sections of a semi-finished product comprising a thermoplastic plastic material and reinforcing fibers are arranged to form a semifinished assembly. Pressure and elevated temperature are applied to the semifinished arrangement, wherein the pressure is applied by applying force to the tool parts via an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion between the semifinished assembly and the first tool part on the semi-finished product assembly. Furthermore, the invention relates to a method for welding at least two workpieces by means of a welding tool having at least a first and a second rigid tool part, wherein at least one of the workpieces comprises a thermoplastic plastic material. The workpieces are arranged to each other to form a workpiece assembly. Pressure and elevated temperature are applied to the workpiece assembly. The pressure is applied by applying force to the tool parts via an at least partially deformable and / or at least partially preformed pillow between the workpiece assembly and the first tool part on the workpiece assembly. The invention further relates to a manufacturing arrangement and a welding arrangement.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Herstellanordnung zur Herstellung eines Werkstücks als ein Faserverbundwerkstück durch Pressformen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie eine Schweißanordnung zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke, von denen mindestens eines ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist.The present invention relates to a method and a manufacturing arrangement for producing a workpiece as a fiber composite workpiece by press molding. Furthermore, the invention relates to a method and a welding arrangement for welding at least two workpieces, of which at least one has a thermoplastic material.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Wenngleich die vorliegende Erfindung auf vielerlei Werkstücke und insbesondere Faserverbundwerkstücke auf vielen Gebieten der Technik anwendbar ist, sollen die vorliegende Erfindung und die ihr zu Grunde liegende Problematik nachfolgend am Beispiel der Herstellung einer Rumpfschale für ein Flugzeug näher beschrieben werden.Although the present invention is applicable to a variety of workpieces, and in particular fiber composite workpieces in many fields of technology, the present invention and the underlying problems are described below using the example of producing a fuselage shell for an aircraft.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, beispielsweise eine Rumpfhaut für einen Flugzeugrumpf aus einem Verbundwerkstoff mit Verstärkungsfasern und einer Matrix aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial herzustellen.It has already been proposed, for example, to produce a fuselage skin for a fuselage made of a composite material with reinforcing fibers and a matrix of a curable synthetic material.
Bei Faserverbundbauteilen, die mit aushärtbaren Harzen als Matrix gebildet werden, ist jedoch oftmals relativ viel Aufwand zu betreiben, um zu zeigen, dass ein aus dem Produktionsprozess hervorgegangenes Bauteil eine geforderte Qualität aufweist. Beispielsweise können zu diesem Zweck zerstörungsfreie Prüfmethoden (sog. „nondestructive testing“) zum Einsatz kommen.In fiber composite components, which are formed with thermosetting resins as a matrix, however, relatively much effort is often required to show that a resulting from the production process component has a required quality. For example, non-destructive testing methods (so-called "nondestructive testing") can be used for this purpose.
Es wäre jedoch wünschenswert, über ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Verbundbauteile und eine entsprechende Herstellanordnung zu verfügen, bei denen sich mit verringertem Aufwand zuverlässig sicherstellen lässt, dass die Qualitätsanforderungen an das herzustellende Bauteil erfüllt werden. Zudem wäre es wünschenswert, wenn die Herstellung der Verbundbauteile zweckmäßig und effizient erfolgen kann. Ferner wäre es darüber hinaus wünschenswert, Werkstücke sicher und effizient derart miteinander verbinden zu können, dass die Qualität der Verbindung mit möglichst wenig Prüfaufwand zuverlässig sichergestellt werden kann.However, it would be desirable to have a method for producing fiber-reinforced composite components and a corresponding manufacturing arrangement, which can be reliably ensured with reduced effort that the quality requirements are met to the component to be produced. In addition, it would be desirable if the production of the composite components can be carried out expediently and efficiently. Furthermore, it would also be desirable to be able to securely and efficiently connect workpieces together in such a way that the quality of the connection can be reliably ensured with as little testing effort as possible.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein entsprechend verbessertes Herstellverfahren sowie eine verbesserte Anordnung anzugeben, welche eine zweckmäßige Herstellung von Faserverbundbauteilen hoher Qualität ermöglichen. Zudem sollen ein Verfahren und eine Schweißanordnung zur Herstellung einer hochwertigen Schweißverbindung vorgeschlagen werden.Against this background, the present invention is based on the object to provide a correspondingly improved manufacturing method and an improved arrangement, which allow a convenient production of fiber composite components of high quality. In addition, a method and a welding arrangement for producing a high-quality welded joint are proposed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Herstellanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 und/oder durch eine Schweißanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen mittels eines Pressformwerkzeugs mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil und einem zweiten starren Werkzeugteil vorgeschlagen, wobei das Werkstück als ein Faserverbundwerkstück mit einer thermoplastischen Matrix gebildet wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Anordnen eines oder mehrerer Abschnitte eines Halbzeugs, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und Verstärkungsfasern aufweist, zur Bildung einer Halbzeuganordnung; und
- – Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Halbzeuganordnung, wobei der Druck durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen zwischen der Halbzeuganordnung und dem ersten Werkzeugteil auf die Halbzeuganordnung aufgebracht wird.
- Arranging one or more sections of a semifinished product comprising a thermoplastic material and reinforcing fibers to form a semifinished assembly; and
- - Applying pressure and elevated temperature to the semi-finished product assembly, wherein the pressure is applied by applying force to the tool parts via an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion between the semifinished assembly and the first tool part on the semi-finished product assembly.
Es wird ferner eine Herstellanordnung zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen als ein Faserverbundwerkstück mit einer thermoplastischen Matrix vorgeschlagen, wobei die Herstellanordnung ein Pressformwerkzeug mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil und einem zweiten starren Werkzeugteil aufweist und die Herstellanordnung dafür eingerichtet ist, Druck und erhöhte Temperatur auf eine Halbzeuganordnung, die durch Anordnen eines oder mehrerer Abschnitte eines Halbzeugs mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial und Verstärkungsfasern gebildet ist, auszuüben. Hierbei weist die Herstellanordung ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen auf, über das durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile der Druck auf die Halbzeuganordnung aufbringbar ist.It is further proposed a manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding as a fiber composite workpiece with a thermoplastic matrix, wherein the manufacturing arrangement comprises a press tool having at least a first rigid tool part and a second rigid tool part and the manufacturing arrangement is adapted to pressure and elevated temperature to a Semifinished arrangement, which is formed by arranging one or more sections of a semifinished product with a thermoplastic material and reinforcing fibers exercise. Here, the manufacturing arrangement has an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion over which by applying force to the tool parts of the pressure on the semi-finished product assembly can be applied.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke mittels eines Schweißwerkzeugs mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil und einem zweiten starren Werkzeugteil vorgeschlagen, wobei mindestens eines der Werkstücke ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Anordnen der Werkstücke zueinander zur Bildung einer Werkstückanordnung; und
- – Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Werkstückanordnung, wobei der Druck durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen zwischen der Werkstückanordnung und dem ersten Werkzeugteil auf die Werkstückanordnung aufgebracht wird.
- - Arranging the workpieces to each other to form a workpiece assembly; and
- - Applying pressure and elevated temperature to the workpiece assembly, wherein the pressure is applied by applying force to the tool parts via an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion between the workpiece assembly and the first tool part on the workpiece assembly.
