DE102016210064A1 - Method and manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding, and method and welding arrangement for welding - Google Patents

Method and manufacturing arrangement for producing a workpiece by press molding, and method and welding arrangement for welding Download PDF

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workpiece
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welding
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Paul Jörn
Bernd Schwing
Peter Linde
Mathias Jessrang
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Airbus Operations GmbH
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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 patent claim 1 and / or by a manufacturing arrangement having the features of patent claim 13 and / or by a method having the features of patent claim 14 and / or by a welding arrangement having the features of patent claim 15 ,

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.
A method is proposed for producing a workpiece by press molding using a press mold having at least a first rigid tool part and a second rigid tool part, wherein the workpiece is formed as a fiber composite piece with a thermoplastic matrix, and wherein the method comprises the following steps:
  • 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.
It is further proposed a method for welding at least two workpieces by means of a welding tool having at least a first rigid tool part and a second rigid tool part, wherein at least one of the workpieces is a thermoplastic Plastic material, and wherein the method comprises the following steps:
  • - 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:

13 ein Flugzeug als Beispiel eines Luft- oder Raumfahrzeugs, in dem thermoplastische Faserverbundwerkstücke und/oder thermoplastische Schweißverbindungen, die gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung hergestellt wurden, zum Einsatz kommen können; 1 - 3 an aircraft as an example of an aircraft or spacecraft, in which thermoplastic fiber composite workpieces and / or thermoplastic welded joints, which were prepared according to the embodiments of the invention can be used;

4 eine schematische Illustration des Auflegens von Abschnitten eines Halbzeugs auf ein weibliches Werkzeugteil eines Pressformwerkzeugs mit gekrümmter formgebender Oberfläche; 4 a schematic illustration of the laying of portions of a semifinished product on a female tool part of a press-forming tool with curved shaping surface;

5 eine schematische Illustration des Auflegens von Abschnitten eines Halbzeugs auf ein Werkzeugteil mit ebener formgebender Oberfläche; 5 a schematic illustration of the laying of sections of a semifinished product on a tool part with a flat shaping surface;

6 eine Herstellanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, vor einem Pressformvorgang; 6 a manufacturing arrangement according to a first embodiment, before a press-forming operation;

6A ein Detail D aus 6; 6A a detail D off 6 ;

7 eine Herstellanordnung gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels, vor einem Pressformvorgang; 7 a manufacturing arrangement according to a variant of the first embodiment, before a press-forming operation;

8 die Herstellanordnung der 6 während der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 8th the manufacturing arrangement of 6 while performing a method of manufacturing a workpiece by press molding according to the first embodiment;

9 ein Detail der Herstellanordnung der 8 während des Pressformens; 9 a detail of the manufacturing arrangement of 8th during press-forming;

10 eine Herstellanordnung, teilweise dargestellt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, vor einem Pressformvorgang; 10 a manufacturing arrangement, partially shown, according to a second embodiment, before a press-forming operation;

11 eine Herstellanordnung während der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; 11 a manufacturing arrangement during the implementation of a method for producing a workpiece by press molding, according to a third embodiment;

12 ein Detail einer Herstellanordnung während des Pressformens, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; 12 a detail of a manufacturing arrangement during the press molding, according to a fourth embodiment;

13 ein Detail einer Herstellanordnung während des Pressformens, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel; 13 a detail of a manufacturing arrangement during the press forming, according to a fifth embodiment;

13A–D Varianten der Bereitstellung einer Schutzfunktion für eine Halbzeuganordnung und einer Leckagedetektionsfunktion, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; 13A -D variants of providing a protective function for a semi-finished product assembly and a leakage detection function, according to embodiments of the invention;

14 eine Herstellanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, vor einem Pressformvorgang; 14 a manufacturing arrangement according to a sixth embodiment, before a press-forming operation;

15 ein Detail der Herstellanordnung gemäß 14 während eines Pressformvorgangs; 15 a detail of the manufacturing arrangement according to 14 during a press-forming operation;

16 eine Herstellanordnung gemäß einer Variante des sechsten Ausführungsbeispiels, vor einem Pressformvorgang; 16 a manufacturing arrangement according to a variant of the sixth embodiment, before a press-forming operation;

17 ein Detail einer Herstellanordnung während des Pressformens, gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel; 17 a detail of a manufacturing arrangement during the press forming, according to a seventh embodiment;

17A ein Detail einer Herstellanordnung während des Pressformens, gemäß einem achten Ausführungsbeispiel; 17A a detail of a manufacturing arrangement during the press molding, according to an eighth embodiment;

1818A zwei Varianten einer Modifikation der Oberflächenstruktur eines hergestellten Werkstücks durch Pressformen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; 18 - 18A two variants of a modification of the surface structure of a manufactured workpiece by press molding, according to embodiments of the invention;

19 eine Herstellanordnung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, vor einem Pressformvorgang; 19 a manufacturing arrangement according to a ninth embodiment, before a press-forming operation;

19A ein Detail D′ aus 18; 19A a detail D 'off 18 ;

20 eine Herstellanordnung gemäß einer Variante des neunten Ausführungsbeispiels, vor einem Pressformvorgang; 20 a manufacturing arrangement according to a variant of the ninth embodiment, before a press-forming operation;

20A eine Herstellanordnung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, vor einem Pressformvorgang; 20A a manufacturing arrangement according to a tenth embodiment, before a press-forming operation;

21 die Herstellanordnung gemäß 19 während der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen, gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel; 21 the manufacturing arrangement according to 19 while performing a method of manufacturing a workpiece by press molding, according to the ninth embodiment;

22 die Herstellanordnung gemäß 20 während der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen, gemäß der Variante des neunten Ausführungsbeispiels; 22 the manufacturing arrangement according to 20 while performing a method of manufacturing a workpiece by press molding, according to the variant of the ninth embodiment;

23 eine Schweißanordnung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel; und 23 a welding arrangement according to an eleventh embodiment; and

24 eine Schweißanordnung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel. 24 a welding arrangement according to a twelfth embodiment.

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

1 bis 3 zeigen ein Flugzeug 1, in dem ein gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hergestelltes Faserverbundwerkstück und/oder eine Thermoplast-Schweißverbindung von Werkstücken, die gemäß den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen erzeugt wird, eingesetzt werden kann. In den 1 bis 3 sind ein Rumpf 3 des Flugzeugs 1, sowie Tragflächen 4 und Leitwerke 6 und 7 beispielhaft dargestellt. 2 zeigt ferner beispielhaft eine Rumpfschale 10 als eine Halbschale für eine obere Hälfte des Rumpfes 3 sowie eine Rumpfschale 11 als eine Halbschale für eine untere Hälfte des Rumpfes 3. Es versteht sich, dass der Rumpf 3 alternativ in anderer Weise in Schalenbauteile aufgeteilt werden kann. 1 to 3 show a plane 1 in which a fiber composite workpiece produced in accordance with the embodiments described below and / or a thermoplastic welded joint of workpieces produced according to the embodiments described below can be used. In the 1 to 3 are a hull 3 of the plane 1 , as well as wings 4 and tail units 6 and 7 exemplified. 2 further shows by way of example a fuselage shell 10 as a half-shell for an upper half of the hull 3 as well as a hull shell 11 as a half-shell for a lower half of the hull 3 , It is understood that the hull 3 alternatively, split into shell components in other ways.

4 zeigt schematisch das Auflegen von in 4 nicht näher dargestellten Abschnitten eines Halbzeugs, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial zur Bildung einer Matrix und Verstärkungsfasern aufweist, auf eine formgebende Oberfläche 29 eines unteren weiblichen Werkzeugteils 28. Mittels des Auflegens wird eine Halbzeuganordnung 31 gebildet, aus der dann zum Beispiel ein Schalenhautelement für eine Rumpfschale des Flugzeugs 1, etwa für eine der Rumpf-Halbschalen 10 oder 11, erzeugt werden kann, wie weiter unten beschrieben. In 4 ist die formgebende Oberfläche 29 gekrümmt, beispielsweise in etwa halbzylindrisch geformt. Die formgebende Oberfläche kann jedoch statt in nur einer Richtung alternativ in mehreren Richtungen gekrümmt sein. Ferner kann die formgebende Oberfläche 29 alternativ im Wesentlichen eben sein, siehe 5. Somit können z. B. ebene Werkstücke oder einfach oder mehrfach gekrümmte Schalenhautelemente gefertigt werden. 4 schematically shows the laying of in 4 not shown sections of a semifinished product, which comprises a thermoplastic plastic material to form a matrix and reinforcing fibers, on a forming surface 29 a lower female tool part 28 , By laying on a semifinished arrangement 31 formed, then, for example, a shell skin element for a fuselage shell of the aircraft 1 , for example, for one of the hull half-shells 10 or 11 , can be generated as described below. In 4 is the shaping surface 29 curved, for example shaped approximately semi-cylindrical. However, the forming surface may alternatively be curved in multiple directions rather than in only one direction. Furthermore, the shaping surface 29 alternatively be essentially flat, see 5 , Thus, z. B. flat workpieces or single or multiple curved shell skin elements are made.

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 29 automatisiert aufgelegt werden. In 4 ist das Auflegen der „tapes“ mittels einer Vorrichtung 15 zum automatisierten Ablegen von „tape“, die auch als „automated tape laying machine“ oder „ATL machine“ bezeichnet werden kann und einen geeigneten Legekopf 15a aufweist, schematisch dargestellt. Zudem zeigt 4, dass zusätzlich oder alternativ zum Auflegen von Fasertapes mittels des „automated tape laying“ ein Ablegen von z. B. relativ schmalen „tapes“ mit Hilfe des Verfahrens des „automated fibre placement“ oder „AFP“ erfolgen kann, was sich insbesondere bei komplizierter gekrümmten formgebenden Oberflächen 29, etwa zur Bildung einer doppelt gekrümmten Schalenhaut, als vorteilhaft erweisen kann. 4 zeigt zusätzlich schematisch eine geeignete Vorrichtung 16, die auch als „AFP machine“ bezeichnet werden kann und mit einer Einrichtung 16a zum Ablegen der „tapes“ ausgestattet ist. In der Variante der 5 können mittels der „AFP-machine“ 15 auch Halbzeugabschnitte auf die ebene formgebende Oberfläche 29 abgelegt werden. Somit werden in den 4 und 5 die Halbzeugabschnitte jeweils in effizienter Weise direkt auf die formgebende Oberfläche 29 des weiblichen bzw. ebenen Werkzeugteils 28, der später als, im Falle der 4 äußeres, Formwerkzeugteil zum Pressformen benutzt wird, abgelegt. Während des Auflegens der Abschnitte des Halbzeugs erfolgt lediglich ein lokales Konsolidieren, wodurch die Halbzeugabschnitte lokal geheftet und somit aneinander befestigt werden, um sie in Position zu halten. Die lediglich lokale Konsolidierung beim Ablegen ermöglicht es, mit hoher Geschwindigkeit die Halbzeugabschnitte abzulegen. Die vorbereitete Halbzeuganordnung 31 liegt für ein nachfolgendes Konsolidieren durch Pressformen bereits in dem formgebenden Werkzeugteil 28 vor.The semifinished product sections can act as so-called "tapes" on the shaping surface 29 be automatically hung up. In 4 is the laying on of the "tapes" by means of a device 15 for automatically depositing "tape", which may also be referred to as an "automated tape laying machine" or "ATL machine", and a suitable laying head 15a has, shown schematically. In addition shows 4 in that additionally or alternatively to the laying on of fiber tapes by means of the "automated tape laying" a depositing of z. B. relatively narrow "tapes" can be done using the method of "automated fiber placement" or "AFP", which is particularly in complicated curved shaping surfaces 29 , for example, to form a double-curved shell skin, may prove advantageous. 4 additionally shows schematically a suitable device 16 , which can also be referred to as "AFP machine" and with a facility 16a equipped to take off the "tapes". In the variant of 5 can by means of the "AFP-machine" 15 also semi-finished sections on the flat forming surface 29 be filed. Thus, in the 4 and 5 the semifinished sections each efficiently direct to the forming surface 29 of the female or even tool part 28 who later than, in the case of 4 outer, mold part is used for press molding, filed. During lay-up of the sections of the semifinished product, only local consolidation takes place, whereby the semifinished sections are stapled locally and thus secured together to hold them in place. The only local consolidation when depositing makes it possible to store the semifinished product sections at high speed. The prepared semifinished product arrangement 31 is already in the forming tool part for subsequent consolidation by press molding 28 in front.

