DE19802855A1

DE19802855A1 - Verfahren und Formwerkzeug zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen

Info

Publication number: DE19802855A1
Application number: DE1998102855
Authority: DE
Inventors: Harald Gerwig
Original assignee: Protoned BV
Current assignee: Fehlbaum and Co
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1998-07-09

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hohlen, schalenförmigen oder flächigen Kunststoff-Formteilen mit geringem Eigengewicht aber hoher Festigkeit. Derartige Leichtbauteile werden z. B. für Sport geräte, in der Möbel- und Fahrzeugindustrie eingesetzt. Als ausgewählte, konkrete Erzeugnisbeispiele für Hohlteile wä ren Angelruten, Tennisschläger und Rohrgestelle zu nennen. Beispielhafte Flächenteile sind Sitzschalen für Schlitten und Stühle oder Abdeckhauben für lufttechnische Einrichtun gen. Das angewandte Verfahren ist jener Gattung zuzuordnen, wo der in ein Formwerkzeug eingesetzte Erzeugnisrohling gegen die Innenwandung der Werkzeugform gepreßt wird und durch Wärmeeinwirkung seine bleibende Gestalt erhält. Die Außenkontur des fertigen Erzeugnisses wird dabei wesent lich von der inneren Geometrie des Formwerkzeugs bestimmt.

Stand der Technik

Zur massenweisen Herstellung von Kunststoff-Formteilen sind Spritzgießen sowie Spritzpressen wohl am weitesten verbrei tet und effizient anwendbar. Für langgestreckte, dünnwandige Hohlteile aber werden die Formwerkzeuge sehr aufwendig, und der Herstellungsprozeß, insbesondere wegen des notwendigen Entformens, gestaltet sich kompliziert, so daß man hier alsbald an die Grenzen des technologisch Möglichen und des ökonomisch Sinnvollen stößt.

Für langgestreckte, dünnwandige Hohlteile wurde daher ein Verfahren entwickelt, bei welchem man einen dehnungsfähigen Compositstrumpf - dieser stellt das thermoplastische Aus gangsmaterial für das fertige Erzeugnis dar - über einen PTFE-Schlauch zieht. Dieser Verbund wird in ein geöffnetes Formwerkzeug eingelegt, dessen Innenkontur die Außenkontur des fertigen Werkstücks bestimmt. Anschließend werden das geschlossene Formwerkzeug in einem Ofen auf z. B. 270°C er hitzt und der PTFE-Schlauch z. B. mit einem Innendruck von 5 bar aufgeblasen. Bei diesem Vorgang werden der Composit strumpf gegen die Innenwand des Formwerkzeug gepreßt und das Compositgewebe von der Hitze aufgeschmolzen. Nach weit gehendem Abkühlen des Formwerkzeugs kann man das fertige, formstabile Erzeugnis entnehmen. Je nach Erzeugnisart und Weiterbehandlung wird man den PTFE-Schlauch im Innern des soweit fertigen Erzeugnisses belassen oder herausziehen.

Bei diesem Herstellungsverfahren verbleiben aber noch meh rere gravierende Nachteile, welche die Anwendungsmöglich keiten, Produktivität und ökonomische Effizienz limitieren. Zunächst entstehen hohe Werkzeugkosten. Aufgrund der unab dingbaren Aufheizung des Formwerkzeugs in einem Ofen muß es aus Metall sein, so daß dessen Herstellung beträchtli che Kosten verursacht. Wird an einem Rundtisch produziert, muß man mehrere Formwerkzeuge einsetzen, um - neben der Bestückung und Entleerung der Formwerkzeuge - vor allem im Takt die an jedem Formwerkzeug notwendige Aufheiz- und Ab kühlphase zu überbrücken. Der Betrieb des Ofens und die nötige Aufheizung der zuvor abgekühlten Formwerkzeuge bei jedem weiteren Herstellungszyklus verursachen hohe Energie kosten. Ferner muß man an der metallischen Innenwandung des Formwerkzeugs bin Trennmittel auftragen, um das Anhaf ten des aufgeschmolzenen Compositgewebes zu verhindern. Auch dieser Arbeitsgang - mit zusätzlichem Material- und Zeitbedarf - wirkt verteuernd auf die gesamte Herstellung. Schließlich ist die Formgebung für das fertige Erzeugnis durch die relativ geringe Elastizität des eingesetzten PTFE-Schlauches deutlich beschränkt.