Ferner wird eine Schweißanordnung zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke, von welchen mindestens eines ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist, bereitgestellt, wobei die Schweißanordnung ein Schweißwerkzeug mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil und einem zweiten starren Werkzeugteil aufweist und wobei die Schweißanordnung dafür eingerichtet ist, Druck und erhöhte Temperatur auf eine mit den Werkstücken gebildete Werkstückanordnung auszuüben. Hierbei weist die Schweißanordnung ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen auf, über das durch Aufbringen von Kraft auf die Werkzeugteile der Druck auf die Werkstückanordnung aufbringbar ist. Furthermore, a welding arrangement is provided for welding at least two workpieces, at least one of which has a thermoplastic material, wherein the welding arrangement comprises a welding tool with at least a first rigid tool part and a second rigid tool part and wherein the welding arrangement is arranged for pressure and elevated temperature to exert on a workpiece assembly formed with the workpieces. Here, the welding arrangement has an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion over which by applying force to the tool parts of the pressure on the workpiece assembly can be applied.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass sich bei dem vorgeschlagenen Pressformen eines Faserverbundbauteils mit einer thermoplastischen Matrix unter Druck und erhöhter Temperatur und auch bei dem vorgeschlagenen Verschweißen mit verringertem Aufwand sicherstellen lässt, dass das fertige Werkstück bzw. die fertige Verbindung von Werkstücken den Qualitätsanforderungen entspricht. Thermoplastische Kunststoffmaterialien erfordern keinen Aushärtevorgang, wie etwa unter Wärme aushärtende Harze, und bieten die Möglichkeit erneuter Formbarkeit unter neuerlicher Erwärmung. Durch Überwachen der auf das thermoplastische Kunststoffmaterial aufgebrachten Temperatur und des aufgebrachten Druckes kann das Verhalten des Materials bei einem Konsolidierungs- und Formgebungsvorgang bzw. bei einem thermoplastischen Schweißvorgang gut nachvollzogen werden. Der Aufwand für ein zerstörungsfreies Prüfen des erhaltenen Werkstücks bzw. der erhaltenen Verbindung kann auf diese Weise vorteilhaft verringert werden, was sich auch günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.An underlying realization of the invention is that it can be ensured in the proposed molding a fiber composite component with a thermoplastic matrix under pressure and elevated temperature and also in the proposed welding with reduced effort that the finished workpiece or the finished connection of workpieces the Quality requirements. Thermoplastic plastic materials do not require a curing process, such as thermosetting resins, and offer the possibility of re-plasticity with renewed heating. By monitoring the temperature and pressure applied to the thermoplastic resin material, the behavior of the material can be readily understood in a consolidation and molding operation or in a thermoplastic welding operation. The cost of a non-destructive testing of the resulting workpiece or the compound obtained can be advantageously reduced in this way, which also has a favorable effect on the manufacturing cost.
Bei dem Pressformen werden weder ein Autoklav noch ein Vakuumsack benötigt. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Anordnungen gelingt das Aufbringen von Druckkräften über das Kissen in gleichmäßiger, gut verteilter Weise. Insbesondere kann ein Aufbringen des Drucks im Wesentlichen als hydrostatischer Druck erreicht werden, auch wenn die Druckkraft durch Beaufschlagen der Werkzeugteile mit Kräften, etwa global über eine Pressvorrichtung, aufgebracht wird. Auch die Aufbringung hoher hydrostatischer Drücke ist möglich, beispielsweise um leistungsfähige thermoplastische Kunststoffmaterialien verarbeiten zu können. Die Nutzung des Kissens bietet ferner die vorteilhafte Möglichkeit eines Ausgleichs kleinerer Abweichungen oder Änderungen in der Bauteilgeometrie, wie sie beispielsweise dann vorkommen können, wenn etwa ein Hautelement lokal mit zusätzlichen Faserlagen, Dopplern, oder ähnlichem in begrenztem Umfang angepasst wird. Somit muss nicht bei jeder kleineren geometrischen Änderung an den herzustellenden oder zu verbindenden Werkstücken ein neues Werkzeug bereitgestellt werden. Wird das Kissen abschnittsweise vorgeformt ausgebildet, kann es hierdurch noch besser an die angestrebte Geometrie zum Beispiel des fertigen Faserverbundwerkstücks, oder an die Geometrie der Werkstückanordnung, angepasst werden.In the press molding neither an autoclave nor a vacuum bag are needed. In the methods and arrangements of the invention, the application of compressive forces across the pad succeeds in a uniform, well distributed manner. In particular, application of the pressure can essentially be achieved as hydrostatic pressure, even if the pressure force is applied by applying force to the tool parts, for example globally via a pressing device. The application of high hydrostatic pressures is possible, for example, to process powerful thermoplastic materials. The use of the pad further offers the advantageous possibility of compensating small deviations or changes in the component geometry, as may occur, for example, when, for example, a skin element is locally adapted with additional fiber layers, doppler, or the like to a limited extent. Thus, a new tool does not have to be provided for every minor geometric change in the workpieces to be produced or joined. If the pad is preformed in sections, it can thereby be adapted even better to the desired geometry, for example of the finished fiber composite workpiece, or to the geometry of the workpiece arrangement.
Die Erfindung ermöglicht somit eine zweckmäßige Herstellung von Faserverbundbauteilen mit thermoplastischer Matrix sowie die Herstellung einer hochwertigen Thermoplast-Schweißverbindung durch Erweichen oder Aufschmelzen und nachfolgendes Wiederverfestigen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials.The invention thus enables a convenient production of fiber composite components with thermoplastic matrix and the production of a high-quality thermoplastic welded joint by softening or melting and subsequent reconsolidation of a thermoplastic material.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen kann insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Herstellanordnung durchgeführt werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Schweißanordnung durchgeführt werden.The inventive method for producing can be carried out in particular by means of the manufacturing arrangement according to the invention. Furthermore, the method according to the invention for welding can be carried out in particular by means of the welding arrangement according to the invention.
Vorgeschlagen wird ferner ein Werkstück, hergestellt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen und/oder mittels der erfindungsgemäßen Herstellanordnung, sowie eine Anordnung mit zwei verschweißten Werkstücken, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen und/oder der erfindungsgemäßen Schweißanordnung verbunden wurden.Further proposed is a workpiece, produced by means of the inventive method for manufacturing and / or by means of the manufacturing arrangement according to the invention, as well as an arrangement with two welded workpieces which have been connected by means of the inventive method for welding and / or the welding arrangement according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the other dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung weist das Kissen zwischen der Halbzeuganordnung und dem ersten Werkzeugteil eine mit einer Membran oder Folie gebildete Haut auf und ist mit einem Fluid gefüllt. In einer analogen Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung weist das Kissen zwischen der Werkstückanordnung und dem ersten Werkzeugteil eine mit einer Membran oder Folie gebildete Haut auf und ist mit einem Fluid gefüllt. Mit Hilfe des Fluids gelingt vorteilhaft die Aufbringung des Drucks im Wesentlichen als hydrostatischer Druck. Zudem kann das Fluid, um die gewünschte Temperatur auf die Halbzeuganordnung bzw. die Werkstückanordnung wirkungsvoll aufzubringen, zweckmäßig temperiert, d.h. erwärmt oder gekühlt, werden.In one embodiment of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, the cushion between the semifinished arrangement and the first tool part with a Membrane or foil formed skin and is filled with a fluid. In an analogous embodiment of the method for welding and the welding arrangement, the pad between the workpiece arrangement and the first tool part has a skin formed with a membrane or foil and is filled with a fluid. With the help of the fluid advantageously the application of pressure succeeds substantially as hydrostatic pressure. In addition, the fluid in order to effectively apply the desired temperature to the semifinished arrangement or the workpiece arrangement can advantageously be tempered, ie heated or cooled.
