DE102018117515B4

DE102018117515B4 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102018117515B4
Application number: DE102018117515.9A
Authority: DE
Inventors: Bhavesh Shah; Chris Wisniewski; Mark A. Voss; Lane G. Lindstrom
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: DE102018117515A1; US20190022951A1; CN109278321A; US10493698B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Verfahren umfasst:das Erwärmen (100) eines vorgeformten Rohlings (28) aus einem ersten faserverstärkten thermoplastischen Material in einem Ofen (20);das Erwärmen (102) eines zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials in einem Extruder (32);das Extrudieren (104) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus dem Extruder (32), um ein Extrudat (38) zu formen;das Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials, um einen Verbundrohling (52) zu formen; unddas Übergeben des Verbundrohlings an eine Endformstation.

Description

Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten thermoplastischen Werkstücks und einen Ofen hierfür.
Faserverstärkte thermoplastische Bauteile werden im Allgemeinen durch Einlegen einer Platte aus neuem faserverstärktem thermoplastischem Material in einen Ofen hergestellt, wobei das Blech auf nahezu den Schmelzpunkt des Thermoplasts erwärmt wird, wobei die erwärmte Platte dann in eine Endformstation, wie beispielsweise eine Matrize oder Form, überführt wird. Das Blech wird in der Matrize gebildet und überschüssiges Material aus dem Blech entfernt.
Die WO 2012 / 116 947 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, flachen Halbzeugen auf Polyamidmatrix. Das Verfahren beinhaltet das Tränken von textilen Strukturen mit einer Mischung enthaltend geschmolzenes Lactam, Katalysator und gegebenenfalls Aktivator, das Abkühlen der getränkten textilen Strukturen und das Konfektionieren der abgekühlten textilen Strukturen zu dem faserverstärkten, flachen Halbzeug. Die Offenbarung beschreibt weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus dem faserverstärkten, flachen Halbzeug.
Die US 5 401 154 A beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Doppelschneckenextruder ein thermoplastisches Harzmaterial mit einem zufällig orientierten Faserverstärkungsmaterial mischt, um eine geschmolzene faserverstärkte thermoplastische Extrusion aus einer Düse herzustellen. Die Extrusion wird in Vorformlinge geschnitten, die sofort in eine Pressform zur Herstellung von Teilen eingelegt werden. In der Düse kann ein unidirektional orientiertes Faserverstärkungsmaterial hinzugefügt werden. Die Fasern sind Monofilamente, die vor dem Eintritt in den Extruder oder die Düse entbündelt und erwärmt werden.
Die US 2017/0 165 709 A1 beschreibt ein lineares Produkt, das ein Substrat mit einer äußeren Oberfläche, eine thermoplastische Basisschicht, die auf die äußere Oberfläche aufgebracht ist, und eine zweite thermoplastische Schicht, die über mindestens einem Teil der Basisschicht aufgebracht ist, umfasst. Die zweite Schicht weist eine Härte von mindestens 1 H Bleistifthärte auf.
Die bekannten Verfahren erzeugen viel Ausschussmaterial und begrenzen die herstellbaren Formen auf diejenigen, die aus Blechmaterial gebildet werden können.
Beschreibung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet das Erwärmen eines vorgeformten Rohlings aus einem ersten faserverstärkten thermoplastischen Material in einem Ofen. Ein zweites faserverstärktes thermoplastisches Material wird in einem Extruder erwärmt. Das zweite faserverstärkte thermoplastische Material wird aus dem Extruder extrudiert, um ein Extrudat zu bilden. Das Extrudat wird auf dem vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert, um einen Verbundrohling zu bilden. Der Verbundrohling wird dann an eine Endformstation überführt.
Gemäß einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird das Werkstück aus dem zweiten faserverstärkten thermoplastischen Material im Ofen extrudiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Extrudat auf dem vorgeformten Rohling innerhalb des Ofens positioniert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Extrudat des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus dem Extruder direkt auf den vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials extrudiert.
