DE19944164A1 - Herstellung von mehreren Bauteilen aus kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffplatinen in Formnestern - Google Patents
Herstellung von mehreren Bauteilen aus kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffplatinen in FormnesternInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung von Bauteilen aus kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffplatinen, z. B. Organoblechen. DOLLAR A Werden mehrere Bauteile aus einer Kunststoffplatine umgeformt, reißen die Verstärkungsfasern, da sie nicht in der geforderten Länge nachgeführt werden können. DOLLAR A Die Lösung des Problems liegt darin, den Fasern die benötigte Bewegung zu gewähren. Die Fasern, die eine Verzerrung des Gewebes und eine Nachführung behindern, müssen durchtrennt werden. Dies ist in Figur 1 dargestellt. Die Kreuzungspunkte (1) bleiben unverändert, die Kanten (2) zwischen den Kreuzungspunkten dagegen werden durchtrennt. Die Fasern können dort ungehindert nachgeführt und die Bauteile vollständig umgeformt werden. Die Schnitte können mittels Sägen in die Kunststoffplatine eingebracht werden. In der Serie würde sich das Stanzen von Einschnitten anbieten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung von mehreren Bauteilen aus
kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffplatinen, z. B. Organobleche. Hierfür muß
zur sinnvollen Nutzung der Kunststoffplatine diese vor der Umformung behandelt
werden, siehe Fig. 1.
Kontinuierlich faserverstärkte, Kunststoffhalbzeuge, z. B. Organobleche, können
heute wirtschaftlich mittels Doppelbandpreßtechnik hergestellt werden. Diese dienen
als Ausgangsmaterial für die Herstellung dünnwandiger, hochbelastbarer
Strukturbauteile. Zur Herstellung von zwei- oder dreidimensionalen Formteilen
müssen die Halbzeuge zunächst mittels einer Aufheizstation über
Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt werden. Die
Umformung erfolgt durch Positionierung erwärmter Tafeln zwischen Ober- und
Unterwerkzeug in einer Presse und sofortigem Schließen der möglicherweise
temperierten Formwerkzeughälften. Während der Abkühlung auf die
Werkzeugtemperatur kommt es zur Verfestigung des Kunststoffs, so daß nach dem
Öffnen der Presse das fertig konsolidierte Formteil entnommen werden kann.
Zur Umformung werden die Verstärkungsfasern mittels Gewebescherung,
Faserschlupf, Fadenstreckung, Fadendehnung und Laminatabgleiten
dreidimensional verformt. Dabei haben die Fadendehnung, -schlupf und -streckung
einen sehr geringen Anteil daran. Vornehmlich wird bei Geweben die 3D Umformung
vom Gewebescheren beeinflußt [1-3].
Zur Zeit werden nur ein oder zwei Bauteile gleichzeitig aus einer Kunststoffplatine
geformt [4-6]. Bei Erhöhung der Anzahl und besonders bei hohen Umformgraden,
also komplexen Geometrien, wird die Umformung von der Verstärkungsstruktur ver-
oder behindert, siehe Fig. 2. Die Nachführung der nur sehr gering dehnfähigen
Fasern muß gewährleistet sein, um ein vollständig ausgeformtes Bauteil zu erhalten.
Ist diese Nachführung behindert, kommt es zu Faserausdünnungen oder zum
Faserriß und damit zum Ausschuß dieser Bauteile [7].
Werden nun mehrere Bauteile aus einer Kunststoffplatine umgeformt, reißen die
Verstärkungsfasern, da sie nicht in der geforderten Länge nachgeführt werden
können, siehe Fig. 3. Sobald die Kunststoffplatine an den beiden äußeren Näpfen
zwischen Ober- und Unterwerkzeug eingeklemmt wird, be- bzw. verhindert dies die
Nachführung der Fasern durch die erhöhte Reibung. Ein weiteres Problem bietet bei
Verwendung von Geweben der Gewebeverzug, siehe Fig. 4. In Fig. 4a) ist das
Ausgangsblech des 0/90-Gewebes dargestellt. Nach der Umformung eines Napfes
sind die Kanten in das Werkzeug eingezogen (4b). Die Ecken werden durch
Gewebescherung unter 45° verlängert. Die Kanten dagegen müssen wegen der
geringen Faserdehnung in das Werkzeug eingezogen, also nachgeführt werden. Bei
der Herstellung von 9 Näpfen aus einer Platine (4c), müßten die Fasern zweier
aneinander liegender Flächen einmal in die eine Fläche nachgeführt werden und
zum anderen gleichzeitig auf der anderen Seite nachgeführt werden (4d). Da dies
nicht gleichzeitig realisierbar ist, wird eine Fertigung von mehreren Bauteilen aus
einer Kunststoffplatine unmöglich, was zu geringeren Ausstoßmengen bei der
Fertigung und zu Kostensteigerungen führt.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Lösung des Problems liegt darin, den Fasern die benötigte Bewegung zu
gewähren. Die Fasern die eine Verzerrung des Gewebes und eine Nachführung
behindern, müssen durchtrennt werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt. Die
Kreuzungspunkte (1) bleiben unverändert, die Kanten (2) zwischen den
Kreuzungspunkten dagegen werden durchtrennt. Die Fasern können dort
ungehindert nachgeführt und die Bauteile vollständig umgeformt werden. Die
Schnitte können mittels Sägen in die Kunststoffplatine eingebracht werden. In der
Serie würde sich das Stanzen von Einschnitten anbieten.