Aus der JP-B2-2 556 256 ist eine Vorrichtung zur Herstel lung von langgestreckten, hohlen Erzeugnissen bekannt, mit der eine gewisse Energieeinsparung durch die Vermeidung großer Öfen möglich sein soll. Ein Induktionsring, welcher das geschlossene Formwerkzeug in einem Abschnitt radial um gibt, wird sukzessive über die gesamte Länge des Formwerk zeugs gefahren. Auf diese Weise erhitzt man das metallische Formwerkzeug zonenweise. Das im Formwerkzeug liegende mit Innendruck gegen die Innenwand des Formwerkzeugs gepreßte thermoplastische Prepreg wird somit ebenfalls zonenweise aufgeschmolzen und erhält seine bleibende Kontur. Mit die ser Vorrichtung mag man zwar den Aufwand für einen Ofen re duzieren und eventuell Energie einsparen, aber alle übrigen vorgenannten Nachteile bleiben weiterhin bestehen.

Aufgabe der Erfindung

Angesichts der aufgezeigten Unvollkommenheiten der bis dato existierenden Verfahren und Vorrichtungen zum hier relevan ten Zweck, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und zur Durchführung dieses Verfah rens geeignete Formwerkzeuge vorzuschlagen. Ziel hierbei ist es, den apparativen und gesamten Herstellungsaufwand zu senken sowie gleichzeitig die Produktivität zu steigern und die formgeberischen Möglichkeiten zu erweitern. Insbeson dere kommt es darauf an, die Kosten für die Formwerkzeuge und den Energieverbrauch wesentlich zu senken.

Wesen der Erfindung

Das Verfahrensprinzip beruht darauf, daß ein elektrisch leitender thermoplastischer Verbundwerkstoff mit einer Fasermatrix - kurz als Compositgewebe bezeichnet - in einem Formwerkzeug konduktiv oder induktiv erhitzt wird und nach einer Abkühl-/Erstarrungsphase dem Formwerkzeug als ausge härtetes Erzeugnis entnehmbar ist. Das Formwerkzeug besteht vorzugsweise aus elektrisch nicht-leitendem Kunststoff mit einem hitzebeständigen Vorderbau, vorzugsweise aus Silikon, der das aufgeheizte Compositgewebe vom übrigen Formwerkzeug abschirmt.

Die Herstellung von Hohlkörpern geschieht in folgenden Ver fahrensschritten:

1. Über einen aufblasbaren Schlauch, vorzugsweise ein Sili konschlauch, wird ein elektrisch leitfähiger Composit strumpf gezogen. Ein CFK-Composit (Kohlenstoff-Faser verstärkter Kunststoff) bedarf keiner weiteren Aufberei tung, da dieser bereits elektrisch leitfähig ist. Bei Verwendung von GFK-Composit (Glasfaser verstärkter Kunststoff) wird die Leitfähigkeit durch Zusatz von elektrisch leitfähigen Partikeln, z. B. Stahlspänen, hergestellt.
2. Den Verbund aus Schlauch und Compositstrumpf legt man in das nicht elektrisch leitfähige Formwerkzeug ein und schließt das Formwerkzeug.
3. Der Strumpf wird konduktiv oder induktiv durch Anlegen einer elektrischen Spannung erhitzt. Bei der induktiven Erhitzung sind im Formwerkzeug entlang der Erstreckung des herzustellenden Erzeugnisses Induktionsleitungen vorgesehen.
4. Der Schlauch wird aufgeblasen, z. B. mit 5 bar Druckluft, so daß der sich im Volumen vergrößernde Schlauch den Compositstrumpf gegen die Innenkontur des Formwerkzeugs preßt, der zugleich thermoplastisch aufschmilzt.
5. Der Erhitzungsstrom wird abgeschaltet.
6. Nach einer Erstarrungs-/Abkühlphase wird das Formwerk zeug geöffnet und das insoweit fertige, ausgehärtete Erzeugnis entnommen. Zuvor läßt man die eingebrachte Druckluft entweichen.

