DE69225733T2

DE69225733T2 - Formverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69225733T2
Application number: DE69225733T
Authority: DE
Inventors: Yuzo Hayakawa; Tsuneo Hirai; Tsutao Katayama
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1998-10-01
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: EP0503554B1; DE69225733D1; EP0503554A1; US5533880A; US5352110A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von faserverstärktem Harzmaterial und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von halb ausgehärtetem Formmaterial (entweder Formmaterial in Bahnen oder dickes Formmaterial), das ungesättigtes und mit einem Hochtemperaturhärter vermischtes Polyesterharz oder Epoxidharz und mit dem Harz getränkte Verstärkungsfasern beispielsweise Glasfasern, enthält, um einen Formgegenstand von beliebiger Form zu erhalten, bei dem die Verstärkungsfasern in jeder gewünschten Richtung ausgerichtet sind.
Stand der Technik sind zwei Verfahren zum Formen von Formmaterial bestehend aus Verstärkungsfasern, beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern, Harz, und einem Härter. Bei einem dieser Verfahren werden die Verstärkungsfasern, das Harz und der Härter während des Formungsvorgangs miteinander vermischt, d.h. bei diesem Verfahren wird nasses Material verwendet. Bei dem anderen Verfahren wird ein Prepregteil, beispielsweise ein faserverstärktes Harz wie Formmaterial in Bahnen (SMC, sheet molding compound) oder Dicl(schichtformmaterial (TMC, thick molding compound) verwendet, welches aus den vorgenannten halb ausgehärteten Verstärkungsfasern, Harz und dem Härter, besteht, um das Material mittels einer Presse zu formen, d.h. bei diesem Verfahren wird ein trockenes Material verwendet.
Das herkömmliche Formverfahren, unter Verwendung von trockenem Material, beispielsweise SMC, ist besser und weit verbreitet, weil es anders als das Verfahren unter Verwendung von nassem Material nicht mit Umweltverschmutzung einhergeht, weil das SMC während des Formvorgangs leicht zu handhaben ist und weil das fertige Produkt eine glänzende Oberfläche hat. Das Material kann mit hoher Maßgenauigkeit zu einem Produkt von komplizierter Form geformt werden.
Das Trockenformen des Materials, beispielsweise des faserverstärkten Harzmaterials, erfolgt mit einem Thermopreßformverfahren, bei dem im allgemeinen eine Presse und eine Form verwendet werden. Beispielsweise wird, nachdem das Material auf die vorgegebene Gestält, die die Innenfläche der Form bedeckt, zugeschnitten und in die untere Form gegeben worden ist, eine obere Form mit hohem Druck gegen die untere Form gepreßt, so daß das Material in dem Zwischenraum zwischen der oberen und der unteren Form geformt werden kann. Dieses Preßformen erfolgt auch bei hoher Temperatur, und während des Preßformens wird das Material zugleich ausgehärtet.
Bei dem bekannten Preßformverfahren wird jedoch der hohe Druck von 1,2 MPa auf einmal auf das Kompositmaterial ausgeübt. Daher fluidisiert das Kompositmaterial schlagartig mit der Folge, daß die Verstärkungsfasern im Kompositmaterial sich in unerwarteter Richtung ausrichten und die Ausrichtung der Verstärkungsfasern nicht gesteuert werden kann.
Bei dem im allgemeinen für das Preßformverfahren verwendeten Kompositmaterial sind die darin enthaltenen Verstärkungsfasern nicht in einer bestimmten Richtung ausgerichtet, sondern weitgehend gleichmäßig in allen Richtungen. Daher erhält das Material Isotropie, d.h. seine Festigkeit ist in allen Richtungen gleich. Wie oben erwähnt, besteht jedoch das Problem, daß sich die Verstärkungsfasern beim Preßformen in unerwarteter Richtung ausrichten. Wenn das Formprodukt isotrope Festigkeit aufweisen soll, kann daher beispielsweise die Festigkeit je nach Richtung unterschiedlich sein, so daß das fertige Produkt den Anforderungen nicht genügt. Wenn das Formprodukt dagegen sogenannte anisotrope Festigkeit aufweisen soll, wobei die Festigkeit in einer bestimmten Richtung größer ist als in anderen Richtungen, ist es schwierig zu erreichen, daß sich die Verstärkungsfasern in der bestimmten Richtung ausrichten, so daß die gestellten Anforderungen nicht erfüllt werden.