Gemäß einer in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellten, jedoch ebenfalls vorteilhaften Variante kann die Halbzeuganordnung 31 alternativ in der Weise gebildet werden, dass auf einem ebenen Tisch Abschnitte des Halbzeugs in Form so genannter „tailored blanks“, d.h. vorgefertigter Zuschnitte, die beispielsweise von einem Halbzeugzulieferer fertig zugeschnitten bereitgestellt werden, zunächst eben aufgelegt werden. Bei dieser Variante wird also zunächst durch Anordnen der Abschnitte des Halbzeugs eine zweidimensionale Halbzeuganordnung gebildet. Diese kann dann als Halbzeuganordnung 31 in das Werkzeugteil 28 eingelegt und somit in die gewünschte dreidimensionale Form gebracht werden. Damit die Halbzeugabschnitte hierbei nicht verrutschen, können sie beim Auflegen auf dem Tisch geheftet werden, etwa durch lokales Konsolidieren oder lokales Erwärmen. Somit kann bei dieser Variante ein zweidimensionales Auflegen von Zuschnitten mit einem dreidimensionalen Pressformen kombiniert werden, was insbesondere für die Herstellung z. B. von Rumpfschalen für zylindrische Rumpfsektionen nützlich sein kann. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die erhöhte Temperatur, die auf die Halbzeuganordnung 31 während des Pressformens aufgebracht wird, hinreichend hoch ist, z. B. oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffmaterials liegt, damit die Fasern für die Umformung in die dreidimensionale Endform sich relativ zueinander bewegen können.According to a not shown in detail in the figures, but also advantageous variant, the semifinished arrangement 31 Alternatively, be formed in such a way that on a flat table sections of the semifinished product in the form of so-called "tailored blanks", ie prefabricated blanks, which are provided ready tailored, for example, finished by a semi-finished supplier, initially laid just. In this variant, therefore, a two-dimensional semifinished arrangement is first formed by arranging the sections of the semifinished product. This can then be used as a semifinished arrangement 31 in the tool part 28 are inserted and thus brought into the desired three-dimensional shape. So that the semi-finished sections do not slip in this case, they can be stapled when placed on the table, such as by local consolidation or local heating. Thus, in this variant, a two-dimensional placement of blanks can be combined with a three-dimensional compression molding, which in particular for the production z. B. of hull shells for cylindrical fuselage sections may be useful. In this case, it is preferred if the elevated temperature which is on the semifinished arrangement 31 is applied during the press molding, is sufficiently high, z. B. above the melting temperature of the thermoplastic material, so that the fibers for the transformation into the three-dimensional final shape can move relative to each other.

Die wie vorstehend beschrieben bereitgestellte Halbzeuganordnung 31 kann bei den Herstellverfahren und -anordnungen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, zur Herstellung von Faserverbundwerkstücken etwa für Luft- oder Raumfahrzeuge verwendet werden.The semifinished assembly provided as described above 31 can be used in the manufacturing methods and arrangements, which are described below with reference to embodiments of the invention, for the production of fiber composite workpieces such as for aircraft or spacecraft.

Ein Verfahren und eine Herstellanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel illustrieren die 6, 6A, 8 und 9 schematisch. Nach Fertigstellen der Halbzeuganordnung 31 wird diese zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, insbesondere einer Schalenhaut für eine der Rumpfschalen 10 oder 11, einem Pressformen unterzogen. Bei dem Pressformen wird die Halbzeuganordnung 31 global konsolidiert, um ein konsolidiertes Faserverbundwerkstück mit thermoplastischer Kunststoffmatrix zu erhalten.A method and a manufacturing arrangement according to a first embodiment illustrate the 6 . 6A . 8th and 9 schematically. After completion of the semi-finished product arrangement 31 this is for the production of a fiber composite workpiece, in particular a shell skin for one of the fuselage shells 10 or 11 , subjected to compression molding. In the compression molding, the semi-finished assembly 31 consolidated globally to obtain a consolidated thermoplastic composite fiber composite workpiece.

Das Pressformen erfolgt mittels eines Pressformwerkzeugs 19 mit einem männlichen Werkzeugteil 21, welches ein erstes, in 6 oberes Werkzeugteil bildet, und dem weiblichen Werkzeugteil 28, welches ein zweites, in 6 unteres Werkzeugteil bildet. Die Werkzeugteile 21 und 28 sind starr, beispielsweise aus einem Metallmaterial ausgeführt, und sind Teil einer Herstellanordnung 30, welche dafür ausgebildet ist, Druck und erhöhte Temperatur auf die Halbzeuganordung 31 auszuüben.The compression molding is carried out by means of a compression molding tool 19 with a male tool part 21 which is a first, in 6 forms upper tool part, and the female tool part 28 , which is a second, in 6 forms lower tool part. The tool parts 21 and 28 are rigid, for example made of a metal material, and are part of a manufacturing arrangement 30 , which is adapted to pressure and elevated temperature on the Halbzeuganordung 31 exercise.

Die Herstellanordnung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist hierzu ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder abschnittsweise vorgeformtes Kissen 36 auf, über das Druck auf die Halbzeuganordnung 31 aufbringbar ist. Hierzu können bei der Herstellanordnung 30 der 6 die Werkzeugteile 21 und 28 gegeneinander zusammengefahren werden, wie in 6 durch Pfeile zur Verdeutlichung der Relativbewegung 20 der Werkzeugteile 21, 28 angedeutet. Es versteht sich, dass hierbei beide Werkzeugteile 21, 28 bewegt werden können, oder nur eines dieser, während das andere feststehend vorgesehen ist. Die Werkzeugteile 21, 28 können ferner mit einer Kraft K gegeneinandergedrückt werden, um den Druck auf die Halbzeuganordnung 31 aufzubringen, wobei eine Presse mit geeigneten Pressenbacken 18 (in 6 nur abschnittsweise angedeutet) verwendet wird.The manufacturing arrangement 30 According to the first embodiment, this has an at least partially deformable and / or partially preformed cushion 36 on, about the pressure on the semifinished arrangement 31 can be applied. For this purpose, in the manufacturing arrangement 30 of the 6 the tool parts 21 and 28 be brought together against each other, as in 6 by arrows to illustrate the relative movement 20 the tool parts 21 . 28 indicated. It is understood that in this case both tool parts 21 . 28 can be moved, or only one of these, while the other is provided fixed. The tool parts 21 . 28 can also be pressed against each other with a force K to the pressure on the semifinished arrangement 31 Apply, using a press with suitable press jaws 18 (in 6 only indicated in sections) is used.

Das Kissen 36 zwischen der Halbzeuganordnung 31 und dem ersten Werkzeugteil 21 weist bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Haut 37 auf, die sich in den Zuständen der 6, 6A, 8, 9 zwischen dem ersten Werkzeugteil 21 und der Halbzeuganordnung 31 befindet. Die Haut 37 ist derart ausgebildet, dass sie wenigstens abschnittsweise verformbar ist, wodurch dem Kissen 36 eine zumindest abschnittsweise Verformbarkeit und Flexibilität verliehen wird. Die Haut 37 ist mit einer Membran oder Folie 50 gebildet, welche mit einem Metallwerkstoff oder mit einem Kunststoff oder mit einem Verbundmaterial, welches einen Metallwerkstoff und einen Kunststoff beinhaltet, ausgebildet sein kann. Die Haut 37 kann zum Beispiel eine Metallmembran sein oder eine Metallmembran aufweisen, wobei die Metallmembran vorzugsweise dünn und flexibel ausgebildet ist, etwa aus Stahl oder Edelstahl. Zusätzlich zu ihrer Flexibilität kann die Membran oder Folie 50 der Haut 37 zumindest bereichsweise vorgeformt sein, zum Beispiel um diese an die Geometrie der Halbzeuganordnung 31 bereits zumindest grob anzupassen. The pillow 36 between the semifinished arrangement 31 and the first tool part 21 has a skin in the first embodiment 37 which are in the states of the 6 . 6A . 8th . 9 between the first tool part 21 and the semifinished arrangement 31 located. The skin 37 is formed such that it is at least partially deformable, whereby the cushion 36 an at least partially deformability and flexibility is awarded. The skin 37 is with a membrane or foil 50 formed, which may be formed with a metal material or with a plastic or with a composite material which includes a metal material and a plastic. The skin 37 For example, it may be a metal membrane or may have a metal membrane, wherein the metal membrane is preferably made thin and flexible, such as steel or stainless steel. In addition to its flexibility, the membrane or foil 50 of the skin 37 be at least partially preformed, for example, this to the geometry of the semi-finished product assembly 31 already at least roughly adjusted.

Die Membran oder Folie 50 der Haut 37 ist in Befestigungsbereichen 39, die in 6, 6A einen Randbereich der Haut 37 bilden, derart an dem ersten Werkzeugteil 21 befestigt und diesem gegenüber abgedichtet, dass eine Oberfläche 22 des ersten Werkzeugteils 21, welcher der formgebenden Oberfläche 29 zugewandt ist, und die Membran oder Folie 50 der Haut 37 einen Kisseninenraum 38 begrenzen.The membrane or foil 50 of the skin 37 is in attachment areas 39 , in the 6 . 6A a border area of the skin 37 form, so on the first tool part 21 attached and sealed against this, that a surface 22 of the first tool part 21 , which of the shaping surface 29 facing, and the membrane or foil 50 of the skin 37 a pillow room 38 limit.

Das Kissen 36 ist mit einem Fluid F befüllt, welches sich in dem Kisseninnenraum 38 befindet. Das Fluid F ist vorzugsweise ein Öl. Insbesondere aus den 6, 8 und 9 wird ersichtlich, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel somit ein schmaler Kisseninnenraum 38 gebildet ist, und somit nach Zusammenfahren der Werkzeugteile 21, 28 ein spaltartiger, mit dem Fluid F gefüllter Raum zwischen der Membran oder Folie 50 der Haut 37 und dem ersten Werkzeugteil 21 vorliegt. Hierzu sind die Oberflächen 22 und 29 in der Weise der Form nach korrespondierend ausgebildet, dass der gewünschte spaltartige Zwischenraum zur Aufnahme des Kissens 36 entsteht, d.h. die Oberflächen 22 und 29 können nicht exakt zur Anlage aneinander gebracht werden. Der spaltartige fluidgefüllte Raum kann eine Spaltweite t aufweisen, die in einem Bereich von etwa 1.0 mm bis etwa 10.0 mm liegt, jedoch sind hiervon abweichende Spaltweiten t denkbar.The pillow 36 is filled with a fluid F, which is in the pad interior 38 located. The fluid F is preferably an oil. In particular from the 6 . 8th and 9 it will be seen that in the first embodiment thus a narrow pad interior 38 is formed, and thus after moving together of the tool parts 21 . 28 a gap-like, filled with the fluid F space between the membrane or foil 50 of the skin 37 and the first tool part 21 is present. These are the surfaces 22 and 29 formed in the manner corresponding to the shape that the desired gap-like space for receiving the pad 36 arises, ie the surfaces 22 and 29 can not be brought together exactly to the plant. The gap-like fluid-filled space may have a gap width t that is in a range of about 1.0 mm to about 10.0 mm, but gap widths t deviating therefrom are conceivable.

Zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks ausgehend von der Halbzeuganordnung 31 werden, nach der Bereitstellung der Halbzeuganordnung 31 auf der formgebenden Oberfläche 29, die Werkzeugteile 21, 28 zusammengefahren, somit das Pressformwerkzeug 19 geschlossen, und Kräfte K werden auf die Werkzeugteile 21, 28 aufgebracht, siehe 8. Dabei gelangt eine Außenoberfläche 40 der Haut 37 in Kontakt mit der Halbzeuganordnung 31.For producing a fiber composite workpiece starting from the semifinished product arrangement 31 after the provision of the semifinished assembly 31 on the shaping surface 29 , the tool parts 21 . 28 moved together, thus the press mold 19 closed, and forces K are on the tool parts 21 . 28 upset, see 8th , This will get an outer surface 40 of the skin 37 in contact with the semifinished product arrangement 31 ,

Je nach Auslegung und Konstruktion des herzustellenden Faserverbundwerkstücks kann die Halbzeuganordnung 31 in unterschiedlichen Bereichen mit mehr oder weniger Faserlagen ausgebildet sein. Dies kann durch entsprechendes Ablegen der Halbzeugabschnitte 45, z.B. „tapes“, erreicht werden. Bei einem als Hautelement für die Rumpfschale 10 oder 11 herzustellenden Faserverbundbauteil ist die hierfür verwendete Halbzeuganordnung 31, wie zum Beispiel in 8 und 9 schematisch angedeutet ist, beispielsweise in einigen Bereichen 32 dicker, während sie außerhalb dieser Bereiche 32 dünner ist. Depending on the design and construction of the fiber composite workpiece to be produced, the semifinished assembly 31 be formed in different areas with more or less fiber layers. This can be done by appropriately depositing the semifinished product sections 45 , eg "tapes", can be achieved. In one as a skin element for the fuselage shell 10 or 11 fiber composite component to be produced is the semifinished arrangement used for this purpose 31 , such as in 8th and 9 is indicated schematically, for example in some areas 32 Thicker while outside these areas 32 is thinner.