Mit niederohmigen Einlagen - z. B. aus Stahlblech -, die in den Innenwänden des Formwerkzeugs angeordnet sind und mit dem eingelegten Compositgewebe in Kontakt kommen, wird der wesentliche Stromfluß bereichsweise über die Einlagen ge führt. Somit werden diese Bereiche nicht erhitzt, plastifi zieren nicht und härten nicht aus, so daß deren ursprüng liche Flexibilität erhalten bleibt.

Dank der Erfindung lassen sich nun hohle, schalenförmige und flächige Erzeugnisse auf Compositbasis herstellen, wo bei sich die Werkzeugkosten und der Energiebedarf wesent lich verringern. Kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten ermögli chen einen Herstellungsprozeß mit kurzen Taktzeiten. Bei Verwendung von Silikon für den Vorderbau des Formwerkzeugs und für den Schlauch - nötig, wenn man Hohlkörper herstel len will - erübrigt sich das zusätzliche Auftragen von Trennmitteln. Der elastische Silikonschlauch erlaubt eine größere Freiheit bei der Formgebung als die bisher verwen deten PTFE-Schläuche. Somit gelangt man zu einer resourcen schonenden und umweltverträglicheren Produktion mit erwei terten Möglichkeiten.

Das Verfahren eröffnet ferner die unkomplizierte Erzeugung von verschiedenen Querschnitten und Wandstärken an herzu stellenden Erzeugnissen, wodurch man eine Optimierung ent sprechend der differenziert auftretenden Belastungswerte durchführen kann. Z.B. bei freischwingenden Untergestellen von Stühlen kann man eine kraftflußgerechte Dimensionie rung vornehmen, so daß sich auch der Gestaltungsspielraum erweitert. Das partielle Belassen von flexiblen Bereichen innerhalb des ausgehärteten Compositgewebes bringt Vorteile für zahlreiche Anwendungen. An einer Rücken- oder Sitzscha le für einen Stuhl kann man einen integrierten, flexiblen, nicht-ausgehärteten Bereich vorsehen, der als Polsterung nutzbar ist. Hierbei entfällt dann der bisherige Aufwand zur Befestigung der Polsterung am Stuhlrahmen. Mit solch flexiblen Bereichen lassen sich bewegliche Verbindungen - ähnlich einem Filmscharnier - zwischen Formteilen her stellen.

Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1A Herstellung eines Hohlkörpers mit konduktiver Er hitzung; im geschlossenen Formwerkzeug liegt ein Verbund aus Schlauch und übergezogenem Composit strumpf;

Fig. 1B die Anordnung gemäß Fig. 1A, wobei der Erhit zungsstrom eingeschaltet ist und das Schlauchin nere mit Druckluft beaufschlagt wird;

Fig. 1C die Anordnung gemäß Fig. 1B, wobei sich der Schlauch unter Einwirkung der Druckluft aufgewei tet hat und somit den Compositstrumpf gegen die Innenwandung des Formwerkzeugs drückt;

Fig. 1D die Anordnung gemäß Fig. 1C, wobei der Erhit zungsstrom abgeschaltet und das Schlauchinnere drucklos sind;

Fig. 2A Herstellung eines Hohlkörpers mit induktiver Er hitzung; im geschlossenen Formwerkzeug liegt ein Verbund aus Schlauch und übergezogenem Composit strumpf;

Fig. 2B die Anordnung gemäß Fig. 2A, wobei der Erhit zungsstrom eingeschaltet ist und das Schlauchin nere mit Druckluft beaufschlagt wird;

Fig. 2C die Anordnung gemäß Fig. 2B, wobei sich der Schlauch unter Einwirkung der Druckluft aufgewei tet hat und somit den Compositstrumpf gegen die Innenwandung des Formwerkzeugs drückt;

Fig. 2D die Anordnung gemäß Fig. 2C, wobei der Erhit zungsstrom abgeschaltet und das Schlauchinnere drucklos sind;

Fig. 3A Herstellung eines Schalenelements mit konduktiver Erhitzung; im geschlossenen Formwerkzeug liegt ein flächiges Compositgewebe;

Fig. 3B die Anordnung gemäß Fig. 3A, wobei das Form werkzeug zusammengepreßt wird und der Erhit zungsstrom eingeschaltet ist;

Fig. 3C die Anordnung gemäß Fig. 3B, wobei der Erhit zungsstrom eingeschaltet und das Formwerkzeug zusammengepreßt bleiben;