Als Ausführungsbeispiel sei hier die Umformung von Sicherheitsschuhkappen
genannt. Bei der Herstellung von nur einer Kappe pro Umformzyklus und einer
Vielzahl von zu produzierenden Schuhkappen werden evt. zusätzliche
Umformstationen benötigt, was einen erhöhten Investmentbedarf darstellt. Bei
Verwendung von vorbehandelten Kunststoffplatinen ist es möglich mehrere
Sicherheitsschuhkappen auf einmal umzuformen und somit Zeit, Investment und
damit Kosten einzusparen.
Die Verstärkungsfasern sowie die Verstärkungsstruktur können bei den Halbzeugen
variieren. Ebenso können die Kunststoffplatinen aus Duroplasten oder
Thermoplasten bestehen.
Bei der Herstellung von anderen Bauteilen können die Schnitte in der Vorbehandlung
auch in beliebiger Anordnung vorliegen, um den geänderten Umformraten oder
Geometrien Rechnung zu tragen.
[1] Ziegmann, G.: Umformen im Diaphragma-Verfahren. In
"Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix", Bartz, W. J. (Ed),
Expert Verlag, Renningen Malmsheim (1997), S. 143-160.
[2] O'Bradaigh, C. M., Pipes, R. B., Mallon, P. J.: Issues in Diaphram Forming of Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites. Polymer Composites. 12 (1991) 4, S. 246-256.
[3] Breuer, U. P.: Beitrag zur Umformtechnik gewebeverstärkter Thermoplaste. Fortschrittsberichte VDI-2/433, Düsseldorf: VDI-Verlag 1997.
[4] Mehn, R., Seidl, F., Peis, R., Frei, P.: Hochbelastbare dünnwandige Fahrzeugstrukturbauteile aus glasfaserverstärkten Thermoplasten. Proceedings "Materialforschung-Neue Werkstoffe", Würzburg, Deutschland, 2 4. Nov. 1994, S. 533-571.
[5] Dyckhoff, J., Haldenwanger, H.-G., Reim, H., Schönleber, G.: Lenker aus Faserverbundwerkstoff mit Thermoplastmatrix. Proceedings "Kunststoffe im Automobilbau '98", Mannheim, VDI-Verlag, Düsseldorf (1998), S. 155-176.
[6] Brüdgam, S., Henkelmann, H.: Anforderungsprofil an Faser-Kunststoff- Verbund-Halbzeuge für Kfz-Leichtbaukomponenten. Proceedings "Kunststoffe im Automobilbau '96", Mannheim, VDI-Verlag, Düsseldorf (1996).
[7] Börger, H.: Umformung mit Positiv-/Negativ-Preßwerkzeugen (Match Mold Verfahren). In "Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix", Bartz, W. J. (Ed), Expert Verlag, Renningen Malmsheim (1997), S. 132-142.
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[6] Brüdgam, S., Henkelmann, H.: Anforderungsprofil an Faser-Kunststoff- Verbund-Halbzeuge für Kfz-Leichtbaukomponenten. Proceedings "Kunststoffe im Automobilbau '96", Mannheim, VDI-Verlag, Düsseldorf (1996).
[7] Börger, H.: Umformung mit Positiv-/Negativ-Preßwerkzeugen (Match Mold Verfahren). In "Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix", Bartz, W. J. (Ed), Expert Verlag, Renningen Malmsheim (1997), S. 132-142.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von mehreren Formteilen aus kontinuierlich
faserverstärkten Kunststoffplatinen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffplatine mit Schnitten versehen wird (siehe Fig. 1a), welche ein
Nachführen der Fasern während der Umformung gewähren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
Halbzeugen um Halbzeuge mit unterschiedlichen Verstärkungsstrukturen wie
Fasergelege, Fasergewebe, Fasermatten, Fasergestricke, Fasergewirke oder
unidirektionale Verstärkungen handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei
den Halbzeugen um vollständig imprägnierte oder auch teilimprägnierte
Laminate (sogenannte Prepregs) handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
verwendeten Kunststoffe thermoplastisch und duroplastisch jeglicher Art sein
können.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
verwendeten Verstärkungsfasern in den Halbzeugen jeglicher Art sein können,
vornehmlich Kohlenstoff-, Aramid-, Glas- oder Naturfasern.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte
mit unterschiedlichen Trennverfahren, wie Sägen, Schneiden und Stanzen,
eingebracht werden können.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte in
beliebiger Anordnung in der Kunststoffplatine eingebracht werden können.
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1999
- 1999-09-15 DE DE19944164A patent/DE19944164C2/de not_active Expired - Fee Related
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