In einer Ausgestaltung ist die Membran oder Folie zur Bildung des zumindest abschnittsweise verformbaren Kissens verformbar oder flexibel ausgebildet oder ist die Membran oder Folie zur Bildung des abschnittsweise vorgeformten Kissens vorgeformt, beispielsweise korrespondierend zu einer Geometrie des herzustellenden Werkstücks oder korrespondierend zu einer Geometrie der Werkstückanordnung.In one embodiment, the membrane or film to form the at least partially deformable pad deformable or flexible or the membrane or film for forming the partially preformed pad is preformed, for example, corresponding to a geometry of the workpiece to be produced or corresponding to a geometry of the workpiece assembly.
Als das Fluid kann in bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ein Öl verwendet werden. Auf diese Weise gelingt eine wirkungsvolle Aufbringung auch hoher Drücke.As the fluid, in preferred embodiments of the invention, an oil may be used. In this way, an effective application of high pressures succeeds.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Kissen zwischen der Halbzeuganordnung und dem ersten Werkzeugteil oder zwischen der Werkstückanordnung und dem ersten Werkzeugteil mit einem körnigen Material, etwa einem Granulat, anstelle eines Fluids gefüllt sein. Auch ein derartiges körniges Material ermöglicht eine Aufbringung von Druckkräften im Wesentlichen nach Art eines hydrostatischen Drucks, wobei bei dieser Ausgestaltung die Handhabung eines Fluids entfallen kann.In an alternative embodiment of the invention, the pad between the semifinished assembly and the first tool part or between the workpiece assembly and the first tool part may be filled with a granular material, such as granules, instead of a fluid. Even such a granular material allows an application of compressive forces substantially in the manner of a hydrostatic pressure, in which embodiment, the handling of a fluid can be omitted.
Das körnige Material kann in Weiterbildungen der Erfindung ein Polymergranulat oder ein Gummigranulat oder Metallkügelchen beinhalten.The granular material may include in polymer developments of the invention a polymer granulate or a rubber granule or metal beads.
Die Membran oder Folie des Kissens kann in Weiterbildungen mit einem Metallwerkstoff oder mit einem Kunststoff oder mit einem Verbundmaterial, welches einen Metallwerkstoff und einen Kunststoff beinhaltet, ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Membran oder Folie mit einem Metallwerkstoff gebildet ist, kann eine vorteilhaft temperaturbeständige Membran oder Folie erzielt werden. Beispielsweise kann als Membran oder Folie eine Stahlmembran oder eine Edelstahlmembran verwendet werden. Hingegen kann die Verwendung eines Kunststoffmaterials für die Membran oder Folie eine gute Verformbarkeit derselben und eine gute Dichtigkeit gegenüber dem Fluid ermöglichen. Diese vorteilhaften Eigenschaften können in einem Verbundmaterial mit einem Metall- und einem Kunststoffwerkstoff kombiniert werden.The membrane or foil of the pad may be formed in further developments with a metal material or with a plastic or with a composite material which includes a metal material and a plastic. In particular, when the membrane or film is formed with a metal material, an advantageously temperature-resistant membrane or film can be achieved. For example, a steel membrane or a stainless steel membrane can be used as membrane or foil. On the other hand, the use of a plastic material for the membrane or film can allow good deformability of the same and a good seal with the fluid. These advantageous properties can be combined in a composite material with a metal and a plastic material.
In einer Ausgestaltung kann es sich bei dem Kunststoff der Membran oder Folie um ein Polyimid handeln. Es könnte zum Beispiel das unter dem Namen Kapton® von E. I. du Pont de Nemours&Company angebotene Material zur Bildung der Membran oder Folie verwendet werden. Eine derartige Membran oder Folie kann vorteilhaft hohen Temperaturen ausgesetzt werden.In one embodiment, the plastic of the membrane or film may be a polyimide. It could be used as the material offered by the name Kapton ® from EI du Pont de Nemours & Company to form the membrane or film. Such a membrane or film can advantageously be exposed to high temperatures.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen und der Herstellanordnung ist die mit einem Metallwerkstoff ausgebildete Membran oder Folie auf der der Halbzeuganordnung zugewandten Seite poliert und/oder beschichtet. In einer analogen Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung ist die mit einem Metallwerkstoff ausgebildete Membran oder Folie auf der der Werkstückanordnung zugewandten Seite poliert und/oder beschichtet. Dies kann zu beitragen, ein Anhaften der Halbzeuganordnung bzw. der Werkstückanordnung an die Membran oder Folie zu vermeiden.In a further embodiment of the method for producing and the manufacturing arrangement, the membrane or foil formed with a metal material is polished and / or coated on the side facing the semifinished product arrangement. In an analogous embodiment of the method for welding and the welding arrangement, the membrane or foil formed with a metal material is polished and / or coated on the side facing the workpiece arrangement. This can contribute to avoid adhesion of the semifinished arrangement or the workpiece arrangement to the membrane or film.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung ist bei dem Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Halbzeuganordnung zwischen dem ersten Werkzeugteil und der Membran oder Folie ein mit dem unter Druck stehenden Fluid gefüllter, spaltartiger Raum ausgebildet. In einer analogen Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung ist bei dem Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Werkstückanordnung zwischen dem ersten Werkzeugteil und der Membran oder Folie ein mit dem unter Druck stehenden Fluid gefüllter, spaltartiger Raum ausgebildet. Indem der mit dem Fluid ausgefüllte Raum spaltartig ausgebildet ist und somit ein relativ begrenztes Volumen in Relation zu den Dimensionen des Werkstücks bzw. der Werkstücke aufweist, kann mit einer vergleichsweise geringen Fluidmenge wirkungsvoll der hydrostatische Druck aufgebracht und ein Konturausgleich erreicht werden. Zudem ermöglicht die vergleichsweise geringe Fluidmenge zum Beispiel durch Zu- und Abführen von erhitztem oder gekühltem Fluid eine schnelle Steuerung der Temperatur, die auf die Halbzeuganordnung oder die Werkstückanordnung aufgebracht wird.In one embodiment of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, a pressure-filled fluid filled, gap-like space is formed in the application of pressure and elevated temperature to the semi-finished assembly between the first tool part and the membrane or film. In an analogous embodiment of the method for welding and the welding arrangement, when the pressure and elevated temperature are applied to the workpiece arrangement, a gap-like space filled with the pressurized fluid is formed between the first tool part and the membrane or foil. By the space filled with the fluid is formed like a gap and thus has a relatively limited volume in relation to the dimensions of the workpiece or the workpieces can be applied with a relatively small amount of fluid effectively the hydrostatic pressure and a contour compensation can be achieved. In addition, the comparatively small amount of fluid, for example, by supplying and discharging heated or cooled fluid, enables rapid control of the temperature applied to the semifinished assembly or the workpiece assembly.