Fig. 3D die Anordnung gemäß Fig. 3C, wobei das erstarr te Schalenelements aus dem zu öffnenden Formwerk zeug entnehmbar ist;

Fig. 4A eine Anordnung zum Erhalt eines flexiblen Be reichs innerhalb des Erzeugnisses mit einer hochleitenden Einlage und konduktiver Erhitzung; im geschlossenen Formwerkzeug liegt ein Composit gewebe; der Erhitzungsstrom ist eingeschaltet; und

Fig. 4B die Anordnung gemäß Fig. 4A, wobei nach Ab schalten des Erhitzungsstroms das Compositgewebe erstarrt ist, nicht jedoch im Bereich der hoch leitenden Einlage.

Ausführungsbeispiele

Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt nachste hend die detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehö rigen Vorrichtung. Abschließend werden mögliche Modifika tionen erwähnt.

Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festle gung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeu tigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zuge hörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf de ren Erwähnung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Im Interesse der Übersichtlichkeit wird auf die wiederholte Bezeichnung von Bauteilen in nachfolgenden Fi guren zumeist verzichtet, sofern zeichnerisch eindeutig er kennbar ist, daß es sich um "wiederkehrende" Bauteile han delt.

Fig. 1A bis 1D

Diese Figurenfolge umfaßt die Herstellung eines Hohlkör pers aus Compositgewebe, welches man konduktiv erhitzt.

Fig. 1A

Ein zu öffnendes und schließbares Formwerkzeug 1 - hier geschlossen - besitzt einen oberen und einen unteren Werk zeugteil 2, 3. Von außen ist jeweils eine an den Stirnsei ten 4, 5 der Werkzeugteile 2, 3 gelegene elektrische Kontakt stelle 6, 7 zugänglich. Die Werkzeugteile 2, 3 bestehen aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z. B. aus Kunststoff. Oberes und unteres Werkzeugteil 2, 3 umschließen die Hohl form 8, welche durch die Innenwände 9 beider Werkzeugteile 2, 3 begrenzt wird. Zumindest im Bereich der Hohlform 8 wei sen die Werkzeugteile 2, 3 einen hitzebeständigen, vorzugs weise aus Silikon beschaffenen Vorderbau 10 auf. Zu den elektrischen Kontaktstellen 6, 7 führen Stromleitungen, so daß man im Betriebszustand eine Spannung U- aufschalten kann und ein Strom I fließt.

Über einen aufblasbaren, zumindest weitgehend gasdichten Schlauch 20, vorzugsweise ein Silikonschlauch, ist ein elektrisch leitfähiger Compositstrumpf 30 gezogen. Der Verbund aus Schlauch 20 und übergezogenem Compositstrumpf 30 ist in die Hohlform 8 des bereits geschlossenen Form werkzeugs 1 eingelegt. An der Stirnseite 5 ist der Schlauch 20 geschlossen, auf der Stirnseite 4 hingegen für den An schluß von Druckgas offen. Der Compositstrumpf 30 besteht vorzugsweise aus einem CFK-Compositgewebe (Kohlenstoff- Faser verstärkter Kunststoff), welches durch seine inte grierten Kohlenstoff-Fasern bereits elektrisch leitfähig ist und bedarf daher keiner weiteren Aufbereitung. Verwen det man ein GFK-Compositgewebe (Glasfaser verstärkter Kunststoff), ist dessen Leitfähigkeit durch Zusatz von elektrisch leitfähigen Partikeln, z. B. Stahlspänen, herge stellt worden. Die beiden Enden 31, 32 des Compositstrumpfes 30 stehen jeweils mit einer Kontaktstelle 6, 7 in Berührung. Dies wird vorteilhaft beim Schließen der beiden Werkzeug teile 2, 3 durch Einklemmen des Compositstrumpfes 30 in Ein spannstellen 11, 12, die sich an den Stirnseiten 4, 5 befin den, erreicht. Mit dem Fixieren des Verbundes aus Schlauch 20 und Compositstrumpf 30 in den Einspannstellen 11, 12 ist zugleich die positionsgerechte, bleibende Anordnung im Formwerkzeug 1 während des Herstellungsprozesses gewährlei stet.