Auch wenn das Kompositmaterial unter hohem Druck mit der Presse auf einmal in eine vorgegebene Gestalt gebracht werden soll, ist der Materialfluß innerhalb des Formhohlraums der Presse nicht an allen Stellen gleich. Daher besteht eine Neigung zum Abschälen zur lageweisen Trennung und zur Wellung zwischen den Lagen, während gleichzeitig das Ausgangsmaterial nicht gleichmäßig verteilt wird, was zu Fehlern im fertigen Form produkt führt. Wenn das faserverstärkte Harzmaterial, beispielsweise SMC, formgepreßt werden soll, ist es wegen begrenzter Formgestaltungsmöglichkeiten schwierig, Produkte von im wesentlichen länglicher Gestalt zu formen.
Um also faserverstärktes Harzmaterial kontinuierlich zu formen, hat das Verfahren, bei dem nasses Material verwendet wird, breite Anwendung gefunden; bei diesem Verfahren werden die durchgehenden Verstärkungsfasern nach dem Tränken mit Harzmaterial unter Einsatz einer relativ großen Zugkraft aus dem Hohlraum der Form herausgezogen.
Wenn jedoch die Produkte wie oben beschrieben unter Verwendung von nassem Material kontinuierlich hergestellt werden sollen, führt der Einsatz einer relativ großen Zugkraft zu erhöhtem Energieverbrauch. Außerdem führen die teuren durchgehenden Verstärkungsfasern zu höheren Herstellungskosten. Während die verschiedenen Verstärkungsfasern zu einem Bündel gezogen werden, haben sie die Neigung, sich zufallsbedingt auszurichten, wodurch sich die physikalischen Eigenschaften der Formteile verschlechtern. Außerdem sollen Gegenstände geformt werden, die relativ groß sind und eine komplizierte Form haben.
Die britische Patentschrift GB-A-759 902 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, Hohlkörpern, Rohren oder Platten unter Verwendung flüssiger ungesättigter Polyesterharze mit flüssigen polymerisierbaren Ethylenderivaten, bei dem diese Materialien mit Füllmaterial fixiert und in Formen gedrückt werden. Die endgültige Formgebung kann durch ein Preß- oder Walzverfahren erfolgen.
Die französische Patentschrift FR-A-1 455 038 offenbart eine Vorrichtung mit Formgebungseinheit, umfassend eine bewegliche Form, eine Gegenwalze, Mittel zum Absenken der Gegenwalze und Antriebsmittel.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die genannten Probleme des Standes der Technik weitgehend zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung von Formverfahren unter Verwendung von trockenem Material, umfassend faserverstärktes Harzmaterial, zur Verfügung zu stellen. Ein Aspekt dieser Aufgabe ist es, Mittel zum Steuern der Ausrichtung der Verstärkungsfasern zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 12. Geeignete und bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Auf der Grundlage dieser Erfindung läßt sich die Ausrichtung der Verstärkungsfasern während des Formvorgangs steuern, so daß wahlweise anisotrope oder isotrope Festigkeit erzielt werden kann, und es ist kontinuierliches Formen unter Verwendung von trockenem Material möglich.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Verarbeitung in sich überlagernden kleinen Schritten, so daß das faserverstärkte Harzmateriai in verschiedenen Stuten schrittweise komprimiert wird, um eine gesteuerte Ausrichtung der Verstärkungsfasern zu erreichen, was beim bisherigen Formpreßverfahren schwierig war; gieichzeitig wird eine ungleichmäßige Fluidisierung vermieden.
Die gegenüber der vorgenannten Walze angeordnete Form kann entweder eine flache Form oder eine im wesentlichen zylindrische Form sein; bei Einsatz einer flachen Form kann die Walze für eine Hin- und Herbewegung über der flachen Form gelagert sein. Bei Einsatz der zylindrischen Form dagegen können sowohl die Walze als auch die zylindrische Form so gelagert sein, daß sie sich um ihre Achse drehen können.
Bei Einsatz einer zylindrischen Form kann diese auf ihrer äußeren Umfangsfläche auch mit Vertiefungen versehen sein. Die zylindrische Form kann eine äußere Umfangsfläche haben, deren Gestalt im wesentlichen identisch mit der Gestalt der äußeren Umfangsfläche der Walze ist, wenn der herzustellende Artikel die Form einer Platte mit einander gegenüberliegenden glatten Oberflächen hat.