Gemäß einem Beispiel des Verfahrens wird das Extrudat des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials in eine Form eingeformt, bevor es auf den vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials aufgesetzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Werkstücks wird das Extrudat des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials innerhalb des Ofens zu einem Vorformling umgeformt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Extrudat in die Vorform geformt werden, bevor das Extrudat auf dem vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Extrudat in die Vorform geformt werden, nachdem das Extrudat auf dem vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Formen des Extrudats in die Vorform das Formen des Extrudats zu einem Blech mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Formen des Extrudats in die Vorform das Beschneiden des Blechs in eine vordefinierte Form.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Positionieren des Extrudats des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials auf dem vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials das Anordnen der Form des Extrudats auf dem vorgeformten Rohling des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beinhalten das erste faserverstärkte thermoplastische Material und das zweite faserverstärkte thermoplastische Material jeweils eine Glasfaser oder Kohlenstofffaser.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können das erste faserverstärkte thermoplastische Material und das zweite faserverstärkte thermoplastische Material jeweils eines aus einem amorphen oder kristallinen thermoplastischen Material beinhalten, das mit einer mit dem jeweiligen thermoplastischen Material verträglichen Faser oder einem Pulver verstärkt ist.
Gemäße einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das zweite faserverstärkte thermoplastische Material Neumaterial beinhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das zweite faserverstärkte thermoplastische Material recycelt.
Dementsprechend kann Recycling- oder Ausschussmaterial dem Extruder zugeführt werden, um das Werkstück teilweise zu formen und so den Ausschuss zu reduzieren. Zusätzlich können aufgrund der Eigenschaften des extrudierten zweiten faserverstärkten Materials komplexere Eigenschaften in die endgültige Form des Werkstücks eingeformt werden, die andernfalls unter Verwendung nur eines ebenen Ausgangsmaterials nicht möglich wären. Zusätzlich können verschiedene Materialtypen kombiniert werden, um unter bestimmten Umständen eine bessere Materialoptimierung zu erreichen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Ofens.
2 ist eine schematische Seitenansicht des Ofens.
3 ist eine schematische Seitenansicht des Ofens.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
In den Figuren, in denen die Bauteile in mehreren Ansichten nummeriert dargestellt sind, handelt es sich bei 20 im Allgemeinen um einen Ofen. Der Ofen 20 wird in einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten thermoplastischen Werkstücks eingesetzt, das im Folgenden näher beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 1-3 sind im Allgemeinen verschiedene Ausführungsformen des Ofens 20 in der jeweiligen Figur dargestellt. Die Merkmale des Ofens 20, die den Ausführungsformen des Ofens 20 gemeinsam sind, sind in den Figuren dargestellt und durch die gleiche Referenznummer innerhalb jeder Figur gekennzeichnet. Merkmale, die für weniger als alle Ausführungsformen spezifisch sind, werden mit Bezug auf ihre jeweilige Ausführungsform und Figur spezifisch vermerkt und beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 1-3 beinhaltet der Ofen 20 eine Struktur 22, die eine Heizkammer 24 definiert. Die Struktur 22 kann eine Vielzahl von Wänden, ein Dach, einen Boden usw. beinhalten, welche die Heizkammer 24 binden und bilden. Die Struktur 22 des Ofens 20 kann in einer geeigneten Weise und aus einem geeigneten Material mit einer Hitzebeständigkeit hergestellt werden, die dem Erwärmen von thermoplastischen Materialien auf ihre jeweilige Schmelztemperatur standhält. Die spezifische Konstruktion, Größe, Konfiguration usw. der Struktur 22 sind nicht zu den Lehren dieser Offenbarung zugehörig und werden daher hierin nicht im Detail beschrieben. Die Heizkammer 24 beinhaltet ein Heizelement 26, das einen vorgeformten Rohling 28 aus einem ersten faserverstärkten thermoplastischen Material auf seine Schmelztemperatur erwärmt. Der vorgeformte Rohling 28 kann zu einem einfachen Blech 54 oder zu einem dreidimensionalen Objekt vorgeformt werden.
Der Ofen 20 beinhaltet ein Fördersystem 30, womit die Bauteile durch die Heizkammer 24 des Ofens 20 transportiert werden. Es ist zu beachten, dass die Konstruktion 22 eine oder mehrere Türen oder Öffnungen in die Heizkammer 24 beinhalten kann, durch die das Fördersystem 30 hindurchläuft. Das Fördersystem 30 kann Rollen, Schienen, Ständer, Motoren, Bänder usw. beinhalten, die in der Lage sind, Bauteile durch die Heizkammer 24 zu tragen und zu transportieren. Die spezifische Konstruktion, Größe, Konfiguration usw. des Fördersystems 30 sind nicht zu den Lehren dieser Offenbarung zugehörig und werden daher hierin nicht im Detail beschrieben.