Fig. 1B

Nach dem Schließen des Formwerkzeugs 1 wird die Spannung U- aufgeschaltet, und der Stromfluß 1 von der ersten Kontakt stelle 6, längs durch den Compositstrumpf 30 hindurch, zur zweiten Kontaktstelle 7 setzt ein. Im Compositstrumpf 30 beginnt eine konduktive Erhitzung. Bei fortgesetzter konduk tiver Erhitzung des Compositstrumpfes 30 wird von außen - hier von der Stirnseite 4 - das Innere des Schlauchs 20 mit Druckgas G - vorzugsweise Luft - gefüllt, wobei man z. B. einen Druck p 5 bar aufbringt.

Fig. 1C

Der Stromfluß 1 wird weiterhin aufrecht erhalten, so daß die konduktive Erhitzung des Compositstrumpfes 30 weiter zunimmt. Mit dem sukzessive Zuführen von Druckgas G bläht sich der Schlauch 20 auf, bis die Hohlform 8 völlig ausge füllt und der Compositstrumpf 30 gegen die Innenwände 9 der Werkzeugteile 2, 3 gepreßt ist. Der Compositstrumpf 30 folgt der von innen bewirkten Ausdehnung, wobei das thermo plastische Compositgewebe unter der Hitzeeinwirkung auf schmilzt und plastifiziert. Sofern der Vorderbau 10 und der Schlauch 20 aus einem Material mit guten Trenneigenschaften besteht, wie sie z. B. Silikon aufweist, kann man auf die Verwendung von zusätzlich aufgebrachtem Trennmittel ver zichten. Das plastifizierte Compositgewebe verklebt weder mit den Innenwänden 9 noch mit dem Schlauch 20.

Fig. 1D

Der Stromfluß 1 wird abgeschaltet. Nach einer Abkühl-/Er starrungsphase läßt man das eingebrachte Druckgas G ent weichen. Das Formwerkzeug 1 kann geöffnet und das insoweit fertige Erzeugnis X - hier in Gestalt eines nun ausgehär teten Hohlkörpers - entnommen werden. Nun kann man auch den Schlauch 20 aus dem Innern des Erzeugnisses X herausziehen und diesen eventuell sogar wiederverwenden. Um den Arbeits gang der Entfernung des Schlauches 20 zu sparen, könnte - je nach Art des Erzeugnisses X, seiner Verwendung und Weiterverarbeitung - der Schlauch 20 auch im Erzeugnisses x belassen werden.

Fig. 2A bis 2D

Diese Figurenfolge umfaßt die Herstellung eines Hohlkör pers aus Compositgewebe, welches man induktiv erhitzt.

Fig. 2A

Das gezeigte Formwerkzeug 101 besitzt ebenfalls die beiden Werkzeugteile 102, 103 mit den Stirnseiten 104, 105 und den Einspannstellen 111, 112. Die Werkzeugteile 102, 103 sind wiederum aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z. B. Kunststoff. Innen befindet sich die Hohlform 108, welche von den Innenwänden 109 begrenzt wird. Abweichend zum vor herigen Ausführungsbeispiel sind hier in den Werkzeugteilen 102, 103 Induktionsleitungen 113 enthalten, welche sich ent lang des hitzebeständigen Vorderbaus 110 erstrecken. Die Kontaktstellen 106, 107 sind nun die Punkte, wo die Strom leitungen an die Induktionsleitungen 113 angeschlossen sind. Im Betriebszustand wird eine hochfrequente Wechsel spannung U∼ angelegt, so daß ein Induktionsstrom I die Erhitzung des Compositstrumpfes 30 bewirkt. Der Verbund aus gasdichtem Schlauch 20 und übergezogenem elektrisch leitfä higem Compositstrumpf 30 liegt in der Hohlform 108 des ge schlossenen Formwerkzeugs 101.

Fig. 2B

Nach dem Schließen des Formwerkzeugs 101 wird die Spannung U aufgeschaltet, und der Stromfluß 1 durch die Induktions leitungen 113 setzt ein. Im Compositstrumpf 30 beginnt eine induktive Erhitzung. Von der Stirnseite 104 wird das innere des Schlauchs 20 mit Druckgas G gefüllt.

