DE10353231A1

DE10353231A1 - Verfahren zur Herstellung von 3D-Konturenbauteilen mit dem aerodynamischen Vlieslegeverfahren

Info

Publication number: DE10353231A1
Application number: DE2003153231
Authority: DE
Inventors: Ingo MÄHLMANN; Thomas Gries
Original assignee: FREUNDES und FOERDERKREIS DES; Freundes- und Forderkreis Des Institutes fur Textiltechnik Der Rwth Aachen Ev
Current assignee: FREUNDES und FOERDERKREIS DES; Freundes- und Forderkreis Des Institutes fur Textiltechnik Der Rwth Aachen Ev
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Für das neue Verfahren zur Herstellung von 3-D-Konturenvliesen ist eine neue Einheit zur dreidimensionalen Vliesablage für eine Anlage zur aerodynamischen Vliesbildung erfunden worden. Das Vlies wird durch die Ablage der freien Fasern auf einem Konturenwerkzeug realisiert. Für eine möglichst homogene Ablage der Fasern wird die Oberfläche und Struktur des Werkzeuges und die darunter liegende Besaugung gemäß dieser Anforderung angepasst. Die Anpassung kann durch eine ortsabhängige Veränderung der Porengröße, oberflächentopographische Varianten und/oder Ähnliches erfolgen. Zur Vorfixierung von thermoplastischen Fasermaterialien ist eine zusätzliche Temperierung des Werkzeuges denkbar. Zur Realisierung einer quasikontinuierlichen Bauteilherstellung ist ein Transportsystem für das Werkzeug erforderlich. Nach der Vliesablage wird das Werkzeug samt Bauteil mithilfe eines Presswerkzeuges konsolidiert. In einer 3. Station wird das Bauteil aus dem Werkzeug entnommen. Das Transportsystem ist so zu gestalten, dass zur zeitlichen Synchronisation des Prozesses eventuell einzelne Stationen mehrfach vorhanden sein müssen. Unterschiedliche Verweildauern in den einzelnen Stationen können somit ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung liegt zur Zeit erst als Idee vor. Eine Umsetzung ist geplant.
Die Erfindung besteht aus einem Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen (3D) Faserverbundbauteilen auf der Basis von Stapelfaservliesen. Mit diesem Verfahren können dreidimensionale Vliesstoffstrukturen direkt ohne Konfektionierung und Umformung hergestellt werden. Bei einer Konfektionierung entsteht Verschnitt, bei der Umformung können Schwachstellen im Bauteil entstehen.
Bisher werden 3D-Verbundbauteile, die auf Basis textiler Vliesstoffe hergestellt werden, in mehreren Schritten gefertigt. Zunächst wird ein unverfestigtes Vlies als Rollware, i.d.R. nach dem Krempellegeverfahren, hergestellt. Das Vlies wird anschließend vorverfestigt und mit einem Harz-Binder Gemisch (Matrix) getränkt. Diese sog. Prepregs (vorimprägniert) sind aufgrund der Matrixkomponente nur sehr begrenzt zeitlich handhabbar und verlangen spezielle Lagerungs- und Handlingvorschriften. Die Prepregs werden schließlich zugeschnitten (konfektioniert), in oder auf ein Formwerkzeug gelegt und durch Zufuhr von Wärme im Vakuum und/oder unter Pressdruck in seine Endform gebracht und konsolidiert. In der Regel werden die Formteile nach der Entformung noch spanend bearbeitet.
Eine weitere Möglichkeit der Formteilherstellung auf Vliesstoffbasis besteht bei der Vliesherstellung selbst durch das Zumischen von thermisch reaktiven Bindefasern, die schließlich beim Heißpressen oder Thermoformen zur verfestigenden Matrixkomponente aufschmelzen, die übrigen Faserkomponenten miteinander verbinden und wieder erstarren. Die hierfür benötigten Halbzeuge (Vliese) sind zwar länger verwendbar, jedoch müssen auch diese konfektioniert und in einem zweiten Schritt endverfestigt werden.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, wie z. B. das Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding), bei dem das Harz unter Überdruck in das durch ein Formwerkzeug gehaltene Vlies injiziert wird sind bekannt. Bei allen Verfahren ist jedoch eine Vorkonfektionierung und Umformung der Halbzeuge notwendig. Der bei der Konfektionierung entstehende Verschnitt wird i.d.R. betriebsintern rezykliert.
Zur Herstellung von zweidimensionalen Faservliesen nach dem aerodynamischen Vlieslegeprinzip, existiert eine diskontinuierlich arbeitende Anlage (Vliestonne) am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (1). Das Arbeitsprinzip dieser Anlage wird in der Offenlegungsschrift DE 40 36 014 A1 (1992 05-14) beschrieben.
Für das neue Verfahren zur Herstellung von 3D-Konturenvliesen ist eine neue Einheit zur dreidimensionalen Vliesablage für diese Anlage erfunden worden.
Das Vlies wird durch die Ablage der freien Fasern auf einem Konturenwerkzeug realisiert. Für eine möglichst homogene Ablage der Fasern wird die Oberfläche und Struktur des Werkzeuges und die darunter liegende Besaugung gemäß dieser Anforderung angepasst. Die Anpassung kann durch eine ortsabhängige Veränderung der Porengröße, oberflächentopographische Varianten und/oder ähnliches erfolgen. Zur Vorfixierung von thermoplastischen Fasermaterialien ist eine zusätzliche Tempe- rierung des Werkzeuges denkbar.
Zur Realisierung einer quasikontinuierlichen Bauteilherstellung ist ein Transportsystem für das Werkzeug erforderlich. Nach der Vliesablage (1. Station) wird das Werkzeug samt Bauteil mit Hilfe eines Presswerkzeuges konsolidiert (2. Station). In der 3. Station wird das Bauteil schließlich aus dem Werkzeug entnommen.
Das Transportsystem ist so zu gestalten, dass zur zeitlichen Synchronisation des Prozesses eventuell einzelne Stationen mehrfach vorhanden sein müssen. Unterschiedliche Verweildauern in den einzelnen Stationen können somit ausgeglichen werden.
Die beigelegten Zeichnungen veranschaulichen das Verfahren. 1 zeigt die existierende Anlage zur Herstellung von aerodynamische gelegten Faservliesen, 2 verdeutlicht das Prinzip des neuen Verfahrens und die prinzipielle Gestaltung des Werkzeugs der Erfindung.
Die Erfindung findet möglicherweise Anwendung in der Produktion von Serien- und Kleinserienbauteile der Automobil- und/oder Luftfahrtindustrie (z. B. Innenverkleidung). Der Einsatzzweck lässt sich als Dämmung, Funktionsträger, Kaschierung, u.ä. beschreiben. Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens zur Produktion von dreidimensionalen endkonturnahen Faservliesbauteilen (Faserverbundbauteilen) ohne Zuschnittabfälle. Durch die Art der Faserablage weisen diese Bauteile mechanisch eine sehr hohe Isotropie auf, die mit anderen Vliesherstellungsverfahren nicht erreicht werden kann. Durch das Einsparen des Verarbeitungsschrittes „Umformen" bzw. „Tiefziehen" erhält das Bauteil außerdem überall konstante Wandstärken.
Dieses Verfahren erhöht die Rohstoffausnutzung (keine Zuschnittabfälle), senkt die Investitionskosten (Wegfall der Umformmaschine und des innerbetrieblichen Recyclings der Zuschnittabfälle) und verbessert die mechanischen Eigenschaften der Faserverbundbauteile, die mit diesem Verfahren hergestellt werden.