Der Ofen 20 beinhaltet weiterhin einen Extruder 32. Der Extruder 32 beinhaltet einen beheizten Trichter 34. Der beheizte Trichter 34 kann außerhalb der Heizkammer 24, innerhalb der Heizkammer 24 oder teilweise innerhalb der Heizkammer 24 positioniert sein. Der beheizte Trichter 34 kann ein zweites faserverstärktes thermoplastisches Material auf seine Schmelztemperatur erwärmen. Der Extruder 32 beinhaltet weiterhin eine Düse oder Matrize 36, die funktionsfähig ist, um das erwärmte zweite faserverstärkte thermoplastische Material als Extrudat 38 abzugeben. Wie hierin verwendet, ist der Begriff Extrudat 38 definiert als Material, das durch die Düse 36 des Extruders 32 extrudiert wurde. In einer Ausführungsform (nicht dargestellt) ist die Matrize 36 außerhalb der Heizkammer 24 positioniert. In weiteren Ausführungsformen, wie in den 1-3 dargestellt, ist die Matrize 36 innerhalb der Heizkammer 24 positioniert. Die Matrize 36 steht in Verbindung mit dem beheizten Trichter 34, sodass der beheizte Trichter 34 das erwärmte zweite faserverstärkte thermoplastische Material der Matrize 36 für die Extrusion zuführt. Extruder zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Bauteilen sind verfügbar, sodass der Aufbau und Betrieb des Extruders 32 hierin nicht im Detail beschrieben wird.
Der Ofen 20 kann weiterhin eine Formstation 40 beinhalten. Wie in den Figuren dargestellt, ist die Formstation 40 innerhalb der Heizkammer 24 angeordnet. Die Formstation 40 ist in der Lage, das aus der Matrize 36 extrudierte Extrudat 38 in eine vordefinierte Form 48 einzuformen. Die Formstation 40 kann eine Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, das Extrudat 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials zu bilden, zu formen, zu beschneiden, zu schneiden, usw. So kann beispielsweise die Formstation 40 eine oder mehrere Rollen oder Abstreifer beinhalten, um das Extrudat 38 zu einem Blech 54 mit gleichmäßiger Dicke zu ebnen. Die vordefinierte Form 48 kann beispielsweise ein Blech 54 mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke oder eine dreidimensionale Form mit einer ungleichmäßigen Dicke beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 1 entlädt oder positioniert der Extruder 32 das Extrudat 38 direkt auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials. Die Formstation 40 beinhaltet eine einzelne Rolle 42, die das Extrudat 38 direkt auf dem vorgeformten Rohling 28 zu einem Blech 54 flachdrückt, nachdem das Extrudat 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert wurde. Insbesondere wird das Extrudat 38 gebildet und auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 positioniert.
Unter Bezugnahme auf 2 entlädt oder positioniert der Extruder 32 das Extrudat 38 direkt auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials. Die Formstation 40 beinhaltet zwei Rollen 42, die das Extrudat 38 direkt zu einem Blech 54 dazwischen flachdrücken, bevor das Extrudat 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert wurde. Insbesondere wird das Extrudat 38 gebildet und auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 positioniert.
Unter Bezugnahme auf 3 entlädt der Extruder 32 das Extrudat 38 auf ein zweites Fördersystem 44. Das zweite Fördersystem 44 transportiert das Extrudat 38 zur Formstation 40, die eine Rolle 42 oder einen Abstreifer zum Umformen des Extrudats 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials zu einem Blech 54 mit konstanter Dicke beinhaltet. Das zweite Fördersystem 44 befördert dann das geformte Blech 54 des Extrudats 38 zu einer Schneidstation 46, die das Blech 54 des Extrudats 38 in eine vordefinierte Form 48 schneidet, formt, beschneidet usw. Eine Übergabevorrichtung 50 befördert dann die vordefinierte Form 48 des Extrudats 38 vom zweiten Fördersystem 44 auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials. Insbesondere wird das Extrudat 38 gebildet und auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 positioniert.