Das verformbare Kissen 36 kann sich dem Dickenverlauf der Halbzeuganordnung 31, siehe 9, anpassen. Dies ermöglicht vorteilhaft einen Toleranzausgleich, zudem können auch Änderungen an der Bauteilgeometrie, die sich beispielsweise in einer Anpassung der Anzahl an Faserlagen in den Bereichen 32 und außerhalb dieser niederschlagen können, ausgeglichen werden. Es wird also nicht bei jeder geringfügigen Anpassung des Lagenaufbaus der Halbzeuganordnung 31 mit den Halbzeugabschnitten 45 ein neues Werkzeugteil 21 notwendig. The deformable pillow 36 can the thickness profile of the semifinished arrangement 31 , please refer 9 , to adjust. This advantageously makes it possible to compensate for tolerances; in addition, it is also possible to make changes to the geometry of the component which, for example, results in an adaptation of the number of fiber layers in the regions 32 and outside of this can be compensated. It is therefore not at every slight adjustment of the layer structure of the semifinished arrangement 31 with the semi-finished sections 45 a new tool part 21 necessary.

Vorteilhaft wird zudem mittels des fluidgefüllten Kissens 36 Druck gleichmäßig und gut verteilt im Wesentlichen als hydrostatischer Druck auf die Halbzeuganordnung 31 aufgebracht. In einfacher Weise gelingt dies durch Aufbringen der äußeren Kraft K global mit Hilfe einer Presse, wobei vorteilhaft durch das Kissen 36 der Druck im Wesentlichen senkrecht zu der Halbzeuganordnung 31 und der formgebenden Oberfläche 29 wirkt. Auf der dem Kissen 36 gegenüberliegenden Seite der Halbzeuganordnung 31 liegt diese auf der formgebenden, starren Oberfläche 29 des zweiten Werkzeugteils 28 an. Die Konsolidierung der Halbzeuganordnung 31 erfolgt somit in Kontakt einerseits mit einem verformbaren Element in Form des Kissens 36 und einem starren Element in Form des zweiten Werkzeugteils 28.It is also advantageous by means of the fluid-filled pad 36 Pressure evenly and well distributed substantially as hydrostatic pressure on the semi-finished product assembly 31 applied. In a simple manner, this is achieved by applying the external force K globally by means of a press, wherein advantageously by the cushion 36 the pressure substantially perpendicular to the semifinished assembly 31 and the shaping surface 29 acts. On the pillow 36 opposite side of the semifinished arrangement 31 this lies on the shaping, rigid surface 29 of the second tool part 28 at. The consolidation of the semi-finished product arrangement 31 thus takes place in contact on the one hand with a deformable element in the form of the pad 36 and a rigid element in the form of the second tool part 28 ,

Zur globalen Konsolidierung der Halbzeuganordnung 31 zur Bildung des Faserverbundwerkstücks werden der Druck, vermittelt über das Kissen 36, sowie eine erhöhte Temperatur auf die Halbzeuganordnung 31 aufgebracht. Die aufgebrachten Temperaturen sind hierbei an das thermoplastische Kunststoffmaterial, das in dem Halbzeug enthalten ist, aus dem die Halbzeuganordnung 31 gebildet ist, angepasst und können beispielhaft zwischen 300 Grad Celsius und 450 Grad Celsius liegen.For the global consolidation of the semi-finished product arrangement 31 to form the fiber composite workpiece, the pressure is transmitted across the pad 36 , As well as an elevated temperature on the semifinished arrangement 31 applied. The applied temperatures are in this case to the thermoplastic material contained in the semi-finished, from which the semifinished arrangement 31 is formed, adapted and can be between 300 degrees Celsius and 450 degrees Celsius.

Um die Halbzeuganordnung 31 zu erwärmen, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Fluid F auf eine entsprechende Fluidtemperatur aufgeheizt, mit anderen Worten, das Kissen 36 ist mit heißen Fluid F mit einer Temperatur von ebenfalls beispielhaft zwischen etwa 300 Grad Celsius und etwa 450 Grad Celsius gefüllt. Die Membran oder Folie 50 der Haut 37 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel hinreichend temperaturbeständig ausgebildet. Die Verwendung einer Metallmembran oder Metallfolie kann mit Blick auf die Temperaturbeständigkeit vorteilhaft sein.To the semifinished arrangement 31 to heat, in the first embodiment of the invention, the fluid F is heated to a corresponding fluid temperature, in other words, the cushion 36 is filled with hot fluid F at a temperature also exemplary between about 300 degrees Celsius and about 450 degrees Celsius. The membrane or foil 50 of the skin 37 is formed sufficiently resistant to temperature in the first embodiment. The use of a metal membrane or metal foil may be advantageous in terms of temperature resistance.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Fluidtemperatur vorzugsweise, während der Druck vermittelt über das Kissen 36 aufgebracht wird, mittels geeigneter Einrichtungen gesteuert oder geregelt, um einen vordefinierten Temperaturwert oder einen vordefinierten Temperaturverlauf über der Zeit zu erreichen. Auf welchem Wert die Fluidtemperatur über der Zeit gehalten oder wie deren Wert über der Zeit variieren soll, kann wiederum von der Halbzeuganordnung 31, insbesondere von dem verwendeten thermoplastischen Kunststoffmaterial, ggf. jedoch auch von weiteren Parametern, abhängig gemacht werden. Auf diese Weise können Hochleistungsthermoplastte zuverlässig verarbeitet werden. Indem die Temperatur mittels des Fluids F aufgebracht wird, kann die Temperatur der Halbzeuganordnung 31 während des Vorgangs nicht nur gut gesteuert werden, sondern auch schnell variiert werden. Hier ist auch das relativ geringe Fluidvolumen, das in dem etwa in 8 sichtbaren, spaltartigen Kisseninnenraum 38 aufgenommen ist, vorteilhaft.In the first embodiment, the fluid temperature is preferably while the pressure is transmitted across the pad 36 is applied, controlled or regulated by suitable means to achieve a predefined temperature value or a predefined temperature profile over time. The value at which the fluid temperature is maintained over time or how its value should vary over time can in turn be determined by the semifinished product arrangement 31 , in particular of the thermoplastic material used, but possibly also of other parameters are made dependent. In this way, high-performance thermoplastics can be reliably processed. By applying the temperature by means of the fluid F, the temperature of the Semi-finished arrangement 31 not only well controlled during the process, but also varied quickly. Here is also the relatively small volume of fluid in the approximately in 8th visible, slit-like cushion interior 38 is included, advantageous.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird also nicht nur die zweckmäßige Aufbringung einer hohen Temperatur auf die Halbzeuganordnung 31 ermöglicht, sondern es gelingt bei gleichzeitigem Ausgleich von Toleranzen und einer gewissen Flexibilität mit Blick auf kleinere Änderungen am herzustellenden Werkstück, hohe hydrostatische Drücke auf die Halbzeuganordnung 31 auszuüben. Leistungsfähige Hochtemperaturthermoplasten können somit zuverlässig verarbeitet werden. Durch Überwachen der auf das thermoplastische Kunststoffmaterial aufgebrachten Temperatur und des aufgebrachten Druckes mittels geeigneter Messeinrichtungen kann überprüft werden, ob die Verarbeitung des thermoplastischen Kunststoffmaterials wie gewünscht erfolgt.According to the first embodiment of the invention, therefore, not only is the expedient application of a high temperature to the semifinished arrangement 31 allows, but at the same time balancing tolerances and a certain flexibility in view of minor changes in the workpiece to be produced, high hydrostatic pressures on the semi-finished product assembly 31 exercise. Efficient high-temperature thermoplastics can thus be reliably processed. By monitoring the temperature applied to the thermoplastic material and the applied pressure by means of suitable measuring devices, it is possible to check whether the processing of the thermoplastic material takes place as desired.

Die 8 zeigt einen beispielhaften Fluidkreislauf 66, in dem das Fluid F zirkuliert, wie in 8 durch Pfeile entlang des Fluidkreislaufs 66 angedeutet. Der Fluidkreislauf 66 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 8 geschlossen, das Fluid F steht also beim Aufbringen der Pressenkraft K auf die Backen 18 unter Druck, wodurch sich Druck, wie oben beschrieben, auf die Halbzeuganordnung 31 aufbringen lässt. Die Zirkulation des Fluids F wird durch eine Pumpe 64 der Herstellanordnung 30 herbeigeführt, wobei das Fluid F ferner mittels einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung 55 aufgeheizt und/oder gekühlt werden kann. Die Einrichtung 55 ist in 8 beispielhaft stromauf der Pumpe 64 eingezeichnet, kann in Varianten jedoch auch an anderer Stelle des Fluidkreislaufs 66 angeordnet werden. Es sei erwähnt, dass bei Bedarf die Pumpe 64 in der Weise ausgelegt werden kann, dass sie ermöglicht, zum Aufbau des erforderlichen Fluiddrucks im Spalt beizutragen. Bevorzugt wird jedoch, den Druck direkt über die von der Presse bereitgestellte Kraft K aufzubringen.The 8th shows an exemplary fluid circuit 66 in which the fluid F circulates, as in 8th by arrows along the fluid circuit 66 indicated. The fluid circuit 66 is according to the first embodiment 8th closed, the fluid F is thus when applying the pressing force K on the jaws 18 under pressure, causing pressure on the semifinished assembly as described above 31 can muster. The circulation of the fluid F is by a pump 64 the manufacturing arrangement 30 brought about, the fluid F also by means of a heating and / or cooling device 55 can be heated and / or cooled. The device 55 is in 8th exemplarily upstream of the pump 64 However, in variants, it can also be found elsewhere in the fluid circuit 66 to be ordered. It should be mentioned that if necessary the pump 64 can be designed in such a way that it allows to contribute to the construction of the required fluid pressure in the gap. However, it is preferred to apply the pressure directly via the force K provided by the press.

Ferner zeigt die 8 Messeinrichtungen 67, 68, 69, 70, 70′. Mittels der Temperaturmesseinrichtungen 67, die in 8 beispielhaft und schematisch angedeutet sind, können die Temperaturen der starren Werkzeugteile 21 und 28 gemessen werden. Dabei können je nach gewünschter räumlicher Auflösung der Temperaturmessung eine Mehrzahl von Temperaturmesseinrichtungen 67 verwendet werden, die als Teil der Herstellanordnung 30 in dem Werkzeugteil 21 und dem Werkzeugteil 28 verteilt angeordnet werden. Mittels der Temperaturmesseinrichtungen 68 wird hingegen die Temperatur des Fluids F jeweils an einer Stelle des Fluidkreislaufs 66 gemessen. Die Druckmesseinrichtung 69 dient der Messung des Druckes des Fluids F innerhalb des Fluidkreislaufs 66. In 8 ist lediglich eine Druckmesseinrichtung 69 eingezeichnet, es versteht sich jedoch, dass an verschiedenen Stelle des Fluidkreislaufs 66 bei Bedarf Druckmesseinrichtungen 69 vorgesehen sein können. Zudem zeigt 8 eine Wegmesseinrichtung 70, mittels der der Stellweg des oberen, ersten Werkzeugteils 21 gemessen werden kann. Falls das untere, zweite Werkzeugteil 28 ebenfalls beweglich ist, kann zur Messung des Stellwegs desselben ebenfalls eine Wegmesseinrichtung, in 8 beispielhaft eingezeichnet und mit 70′ bezeichnet, vorgesehen sein. Mit den vorgesehenen Messeinrichtungen kann das Verhalten des thermoplastischen Kunststoffmaterials während des Pressformens nachvollzogen werden, um die Qualität des fertigen Faserverbundwerkstücks sicherzustellen.Furthermore, the shows 8th measuring equipment 67 . 68 . 69 . 70 . 70 ' , By means of temperature measuring equipment 67 , in the 8th are indicated by way of example and schematically, the temperatures of the rigid tool parts 21 and 28 be measured. In this case, depending on the desired spatial resolution of the temperature measurement, a plurality of temperature measuring devices 67 used as part of the manufacturing arrangement 30 in the tool part 21 and the tool part 28 be arranged distributed. By means of temperature measuring equipment 68 on the other hand, the temperature of the fluid F is in each case at one point of the fluid circuit 66 measured. The pressure measuring device 69 is used to measure the pressure of the fluid F within the fluid circuit 66 , In 8th is only a pressure measuring device 69 However, it is understood that in different place of the fluid circuit 66 if required pressure measuring equipment 69 can be provided. In addition shows 8th a displacement measuring device 70 , By means of the travel of the upper, first tool part 21 can be measured. If the lower, second tool part 28 is also movable, can for measuring the travel of the same also a displacement measuring device, in 8th exemplified and with 70 ' designated, be provided. With the proposed measuring devices, the behavior of the thermoplastic material during the press molding can be reproduced to ensure the quality of the finished fiber composite workpiece.