Das faserverstärkte Harzmaterial wird mehrfach unter einem Druck komprimiert, der viel geringer ist als der Druck, der bei dem bekannten Verfahren ausgeübt werden muß, bis das faserverstärkte Harzmaterial bis auf den vorgegebenen endgültigen Kompressionsgrad, vorzugsweise 70 %, komprimiert ist. Das Ausmaß, um das das faserverstärkte Harzmaterial durch Ausübung eines einzelnen Drucks schrittweise komprimiert wird, und die Anzahl der Druckausübungen bis zur Erreichung des endgültigen Kompressionsgrads können je nach Gestalt und Dicke des fertigen Formprodukts gewählt werden. Allerdings wird das Material umso weniger fluidisiert, je geringer der auf einmal ausgeübte Druck ist, so daß es schwierig wird, die Verstärkungsfasern auszurichten. Der bei den einzelnen Druckausübungsvorgängen auf das faserverstärkte Harzmaterial auszuübende Druck sollte daher im Bereich von 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads liegen, der als das Ausmaß definiert ist, in dem das faserverstärkte Harzmaterial komprimiert werden soll, um den gewünschten Gegenstand zu erhalten.
Wenn durch mehrmaliges Pressen des halb ausgehärteten faserverstärkten Harzmaterials die Verstärkungsfasern so gesteuert werden, daß sie sich nach allen Richtungen ausrichten, so daß das fertige Formteil lsotropie aufweist, d.h. gleiche Festigkeit in allen Richtungen, kann die Geschwindigkeit der Relativbewegung, mit der das faserverstärkte Harzmaterial zwischen der Walze und/oder der Form hindurchgeführt wird, wovon mehrere Stufen in Abständen in Transportrichtung des faserverstärkten Harzmaterials angeordnet sind, vorzugsweise gleich sein, wobei alle verwendeten Walzen den gleichen Außendurchmesser haben und sich mit gleicher Geschwindigkeit drehen.
Wenn durch mehrmaliges Pressen des halb ausgehärteten faserverstärkten Harzmaterials die Verstärkungsfasern so gesteuert werden, daß sie sich nach einer bestimmten Richtung ausrichten, so daß das fertige Formteil Anisotropie aufweist, d.h. richtungsabhängig unterschiedliche Festigkeit, können die Walzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden, so daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung, mit der das faserverstärkte Harzmaterial zwischen der Walze und/oder der Form hindurchgeführt wird, wovon mehrere Stufen in Abständen angeordnet sind, in Transportrichtung unterschiedlich ist. Es können auch Walzen von unterschiedlichem Außendurchmesser verwendet werden, die mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden.
Wird für einen Bereich, der bezogen auf die Transportrichtung des Materials auf Eingangsseite liegt, eine niedrigere Transportgeschwindigkeit des faserverstärkten Harzmaterials gewählt als für den Bereich auf Ausgangsseite, können die im faserverstärkten Harzmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern zur Ausrichtung in einer Richtung parallel zur Transportrichtung veranlaßt werden, so daß die Festigkeit in der zur Transportrichtung parallelen Richtung auf vorteilhafte Weise erhöht werden kann. Wird dagegen für den Bereich, der bezogen auf die Transportrichtung des Materials auf Eingangsseite liegt, eine höhere Transportgeschwindigkeit des faserverstärkten Harzmaterials gewählt als für den Bereich, der bezogen auf die Transportgeschwindigkeit auf Ausgangsseite liegt; können die in dem faserverstärkten Harzmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern zur Ausrichtung in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung ist, veranlaßt werden, so daß die Festigkeit in der zur Transportrichtung senkrechten Richtung in vorteilhafter Weise erhöht werden kann.