Wie vorstehend erwähnt, kann der Ofen 20 als Teil eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet das Verfahren das Erwärmen des vorgeformten Rohlings 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials in der Heizkammer 24 des Ofens 20. Der Schritt des Erwärmens des vorgeformten Rohlings 28 wird im Allgemeinen durch das Feld 100 in 4 angezeigt. Das erste faserverstärkte thermoplastische Material kann ein amorphes oder kristallines thermoplastisches Material beinhalten, das mit einer Faser oder einem Pulver verstärkt ist, das mit dem jeweiligen thermoplastischen Material kompatibel ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele für geeignete thermoplastische Materialien sind unter anderem, jedoch nicht beschränkt auf Polyamide und Polypropylen. Beispiele für Verstärkungsmaterialien sind unter anderem, jedoch nicht beschränkt auf Carbonfasern, Glasfasern und mineralische Füllstoffe. Wie bereits erwähnt, beinhaltet die Heizkammer 24 ein Heizelement 26, das funktionsfähig ist, um den vorgeformten Rohling 28 aus dem ersten faserverstärkten thermoplastischen Material auf oder nahe dessen Schmelztemperatur erwärmen.
Das zweite faserverstärkte thermoplastische Material wird im beheizten Trichter 34 des Extruders 32 erwärmt. Der Schritt des Erwärmens des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials wird im Allgemeinen durch das Feld 102 in 4 angezeigt. Das zweite faserverstärkte thermoplastische Material kann ein amorphes oder kristallines thermoplastisches Material beinhalten, das mit einer Faser oder einem Pulver verstärkt ist, das mit dem jeweiligen thermoplastischen Material kompatibel ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele für geeignete thermoplastische Materialien sind unter anderem, jedoch nicht beschränkt auf Polyamide und Polypropylen. Beispiele für Verstärkungsmaterialien sind unter anderem, jedoch nicht beschränkt auf Carbonfasern, Glasfasern und mineralische Füllstoffe. In einer Ausführungsform beinhalten das erste faserverstärkte thermoplastische Material und das zweite faserverstärkte thermoplastische Material das gleiche thermoplastische Material und das gleiche faserverstärkende Material. In einer weiteren Ausführungsform können das erste faserverstärkte thermoplastische Material und das zweite faserverstärkte thermoplastische Material unterschiedliche thermoplastische Materialien und/oder verschiedene faserverstärkende Materialien beinhalten.
Das zweite faserverstärkte thermoplastische Material kann zerkleinert oder zu kleinen Stücken verarbeitet werden, bevor es in den beheizten Trichter 34 des Extruders 32 eingebracht wird. Dadurch entfällt bei diesem Verfahren das zweite faserverstärkte thermoplastische Material in Form des Blechs 54. In einer Ausführungsform ist das zweite faserverstärkte thermoplastische Material Neumaterial, d. h. neues Material, das nicht aufbereitet oder vorverarbeitet wurde. In einer weiteren Ausführungsform wird das zweite faserverstärkte thermoplastische Material jedoch recycelt oder aufbereitet. Dementsprechend kann das hierin beschriebene Verfahren als zweites faserverstärktes thermoplastisches Material Ausschussmaterial verwenden, da das zweite faserverstärkte thermoplastische Material vor dem Einbringen in den beheizten Trichter 34 zu kleinen Stücken verarbeitet wird.
Das zweite faserverstärkte thermoplastische Material wird aus dem Extruder 32 extrudiert, um das Extrudat 38 zu bilden. Der Schritt des Extrudierens des zweiten Materials zum Bilden des Extrudats 38 wird im Allgemeinen durch das Feld 104 in 4 angezeigt. In einer Ausführungsform wird das zweite faserverstärkte thermoplastische Material auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials außerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 extrudiert. In einer weiteren Ausführungsform, wie in den 1-3 dargestellt, wird jedoch das zweite faserverstärkte thermoplastische Material aus der Matrize 36 des Extruders 32 innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 extrudiert.
Das Extrudat 38 wird auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert, um einen Verbundrohling 52 zu bilden. Der Schritt der Positionierung Extrudats 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 wird im Allgemeinen durch das Feld 106 in 4 angezeigt. In einer Ausführungsform kann das Extrudat 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 außerhalb des Ofens 20 positioniert werden. In einer weiteren Ausführungsform, wie in den 1-3 dargestellt, wird das Extrudat 38 jedoch auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 positioniert.
In einer Ausführungsform, wie in den 1 und 2 dargestellt, wird das Extrudat 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus der Matrize 36 des Extruders 32 direkt auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials extrudiert. In einer weiteren Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, wird das Extrudat 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus der Matrize 36 des Extruders 32 auf das zweite Fördersystem 44 extrudiert und zu einem späteren Zeitpunkt auf den vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials übertragen.