In einer Ausgestaltung kann die Membran oder Folie derart an dem ersten Werkzeugteil befestigt sein, dass ein Kisseninnenraum durch eine Oberfläche des ersten Werkzeugteils und Oberfläche der Membran oder Folie begrenzt wird.In one embodiment, the membrane or film may be attached to the first tool part such that a pad interior is bounded by a surface of the first tool part and surface of the membrane or film.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Membran oder Folie einen Kisseninnenraum im Wesentlichen allseitig begrenzt.In an alternative embodiment, it can be provided that the membrane or foil defines a cushion interior substantially on all sides.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung wird während des Aufbringens des Drucks auf die Halbzeuganordnung die Temperatur des Fluids zum Erreichen eines vordefinierten Temperaturwertes oder eines vordefinierten Temperaturverlaufs über der Zeit gesteuert oder geregelt. In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen wird während des Aufbringens des Drucks auf die Werkstückanordnung die Temperatur des Fluids zum Erreichen eines vordefinierten Temperaturwertes oder eines vordefinierten Temperaturverlaufs über der Zeit gesteuert oder geregelt. In entsprechenden Ausgestaltungen der Herstellanordnung und der Schweißanordnung sind geeignete Einrichtungen für eine derartige Steuerung oder Regelung der Temperatur des Fluids vorgesehen. Mittels des Fluids wird es möglich, eine angestrebte Temperatur auf die Halbzeug- bzw. Werkstückanordnung auf schnelle und gut steuer- oder regelbare Weise aufzubringen.In one embodiment of the method of manufacture, during the application of the pressure to the semifinished arrangement, the temperature of the fluid is reached in order to reach a predefined temperature value or a predefined temperature value Temperature course controlled or regulated over time. In one embodiment of the method for welding, during the application of the pressure to the workpiece arrangement, the temperature of the fluid for achieving a predefined temperature value or a predefined temperature profile over time is controlled or regulated. In appropriate embodiments of the manufacturing arrangement and the welding arrangement suitable means for such control or regulation of the temperature of the fluid are provided. By means of the fluid, it becomes possible to apply a desired temperature to the semifinished product or workpiece arrangement in a rapid and easily controllable or controllable manner.
Insbesondere kann das Fluid erwärmt oder gekühlt werden. Hierbei kann insbesondere in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Fluid zunächst erwärmt wird, um die erhöhte Temperatur auf die Halbzeuganordnung oder die Werkstückanordnung aufzubringen und ein Erweichen und/oder Schmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials herbeizuführen, und dass das Fluid zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem vorzugsweise immer noch der Druck wirkt, gekühlt wird, um ein Wiedererstarren des thermoplastischen Kunststoffmaterials zu bewirken. Auf diese Weise kann das Verhalten des thermoplastischen Kunststoffmaterials bei dem Pressformen oder dem Verschweißen, und insbesondere beim Abkühlen und Wiedererstarren, gut beeinflusst werden.In particular, the fluid can be heated or cooled. In this case, it can be provided, in particular in a further development, that the fluid is first heated to apply the elevated temperature to the semifinished arrangement or the workpiece arrangement and cause softening and / or melting of the thermoplastic material, and that the fluid at a later time, to preferably still the pressure acts, is cooled to cause re-stiffening of the thermoplastic material. In this way, the behavior of the thermoplastic material in the compression molding or the welding, and in particular during cooling and re-solidification, can be well influenced.
In Ausgestaltungen des Verfahrens zum Herstellen wird die Halbzeuganordnung einer erhöhten Temperatur zwischen etwa 300 Grad Celsius und etwa 450 Grad Celsius ausgesetzt. In einer analogen Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen wird die Werkstückanordnung einer erhöhten Temperatur zwischen etwa 300 Grad Celsius und etwa 450 Grad Celsius ausgesetzt. Hierfür kann das Fluid beispielsweise auf eine Fluidtemperatur zwischen etwa 300 Grad Celsius und etwa 450 Grad Celsius aufgeheizt werden. In entsprechenden Ausgestaltungen der Herstellanordnung und der Schweißanordnung ist diese jeweils dafür eingerichtet, eine in dieser Weise erhöhte Temperatur auf die Halbzeuganordnung bzw. die Werkstückanordnung aufzubringen und vorzugsweise das Fluid hierfür aufzuheizen.In embodiments of the method of manufacture, the semifinished assembly is subjected to an elevated temperature of between about 300 degrees Celsius and about 450 degrees Celsius. In an analogous embodiment of the method of welding, the workpiece assembly is exposed to an elevated temperature between about 300 degrees Celsius and about 450 degrees Celsius. For this purpose, the fluid can be heated, for example, to a fluid temperature between about 300 degrees Celsius and about 450 degrees Celsius. In corresponding embodiments of the manufacturing arrangement and the welding arrangement, this is in each case adapted to apply a temperature increased in this way to the semifinished arrangement or the workpiece arrangement and preferably to heat the fluid for this purpose.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Aufbringen der erhöhten Temperatur das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil beheizt und/oder gekühlt. Auf diese Weise kann die aufgebrachte Temperatur noch besser kontrolliert werden.In one embodiment of the invention, the first tool part and / or the second tool part is heated and / or cooled to apply the elevated temperature. In this way, the applied temperature can be controlled even better.
In einer Ausgestaltung wird eine Temperatur des ersten starren Werkzeugteils und/oder eine Temperatur des zweiten starren Werkzeugteils reguliert. Die Temperaturkontrolle kann somit noch weiter verbessert werden. In Weiterbildungen kann die Temperatur des ersten und/oder zweiten starren Werkzeugteils auf eine Temperatur eingestellt werden, die niedriger als die auf die Halbzeuganordnung aufzubringende erhöhte Temperatur ist. In one embodiment, a temperature of the first rigid tool part and / or a temperature of the second rigid tool part is regulated. The temperature control can thus be further improved. In further developments, the temperature of the first and / or second rigid tool part can be set to a temperature which is lower than the elevated temperature to be applied to the semifinished arrangement.
In einer Ausgestaltung wird mittels des Fluids zugleich eine Temperatur des ersten starren Werkzeugteils und/oder eine Temperatur des zweiten starren Werkzeugteils reguliert. Das erwärmte oder gekühlte Fluid kann somit zweckmäßig und effizient nicht nur für die Erwärmung oder Kühlung der Halbzeug- bzw. Werkstückanordnung, sondern auch für die zusätzliche Regulierung der Temperatur eines oder beider starrer Werkzeugteile genutzt werden.In one embodiment, at the same time a temperature of the first rigid tool part and / or a temperature of the second rigid tool part is regulated by means of the fluid. The heated or cooled fluid can thus be used expediently and efficiently not only for the heating or cooling of the semifinished or workpiece arrangement, but also for the additional regulation of the temperature of one or both of the rigid tool parts.
In einer alternativen Ausgestaltung kann mindestens ein weiteres Fluid in einem von dem Fluid des Kissens getrennten Fluidkreislauf zur Regulierung der Temperatur des ersten und/oder zweiten starren Werkzeugteils verwendet werden, wobei ein Erwärmen und/oder Kühlen des ersten und/oder zweiten starren Werkzeugteils erfolgen kann.In an alternative embodiment, at least one further fluid may be used in a fluid circuit separate from the fluid of the pad to regulate the temperature of the first and / or second rigid tool parts, wherein heating and / or cooling of the first and / or second rigid tool parts may occur ,
In einer Ausgestaltung werden mindestens eine Temperatur des Fluids und/oder ein Druck des Fluids, vorzugsweise beide, während des Durchführens des Verfahrens zum Herstellen oder Verschweißen gemessen. In einer entsprechenden Ausgestaltung der Herstellanordnung und der Schweißanordnung ist oder sind eine oder mehrere Messeinrichtungen zum Messen einer Temperatur des Fluids und/oder eines Drucks des Fluids, vorzugsweise mindestens eine derartige Temperaturmesseinrichtung und mindestens eine derartige Druckmesseinrichtung, vorgesehen. Das Verhalten des thermoplastischen Kunststoffmaterials während des Herstellens des Faserverbundwerkstücks bzw. während des Verschweißens kann somit gut nachvollzogen werden. Die Qualität des herzustellenden Werkstücks bzw. der zu erzielenden thermoplastischen Schweißverbindung kann auf diese Weise zweckmäßig sichergestellt werden.In one embodiment, at least one temperature of the fluid and / or pressure of the fluid, preferably both, are measured while performing the method of manufacturing or welding. In a corresponding embodiment of the manufacturing arrangement and the welding arrangement, one or more measuring devices are provided for measuring a temperature of the fluid and / or a pressure of the fluid, preferably at least one such temperature measuring device and at least one such pressure measuring device. The behavior of the thermoplastic material during the manufacture of the fiber composite workpiece or during welding can thus be easily understood. The quality of the workpiece to be produced or the thermoplastic weld to be achieved can be suitably ensured in this way.