Die Messeinrichtungen 67, 68, 69, 70 und ggf. auch 70′, sowie die Pumpe 64 und die Heiz- und/oder Kühleinrichtung 55 sind vorzugsweise mit einer geeigneten Steuerungseinrichtung 78, wie schematisch in 8 mit gestrichelten Linien skizziert, verbunden, derart, dass die von den Messeinrichtungen bereitgestellten Messwerte durch die Steuerungseinrichtung 78 zur Ansteuerung der Pumpe 64 und/oder der Heiz- und/oder Kühleinrichtung 55 und ggf. zur Regelung der im Fluidkreislauf 66 anstehenden Fluidtemperaturen und -drücke genutzt werden können. Falls zusätzliche Heiz- und/oder Kühleinrichtungen (in 8 nicht eingezeichnet) zur zusätzlichen Beheizung und/oder Kühlung eines oder beider der Werkzeugteile 21, 28 vorgesehen sind, kann auch die Ansteuerung dieser zusätzlichen Heiz- und/oder Kühleinrichtungen von der Steuerungseinrichtung 78 übernommen werden. Die Steuerungseinrichtung 78 kann zudem mit einer Pressensteuerung (in 8 ebenfalls nicht gezeigt) zur Steuerung der Bewegung der Pressenbacken 18 kommunizieren oder deren Aufgaben ganz oder teilweise übernehmen.The measuring equipment 67 . 68 . 69 . 70 and possibly also 70 ' , as well as the pump 64 and the heating and / or cooling device 55 are preferably with a suitable control device 78 as shown schematically in 8th sketched with dashed lines, connected, such that the measured values provided by the measuring devices by the control device 78 for controlling the pump 64 and / or the heating and / or cooling device 55 and possibly for the regulation of the fluid circuit 66 pending fluid temperatures and pressures can be used. If additional heating and / or cooling equipment (in 8th not shown) for additional heating and / or cooling of one or both of the tool parts 21 . 28 are provided, the control of these additional heating and / or cooling devices by the controller 78 be taken over. The control device 78 can also be equipped with a press control (in 8th also not shown) for controlling the movement of the press jaws 18 communicate or take over their tasks in whole or in part.

Der Fluidkreislauf 66 kann beispielsweise mit Hilfe geeigneter, druck- und temperaturfester Schläuche oder Rohre, die in 8 nicht im Detail gezeigt sind, realisiert werden.The fluid circuit 66 can, for example, with the help of suitable, pressure and temperature resistant hoses or pipes, in 8th not shown in detail, be realized.

Das Fluid F kann bei der Herstellanordnung 30 gemäß 8 somit mittels der Einrichtung 55 vorzugsweise sowohl erwärmt als auch gekühlt werden, wobei die Einrichtung 55 in mehreren Untereinrichtungen zur Erwärmung bzw. Kühlung des Fluids F aufgeteilt sein kann. The fluid F may in the manufacturing arrangement 30 according to 8th thus by means of the device 55 preferably both heated and cooled, the device 55 can be divided into several sub-facilities for heating or cooling of the fluid F.

Zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks wird somit, wie weiter oben beschrieben, ein im Wesentlichen hydrostatisch wirkender Druck auf die nur lokal konsolidierte Halbzeuganordnung 31 ausgeübt, zudem wird die Halbzeuganordnung 31 mittels des heißen Fluids F erwärmt. Das thermoplastische Kunststoffmaterial, das im fertigen Faserverbundbauteil die Matrix bilden soll, wird erwärmt und erweicht oder schmilzt hinreichend, um ein globales Konsolidieren der Halbzeuganordnung 31 und eine Einbettung der Verstärkungsfasern in die Matrix zu erreichen. Das in dem Fluidkreislauf 66 zirkulierende Fluid F kann, insbesondere aufgrund des relativ geringem Volumens in dem Kisseninnenraum 38, schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht und das Fluid F mit der korrekt eingestellten Fluidtemperatur schnell in den Kisseninnenraum 38 gepumpt werden. Der Fluidkreislauf 66, in dem das Fluid F mit der gewünschten Temperatur zirkuliert, ermöglicht also vorteilhaft eine schnelle und genaue Steuerung der Temperatur, die auf die Halbzeuganordnung 31 einwirkt. Das Verhalten des thermoplastischen Kunststoffmaterials kann damit genau beeinflusst werden. Zudem wird durch Kühlen des Fluids F im gewünschten Maße auch eine kontrollierte Abkühlung und somit ein kontrolliertes Wiedererstarren der thermoplastischen Matrix möglich. Gerade bei teilkristallinen Thermoplasten kann dies nützlich sein, etwa um eine kontrollierte Kristallisation zu erreichen. Hierzu können auch die Werkzeugteile 21 und/oder 28 zusätzlich separat beheizt und/oder gekühlt werden, um die zwischen Kissen 36 und formgebender Oberfläche 29 wirkenden Temperaturen noch präziser zu beeinflussen. In einer bevorzugten Variante werden sowohl die „harte“ formgebende Oberfläche 29, durch Beheizung des zweiten Werkzeugteils 28, als auch das Fluid F erwärmt.For the production of a fiber composite workpiece, as described above, a substantially hydrostatic pressure acts on the only locally consolidated semifinished product arrangement 31 exercised, also the semi-finished arrangement 31 heated by means of the hot fluid F. The thermoplastic material used in the finished Fiber composite component is to form the matrix is heated and softens or melts sufficiently to a global consolidation of the semifinished assembly 31 and to embed the reinforcing fibers in the matrix. That in the fluid circuit 66 circulating fluid F may, in particular due to the relatively small volume in the pad interior 38 , quickly brought to the desired temperature and the fluid F with the correct set fluid temperature quickly in the pad interior 38 be pumped. The fluid circuit 66 , in which the fluid F circulates at the desired temperature, thus advantageously allows a rapid and accurate control of the temperature, which on the semi-finished product assembly 31 acts. The behavior of the thermoplastic material can be accurately influenced. In addition, by cooling the fluid F to the desired extent, a controlled cooling and thus a controlled re-solidification of the thermoplastic matrix possible. Especially with semi-crystalline thermoplastics, this can be useful, for example, to achieve a controlled crystallization. For this purpose, also the tool parts 21 and or 28 additionally heated and / or cooled separately, between the pillows 36 and shaping surface 29 to influence acting temperatures even more precisely. In a preferred variant, both the "hard" shaping surface 29 , by heating the second tool part 28 , as well as the fluid F heated.

Der auf die Halbzeuganordnung 31 einwirkende Druck während der Durchführung des Verfahrens kann anhand des gemessenen Fluiddrucks überprüft werden, wobei eine Kontrolle zusätzlich über den gemessenen Stellweg eines oder beider Werkzeugteile 21, 28 möglich ist. Der Fluiddruck kann beispielhaft in einem Bereich von etwa 10 bar bis etwa 20 bar liegen. The on the semifinished arrangement 31 acting pressure during the implementation of the method can be checked based on the measured fluid pressure, with a control in addition to the measured travel of one or both tool parts 21 . 28 is possible. The fluid pressure may be, for example, in a range of about 10 bar to about 20 bar.

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 31 zum Faserverbundwerkstück wird das Pressformwerkzeug 19 geöffnet, etwa indem das obere Werkzeugteil 21 mittels des oberen Pressenbackens 18 angehoben wird. Die mit Metall gebildete Membran oder Folie 50 kann vorteilhaft auf jener Seite, auf der sie die der Halbzeuganordnung 31 bzw. dem fertigen Faserverbundwerkstück zugewandte Außenoberfläche 40 der Haut 37 bildet, poliert und/oder in geeigneter Weise beschichtet sein, um ein Anhaften des fertigen Faserverbundwerkstücks an der Haut 37 zu vermeiden. By means of the method and the manufacturing arrangement thus succeeds in the production of a fiber composite workpiece with a thermoplastic matrix in an efficient and easy to control manner, the method and the manufacturing arrangement can be used to advantage for producing a two-dimensional or three-dimensionally curved skin element for an aircraft or spacecraft. After consolidation of the semi-finished product arrangement 31 to the fiber composite workpiece is the press mold 19 open, such as the upper tool part 21 by means of the upper press jaw 18 is raised. The metal-formed membrane or foil 50 can be beneficial on the side on which they are the semi-finished 31 or the finished fiber composite workpiece facing outer surface 40 of the skin 37 forms, polished and / or suitably coated to adhere the finished fiber composite workpiece to the skin 37 to avoid.

Während eine Metallmembran oder Metallfolie 50 vorteilhaft temperaturbeständig ausgebildet und geeignet sein kann, den wirkenden Druck aufzunehmen, kann für eine gute Verformbarkeit der Membran oder Folie und eine gute Dichtigkeit stattdessen ein geeignetes, mechanisch hinreichend festes sowie temperaturbeständiges Kunststoffmaterial eingesetzt werden, wobei zum Beispiel ein Polyimid wie etwa das unter dem Namen Kapton® erhältliche Material verwendet werden könnte.While a metal membrane or metal foil 50 advantageously formed temperature-resistant and may be suitable to absorb the acting pressure, for a good deformability of the membrane or film and a good tightness instead a suitable, mechanically sufficiently strong and temperature-resistant plastic material can be used, for example, a polyimide such as the under the name Kapton ® available material could be used.

Auf die in 7 gezeigte Variante des ersten Ausführungsbeispiels sind die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel ebenfalls anwendbar, wobei sich die Variante der 7 von jener der 6 dahingehend unterscheidet, dass in 7 die formgebende Oberfläche 29 des zweiten Werkzeugteils 28 sowie die dieser zugewandte Oberfläche 22 des ersten Werkzeugteils 21 jeweils im Wesentlichen eben sind. Auf diese Weise kann ein ebenes Faserverbundwerkstück erzeugt werden, welches wiederum in in 7 beispielhaft angedeuteten Bereichen 32 durch entsprechendes Auflegen von Halbzeugen dicker ausgeführt werden kann.On the in 7 shown variant of the first embodiment, the above statements are also applicable to the first embodiment, wherein the variant of 7 from that of the 6 to the effect that in 7 the shaping surface 29 of the second tool part 28 as well as the surface facing this 22 of the first tool part 21 are each substantially planar. In this way, a flat fiber composite workpiece can be generated, which in turn in 7 exemplified areas 32 can be made thicker by appropriate application of semi-finished products.

Bei dem in 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Oberflächen 22 und 29 ebenfalls eben sind, begrenzt die Membran oder Folie 50, die die Haut 37 des Kissens 36 bildet, den Kisseninnenraum 38 von allen Seiten, bis auf Anschlussstellen für die Zufuhr und Abfuhr des Fluids F, die in 10 nicht im Detail dargestellt sind. Somit liegen Abschnitte der Membran oder Folie 50 auf der Oberfläche 22 auf, die somit bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht direkt den Kisseninnenraum 38 begrenzt. Die weiteren Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel sind analog auf das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar, wobei es sich versteht, dass auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in Varianten die Oberflächen 22 und 29 gekrümmt sein können.At the in 10 shown second embodiment, in which the surfaces 22 and 29 are also flat, limited the membrane or foil 50 that the skin 37 of the pillow 36 makes, the pillow interior 38 from all sides, except for connection points for the supply and discharge of the fluid F, which in 10 not shown in detail. Thus, there are sections of the membrane or film 50 on the surface 22 on, thus not directly in the second embodiment, the cushion interior 38 limited. The other embodiments of the first embodiment are analogously applicable to the second embodiment, it being understood that in the second embodiment in variants, the surfaces 22 and 29 can be curved.