Fig. 2C

Die induktive Erhitzung des Compositstrumpfes 30 steigt und mit dem sukzessiven Zuführen von Druckgas G bläht sich der Schlauch 20 sowie der Compositstrumpf 30 auf, bis die Hohl form 108 völlig ausgefüllt und der Compositstrumpf 30 gegen die Innenwände 109 der Werkzeugteile 102, 103 gepreßt ist. Das thermoplastische Compositgewebe plastifiziert unter der Hitzeeinwirkung.

Fig. 2D

Der Stromfluß 1 wird unterbrochen und nach einer Abkühl-/Er starrungsphase läßt man das eingebrachte Druckgas G entwei chen. Nach dem Öffnen des Formwerkzeugs 101 ist das insoweit fertig ausgehärtete Erzeugnis X - auch hier beispielhaft ein Hohlkörper - entnehmbar.

Fig. 3A bis 3D

Diese Figurenfolge umfaßt die Herstellung eines Schalen elements aus Compositgewebe, welches man konduktiv erhitzt.

Fig. 3A

Das Formwerkzeug 201 besitzt die beiden Werkzeugteile 202, 203 mit den Stirnseiten 204, 205 und den Einspannstellen 211, 212. Die Werkzeugteile 202, 203 sind ebenfalls aus elek trisch nicht leitfähigem Material. Im Formwerkzeug 201 be findet sich die Hohlform 208, welche von den Innenwänden 209 begrenzt wird. Abweichend zu den vorherigen Ausführungsbei spielen ist die Hohlform 208 nun, entsprechend dem herzu stellenden Schalenelement, flacher Gestalt. Äußerlich an den Stirnseiten 204, 205 der Werkzeugteile 202, 203 befindet sich jeweils eine elektrische Kontaktstelle 206, 207. Im Be reich der Hohlform 208 ist erneut ein hitzebeständiger Vor derbau 210 vorgesehen. Zu den elektrischen Kontaktstellen 206, 207 führen Stromleitungen, so daß man im Betriebszu stand eine Spannung U- aufschalten kann und ein Strom I fließt. Zwischen die Werkzeugteile 202, 203 ist in die Hohlform 208 ein flächiges elektrisch leitfähiges Composit gewebe 300 eingelegt und in den Einspannstellen 211, 212 gehalten. Die beiden Enden 331, 332 des Compositgewebes 300 stehen jeweils mit einer Kontaktstelle 206, 207 in Berührung.

Fig. 3B

Die beiden Werkzeugteile 202, 203 werden zusammengepreßt und die Spannung U- ist angelegt, so daß ein Strom I durch das Compositgewebe 300 fließt und dessen konduktive Erhit zung bewirkt. Durch das Zusammenpressen der Werkzeugteile 202, 203 hat sich das Compositgewebe 300 bereits an die Innenwände 209 angelegt.

Fig. 3C

Die Erhitzung des thermoplastischen Compositgewebes 300, welches an den formgebenden Innenwänden 209 der zusammen gepreßten Werkzeugteile 202, 203 anliegt, steigt, worauf das Compositgewebe 300 unter der Hitzeeinwirkung plastifi ziert.

Fig. 3D

Der Stromfluß 1 ist unterbrochen. Nach einer Abkühl-/Er starrungsphase wird das Formwerkzeug 201 geöffnet und das insoweit fertig ausgehärtete Erzeugnis X - nun ein Scha lenelement - ist entnehmbar.

Fig. 4A

Um einen flexiblen Bereich 40 innerhalb des Erzeugnisses x aus dem elektrisch leitenden Compositgewebe 300 zu erhal ten, wird bei dem konduktiv erhitzten Formwerkzeug 201 eine hochleitende Einlage 41 - z. B. ein Stahlblechsegment - vor gesehen. Diese Einlage 41 ist in einem der Werkzeugteile 202, 203 so in den Vorderbau 210 eingesetzt, daß sie mit dem Compositgewebe 300 in Berührung kommt. Im Verhältnis zur niederohmigen Einlage 41 ist das Compositgewebe 300 hochohmig. Nach dem Kirchhoff'schen Stromverteilungsgesetz fließt beim Anlegen einer Spannung U- der ganz überwie gende Anteil des Stromes I über die Einlage 41 und nicht durch den sich unter der Einlage 41 befindenden Bereich 40 des Compositgewebes 300. Somit unterbleiben Aufschmelzen und Plastifizierung des Compositgewebes 300 im Bereich 40 der Einlage 41, während das gesamte übrige Compositgewebe 300 durch die konduktiv entwickelte Hitze plastifiziert und ausgehärtet ist.