In einer Weiterbildung werden zusätzlich Temperaturen des ersten und/oder zweiten starren Werkzeugteils gemessen, wobei in entsprechenden Ausgestaltungen der Herstellanordnung und der Schweißanordnung das erste und/oder zweite Werkzeugteil jeweils mit einer geeigneten Messeinrichtung ausgestattet ist. Die Überwachung des Herstellungs- bzw. Verschweißvorgangs kann auf diese Weise noch weiter verbessert werden.In a further development, temperatures of the first and / or second rigid tool part are additionally measured, with the first and / or second tool part being equipped in each case with a suitable measuring device in corresponding configurations of the manufacturing arrangement and the welding arrangement. The monitoring of the manufacturing or welding process can be further improved in this way.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung ist zwischen der Membran oder Folie des Kissens und der Halbzeuganordnung ferner eine Schutzfolie zum Schutz der Halbzeuganordnung und des daraus hergestellten Werkstücks vor dem Fluid angeordnet. In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung ist zwischen der Membran oder Folie des Kissens und der Werkstückanordnung ferner eine Schutzfolie zum Schutz der Werkstückanordnung vor dem Fluid angeordnet. Eine Kontamination der Halbzeuganordnung bzw. der Werkstückanordnung mit dem Fluid kann auf diese Weise vorteilhaft vermieden werden.In one embodiment of the method for producing and the manufacturing arrangement, a protective film for protecting the semifinished arrangement and the workpiece produced therefrom is also arranged in front of the fluid between the membrane or film of the cushion and the semifinished arrangement. In a Embodiment of the method for welding and the welding arrangement is further arranged between the membrane or foil of the pad and the workpiece assembly, a protective film for protecting the workpiece assembly from the fluid. Contamination of the semifinished arrangement or the workpiece arrangement with the fluid can be advantageously avoided in this way.
In einer Ausgestaltung wird als Schutzfolie eine verformbare und/oder dehnbare Schutzfolie verwendet. Die Schutzfolie kann sich somit gut an die Geometrie der Halbzeuganordnung bzw. der Werkstückanordnung anpassen.In one embodiment, a deformable and / or stretchable protective film is used as the protective film. The protective film can thus adapt well to the geometry of the semifinished arrangement or the workpiece arrangement.
In einer Ausgestaltung ist die Schutzfolie vorgeformt. In einer Weiterbildung wird die Schutzfolie vorab korrespondierend zur Geometrie des herzustellenden Werkstücks bzw. der Werkstückanordnung vorgeformt. In Ausgestaltungen könnte die Schutzfolie durch Tiefziehen vorgeformt sein. Somit kann bei dem Verfahren zum Herstellen und der Herstellanordnung die Schutzfolie vorteilhaft dafür genutzt werden, Einzelbestandteile der Halbzeuganordnung relativ zueinander in Position zu halten. Bei dem Verfahren zum Verschweißen und der Schweißanordnung kann die Schutzfolie in analoger Weise mit Vorteil genutzt werden, um die zu verschweißenden Werkstück relativ zueinander korrekt positioniert zu halten.In one embodiment, the protective film is preformed. In one development, the protective film is preformed in advance corresponding to the geometry of the workpiece to be produced or the workpiece arrangement. In embodiments, the protective film could be preformed by deep drawing. Thus, in the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, the protective film can advantageously be used to hold individual components of the semifinished product arrangement in position relative to one another. In the method for welding and the welding arrangement, the protective film can be advantageously used in an analogous manner in order to keep the workpiece to be welded correctly positioned relative to one another.
In einer Ausgestaltung ist zwischen der Membran oder Folie des Kissens und der Schutzfolie ferner eine Leckagedetektionsfolie angeordnet. Alternativ kann die Membran oder Folie des Kissens oder die Schutzfolie mit einer Leckagedetektionsfunktion ausgestattet sein. Somit können Undichtigkeiten und Leckagen zweckmäßig und zuverlässig erkannt und Kontaminationen der Halbzeug- bzw. der Werkstückanordnung vermieden werden.In one embodiment, a leakage detection film is further arranged between the membrane or film of the pad and the protective film. Alternatively, the membrane or foil of the pad or the protective film may be equipped with a leakage detection function. Thus, leaks and leaks can be detected expediently and reliably and contamination of the semifinished product or the workpiece arrangement can be avoided.
In einer Ausgestaltung wird als Schutzfolie eine mit mindestens zwei Lagen ausgebildete Schutzfolie verwendet. In einer Weiterbildung kann zwischen den zwei Lagen der Schutzfolie ein Medium vorgesehen sein, welches sich bei Kontakt mit dem Fluid zum Beispiel verfärbt. Eine Schutzfolie mit mehreren Lagen kann größere Sicherheit beim Schutz der Halbzeug- oder Werkstückanordnung vor dem Fluid bieten. Ein sich bei Kontakt mit dem Fluid verfärbendes Medium kann deutlich auf mögliche Leckagen hinweisen, so dass derartige Undichtigkeiten frühzeitig erkannt und beseitigt werden können.In one embodiment, a protective film formed with at least two layers is used as the protective film. In a further development, a medium can be provided between the two layers of the protective film which, for example, discolors on contact with the fluid. A multi-layered protective film can provide greater security in protecting the semifinished or workpiece assembly from the fluid. A discoloring on contact with the fluid medium can clearly indicate possible leaks, so that such leaks can be detected early and eliminated.
Alternativ können die Schutzfolie und die Membran oder Folie in einer Weiterbildung zusammen eine Haut des Kissens bilden. Alternativ kann die Membran oder Folie des Kissens selbst die Schutzfolie zum Schutz der Halbzeuganordnung und des daraus hergestellten Werkstücks oder zum Schutz der Werkstückanordnung vor dem Fluid bilden.Alternatively, the protective film and the membrane or film together form a skin of the pad in a further development. Alternatively, the membrane or foil of the pad itself may form the protective film to protect the semifinished assembly and the workpiece made therefrom, or to protect the workpiece assembly from the fluid.
Insbesondere kann die Membran oder Folie eine Mehrschichtmembran oder Mehrschichtfolie sein. Zum Beispiel kann die Membran oder Folie eine Metallschicht zur Aufnahme von Druckkräften, eine Leckagedetektionsschicht zum Sichtbarmachen von Leckagen, und eine Schutzschicht, die zum Beispiel mit einem temperaturbeständigen Polymer gebildet ist, zum Schutz der Halbzeug- oder Werkstückanordnung aufweisen.In particular, the membrane or film may be a multilayer membrane or multilayer film. For example, the membrane or foil may include a metal layer for receiving compressive forces, a leakage detection layer for visualizing leaks, and a protective layer formed with, for example, a temperature-resistant polymer to protect the semi-finished or workpiece assembly.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kissen als ein temperaturbeständiges Polymerkissen ausgebildet. Mittels eines derartigen Kissens kann auf einfache Weise eine relativ gleichmäßige Druckverteilung und eine Anpassung an kleinere Geometrieabweichungen oder Geometrieänderungen erreicht werden. Auf einfache Weise wird somit auch ein Toleranzausgleich möglich.In one embodiment of the invention, the cushion is designed as a temperature-resistant polymer cushion. By means of such a cushion can be achieved in a simple manner, a relatively uniform pressure distribution and adaptation to smaller geometry deviations or changes in geometry. In a simple way, a tolerance compensation is thus possible.