Das dritte Ausführungsbeispiel, gezeigt in 11, stellt eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels dar. Auch bei der Herstellanordnung 30 der 11 können die Messeinrichtungen 67, 68, 69, 70 und ggf. 70′ wie in 9 dargestellt vorgesehen sein. Von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel dahingehend, dass bei der Herstellanordnung der 11 der Fluidkreislauf 66 zusätzlich dazu genutzt wird, die Temperatur des zweiten Werkzeugteils 28 zu beeinflussen. Hierzu sind in dem zweiten Werkzeugteil 28 Kanäle 65 vorgesehen, die von dem Fluid F im Fluidkreislauf 66 durchströmt werden, wodurch das Fluid F auch durch das zweite Werkzeugteil 28 zirkuliert. Somit trägt das Fluid F auch zur Regulierung der Temperatur des zweiten Werkzeugteils 28 bei. Alternativ oder zusätzlich könnte das Fluid F zur Beeinflussung der Temperatur des ersten Werkzeugteils 21 mitgenutzt werden.The third embodiment shown in FIG 11 , represents a variant of the first embodiment. Also in the manufacturing arrangement 30 of the 11 can the measuring equipment 67 . 68 . 69 . 70 and possibly 70 ' as in 9 be provided shown. From the first embodiment, the third embodiment differs in that in the manufacturing arrangement of 11 the fluid circuit 66 in addition, the temperature of the second tool part is used 28 to influence. For this purpose, in the second tool part 28 channels 65 provided by the fluid F in the fluid circuit 66 be flowed through, whereby the fluid F also by the second tool part 28 circulated. Thus, the fluid F also contributes to the regulation of the temperature of the second tool part 28 at. Alternatively or additionally, the fluid F could have an influence the temperature of the first tool part 21 be co-used.

Das vierte Ausführungsbeispiel, gezeigt in 12, stellt wiederum eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels dar. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist zwischen der aus einem Metallwerkstoff gefertigten Membran oder Folie 50 und der Halbzeuganordnung 31 eine hitze- und druckbeständige Schutzfolie 51 angeordnet, welche dafür ausgebildet und vorgesehen ist, die Halbzeuganordnung 31 vor dem Fluid F zu schützen und somit eine Kontamination der Halbzeuganordnung 31 und des fertigen Faserverbundwerkstücks mit dem Fluid F zu vermeiden. Die Schutzfolie 51 kann vor dem Schließen des Pressformwerkzeugs 19 derart zwischen die Werkzeugteile 21 und 28 eingelegt werden, dass die Schutzfolie 51 die Halbzeuganordnung 31 vollständig abdeckt. Die Halbzeuganordnung 31 ist somit vor Kontakt mit dem Fluid F geschützt, selbst in einem Falle, in dem die Metallmembran oder -folie 50 stellenweise Fluid F hindurchtreten lässt. Die Schutzfolie 51 ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel als eine verformbare und vorzugsweise auch dehnbare, temperaturbeständige Polymerfolie ausgebildet, die sich somit an die Geometrie der Halbzeuganordnung 31 gut anpassen kann, ohne zu reißen.The fourth embodiment shown in FIG 12 , again represents a variant of the first embodiment. In the fourth embodiment is between the made of a metal material membrane or foil 50 and the semifinished arrangement 31 a heat and pressure resistant protective film 51 arranged, which is designed and provided for, the semifinished arrangement 31 to protect against the fluid F and thus contamination of the semi-finished product assembly 31 and the finished fiber composite workpiece with the fluid F to avoid. The protective film 51 can before closing the mold 19 such between the tool parts 21 and 28 be inserted that the protective film 51 the semifinished arrangement 31 completely covers. The semifinished product arrangement 31 is thus protected from contact with the fluid F, even in a case where the metal membrane or foil 50 in places fluid F can pass. The protective film 51 is formed in the fourth embodiment as a deformable and preferably also stretchable, temperature-resistant polymer film, which thus conforms to the geometry of the semifinished product assembly 31 can adapt well without tearing.

Die Schutzfolie 51 kann in Varianten des vierten Ausführungsbeispiels vorgeformt sein, zum Beispiel korrespondierend zur Geometrie des herzustellenden Werkstücks, wodurch einzelne Halbzeugabschnitte 45, etwa im Bereich 32, während des Konsolidierens noch besser in ihrer relativen Position gehalten werden können und zudem die Schutzfolie 51 bereits zu einem gewissen Grad an die Werkstückgeometrie angepasst ist. Zudem ist es möglich, die Schutzfolie 51 für aufeinanderfolgend herzustellende Faserverbundwerkstücke mit geringem Aufwand und vergleichsweise geringen Kosten zu wechseln, wenn die Werkstücke hinsichtlich ihrer Endgeometrie im Detail Abweichungen zeigen.The protective film 51 may be preformed in variants of the fourth embodiment, for example, corresponding to the geometry of the workpiece to be produced, whereby individual semifinished product sections 45 , about in the area 32 , can be kept even better in their relative position during consolidation and also the protective film 51 already adapted to a certain degree to the workpiece geometry. In addition, it is possible the protective film 51 to change for successive manufactured fiber composite workpieces with little effort and comparatively low cost, if the workpieces show in detail with respect to their final geometry deviations.

Die Schutzfolie 51 könnte in einer Variante nicht getrennt bereitgestellt werden, sondern Teil der Haut 37 sein, wobei die Haut 37 bei einer derartigen Variante mehrschichtig ausgebildet ist, etwa mit einer Metallmembran 50 und einer Schutzfolie 51 aus einem Kunststoffmaterial.The protective film 51 could not be provided separately in a variant, but part of the skin 37 be the skin 37 formed in such a variant multi-layered, such as with a metal membrane 50 and a protective film 51 made of a plastic material.

Das fünfte Ausführungsbeispiel der 13 stellt ebenfalls eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels dar. Hierbei ist zusätzlich zu der Schutzfolie 51, wie vorstehend zu 12 beschrieben, zwischen der Schutzfolie 51 und der Membran oder Folie 50 eine Leckagedetektionsfolie 52 angeordnet, die es ermöglicht, Undichtigkeiten für den Werker visuell erkennbar zu machen, etwa durch geeignete Verfärbungen. Hierfür kann die Leckagedetektionsfolie 52 zum Beispiel zweischichtig mit einem zwischen zwei parallelen Lagen 52a, 52b angeordneten Medium M ausgebildet werden, siehe 13A, wobei sich dieses Medium M bei Kontakt mit dem Fluid F verfärbt und somit die Undichtigkeit sichtbar deutlich macht. In einer Variante kann die Leckagedetektionsfunktion in die Schutzfolie 51 integriert sein, siehe 13B, wobei das Medium M zwischen zwei Lagen 51a und 51b der Schutzfolie 51 angeordnet ist. In einer weiteren Variante kann die Leckagedetektionsfunktion in die Membran oder Folie 50 der Haut 37 selbst integriert sein, vgl. 13C, wobei die Membran oder Folie 50 in diesem Falle beispielsweise eine Lage 50a aus Metall, zum Beispiel einem Stahl oder einem Edelstahl, eine Lage 50b aus einem Kunststoffmaterial, und das zwischen den Lagen 50a, b angeordnete Medium M zur Leckagedetektion beinhaltet. Im Falle der 13C ist somit die Membran oder Folie 50 selbst mit der Leckagedetektionsfunktion ausgestattet.The fifth embodiment of 13 also represents a variant of the first embodiment. Here, in addition to the protective film 51 , as above 12 described between the protective film 51 and the membrane or foil 50 a leak detection foil 52 arranged, which makes it possible to visually detect leaks for the worker, for example by appropriate discoloration. For this purpose, the leak detection film 52 for example two-layered with one between two parallel layers 52a . 52b arranged medium M are formed, see 13A , wherein this medium M discolored on contact with the fluid F and thus makes the leak clearly visible. In one variant, the leak detection function may be in the protective film 51 be integrated, see 13B , wherein the medium M between two layers 51a and 51b the protective film 51 is arranged. In another variant, the leak detection function may be in the membrane or foil 50 of the skin 37 be integrated, cf. 13C where the membrane or foil 50 in this case, for example, a location 50a made of metal, for example a steel or a stainless steel, one layer 50b made of a plastic material, and that between the layers 50a , b arranged medium M for leakage detection includes. In case of 13C is thus the membrane or foil 50 even equipped with the leak detection function.

Es sei ferner erwähnt, dass bei den vorgenannten Varianten des fünften Ausführungsbeispiels eine Mehrschichtmembran oder Mehrschichtfolie verwendet werden kann, welche die Membran oder Folie 50, insbesondere aus einem Metallmaterial, die Leckagedetektionsfolie 52 und/oder die Schutzfolie 51 in einem mehrschichtigen Element beinhaltet, wobei die Schichtenabfolge wie in einer der 13, 13A–C getroffen sein kann. Eine weitere Variante des fünften Ausführungsbeispiels zeigt zudem 13D. Hierbei sind die Schutzfunktion für die Halbzeuganordnung 31 und die Leckagedetektionsfunktion beide in eine Mehrschichtmembran 50, welche die Haut 37 des Kissens 36 bildet, integriert, wobei diese eine Metalllage 50a zur Aufnahme des Drucks und eine schützende, dichte und temperaturbeständige Kunststofflage 50c aufweist, zwischen denen das Medium M angeordnet ist. Für die Kunststofflagen 50b oder 50c kann wiederum z. B. ein Polyimid in Betracht gezogen werden.It should also be noted that in the aforementioned variants of the fifth embodiment, a multi-layer membrane or multi-layer film can be used, which is the membrane or film 50 , in particular of a metal material, the leakage detection film 52 and / or the protective film 51 in a multilayer element, wherein the layer sequence as in one of 13 . 13A -C can be taken. A further variant of the fifth embodiment also shows 13D , Here are the protective function for the semi-finished product assembly 31 and the leakage detection function both into a multi-layer membrane 50 which the skin 37 of the pillow 36 forms, integrated, these being a metal layer 50a to absorb the pressure and a protective, dense and temperature-resistant plastic layer 50c between which the medium M is arranged. For the plastic layers 50b or 50c can in turn z. For example, a polyimide may be considered.

Die Herstellung eines Faserverbundwerkstücks ausgehend von der Halbzeuganordnung 31 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist in den 14 und 15 gezeigt. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Schutzfolie 51, die beispielsweise wie zu den 12, 13, 13A–C beschrieben ausgebildet sein kann, nach der Bildung der Halbzeuganordung 31 auf die Halbzeuganordnung 31 aufgelegt und in Befestigungs- und Dichtbereichen 53 an einem unteren Werkzeugteil 28 befestigt und diesem gegenüber abgedichtet worden. Im Anschluss daran kann der Pressformvorgang wie vorstehend beschrieben erfolgen, wobei wiederum eine oberes Werkzeugteil 21 mit einem Kissen 36 vorgesehen ist. Über die Befestigung der Schutzfolie 51 in den Bereichen 53 hinausgehend wird auf die obigen Ausführungen zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen verwiesen. In Varianten kann die Leckagedetektionsfolie 52 auf die Schutzfolie 51 aufgelegt und ebenso wie diese befestigt werden. Bei der Variante gemäß 16 sind die Oberflächen 22 und 29 wiederum im Wesentlichen eben.The production of a fiber composite workpiece starting from the semifinished product arrangement 31 According to a sixth embodiment is in the 14 and 15 shown. In the sixth embodiment, a protective film 51 for example, like the 12 . 13 . 13A -C may be formed after the formation of the Halbzeuganordung 31 on the semifinished arrangement 31 placed on and in fastening and sealing areas 53 on a lower tool part 28 attached and sealed against this. Subsequently, the press-forming process can be carried out as described above, in turn, an upper tool part 21 with a pillow 36 is provided. About the attachment of the protective film 51 in the fields of 53 In addition, reference is made to the above comments on the preceding embodiments. In variants, the leak detection foil 52 on the protective film 51 put on and just like these are attached. at according to the variant 16 are the surfaces 22 and 29 again essentially flat.