Das für die Erfindung verwendete faserverstärkte Harzmaterial enthält einen Hochtemperaturhärter, so daß das komprimierre faserverstärkte Harzmaterial, das in halb ausgehärtetem Zustand durch Ausübung eines geringen Drucks zwischen Form und Walze bei normaler Temperatur geformt wird, bei hoher Temperatur ausgehärtet werden kann. Eines der Merkmale der Erfindung ist es daher, daß Formen und Aushärten getrennt und nacheinander erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspei(t der Errindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 zur Verfügung gestellt. Bei dieser Vorrichtung wird das faserverstärkte Harzmaterial in eine vorgegebene Gestalt gebracht, indem das von der Preßeinrichtung abgegebene faserverstärkte Harzmaterial mehrmals komprimiert wird, bis ein vorgegebener Kompressionsgrad erreicht ist. Nach der Komprimierung wird das faserverstärkte Harzmaterial von der Antriebseinrichtung aus der Formeinrichtung herausgeführt, ohne daß eine Zugkraft eingesetzt werden müßte, so daß das faserverstärkte Harzmaterial kontinuierlich zu Formteilen geformt werden kann.
Soll die Formeinrichtung zur kontinuierlichen Fertigung von Formteilen verwendet werden, so können die Walze und die ihr gegenüber angeordnete Form in mehreren Stufen, die parallel zur Transportrichtung des faserverstärkten Harzmaterials voneinander beabstandet sind, angeordnet sein. Dabei kann der Abstand zwischen Walze und Form von Stufe zu Stufe zur Ausgangsseite hin bezogen auf die Transportrichtung des faserverstärkten Harzmaterials geringer werden, so daß das faserverstärkte Harzmaterial durch Einsatz von schrittweise sich änderndem Druck gepreßt werden kann.
Durch entsprechende Einstellung der Geschwindigkeit der Bewegung bzw. der Drehung der Walze und der Form der einzelnen entlang des Transportwegs des faserverstärkten Harzmaterials angeordneten Stufen bzw. durch Verwendung von Walzen mit unterschiedlichem Außendurchmesser kann die Ausrichtung der Verstärkungsfasern wie oben beschrieben nach einer bestimmten gewünschten Richtung gesteuert werden, so daß das fertige Formteil anisotrope Festigkeit haben kann.
Wird dagegen bei jeder Stufe eine konstante Transportgeschwindigkeit bzw. eine konstante Drehgeschwindigkeit der Walze und der Form gewählt und werden Walzen mit gleichem Außendurchmesser verwendet, kann die Ausrichtung der Verstärkungsfasern so gesteuert werden, daß sie in allen Richtungen zu liegen kommen, so daß das fertige Formteil isotrope Festigkeit haben kann.
Soll mit der erfindungsgemäßen Formvorrichtung ein Formteil hergestellt werden, weist die Vorrichtung auch eine Aushärteeinrichtung zum Aushärten des faserverstärkten Harzmaterials beim Durchlaufen der Aushärteeinrichtung auf, und die Formgebungseinrichtung kann außerdem eine Begrenzungseinrichtung aufweisen, die ein Verformen des faserverstärkten Harzmaterials in einer anderen als der Walzenandruckrichtung verhindert.
Das für die erfindungsgemäße Formvorrichtung verwendbare faserverstärkte Harzmaterial ist vorzugsweise ein Formmaterial in Bahnen, das ein faserverstärkter Kunststoff ist. Im einzelnen ist dieses Formmaterial in Bahnen eine Bahn eines Harzmaterials, die hergestellt wird, indem man ein kleingeschnittenes Faservlies mit ungesättigtem Polyesterharz tränkt, dem ein Füllstoff ein Verdickungsmittel, ein Formtrennmittel und Farbstoffe beigemischt sind, auf die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Vlieses Polyethylenbahnen legt und das so bedeckte Vlies auf eine Temperatur von etwa 40 ºC erwärmt, um die Viskosität der darin enthaltenen Harzverbindung zu erhöhen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das faserverstärkte Harzmaterial, wie bereits erwähnt, mehrmals komprimiert, bis das Formprodukt den endgültigen Kompressionsgrad erreicht hat. Dadurch wird nicht nur die Fluidisierung des Materials minimiert und eine unerwünschte ungleichmäßige Verteilung des Materials verhindert, sondern es kann auch die Ausrichtung der Verstärkungsfasern gesteuert werden, indem Walzen mit unterschiedlichem Außendurchmesser verwendet werden und/oder der auf das faserverstärkte Material auf einmal ausgeübte Druck und/oder die Drehgeschwindigkeit der Walze(n) variiert werden.