In Ausgestaltungen der Erfindung kann das Polymerkissen einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.In embodiments of the invention, the polymer pad may be formed in one piece or in several pieces.
Das Polymerkissen kann insbesondere in einer Ausgestaltung bis zu Temperaturen von etwa 300 Grad Celsius bis etwa 450 Grad Celsius beständig sein.In particular, in one embodiment, the polymer cushion can be resistant up to temperatures of about 300 degrees Celsius to about 450 degrees Celsius.
Das Polymerkissen kann in einer weiteren Ausgestaltung mattenförmig ausgebildet sein. Ein derartiges mattenförmiges Kissen kann auf einfache Weise einen Konturausgleich und eine gute Druckverteilung möglich machen. Hierbei kann das mattenförmige Kissen mit oder ohne Heiz- und/oder Kühleinrichtungen ausgebildet sein.The polymer pad may be mat-shaped in another embodiment. Such a mat-shaped cushion can easily make a contour compensation and a good pressure distribution possible. Here, the mat-shaped pad may be formed with or without heating and / or cooling devices.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung wird die Halbzeuganordnung mittels mindestens einer in dem Polymerkissen angeordneten Heizeinrichtung erwärmt und/oder mittels mindestens einer in dem Polymerkissen angeordneten Kühleinrichtung gekühlt. In einer analogen Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung wird die Werkstückanordnung mittels mindestens einer in dem Polymerkissen angeordneten Heizeinrichtung erwärmt und/oder mittels mindestens einer in dem Polymerkissen angeordneten Kühleinrichtung gekühlt.In one embodiment of the method for producing and the manufacturing arrangement, the semifinished arrangement is heated by means of at least one heating device arranged in the polymer cushion and / or cooled by means of at least one cooling device arranged in the polymer cushion. In an analogous embodiment of the method for welding and the welding arrangement, the workpiece arrangement is heated by means of at least one heating device arranged in the polymer cushion and / or cooled by means of at least one cooling device arranged in the polymer cushion.
Das Kissen, insbesondere dessen Membran oder Folie, kann in Weiterbildungen der Erfindung derart vorgeformt sein, dass durch das Aufbringen des Drucks über das Kissen eine Oberflächenstruktur des Werkstücks oder eines der Werkstücke modifiziert oder eine Struktur in eine Werkstückoberfläche eingeformt werden kann. Das Kissen kann auf diese Weise eine zusätzliche „Prägefunktion“ übernehmen. Alternativ kann die Schutzfolie derart vorgeformt sein.The pillow, in particular its membrane or film, can be preformed in developments of the invention such that by applying the pressure over the pad, a surface structure of the workpiece or one of the workpieces modified or a structure can be molded into a workpiece surface. The pillow can be on this Way an additional "embossing" take over. Alternatively, the protective film may be preformed in this way.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung werden der oder die Abschnitte des Halbzeugs zur Bildung der Halbzeuganordnung auf eine formgebende Oberfläche des zweiten Werkzeugteils aufgelegt. Die formgebende Oberfläche kann hierbei in Weiterbildungen eben oder gekrümmt sein, beispielsweise in einer Richtung oder in mehreren Richtungen gekrümmt. Somit können ebene oder gekrümmte, beispielsweise auch flächige, Werkstücke effizient und mit verringertem Prüfaufwand hergestellt werden.In one embodiment of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, the one or more sections of the semifinished product are placed on a shaping surface of the second tool part to form the semifinished arrangement. The shaping surface may in this case be planar or curved in further developments, for example curved in one direction or in several directions. Thus, flat or curved, for example, flat, workpieces can be produced efficiently and with reduced testing costs.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung erfolgt während des Auflegens der Abschnitte des Halbzeugs ein lokales Konsolidieren. Insbesondere werden die Abschnitte hierdurch zumindest lokal aneinandergeheftet. Dies kann dazu beitragen, dass die Abschnitte des Halbzeugs während des Auflegevorgangs und beim Zusammenfahren der Werkzeugteile nicht verrutschen.In one embodiment of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement takes place during the laying of the sections of the semifinished a local consolidation. In particular, the sections are thereby stapled together at least locally. This can contribute to the fact that the sections of the semi-finished product do not slip during the lay-up operation and when moving the tool parts together.
Das Halbzeug, welches die Verstärkungsfasern und das thermoplastische Kunststoffmaterial zur Bildung der Matrix aufweist, kann in Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung als ein vorkonsolidiertes Halbzeug oder als ein nicht vorkonsolidiertes, zum Beispiel lediglich geheftetes, Halbzeug vorliegen.The semifinished product which comprises the reinforcing fibers and the thermoplastic plastic material for forming the matrix can, in embodiments of the method for production and the production arrangement, be present as a pre-consolidated semi-finished product or as a non-pre-consolidated, for example merely stapled, semi-finished product.
In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung kann es sich bei dem Halbzeug um Fasertapes mit dem Matrixmaterial und den Verstärkungsfasern oder um so genannte „tailored blanks“ handeln. Die „tailored blanks“ können beispielsweise direkt von einem Halbzeugzulieferer fertig zugeschnitten bereitgestellt werden.In further embodiments of the method for the production and the manufacturing arrangement, the semifinished product may be fiber tapes having the matrix material and the reinforcing fibers or so-called "tailored blanks". The tailored blanks can for example be provided ready-cut by a semi-finished parts supplier.
In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung kann das Auflegen automatisiert erfolgen, beispielsweise durch automatisiertes Ablegen von Tape mittels des so genannten „automated tape laying“, insbesondere zur Bildung ebener oder nur einfach gekrümmter Halbzeuganordnungen. Alternativ kann das Auflegen automatisiert mittels des so genannten „automated fibre placement“ durchgeführt werden, beispielsweise für Halbzeuganordnungen, die in mehrere Richtungen gekrümmt sind. In further embodiments of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, the laying can be automated, for example by automated storage of tape by means of the so-called "automated tape laying", in particular for the formation of planar or only simply curved semi-finished assemblies. Alternatively, the laying can be carried out automatically by means of the so-called "automated fiber placement", for example for semifinished arrangements which are curved in several directions.
In einer Ausgestaltung sind das erste Werkzeugteil als ein männliches Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil als ein weibliches Werkzeugteil ausgebildet. Jedoch kann in einer Variante die Anordnung zum Beispiel umgekehrt sein, derart, dass das erste Werkzeugteil als ein weibliches Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil als ein männliches Werkzeugteil ausgebildet sind. Alternativ können die Werkzeugteile, zum Beispiel zum Einsatz in der Schweißanordnung, aber auch zum Einsatz in der Herstellanordnung, im Wesentlichen eben sein.In one embodiment, the first tool part as a male tool part and the second tool part are formed as a female tool part. However, in one variant, for example, the arrangement may be reversed such that the first tool part is formed as a female tool part and the second tool part is formed as a male tool part. Alternatively, the tool parts, for example, for use in the welding arrangement, but also for use in the manufacturing arrangement, be substantially flat.