In 1416 wird die Schutzfolie 51 durch die Halbzeuganordnung 31 über einen großen Teil der Ausdehnung der Schutzfolie 51 gestützt. Spannungen in der Schutzfolie 51 werden auf diese Weise begrenzt, wobei an den Rändern, im Bereich 53, die Schutzfolie 51 durch das untere Werkzeugteil 21 unterstützt wird. Erforderlichenfalls können zur Überbrückung des Übergangsbereichs am Rand der Halbzeuganordnung 31 geeignete Einrichtungen zur Unterstützung der Schutzfolie 51 vorgesehen sein (nicht dargestellt in 1416), z. B. wenn das Kissen 36 seitlich über den Rand der Halbzeuganordnung 31 hinausreicht.In 14 - 16 will be the protective film 51 through the semifinished arrangement 31 over a large part of the extent of the protective film 51 supported. Tensions in the protective film 51 are limited in this way, being at the edges, in the area 53 , the protective film 51 through the lower tool part 21 is supported. If necessary, to bridge the transition region at the edge of the semi-finished product assembly 31 suitable facilities to support the protective film 51 be provided (not shown in 14 - 16 ), z. B. if the pillow 36 laterally over the edge of the semifinished arrangement 31 extends.

Insbesondere in Varianten des sechsten Ausführungsbeispiels kann ein Vorformen der Schutzfolie 51 nützlich sein, zum Beispiel ein Vorformen korrespondierend zur Geometrie des herzustellenden Faserverbundwerkstücks, um etwa einzelne Halbzeugabschnitte 45, z. B. im Bereich 32, in ihrer relativen Position zu halten und zudem die auf die Schutzfolie 51 wirkenden Belastungen etwas zu verringern, indem die Schutzfolie 51 bereits an die Werkstückgeometrie in einem gewissen Maß angepasst ist.In particular, in variants of the sixth embodiment, a preforming of the protective film 51 be useful, for example, a preform corresponding to the geometry of the fiber composite workpiece to be produced by about individual semifinished product sections 45 , z. B. in the area 32 to hold in their relative position and also on the protective film 51 acting loads reduce something by the protective film 51 already adapted to the workpiece geometry to a certain extent.

In einer weiteren Variante des sechsten Ausführungsbeispiels wird der Bereich 53, in dem die Schutzfolie 51 befestigt und abgedichtet ist, aus dem mit hoher Temperatur beaufschlagten Bereich herausverlagert. Dies kann dadurch geschehen, dass der Bereich 53 oder zumindest der Teil desselben, in dem die Schutzfolie 51 festgelegt und dicht mit dem unteren Werkzeugteil 28 verbunden ist, beispielsweise deutlich außerhalb des Wirkungsbereichs des Kissens 36 liegt. Der außerhalb des mit hoher Temperatur beaufschlagten Gebietes liegende Randbereich der Schutzfolie 51 kann in diesem Fall, durch bei niedrigeren Temperaturen höhere Elastizität, die für den Kontur- und Toleranzausgleich benötigte Elastizität und Dehnbarkeit bereitstellen.In a further variant of the sixth embodiment, the range 53 in which the protective film 51 attached and sealed, moved out of the high-temperature area exposed. This can be done by making the area 53 or at least the part of it in which the protective film 51 fixed and tight with the lower tool part 28 is connected, for example, well outside the sphere of action of the pad 36 lies. The edge region of the protective film lying outside the area exposed to high temperature 51 In this case, by providing higher elasticity at lower temperatures, it can provide the elasticity and stretchability required for contour and tolerance compensation.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele zeigen die 17 und 17A, welche sich von den vorangehenden Ausführungsbeispielen hinsichtlich der Ausbildung des Kissens unterscheiden. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel ist anstelle des fluidgefüllten Kissens 36 ein temperaturbeständiges Polymerkissen oder Gummikissen 136 vorgesehen, mittels dem ebenfalls durch eine Nachgiebigkeit des Polymerkissens 136 Anpassungen an kleinere Geometrieabweichungen, ein Toleranzausgleich sowie eine Druckaufbringung nach Art eines hydrostatischen Drucks möglich ist. Bei Verwendung eines geeigneten, temperatur- und druckbeständigen Polymers kann auf diese Weise die gewünschte gleichmäßige Druckverteilung und die geometrische Anpassung auf einfache Art und Weise erreicht werden. In 17 ist das Polymerkissen 136 als mattenförmiges Element auf der Oberfläche 22 des ersten Werkzeugteils 21 flächig befestigt, wobei zudem Heizeinrichtungen 155 innerhalb des Polymerkissens 136 vorgesehen sind, um die Halbzeuganordnung 31 erwärmen zu können. Es können jedoch beispielsweise in Varianten die Heizeinrichtungen 155 weggelassen werden, wobei dann die Aufheizung der Halbzeuganordnung 31 über die Beheizung eines oder beider der Werkzeugteile 21, 28 erfolgen kann. Die Heizeinrichtungen 155 sind beispielsweise als elektrische Heizelemente ausgeführt. Two further embodiments show the 17 and 17A which differ from the preceding embodiments in terms of the formation of the pad. In the seventh embodiment, instead of the fluid-filled pad 36 a temperature-resistant polymer pad or rubber pad 136 provided by means of which also by a compliance of the polymer pad 136 Adjustments to smaller geometry deviations, tolerance compensation and pressure application in the manner of a hydrostatic pressure is possible. When using a suitable, temperature and pressure-resistant polymer can be achieved in this way, the desired uniform pressure distribution and the geometric adjustment in a simple manner. In 17 is the polymer cushion 136 as a mat-shaped element on the surface 22 of the first tool part 21 attached flat, with also heating facilities 155 inside the polymer pad 136 are provided to the semifinished arrangement 31 to heat up. However, for example, in variants, the heaters 155 be omitted, in which case the heating of the semi-finished product assembly 31 about the heating of one or both of the tool parts 21 . 28 can be done. The heaters 155 For example, they are designed as electrical heating elements.

In nicht dargestellten Varianten des siebten Ausführungsbeispiels können zudem Kühleinrichtungen innerhalb des Polymerkissens 136 vorgesehen sein, um den Temperaturverlauf innerhalb der Halbzeuganordnung 31 noch besser beeinflussen zu können. Zusätzlich zur Messung des Wegs eines oder beider Werkzeugteils 21, 28 können wiederum in den Werkzeugteilen 21, 28 und bei Bedarf auch innerhalb des Polymerkissens 136 Temperaturmesseinrichtungen 67 vorgesehen sein. Als Heiz- und/oder Kühleinrichtungen innerhalb des Polymerkissens 136 können auch fluidführende Kanäle, die von einem erwärmten oder gekühlten Fluid durchströmt werden, in Betracht kommen.In variants of the seventh embodiment that are not illustrated, cooling devices can also be provided inside the polymer cushion 136 be provided to the temperature profile within the semifinished arrangement 31 to influence even better. In addition to measuring the path of one or both tool parts 21 . 28 can turn in the tool parts 21 . 28 and, if necessary, also within the polymer pad 136 Temperature measurement devices 67 be provided. As heating and / or cooling devices within the polymer cushion 136 can also be fluid-carrying channels, which are flowed through by a heated or cooled fluid into consideration.

Bei dem achten Ausführungsbeispiel der 17A ist, wie bei dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, eine Haut 37 zur Bildung eines Kissens 236 vorgesehen. Hinsichtlich der Haut 37 wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen. Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist in einem Kisseninnenraum 38 anstatt eines Fluids ein Granulat G angeordnet, welches den Kisseninnenraum 38 füllt. Hierdurch wiederum auf einfache Weise eine gewisse Nachgiebigkeit des Kissens 236 erreicht, wobei allerdings die Handhabung eines Fluids entfällt. Die Beeinflussung der Temperatur der Halbzeuganordnung 31 durch Aufheizen und/oder Kühlen kann bei dem achten Ausführungsbeispiel wiederum über eines oder beide der Werkzeugteile 21, 28 und/oder mit Hilfe von Heiz- und/oder Kühleinrichtungen innerhalb des Kissens 236 (nicht dargestellt in 17A) erreicht werden. Zur Messung von Temperatur und Stellweg wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.In the eighth embodiment of the 17A is a skin, as in the first or second embodiment 37 to form a pillow 236 intended. Regarding the skin 37 Reference is made to the above statements. In the eighth embodiment is in a cushion interior 38 instead of a fluid granules G arranged which the cushion interior 38 crowded. This in turn in a simple way a certain flexibility of the pillow 236 achieved, however, eliminating the handling of a fluid. The influence on the temperature of the semifinished product arrangement 31 by heating and / or cooling, in the eighth embodiment, in turn, over one or both of the tool parts 21 . 28 and / or with the aid of heating and / or cooling devices within the cushion 236 (not shown in 17A ) can be achieved. For the measurement of temperature and travel, reference is made to the above statements.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann zudem die Membran oder Folie 50 und/oder die Schutzfolie 51 oder stattdessen das Polymerkissen 136 in der Weise vorgeformt sein, dass die Oberflächenstruktur der Halbzeuganordnung 31 durch Einprägen von zusätzlichen Strukturmerkmalen beeinflusst oder modifiziert werden kann, wodurch das fertige Faserverbundbauteil in Bereichen seiner Oberfläche dann mit der modifizierten Oberflächenstruktur versehen ist.In all embodiments described above, in addition, the membrane or film 50 and / or the protective film 51 or instead the polymer pad 136 be preformed in such a way that the surface structure of the semi-finished product assembly 31 can be influenced or modified by impressing additional structural features, whereby the finished fiber composite component is then provided in areas of its surface with the modified surface structure.

Zum Beispiel kann durch Einprägen eines Identifikationsmerkmals 85 wie etwa einer Nummer oder einer anderen Zeichenkombination ein Faserverbundwerkstück 100 auf beständige Weise mit einem solchen Identifikationsmerkmal ausgestattet werden, siehe 18. Dies könnte zum Beispiel zweckmäßig durch eine entsprechend vorgeprägte Schutzfolie 51 erfolgen. Dies ist mit Blick auf die Möglichkeit der Identifikation eines einzelnen Faserverbundwerkstücks insbesondere zweckmäßig, wenn die Schutzfolie 51 ohnehin nach jedem Pressformvorgang gewechselt wird. For example, by impressing an identification feature 85 such as a number or other character combination, a fiber composite workpiece 100 be furnished in a consistent manner with such an identification feature, see 18 , This could, for example, expediently by a corresponding pre-embossed protective film 51 respectively. This is particularly useful in view of the possibility of identifying a single fiber composite workpiece when the protective film 51 anyway after every press-forming process is changed.

Das Vorformen der Membran oder Folie 50 und/oder der Schutzfolie 51 oder des Polymerkissens 136 kann jedoch auch dafür genutzt werden, die Oberflächenstruktur des erhaltenen Faserverbundwerkstücks bereits für einen nachfolgenden Schweißvorgang vorzubereiten. Beispielsweise kann die von der formgebenden Oberfläche 29 weggewandte Oberfläche des Faserverbundwerkstücks mit einer Riffelung, etwa einer mikroskopisch kleinen Riffelung, versehen werden, um die Schweißverbindung noch zu verbessern, etwa beim Aufschweißen von weiteren Bauteilen wie Stringern oder Spanten auf die Innenseite eines als Hautelement ausgebildeten Faserverbundwerkstücks 100. Eine Oberflächenmodifikation zur Erleichterung eines nachfolgenden Aufschweißens eines weiteren Bauteils, zum Beispiel eines langgestreckten Bauteils wie eines Stringers 92 oder eines Spants, kann auch darin bestehen, dass die von der formgebenden Oberfläche 29 weggewandte Oberfläche des Faserverbundwerkstücks 100 mit einer Stufe 91, siehe 18A, versehen wird. Gegen die Stufe 91 kann der Stringer 92 dann angelegt werden, wodurch der Stringer 92 beim Befestigen an dem Hautelement, etwa beim Anschweißen, nicht verrutscht. Die Stufe 91 kann beispielsweise wenige Zehntel Millimeter hoch sein, zum Beispiel 0.1 mm.Preforming the membrane or foil 50 and / or the protective film 51 or the polymer pad 136 However, it can also be used to prepare the surface structure of the resulting fiber composite workpiece already for a subsequent welding operation. For example, that of the shaping surface 29 weggewandte surface of the fiber composite workpiece with a corrugation, such as a microscopic ribbing, be provided to improve the weld still, such as the welding of other components such as stringers or frames on the inside of a formed as a skin element fiber composite workpiece 100 , A surface modification to facilitate subsequent welding of another component, for example an elongate member such as a stringer 92 or a frame, may also consist of that of the shaping surface 29 weggewandte surface of the fiber composite workpiece 100 with a step 91 , please refer 18A , is provided. Against the stage 91 can the stringer 92 then be created, causing the stringer 92 when attaching to the skin element, such as when welding, not slip. The stage 91 may be, for example, a few tenths of a millimeter high, for example, 0.1 mm.