Das Extrudat 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials kann innerhalb der Heizkammer 24 des Ofens 20 entweder vor oder nach der Positionierung des Extrudats 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials zu einer Vorform geformt werden. Der Schritt des Formens des Extrudats 38 wird im Allgemeinen durch das Feld 108 in 4 angezeigt. Obwohl das Flussdiagramm von 4 den Schritt der Positionierung des Extrudats 38 auf dem vorgeformten Rohling 28 (Feld 106) vor dem Schritt des Umformens des Extrudats 38 (Feld 108) zeigt, sollte beachtet werden, dass diese Schritte auch umgekehrt werden können, sodass das Extrudat 38 gebildet wird, bevor es auf dem vorgeformten Rohling 28 positioniert wird. Das Formen des Extrudats 38 in die Vorform kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, das Ausformen des Extrudats 38 zu einem Blech 54 mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke beinhalten. Darüber hinaus kann das Umformen des Extrudats 38 in die Vorform das Zuschneiden der Platte 54 in eine vordefinierte Form 48 beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer Ausführungsform kann die vordefinierte Form 48 im Wesentlichen identisch mit einer Form des vorgeformten Rohlings 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials sein, sodass die vordefinierte Form 48 im Wesentlichen die Gesamtheit des vorgeformten Rohlings 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials abdeckt. In einer weiteren Ausführungsform kann die vordefinierte Form 48 im Wesentlichen von der Form des vorgeformten Rohlings 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials abweichen, sodass die vordefinierte Form 48 einen Abschnitt des vorgeformten Rohlings 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials abdeckt. Weiterhin ist zu beachten, dass die vordefinierte Form 48 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials gezielt auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert oder platziert werden kann, um eine gewünschte Gestaltungskonfiguration und/oder Konstruktion zu erreichen.
Nachdem das Extrudat 38 des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials zum Verbundrohling 52 positioniert wurde, kann der Verbundrohling 52 in eine Endformstation überführt werden. Der Schritt der Übergabe des Verbundrohlings 52 an die Endformstation wird im Allgemeinen durch das Feld 110 in 4 angezeigt. Der Verbundrohling 52 kann in einer geeigneten Weise in die endgültige Formstation überführt werden, beispielsweise durch manuelles Überführen des Verbundrohlings 52, durch die Verwendung eines Roboterarms zum Überführen des Verbundrohlings 52, usw. Die Endformstation kann eine Maschine oder Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, den Verbundrohling 52 in die endgültige Form des Werkstücks zu formen. Die endgültige Formstation kann beispielsweise, ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine Matrizenpresse, ein Werkzeug usw. beinhalten. Die spezifische Art, Konfiguration und der Betrieb von geeigneten Endformstationen sind nicht relevant für die Lehren dieser Offenbarung und werden daher hierin nicht ausführlich beschrieben.
Da das zweite faserverstärkte thermoplastische Material auf dem vorgeformten Rohling 28 des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials positioniert ist, während beide noch in der Heizkammer 24 des Ofens 20 angeordnet sind, wird die Zeit, die zum Überführen beider aus der Heizkammer 24 in die Endformstation erforderlich ist, reduziert, wodurch der Verbundrohling 52 so viel Wärme wie möglich zurückhalten kann, was die Formgebung des fertigen Werkstücks in der Endformstation verbessert.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, wobei das Verfahren umfasst: das Erwärmen (100) eines vorgeformten Rohlings (28) aus einem ersten faserverstärkten thermoplastischen Material in einem Ofen (20); das Erwärmen (102) eines zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials in einem Extruder (32); das Extrudieren (104) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus dem Extruder (32), um ein Extrudat (38) zu formen; das Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials, um einen Verbundrohling (52) zu formen; und das Übergeben des Verbundrohlings an eine Endformstation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Extrudieren (104) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials ferner das Extrudieren (104) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials in dem Ofen (20) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) ferner das Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) innerhalb des Ofens (20) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Extrudat (38) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials aus dem Extruder (32) direkt auf den vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Formen (108) des Extrudats (38) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials zu einer Vorform innerhalb des Ofens (20).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform ferner das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform vor dem Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform ferner das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform nach dem Positionieren (106) des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform das Formen (108) des Extrudats zu einem Blech (54) mit einer gleichmäßigen Dicke beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Formen (108) des Extrudats (38) in die Vorform das Beschneiden des Blechs (54) in eine vordefinierte Form (48) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Positionieren (106) des Extrudats (38) des zweiten faserverstärkten thermoplastischen Materials auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials ferner das Anordnen der Form des Extrudats (38) auf dem vorgeformten Rohling (28) des ersten faserverstärkten thermoplastischen Materials beinhaltet.