1: Lufteinlass
2: Faservereinzelungseinheit (Öffner)
3: Faserauflage
4: Luft/Fasertransportleitung
5: Diffusor
6: Rieseltonne (Vliestonne)
7: Faserablagesieb (Ort der Vliesentstehung)
8: Besaugung
9: Luftauslass
10: Presswerkzeug
11: Werkzugwechseleinrichtung
12: konsolidiertes dreidimensionales Faservliesbauteil
13: dreidimensionale Faserablage

Claims

Diskontinuierliches Verfahren zu Herstellung von dreidimensionalen Faserverbundbauteilen auf der Basis von Stapelfaservliesstoffen, bei dem die Fasern aerodynamisch auf ein Formwerkzeug abgelegt werden.
Die direkte aerodynamische Ablage von Fasern auf ein Formwerkzeug. Die Faserströmung ist dabei gekennzeichnet durch seine langsame tragende Luftströmung durch einen Strömungsleitkanal, in dem die Fasern nahezu im freien Fall auf das besaugte Formwerkzeug rieseln.
Die Gestaltung des Formwerkzeuges als besaugtes, dreidimensional geformtes Sieb.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Besaugung für das gesamte Werkzeug realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Besaugung für das gesamte Werkzeug durch mehrere einzelne, lokal begrenzte Besaugungen realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße des Siebes im Werkzeug lokal einheitlich gestaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße des Siebes im Werkzeug lokal unterschiedlich gestaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit des Siebes im Werkzeug lokal einheitlich gestaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschaffenheit des Siebes im Werkzeug lokal unterschiedlich gestaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb sich im anschließenden Verfestigungsprozess mit dem Vliesstoff zu einem Verbundstoff verbindet (verlorenes Sieb).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb aus zwei Lagen besteht von denen sich im anschließenden Verfestigungsprozess die dem Bauteil zugewande Lage mit dem Vliesstoff zu einem Verbundstoff verbindet (in situ Kaschierung).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb als Textil (Maschenware, Webware, Wirkware) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb als poröse Folie ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb als poröses Blech (Siebblech) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug beweglich an die Vliesbildeeinheit (Vliestonne) angeschlossen ist und ein manueller oder automatischer Transport des Werkzeuges samt Vlies in eine Verfestigungseinheit (Thermopresse o.ä.) und schließlich konsolidiert einer Entformungseinheit zugeführt wird.