Bei dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Membran oder Folie 54, die gleichermaßen als Schutzfolie sowie zur Druckaufbringung wirkt, derart angeordnet, dass sie die Halbzeuganordnung 31 bedeckt. Die Membran oder Folie 54 ist in einem Befestigungsbereich 53 rings um die Halbzeuganordnung 31 herum an einem unteren, zweiten Werkzeugteil 28 eines Pressformwerkzeugs 19 befestigt und diesem gegenüber abgedichtet. Siehe auch das Detail der 19A. Die Befestigungsanordnung 31 ist also dicht zwischen einer formgebenden Oberfläche 29 des zweiten Werkzeugteils 28 und der Membran oder Folie 54 eingeschlossen. Die Membran oder Folie 54 kann bspw. als Einschicht- oder Mehrschichtmembran oder -folie ausgeführt sein, z. B. zweischichtig. Alternativ kann an die Stelle der Membran oder Folie 54 eine Anordnung mehrerer paralleler und getrennter Einzelschichten treten. Die vorstehenden Ausführungen zur Membran oder Folie 50, zur Schutzfolie 51 und zur Leckagedetektionsfolie 52 und deren Anordnung und Ausbildung sind auf die Membran oder Folie 54 ebenfalls analog anwendbar. In Bezug auf die Möglichkeit des Vorformens gilt zudem das oben Gesagte, insbesondere zu 18, 18A. In the ninth embodiment of the invention is a membrane or foil 54 , which acts equally as a protective film as well as for pressure application, arranged such that they the semi-finished assembly 31 covered. The membrane or foil 54 is in a mounting area 53 around the semifinished arrangement 31 around at a lower, second tool part 28 a press mold 19 attached and sealed against this. See also the detail of 19A , The mounting arrangement 31 is so close between a shaping surface 29 of the second tool part 28 and the membrane or foil 54 locked in. The membrane or foil 54 may, for example, be designed as a single-layer or multi-layer membrane or film, for. B. two layers. Alternatively, in place of the membrane or foil 54 an arrangement of several parallel and separate individual layers occur. The above statements on the membrane or film 50 , to the protective film 51 and to the leak detection foil 52 and their arrangement and training are on the membrane or foil 54 also applicable analogously. With regard to the possibility of preforming, what has been stated above also applies, in particular to 18 . 18A ,

In einer Variante kann es sich bei der Membran oder Folie 54 um eine wenigstens bereichsweise dehnbare, temperaturbeständige Kunststofffolie, etwa aus einem Polyimid, handeln, die die Funktion der Druckaufbringung, des Toleranz- und Geometrieausgleichs sowie des Schutzes der Halbzeuganordnung 31 vor dem Fluid F übernimmt.In a variant, it may be in the membrane or film 54 an at least partially stretchable, temperature-resistant plastic film, such as a polyimide, act, the function of the pressure application, the tolerance and geometry compensation and the protection of the semifinished product assembly 31 before the fluid F takes over.

Die Funktion der Herstellanordnung 30 gemäß 19 zeigt 21. Zum Pressformen und globalen Konsolidieren der Halbzeuganordnung 31 wird wiederum mittels einer Presse eine Presskraft K auf die Werkzeugteile 21, 28 aufgebracht. Zugleich ist der Raum zwischen den Werkzeugteilen 21, 28 an deren zueinandergewandten Seiten in geeigneter Weise abgedichtet, derart, dass ein unter Druck stehender, geschlossener Fluidkreislauf 366 gebildet werden kann, der den Raum insbesondere zwischen dem ersten Werkzeugteil 21 und der Membran oder Folie 54 beinhaltet. Beispielhaft sind in 21 Dichteinrichtungen 367 schematisch skizziert. Auf diese Weise kann wiederum mittels eines fluidgefüllten Kissens 336, dessen einseitiger „Kissenbezug“ oder dessen einseitige Haut jedoch bei dem Beispiel der 19, 19A und 20 durch die am zweiten Werkzeugteil 28 befestigte Membran oder Folie 54 gebildet wird, der Druck aufgebracht werden. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der 21 ist der zwischen der der Halbzeuganordnung 31 zugewandten Oberfläche 22 des ersten Werkzeugteils 21 und der Halbzeuganordnung 31 angeordnete, von der Halbzeuganordnung 31 durch die schützende Folie oder Membran 54 getrennte fluidgefüllte Raum spaltartig und schmal ausgebildet. Hinsichtlich der Ausbildung der Membran oder Folie 54, der Zirkulation des Fluids F und der Möglichkeit der Messung von Temperatur, Druck und/oder Stellweg wird auf die obigen Ausführungen zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen verwiesen.The function of the manufacturing arrangement 30 according to 19 shows 21 , For compression molding and global consolidation of the semi-finished product assembly 31 in turn, by means of a press a pressing force K on the tool parts 21 . 28 applied. At the same time, the space between the tool parts 21 . 28 sealed at their facing sides in a suitable manner, such that a pressurized, closed fluid circuit 366 can be formed, the space in particular between the first tool part 21 and the membrane or foil 54 includes. Exemplary are in 21 sealing devices 367 sketched schematically. In this way, in turn, by means of a fluid-filled pad 336 However, its one-sided "pillow cover" or its one-sided skin in the example of 19 . 19A and 20 through the second tool part 28 attached membrane or foil 54 is formed, the pressure applied. Also in the embodiment of 21 is that between the semifinished arrangement 31 facing surface 22 of the first tool part 21 and the semifinished arrangement 31 arranged, from the semifinished arrangement 31 through the protective foil or membrane 54 separate fluid-filled space slit-like and narrow. With regard to the formation of the membrane or film 54 , the circulation of the fluid F and the possibility of measuring temperature, pressure and / or travel is referred to the above comments on the above embodiments.

Auch in 21 wird die Membran oder Folie 54 durch die Halbzeuganordnung 31 über einen großen Teil der Ausdehnung der Membran oder Folie 54 unterstützt, wodurch die Spannungen in der Membran oder Folie 54 begrenzt werden. An den Rändern, im Bereich 53, wird die Membran oder Folie 54 durch das Werkzeugteil 21 gestützt, wobei, falls erforderlich, zur Überbrückung des Übergangsbereichs am Rand der Halbzeuganordnung 31 geeignete Einrichtungen zur Stützung der Membran oder Folie 54, die in 19, 19A, 21 nicht eingezeichnet sind, vorgesehen sein können.Also in 21 becomes the membrane or foil 54 through the semifinished arrangement 31 over a large part of the expansion of the membrane or film 54 supports, reducing the tension in the membrane or foil 54 be limited. At the edges, in the area 53 , becomes the membrane or foil 54 through the tool part 21 supported, if necessary, for bridging the transition region at the edge of the semifinished arrangement 31 suitable means for supporting the membrane or film 54 , in the 19 . 19A . 21 are not shown, can be provided.

Die 20 und 22 zeigen eine Variante des neunten Ausführungsbeispiels, bei der die beiden Oberflächen 22 und 29 im Wesentlichen eben sind. Ferner sind bei der Variante der 20, 22 wiederum Kanäle 65 in dem zweiten Werkzeugteil 28 vorgesehen, wobei das Fluid F wie in 11 zusätzlich zur Beeinflussung der Temperatur des zweiten Werkzeugteils 28 genutzt wird. Ferner wird auf die Beschreibung oben zu 19 und 21 verwiesen. The 20 and 22 show a variant of the ninth embodiment, in which the two surfaces 22 and 29 are essentially flat. Furthermore, in the variant of 20 . 22 turn channels 65 in the second tool part 28 provided, wherein the fluid F as in 11 in addition to influencing the temperature of the second tool part 28 is being used. Further, to the description above to 19 and 21 directed.

Ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert 20A. Es stellt eine Variante des neunten Ausführungsbeispiels dar und unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 20 lediglich dahingehend, dass in 20A die Halbzeuganordnung 31 allseitig in die Membran oder Folie 54 dicht eingeschlossen ist. A tenth embodiment of the invention is illustrated 20A , It represents a variant of the ninth exemplary embodiment and differs from the exemplary embodiment of FIG 20 only in that 20A the semifinished arrangement 31 on all sides in the membrane or foil 54 is tightly enclosed.

Jede der vorstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der 6 bis 22 beschriebenen Herstellanordnungen 30 und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, und deren Varianten, können in weiteren Abwandlungen dazu verwendet werden, zwei Werkstücke, von denen zumindest eines ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist, miteinander zu verschweißen. In derartigen Abwandlungen bilden dann das erste starre Werkzeugteil 21 und das zweite starre Werkzeugteil 28 Teile eines Schweißwerkzeugs als Bestandteil einer Schweißanordnung.Each of the above with reference to the embodiments of the 6 to 22 described manufacturing arrangements 30 and methods for producing a fiber composite workpiece, and variants thereof, may be used in further modifications to weld together two workpieces, at least one of which has a thermoplastic material. In such modifications then form the first rigid tool part 21 and the second rigid tool part 28 Parts of a welding tool as part of a welding arrangement.

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 31 liegt somit eine Werkstückanordnung auf der Oberfläche 29 auf. Auf die Werkstückanordnung wird sodann, wie bei dem oben beschriebenen Pressformen, Druck und erhöhte Temperatur über das Kissen 36, 136, 236 oder 336 aufgebracht. Die bei den Herstellanordnungen als formgebende Oberfläche wirkende Oberfläche 29 dient bei den Schweißanordnungen und -verfahren dann als Gegenhaltefläche, um den für den Schweißvorgang benötigten Druck auf die Werkstückanordnung aufbringen zu können. Nach Abschluss des Schweißvorgangs liegt eine Anordnung mit zwei zuverlässig verschweißten Werkstücken vor. Die oben beschriebenen Verbesserungen und Vorteile, die mit Blick auf die Herstellung eines Faserverbundwerkstücks mit thermoplastischer Kunststoffmatrix erzielt werden, werden analog auch für den Schweißprozess erzielt. Insbesondere wird durch die gezielte Steuerung von Druck und Temperatur und die guten Möglichkeiten, diese zu überwachen und den Druck gleichmäßig aufzubringen, es möglich, mit verringertem Prüfaufwand eine hochwertige Schweißverbindung zu erzeugen. Bei den zum Verschweißen abgewandelten Verfahren und Anordnungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen trägt eine vorgeformte Schutzfolie zudem dazu bei, die zu verschweißenden Werkstücke in korrekter relativer Position und Lage zueinander zu halten.In corresponding modifications of the embodiments described above, first two workpieces to each other as they are to be welded, angeordet each other. For example, a first one of the workpieces may be a skin element of a fuselage shell for an aircraft or spacecraft, such as an aircraft, as described above, while the second workpiece may be a stringer or frame. Instead of the semi-finished product arrangement 31 Thus, a workpiece assembly is on the surface 29 on. The workpiece assembly is then subjected to pressure and elevated temperature over the pad as in the case of the above-described molds 36 . 136 . 236 or 336 applied. The surface acting as a shaping surface in the manufacturing arrangements 29 then serves as a counter-holding surface in the welding arrangements and methods in order to apply the pressure required for the welding process on the workpiece assembly can. After completion of the welding process, there is an arrangement with two reliably welded workpieces. The above-described improvements and advantages achieved with regard to the production of a thermoplastic composite fiber composite workpiece are also achieved analogously for the welding process. In particular, the targeted control of pressure and temperature and the good opportunities to monitor them and apply the pressure evenly, it is possible to produce a high-quality welded connection with reduced testing costs. In the methods and arrangements modified for welding according to the embodiments described above, a preformed protective film also helps to keep the workpieces to be welded in the correct relative position and position relative to each other.