Fig. 4B

Nach Abschalten des Stromflusses 1 und einer Abkühl-/Er starrungsphase wird das Formwerkzeug 201 geöffnet und das insoweit fertige Erzeugnis X - hier ein Schalenelement - ist entnehmbar, wobei der zur Einlage 41 komplementäre Bereich 40 im Compositgewebe 300 seine ursprüngliche Fle xibilität beibehalten hat.

Zu den vorbeschriebenen Vorrichtungen sind weitere kon struktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich er wähnt seien noch:

- Anstelle der konduktiven Erhitzung im Formwerkzeug 201 zur Herstellung von schalenförmigen Erzeugnissen X kann man auch hier Induktionsleitungen vorsehen und auf diese Weise eine induktiv hervorgerufene Plastifizierung und Aushärtung des Compositgewebes 300 erreichen.
- Flexible Bereiche 40 in einem mit Hitze in ein starres Erzeugnis X umgeformtes Compositgewebe 30, 300 können in vielfältiger Kontur, in Randzonen oder innerhalb des Ge webes erzeugt werden. Hierfür kommen sowohl Hohlkörper, Schalenelemente als auch flächige Erzeugnisse in Betracht.
- Verwendet man bei der konduktiven Erhitzung metallische Formwerkzeuge 1, 101, 201, d. h. zumindest mit einem metal lischen Vorderbau 10, 110, 210, so kann man bei Gestaltung der inneren Kontur der beiden Werkzeugteile 2, 3; 102, 103; 202, 203 Bereiche 40 aussparen, durch die allenfalls ein Minimalstrom I fließen darf, dessen lokale Hitzeentwick lung jedoch nicht zur Plastifizierung des Compositgewebes 30, 300 ausreicht. Ein solches Formwerkzeug verursacht aber wieder höhere Werkzeugkosten und erfordert die Verwendung von Trennmitteln, so daß man nur für spezielle Erzeugnisse diese Alternative anwenden wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von hohlen, schalen förmigen oder flächigen Kunststoff-Formteilen unter Verwen dung eines thermoplastischen Verbundwerkstoffs mit einer Fasermatrix - sogenanntes Compositgewebe -, wobei

a) das Compositgewebe (30, 300) als Ausgangsmaterial in einem Formwerkzeug (1, 101, 201) unter Hitzeeinwirkung geformt, plastifiziert, erstarrt und aushärtet;
b) das Compositgewebe (30, 300) im Formwerkzeug (1, 101, 201) gegen dessen Innenwände (9, 109, 209) gepreßt wird und hierdurch seine bleibende Außenkontur erhält, dadurch gekennzeichnet, daß
c) als Ausgangsmaterial elektrisch leitendes Compositgewebe (30, 300) in das Formwerkzeug (1, 101, 201) eingebracht wird;
d) das Compositgewebe (30, 300) im Formwerkzeug (1, 101, 201) konduktiv oder induktiv erhitzt wird; und
e) nach einer Abkühl-/Erstarrungsphase dem Formwerkzeug (1, 101, 201) ein ausgehärtetes Erzeugnis (X) entnehmbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Herstellung von hohlen Erzeugnissen (X) in folgenden Verfahrensschritten geschieht:

a) über einen aufblasbaren Schlauch (20)) vorzugsweise ein Silikonschlauch, wird ein elektrisch leitfähiger Compo sitstrumpf (30) gezogen;
b) der Verbund aus Schlauch (20) und Compositstrumpf (30) wird in das nicht elektrisch leitfähige Formwerkzeug (1, 101) eingelegt, und das Formwerkzeug (1, 101) wird geschlossen;
c) der Compositstrumpf (30) wird konduktiv oder induktiv durch Einleiten eines elektrischen Stromes (I) erhitzt;
d) der Schlauch (20) wird mit beginnender Erhitzung oder bereits davor mit Druckgas (G) aufgeblasen, z. B. mit 5 bar Druckluft, so daß der sich im Volumen vergrö ßernde Schlauch (20) den Compositstrumpf (30) gegen die Innenwände (9, 109) des Formwerkzeugs (1, 101) preßt;
e) mit der Erhitzung plastifiziert der Compositstrumpf (30) thermoplastisch;
f) das Einleiten des elektrischen Stromes (I) wird beendet; und
g) nach einer Erstarrungs-/Abkühlphase wird das Formwerk zeug (1, 101) geöffnet, man läßt das zuvor eingebrachte Druckgas (G) aus dem Schlauch (20) entweichen und das insoweit fertige, ausgehärtete Erzeugnis (X) ist ent nehmbar.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Compositgewebe (30, 300) CFK-Composit (Kohlenstoff-Faser verstärkter Kunststoff) oder GFK-Com posit (Glasfaser verstärkter Kunststoff) eingesetzt wird, wobei man die elektrische Leitfähigkeit von GFK-Composit durch Zusatz von elektrisch leitfähigen Partikeln, z. B. Stahlspäne, herstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß durch eine niederohmige Einlage 41), z. B. aus Stahlblech, in den Innenwänden (9, 209) des Formwerkzeugs (1, 201), welche mit dem eingelegten Compo sitgewebe (30, 300) in Kontakt kommt, durch Abführen des Stromflusses (I) über die Einlage (41) ein Erhitzen des von der Einlage (41) bedeckten Bereichs (40) ausbleibt, so daß das Compositgewebe (30, 300) im Bereich (40) nicht plastifi ziert und aushärtet, sondern seine ursprüngliche Flexibili tät beibehält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß mittels einer Aussparung in den Innenwänden (9, 209) eines metallischen Vorderbaus (10, 210) des Formwerkzeugs (1, 201) lokaler Stromfluß (I) und Hitze entwicklung am zur Aussparung komplementäre Bereich (40) des Compositgewebes (30, 300) soweit vermindert werden, daß hier keine Plastifizierung und Aushärtung erfolgen und so mit dieser Bereich (40) seine ursprüngliche Flexibilität beibehält.

6. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1, 101, 201)

a) aus voneinander entfernbaren Werkzeugteilen (2, 3; 102, 103; 202, 203) besteht, um das Formwerkzeug öffnen zu können und Zugang zur inneren Hohlform (8, 108, 208) zu erhalten;
b) die Werkzeugteile (2, 3; 102, 103; 202, 203) aus elektrisch nicht-leitendem Kunststoff bestehen;
c) die innere Hohlform (8, 108, 208), welche zur Aufnahme des als Ausgangsmaterial dienenden Compositgewebes (30, 300) bestimmt ist, von einem hitzebeständigen Vorderbau (10, 110, 210) umgeben ist, der vorzugsweise aus Silikon be steht; und
d) das Formwerkzeug (1, 101, 201) Kontaktstellen (6, 7; 106, 107; 206, 207) zur Einleitung elektrischen Stroms (I) aufweist.

7. Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Zweck der induktiven Erhitzung im Form werkzeug (101) Induktionsleitungen (113) vorgesehen sind, welche im wesentlichen entlang der Erstreckung des herzu stellenden Erzeugnisses (X) verlaufen.

8. Formwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere niederohmige Ein lagen (41), z. B. aus Stahlblech, in den Innenwänden (9, 209) des Formwerkzeugs (1, 201) angeordnet sind und mit dem ein gelegten Compositgewebe (30, 300) in Kontakt kommen, um er hitzenden Stromfluß (I) durch die von den Einlagen (41) bedeckten Bereiche (40) zu verhindern, also den Strom (I) im wesentlichen über die Einlagen (41) abzuführen, so daß das Compositgewebe (30, 300) in den Bereichen (40) nicht plastifiziert und aushärtet, sondern seine ursprüngliche Flexibilität beibehält.

9. Formwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines metallischen Vorderbaus (10, 210) im Formwerkzeug (1, 201) an den Innen wänden (9, 209) eine Aussparung vorhanden ist, durch die allenfalls ein Minimalstrom (I) fließt, dessen lokale Hitzeentwicklung jedoch nicht zur Plastifizierung und Aus härtung des Compositgewebes (30, 300) am zur Aussparung kom plementären Bereich (40) ausreicht, sondern der Bereich (40) seine ursprüngliche Flexibilität beibehält.