Bei dem Pressformen zur Herstellung des Werkstücks als Faserverbundwerkstück erfolgt bevorzugt ein globales Konsolidieren der Halbzeuganordnung zur Bildung des Werkstücks. In einer entsprechenden Ausgestaltung ist die Herstellanordnung dafür eingerichtet, ein derartiges globales Konsolidieren der Halbzeuganordnung herbeizuführen. Auf diese Weise wird mittels des Pressformens ein konsolidiertes Werkstück erzeugt.In the press molding for producing the workpiece as a fiber composite workpiece, a global consolidation of the semifinished arrangement to form the workpiece preferably takes place. In a corresponding embodiment, the manufacturing arrangement is set up to bring about such a global consolidation of the semifinished product arrangement. In this way, a consolidated workpiece is produced by means of press-forming.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung wird das Werkstück als ein Faserverbundbauteil für ein Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere für ein Flugzeug, ausgebildet. In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung werden als Bauteile für ein Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere für ein Flugzeug, ausgebildete Werkstücke verschweißt. Gerade auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt, auf dem einerseits zuverlässige und qualitativ hochwertige, andererseits auch leichtgewichtige Bauteile benötigt werden, kann die Erfindung von Vorteil sein.In one embodiment of the method for manufacturing and the manufacturing arrangement, the workpiece is designed as a fiber composite component for an aircraft or spacecraft, in particular for an aircraft. In one embodiment of the method for welding and the welding arrangement, workpieces formed as components for an aircraft or spacecraft, in particular for an aircraft, are welded. Especially in the field of aerospace, on the one hand reliable and high quality, on the other hand, lightweight components are needed, the invention may be advantageous.
Insbesondere handelt es sich in einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung und der Herstellanordnung bei dem Werkstück um ein Hautelement, beispielsweise für eine Rumpfsektion oder eine Rumpfschale des Luft- oder Raumfahrzeugs. Das Hautelement kann in Weiterbildungen zweidimensional oder dreidimensional gekrümmt sein, d.h. eine einfache Krümmung in nur einer Raumrichtung oder eine Krümmung in mehreren Raumrichtungen aufweisen. Auch ein Hautelement für eine Tragfläche oder für ein Leitwerk könnte mittels dem vorgeschlagenen Verfahren und/oder der vorgeschlagenen Herstellanordnung erzeugt werden.In one embodiment of the method for producing and the manufacturing arrangement, the workpiece is a skin element, for example for a fuselage section or a fuselage shell of the aircraft or spacecraft. The skin element in embodiments may be curved two-dimensionally or three-dimensionally, i. have a simple curvature in only one spatial direction or a curvature in several spatial directions. A skin element for a support surface or for a tail unit could also be produced by means of the proposed method and / or the proposed production arrangement.
Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist als das thermoplastische Kunststoffmaterial ein Hochleistungsthermoplast vorgesehen, beispielsweise ein Polyaryletherketon (PAEK), ein Polyetheretherketon (PEEK), oder dergleichen. Wird beispielsweise ein Polyetheretherketon verwendet, kann sich das Aufbringen einer Temperatur von ca. 360 Grad Celsius auf die Halbzeug- bzw. Werkstückanordnung in beispielhaften Ausgestaltungen als geeignet erweisen, wobei die Temperatur bei Bedarf auch anders gewählt werden kann.According to embodiments of the invention, a high-performance thermoplastic is provided as the thermoplastic material, for example, a polyaryletherketone (PAEK), a polyetheretherketone (PEEK), or the like. If, for example, a polyetheretherketone is used, the application of a temperature of about 360 degrees Celsius to the semifinished or workpiece arrangement may prove to be suitable in exemplary embodiments, wherein the temperature can also be selected differently if required.
Als Verstärkungsfasern können Kohlenstofffasern, Glasfasern oder andere geeignete Fasern, oder Kombinationen dieser, in eine mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildete Matrix eingebettet werden, vorzugsweise als so genannte kontinuierliche oder „endlose“ Fasern.Carbon fibers, glass fibers or other suitable fibers, or combinations thereof, may be used as reinforcing fibers in a matrix formed with the thermoplastic material embedded, preferably as so-called continuous or "endless" fibers.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Verschweißen und der Schweißanordnung handelt es sich bei mindestens einem, vorzugsweise aber beiden, zu verschweißenden Werkstücken um Faserverbundwerkstücke mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix.In one embodiment of the method for welding and the welding arrangement is in at least one, but preferably both, to be welded workpieces to fiber composite workpieces with a thermoplastic resin matrix.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung jeweils analog auf die erfindungsgemäßen Verfahren, die erfindungsgemäße Herstellanordnung und die erfindungsgemäße Schweißanordnung Anwendung finden können.It should be noted that the abovementioned embodiments and further developments of the invention can each be applied analogously to the method according to the invention, the production arrangement according to the invention and the welding arrangement according to the invention.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird hierbei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGCONTENT OF THE DRAWING
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the present invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawings are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Als Halbzeug kann beispielsweise ein vorkonsolidiertes Halbzeug mit einem thermoplastischen Matrixmaterial und Verstärkungsfasern oder ein nicht vorkonsolidiertes Halbzeug, bei dem das thermoplastische Material und die Fasern lediglich geheftet sind, verwendet werden. As semifinished product, for example, a preconsolidated semifinished product with a thermoplastic matrix material and reinforcing fibers or a non-preconsolidated semifinished product in which the thermoplastic material and the fibers are merely stapled can be used.