In 23 und 24 sind Schweißanordnungen 35 gemäß einem elften und zwölften Ausführungsbeispiel schematisch angedeutet. Zwischen zwei Werkzeugteilen 21, 28 eines Schweißwerkzeugs 33 einer Schweißanordnung 35 wird eine Anordnung 103 von zwei Werkstücken 101, 102, bei denen es sich um Faserverbundwerkstücke mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix und in diesen eingebetteten Verstärkungsfasern handelt, gebildet. Während in 23 ähnlich wie in 19 ein Kissen gebildet und Druck und erhöhte Temperatur über ein Fluid F, insbesondere ein Öl, in einem Spalt zwischen dem ersten Werkzeugteil 21 und einer Membran oder Folie 54, wie zu 19 beschrieben, auf die Werkstückanordnung 103 aufgebracht werden, wird in 24 ein Kissen 36, 136 oder 236, analog den Ausführungsbeispielen der 6 bis 18, verwendet, um den Druck und die erhöhte Temperatur bereitzustellen. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, dass sämtliche in den 622 skizzierten Ausführungsbeispiele und deren Varianten zum Verschweißen thermoplastischer Faserverbundwerkstücke zum Einsatz kommen können.In 23 and 24 are welding orders 35 schematically indicated according to an eleventh and twelfth embodiment. Between two tool parts 21 . 28 a welding tool 33 a welding arrangement 35 becomes an arrangement 103 of two workpieces 101 . 102 , which are fiber composite workpieces with a thermoplastic matrix and in these embedded reinforcing fibers formed. While in 23 similar to in 19 a cushion is formed and pressure and elevated temperature via a fluid F, in particular an oil, in a gap between the first tool part 21 and a membrane or foil 54 , how to 19 described on the workpiece assembly 103 will be applied in 24 a pillow 36 . 136 or 236 , Analogous to the embodiments of the 6 to 18 , used to provide the pressure and the elevated temperature. It should be noted again, however, that all in the 6 - 22 sketched embodiments and their variants for welding thermoplastic fiber composite workpieces can be used.

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 10 oder 11 in 2, gemäß einem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung die Integration eines Elements oder mehrerer Elemente einer Hinterbaustruktur für das Hautelement, etwa die Integration eines Spants oder Stringers, folgen und nach Öffnen des Pressformwerkzeugs 19 direkt in dem zweiten, unteren Werkzeugteil 28 erfolgen kann, d.h. das konsolidierte Hautelement verbleibt zu diesem Zweck in dem weiblichen Werkzeugteil 28. Insbesondere kann der Spant oder Stringer von der Innenseite des Hautelements auf dieses aufgeschweisst werden, zum Beispiel mittels des Schweißverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wenngleich andere Verbindungsverfahren ebenfalls denkbar sind.It should also be mentioned that the production of a skin element, for example, for the hull shell 10 or 11 in 2 , According to one of the above-described embodiments of the invention, the integration of one or more elements of a hindleg structure for the skin element, such as the integration of a Spants or stringers, follow and after opening the mold 19 directly in the second, lower tool part 28 can take place, ie the consolidated skin element remains for this purpose in the female tool part 28 , In particular, the bulkhead or stringer can be welded onto the inside of the skin element, for example by means of the welding process according to the present invention, although other bonding methods are also conceivable.

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)

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen mittels eines Pressformwerkzeugs (19) mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil (21) und einem zweiten starren Werkzeugteil (28), wobei das Werkstück als ein Faserverbundwerkstück mit einer thermoplastischen Matrix gebildet wird, mit den Schritten: Anordnen eines oder mehrerer Abschnitte eines Halbzeugs, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und Verstärkungsfasern aufweist, zur Bildung einer Halbzeuganordnung (31); und Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Halbzeuganordnung (31), wobei der Druck durch Aufbringen von Kraft (K) auf die Werkzeugteile (21, 28) über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen (36; 136; 236; 336) zwischen der Halbzeuganordnung (31) und dem ersten Werkzeugteil (21) auf die Halbzeuganordnung (31) aufgebracht wird.Method for producing a workpiece by press-forming using a press-forming tool ( 19 ) with at least one first rigid tool part ( 21 ) and a second rigid tool part ( 28 ), wherein the workpiece is formed as a fiber composite workpiece with a thermoplastic matrix, comprising the steps of: arranging one or more sections of a semifinished product, which comprises a thermoplastic material and reinforcing fibers, to form a semifinished assembly ( 31 ); and applying pressure and elevated temperature to the semifinished assembly ( 31 ), wherein the pressure by applying force (K) to the tool parts ( 21 . 28 ) via an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion ( 36 ; 136 ; 236 ; 336 ) between the semifinished arrangement ( 31 ) and the first tool part ( 21 ) on the semi-finished product assembly ( 31 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kissen (36; 336) zwischen der Halbzeuganordnung (31) und dem ersten Werkzeugteil (21) eine mit einer Membran oder Folie (50; 54) gebildete Haut (37) aufweist und mit einem Fluid (F) gefüllt ist.Method according to claim 1, characterized in that the cushion ( 36 ; 336 ) between the semifinished arrangement ( 31 ) and the first tool part ( 21 ) one with a membrane or foil ( 50 ; 54 ) formed skin ( 37 ) and filled with a fluid (F). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Halbzeuganordnung (31) zwischen dem ersten Werkzeugteil (21) und der Membran oder Folie (50; 54) ein mit dem unter Druck stehenden Fluid (F) gefüllter, spaltartiger Raum ausgebildet ist.A method according to claim 2, characterized in that when applying pressure and elevated temperature to the semifinished arrangement ( 31 ) between the first tool part ( 21 ) and the membrane or film ( 50 ; 54 ) is formed with the pressurized fluid (F) filled, gap-like space. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbringens des Drucks auf die Halbzeuganordnung (31) die Temperatur des Fluids (F) zum Erreichen eines vordefinierten Temperaturwertes oder eines vordefinierten Temperaturverlaufs über der Zeit gesteuert oder geregelt wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that during the application of the pressure on the semifinished arrangement ( 31 ) the temperature of the fluid (F) is controlled or regulated over time to reach a predefined temperature value or a predefined temperature profile. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membran oder Folie (50) des Kissens (36) und der Halbzeuganordnung (31) ferner eine Schutzfolie (51) zum Schutz der Halbzeuganordnung (31) und des daraus hergestellten Werkstücks vor dem Fluid (F) angeordnet ist. Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that between the membrane or film ( 50 ) of the pillow ( 36 ) and the semifinished product arrangement ( 31 ) a protective film ( 51 ) for the protection of the semifinished product arrangement ( 31 ) and the workpiece made therefrom before the fluid (F) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membran oder Folie (50) des Kissens (36) und der Schutzfolie (51) ferner eine Leckagedetektionsfolie (52) angeordnet ist oder dass die Membran oder Folie (50; 54) des Kissens (36; 136) oder die Schutzfolie (51) mit einer Leckagedetektionsfunktion ausgestattet ist.Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that between the membrane or film ( 50 ) of the pillow ( 36 ) and the protective film ( 51 ) a leakage detection film ( 52 ) or that the membrane or film ( 50 ; 54 ) of the pillow ( 36 ; 136 ) or the protective film ( 51 ) is equipped with a leakage detection function. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kissen (136) als ein temperaturbeständiges Polymerkissen (136) ausgebildet ist.Method according to claim 1, characterized in that the cushion ( 136 ) as a temperature resistant polymer pad ( 136 ) is trained. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuganordnung (31) mittels mindestens einer in dem Polymerkissen (136) angeordneten Heizeinrichtung (155) erwärmt und/oder mittels mindestens einer in dem Polymerkissen (136) angeordneten Kühleinrichtung gekühlt wird.Method according to claim 7, characterized in that the semifinished arrangement ( 31 ) by means of at least one in the polymer pad ( 136 ) arranged heating device ( 155 ) and / or by means of at least one in the polymer pad ( 136 ) arranged cooling device is cooled. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des ersten starren Werkzeugteils (21) und/oder eine Temperatur des zweiten starren Werkzeugteils (28) reguliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature of the first rigid tool part ( 21 ) and / or a temperature of the second rigid tool part ( 28 ) is regulated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abschnitte des Halbzeugs zur Bildung der Halbzeuganordnung (31) auf eine formgebende Oberfläche (29) des zweiten Werkzeugteils (28) aufgelegt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more sections of the semifinished product for forming the semifinished arrangement ( 31 ) on a shaping surface ( 29 ) of the second tool part ( 28 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil (21) als ein männliches Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil (28) als ein weibliches Werkzeugteil ausgebildet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first tool part ( 21 ) as a male tool part and the second tool part ( 28 ) are formed as a female tool part. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück als ein Faserverbundbauteil (100) für ein Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere für ein Flugzeug (1), ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece as a fiber composite component ( 100 ) for an aircraft or spacecraft, in particular for an aircraft ( 1 ) is formed. Herstellanordnung (30) zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen als ein Faserverbundwerkstück mit einer thermoplastischen Matrix, mit einem Pressformwerkzeug (19) mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil (21) und einem zweiten starren Werkzeugteil (28), wobei die Herstellanordnung (30) dafür eingerichtet ist, Druck und erhöhte Temperatur auf eine Halbzeuganordnung (31), die durch Anordnen eines oder mehrerer Abschnitte eines Halbzeugs mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial und Verstärkungsfasern gebildet ist, auszuüben, und wobei die Herstellanordung (30) ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen (36; 136; 236; 336) aufweist, über das durch Aufbringen von Kraft (K) auf die Werkzeugteile (21, 28) der Druck auf die Halbzeuganordnung (31) aufbringbar ist.Manufacturing arrangement ( 30 ) for producing a workpiece by press molding as a fiber composite workpiece with a thermoplastic matrix, with a press mold ( 19 ) with at least one first rigid tool part ( 21 ) and a second rigid tool part ( 28 ), wherein the manufacturing arrangement ( 30 ) is adapted to apply pressure and elevated temperature to a semifinished assembly ( 31 ), which is formed by arranging one or more sections of a semifinished product with a thermoplastic material and reinforcing fibers, and wherein the manufacturing arrangement ( 30 ) an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion ( 36 ; 136 ; 236 ; 336 ), via which by applying force (K) on the tool parts ( 21 . 28 ) the pressure on the semifinished product arrangement ( 31 ) can be applied. Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke (101, 102) mittels eines Schweißwerkzeugs (33) mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil (21) und einem zweiten starren Werkzeugteil (28), wobei mindestens eines der Werkstücke (101, 102) ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist, mit den Schritten: Anordnen der Werkstücke (101, 102) zueinander zur Bildung einer Werkstückanordnung (103); und Aufbringen von Druck und erhöhter Temperatur auf die Werkstückanordnung (103), wobei der Druck durch Aufbringen von Kraft (K) auf die Werkzeugteile (21, 28) über ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen (36; 136; 236; 336) zwischen der Werkstückanordnung (103) und dem ersten Werkzeugteil (21) auf die Werkstückanordnung (103) aufgebracht wird.Method for welding at least two workpieces ( 101 . 102 ) by means of a welding tool ( 33 ) with at least one first rigid tool part ( 21 ) and a second rigid tool part ( 28 ), wherein at least one of the workpieces ( 101 . 102 ) comprises a thermoplastic material, comprising the steps of: arranging the workpieces ( 101 . 102 ) to each other to form a workpiece assembly ( 103 ); and applying pressure and elevated temperature to the workpiece assembly ( 103 ), wherein the pressure by applying force (K) to the tool parts ( 21 . 28 ) via an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion ( 36 ; 136 ; 236 ; 336 ) between the workpiece assembly ( 103 ) and the first tool part ( 21 ) on the workpiece arrangement ( 103 ) is applied. Schweißanordnung (35) zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke (101, 102), von welchen mindestens eines ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweist, mit einem Schweißwerkzeug (33) mit mindestens einem ersten starren Werkzeugteil (21) und einem zweiten starren Werkzeugteil (28), wobei die Schweißanordnung (35) dafür eingerichtet ist, Druck und erhöhte Temperatur auf eine mit den Werkstücken (101, 102) gebildete Werkstückanordnung (103) auszuüben, und wobei die Schweißanordnung (35) ein zumindest abschnittsweise verformbares und/oder zumindest abschnittsweise vorgeformtes Kissen (36; 136; 236; 336) aufweist, über das durch Aufbringen von Kraft (K) auf die Werkzeugteile (21, 28) der Druck auf die Werkstückanordnung (103) aufbringbar ist. Welding arrangement ( 35 ) for welding at least two workpieces ( 101 . 102 ), of which at least one has a thermoplastic material, with a welding tool ( 33 ) with at least one first rigid tool part ( 21 ) and a second rigid tool part ( 28 ), wherein the welding arrangement ( 35 ) is designed to withstand pressure and elevated temperature Workpieces ( 101 . 102 ) formed workpiece assembly ( 103 ), and wherein the welding arrangement ( 35 ) an at least partially deformable and / or at least partially preformed cushion ( 36 ; 136 ; 236 ; 336 ), via which by applying force (K) on the tool parts ( 21 . 28 ) the pressure on the workpiece arrangement ( 103 ) can be applied.
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