Die Halbzeugabschnitte können als so genannte „tapes“ auf die formgebende Oberfläche
Gemäß einer in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellten, jedoch ebenfalls vorteilhaften Variante kann die Halbzeuganordnung
Die wie vorstehend beschrieben bereitgestellte Halbzeuganordnung
Ein Verfahren und eine Herstellanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel illustrieren die
Das Pressformen erfolgt mittels eines Pressformwerkzeugs
Die Herstellanordnung
Das Kissen
Die Membran oder Folie
Das Kissen
Zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks ausgehend von der Halbzeuganordnung
Je nach Auslegung und Konstruktion des herzustellenden Faserverbundwerkstücks kann die Halbzeuganordnung
Das verformbare Kissen
Vorteilhaft wird zudem mittels des fluidgefüllten Kissens
Zur globalen Konsolidierung der Halbzeuganordnung
Um die Halbzeuganordnung
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Fluidtemperatur vorzugsweise, während der Druck vermittelt über das Kissen
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird also nicht nur die zweckmäßige Aufbringung einer hohen Temperatur auf die Halbzeuganordnung
Die
Ferner zeigt die
Die Messeinrichtungen
Der Fluidkreislauf
Das Fluid F kann bei der Herstellanordnung
Zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks wird somit, wie weiter oben beschrieben, ein im Wesentlichen hydrostatisch wirkender Druck auf die nur lokal konsolidierte Halbzeuganordnung
Der auf die Halbzeuganordnung
Mittels des Verfahrens und der Herstellanordnung gelingt somit die Herstellung eines Faserverbundwerkstücks mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix auf effiziente und gut steuerbare Weise, wobei das Verfahren und die Herstellanordnung mit Vorteil zur Herstellung eines zweidimensional oder dreidimensional gekrümmten Hautelements für ein Luft- oder Raumfahrzeug genutzt werden können. Nach erfolgter Konsolidierung der Halbzeuganordnung
Während eine Metallmembran oder Metallfolie
Auf die in
Bei dem in
Das dritte Ausführungsbeispiel, gezeigt in
Das vierte Ausführungsbeispiel, gezeigt in
Die Schutzfolie
Die Schutzfolie
Das fünfte Ausführungsbeispiel der
Es sei ferner erwähnt, dass bei den vorgenannten Varianten des fünften Ausführungsbeispiels eine Mehrschichtmembran oder Mehrschichtfolie verwendet werden kann, welche die Membran oder Folie
Die Herstellung eines Faserverbundwerkstücks ausgehend von der Halbzeuganordnung
In
Insbesondere in Varianten des sechsten Ausführungsbeispiels kann ein Vorformen der Schutzfolie
In einer weiteren Variante des sechsten Ausführungsbeispiels wird der Bereich
Zwei weitere Ausführungsbeispiele zeigen die
In nicht dargestellten Varianten des siebten Ausführungsbeispiels können zudem Kühleinrichtungen innerhalb des Polymerkissens
Bei dem achten Ausführungsbeispiel der
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann zudem die Membran oder Folie
Zum Beispiel kann durch Einprägen eines Identifikationsmerkmals
Das Vorformen der Membran oder Folie
Bei dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Membran oder Folie
In einer Variante kann es sich bei der Membran oder Folie
Die Funktion der Herstellanordnung
Auch in
Die
Ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert
Jede der vorstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der
In entsprechenden Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden zunächst zwei Werkstücke zueinander so, wie sie verschweißt werden sollen, zueinander angeordet. Bei einem ersten der Werkstücke kann es sich zum Beispiel um ein Hautelement einer Rumpfschale für ein Luft- oder Raumfahrzeug, etwa ein Flugzeug, wie vorstehend beschrieben, handeln, während es sich bei dem zweiten Werkstück um einen Stringer oder Spant handeln kann. Anstelle der Halbzeuganordnung
In
Bei allen vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird als das thermoplastische Kunststoffmaterial vorzugsweise ein Hochleistungsthermoplast verwendet, beispielsweise ein Polyaryletherketon, ein Polyetheretherketon, oder ein anderer als Hochleistungsthermoplast und insbesondere auf dem Gebiet der Luft- oder Raumfahrt geeigneter Thermoplast. Als Verstärkungsfasern kommen jeweils Kohlenstofffasern, Glasfasern oder andere geeignete Fasern oder Kombinationen dieser, die mit dem Halbzeug bereitsgestellt und vorzugsweise als kontinuierliche Fasern in die Thermoplastmatrix eingebettet werden, zum Einsatz.In all of the above-described embodiments, the thermoplastic plastic material used is preferably a high-performance thermoplastic, for example a polyaryletherketone, a polyetheretherketone or another thermoplastic which is suitable as a high-performance thermoplastic and in particular in the aerospace industry. Carbon fibers, glass fibers or other suitable fibers or combinations of these, which are already provided with the semifinished product and preferably embedded as continuous fibers in the thermoplastic matrix, are used as the reinforcing fibers.
Die unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschriebenen Verfahren und Anordnungen ermöglichen es, ebene oder gekrümmte, insbesondere flächige, Werkstücke wie zum Beispiel Hautelemente für Flugzeugrumpfstrukturen, sowie verschweißte Werkstückanordnungen, insbesondere auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt, effizient herzustellen und den Prüfaufwand zu verringern.The methods and arrangements described with reference to the preceding embodiments make it possible to produce flat or curved, in particular flat, workpieces, such as skin elements for aircraft fuselage structures, as well as welded workpiece arrangements, in particular in the field of aerospace, efficiently and to reduce the testing effort ,
Ferner soll erwähnt werden, dass auf die Herstellung eines Hautelements, zum Beispiel für die Rumpfschale
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of manners.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Flugzeug plane
- 33
- Rumpf hull
- 44
- Tragfläche wing
- 66
- Leitwerk tail
- 77
- Leitwerk tail
- 1010
- Rumpfschale fuselage shell
- 1111
- Rumpfschale fuselage shell
- 1515
- Vorrichtung contraption
- 15a15a
- Legekopf laying head
- 1616
- Vorrichtung contraption
- 16a16a
- Einrichtung Facility
- 1818
- Pressenbacken Press jaws
- 1919
- Pressformwerkzeug Press mold
- 2020
- Relativbewegung relative movement
- 2121
- erstes Werkzeugteil (Pressformwerkzeug) first tool part (press mold)
- 2222
- Oberfläche (erstes Werkzeugteil) Surface (first tool part)
- 2828
- zweites Werkzeugteil (Pressformwerkzeug) second tool part (press mold)
- 2929
- formgebende Oberfläche (zweites Werkzeugteil) shaping surface (second tool part)
- 3030
- Herstellanordnung manufacturing arrangement
- 3131
- Halbzeuganordnung Semi-finished arrangement
- 3232
- Bereich (Halbzeuganordnung) Area (semifinished arrangement)
- 3333
- Schweißwerkzeug welding tool
- 3535
- Schweißanordnung welding arrangement
- 3636
- Kissen pillow
- 3737
- Haut (Kissen) Skin (cushion)
- 3838
- Kisseninnenraum Cushion interior
- 3939
- Befestigungsbereich fastening area
- 4040
- Außenoberfläche (Haut) Outer surface (skin)
- 4141
- Oberfläche (Schutzfolie) Surface (protective film)
- 4545
- Halbzeugabschnitte Semi-finished sections
- 5050
- Membran oder Folie Membrane or foil
- 50a, b50a, b
- Lage (Membran oder Folie) Position (membrane or foil)
- 5151
- Schutzfolie protector
- 51a, b51a, b
- Lage (Schutzfolie) Location (protective film)
- 5252
- Leckagedetektionsfolie Leak detection foil
- 52a, b52a, b
- Lage (Leckagedetektionsfolie) Location (leakage detection foil)
- 5353
- Befestigungs- und Dichtbereich Mounting and sealing area
- 5454
- Membran oder Folie Membrane or foil
- 5555
- Heiz- und/oder Kühleinrichtung Heating and / or cooling device
- 6464
- Pumpe pump
- 6565
- Kanal channel
- 6666
- Fluidkreislauf Fluid circuit
- 6767
- Temperaturmesseinrichtung Temperature measuring device
- 6868
- Temperaturmesseinrichtung Temperature measuring device
- 6969
- Druckmesseinrichtung Pressure measuring device
- 7070
- Wegmesseinrichtung displacement measuring system
- 70′70 '
- Wegmesseinrichtung displacement measuring system
- 7878
- Steuerungseinrichtung control device
- 8585
- Identifikationsmerkmal identification feature
- 9191
- Stufe step
- 9292
- Stringer Stringer
- 100100
- Faserverbundwerkstück Fiber composite workpiece
- 101101
- Faserverbundwerkstück Fiber composite workpiece
- 102102
- Faserverbundwerkstück Fiber composite workpiece
- 103103
- Werkstückanordnung Workpiece arrangement
- 136136
- Polymerkissen polymer cushion
- 155155
- Heizeinrichtung heater
- 236236
- Kissen pillow
- 336336
- Kissen pillow
- 366366
- Fluidkreislauf Fluid circuit
- 367367
- Dichteinrichtung sealing device
- FF
- Fluid fluid
- GG
- Granulat granules
- KK
- Kraft force
- MM
- Medium medium
- tt
- Spaltweite gap width
Claims (15)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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DE102016210064.5A DE102016210064A1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Method and manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding, and method and welding arrangement for welding |
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DE102016210064.5A Withdrawn DE102016210064A1 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Method and manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding, and method and welding arrangement for welding |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2016
- 2016-06-08 DE DE102016210064.5A patent/DE102016210064A1/en not_active Withdrawn
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