Beispielsweise kann durch Steuerung der Transportgeschwindigkeit, die dem faserverstärkten Harzmaterial durch die Walze und/oder die Form vermittelt wird, eine unerwünschte Ausrichtung der Verstärkungsfasern durch deren Fließen in eine bestimmte Richtung verhindert werden, so daß isotrope Festigkeit gewährleistet wird, während gleichzeitig eine Ausrichtung der Verstärkungsfasern in eine Richtung, die die geforderte Festigkeit nicht ermöglichen würde, verhindert wird. Andererseits kann dem Formprodukt auch in einer bestimmten Richtung relativ hohe Festigkeit verliehen werden, und es können die physikalischen Eigenschaften des fertigen Formprodukts durch willkürliche Steuerung dieser Eigenschaften verbessert werden.
Bei Verwendung eines trockenen faserverstärkten Harzmaterials ist außerdem ein kontinuierliches Formen möglich. Da ein Strangpreßverfahren verwendet wird, kann auch die für den Transport des faserverstärkten Harzmaterials erforderliche Energie im Vergleich zum Pultrusionsverfahren vorteilhaft verringert werden.
Die Merkmale der Erfindung werden aus nachstehender Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
Fig. 1: einen schematischen Aufriß einer Formvorrichtung in einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2: eine Draufsicht auf die Formvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3: eine Endansicht der Formvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4: eine ähnliche Ansicht wie bei Fig. 3, die die Formvorrichtung zu dem Zeitpunkt zeigt, zu dem der endgültige Kompressionsgrad erreicht ist;
Fig. 5: eine perspektivische Teilansicht eines mit der Formvorrichtung von Fig. 1 gefertigten Formteils;
Fig. 6: einen schematischen Aufriß der mit einer Aushärteeinheit verbundenen Formvorrichtung;
Fig. 7: einen Aufriß der Formvorrichtung in einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 8: ein Schnittbild der Formvorrichtung von Fig. 7;
Fig. 9: einen schematischen Aufriß der Formvorrichtung in einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
Fig. 10: eine Seitenansicht der Formvorrichtung von Fig. 9;
Fig. 11: ein Schnittbild des mit der Formvorrichtung von Fig. 9 hergestellten Formteils;
Fig. 12: eine schematische Darstellung der Formvorrichtung in einer vierten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 13: eine Teilansicht des mit der Formvorrichtung von Fig. 12 hergestellten Formteils;
Fig. 14: ein Schnittbild des Formteis von Fig. 13;
Fig. 15: eine schematische Seitenansicht der Formvorrichtung in einer fünften bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 16: eine schematische Draufsicht auf die Formvorrichtung von Fig. 15;
Fig. 17: eine perspektivische Ansicht eines rechteckigen Prüfstücks, wie es für die Versuche verwendet wird;
Fig. 18: eine Endansicht eines aus dem Prüfstück von Fig. 17 gefertigten Formteils;
Fig. 19 und 20: graphische Darstellungen der Ergebnisse der mit dem Prüfstück von Fig. 17 durchgeführten Versuche;
Fig. 21: eine schematische Ansicht der Längsseite der Formvorrichtung in einer sechsten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 22: einen Aufriß einer Formwalze und einer Gegenwalze, wie sie bei der Formvorrichtung von Fig. 21 verwendet werden;
Fig. 23: ein Schnittbild des mit der Formvorrichtung von Fig. 21 hergestellten Formteils;
Fig. 24: ein Schnittbild der Aushärteeinheit, wie sie bei der Formvorrichtung von Fig. 21 verwendet wird;
Fig. 25(A) und 25(B): schematische Darstellungen von zwei der Kompressionsstufen der Formvorrichtung von Fig. 21 bzw. die Bahn des verarbeiteten Formmaterials;
Fig. 26(A) und 26(B): ähnliche Darstellungen wie Fig. 25(A) und 25(B), die jedoch eine Abwandlung der sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen; und
Fig. 27: ein schematisches Schnittbild der Aushärteeinheit, die in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden kann.
Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen ein Formverfahren und eine Formvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines Formteils, beispielsweise einer im wesentlichen rechteckigen Rippenplatte aus faserverstärktem Harzmaterial. In diesen Zeichnungen weist die Formvorrichtung eine im wesentlichen rechteckige, behälterartige ortsfeste Form 1 mit einer Längsachse und eine zylindrische Gegenwalze 2 auf, die über der ortsfesten Form 1 gelagert ist und sich um eine Drehachse drehen kann, die senkrecht zur Längsachse der ortsfesten Form 1 ist, und auch in eine Richtung parallel zur Längsachse der ortsfesten Form 1 bewegbar ist. Die abgebildete Formvorrichtung wird zum beliebigen Formen eines Formmaterials 5 in Bahnen (SMC), beispielsweise zu einer im wesentlichen rechteckigen Rippenplatte, die in Fig. 5 mit Bezugszeichen 3 bezeichnet ist, verwendet und ist funktionsmäßig mit einer Aushärteeinheit 4 verbunden (am besten in Fig. 6 zu sehen), die eine Heizeinrichtung aufweisen kann.
Die Formvorrichtung mit der ortsfesten Form 1 und der Gegenwalze 2 ist so gestaltet, daß die rechteckige Rippenplatte 3 hergestellt werden kann, die einen im wesentlichen rechteckigen Plattenbereich 3c aufweist, der einstückig auf einer Seite mit einer Längsrippe 3d versehen ist, die sich in Längsrichtung zum Plattenbereich 3c erstreckt und mittig in deren Breitseite angeordnet ist, so daß sich ein im wesentlichen T-förmiger Querschnitt ergibt. Zu diesem Zweck weist die ortsfeste Form 1 einen Hohlraum 1a auf, der nach oben über eine Öffnung 1d offen ist und eine Bodenfläche 1b hat, die eine die Rippe bildende Längsausnehmung 1c hat, die sich in Längsrichtung zur ortsfesten Form 1 erstreckt und mittig in der Breitseite angeordnet ist. Das Formmaterial S, das auf die Form der Bodenfläche 1c zugeschnitten worden ist, wird in den Hohlraum 1a gegeben, wobei es mit seiner Unterseite 3a mit der Bodenfläche 1b in Kontakt steht, wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt. Anschließend wird die Gegenwalze 2 von oben durch die Öffnung 1d in den Hohlraum 1a der ortsfesten Form 1 eingeführt, wobei ihre Drehachse sen (recht zur Längsachse der ortsfesten Form 1 ausgerichtet ist. Diese Gegenwalze 2 ist funktionsmäßig nicht nur mit einer oberhalb der Gegenwalze 2 angeordneten Anpreßeinheit (nicht abgebildet) verbunden, so daß über die Gegenwalze 2 auf das Formmaterial 5 in der ortsfesten Form 1 Druck ausgeübt werrden kann, sondern auch mit einer Antriebseinrichtung (nicht abgebildet), so daß die Gegenwalze 2, während sie auf das Forminaterial S in der ortsfesten Form 1 Druck ausübt, eine Drehbewegung um ihre Drehachse und gleichzeitig eine Hin- und Herbewegung parallel zur Längsachse der ortsfesten Form (angezeigt durch die mit zwei Pfeilen versehene Linie) ausführen kann.
Wenn das Formmaterial S in der wie vorstehend beschrieben gestalteten Formvorrichtung geformt wird, wird die Gegenwalze 2, während sie um ihre Drehachse gedreht und in Längsrichtung der ortsfesten Form 1 bewegt wird, schrittweise abgesenkt, so daß das Formmaterial S in der ortsfesten Form 1 nach der gewünschten oder erforderlichen Anzahl von Durchgängen der Gegenwalze 2 vom einen Ende der ortsfesten Form 1 zum anderen bis zum endgültigen Kgmpressionsgrad komprimiert ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß ein Durchgang der Gegenwalze 2 relativ zur ortsfesten Form 1, während sie gedreht und gleichzeitig relativ zur ortsfesten Form 1 bewegt wird, eine Bewegung der Gegenwalze 2 von einem der einander gegenüberliegenden Enden der ortsfesten Form 1 zum anderen bedeutet und ein Doppeldurchgang daher einer Hin- und Herbewegung der Formwalze zwischen den einander gegenüberliegenden Enden der ortsfesten Form 1 entspricht. Ferner sei darauf hingewiesen, daß der vorstehend und im folgenden erwähnte endgültige Kompressionsgrad, der mit R bezeichnet ist, das Verhältnis der Differenz von Anfangsdicke t&sub0; des Formmaterials S vor seiner Komprimierung und seiner Dicke t nach der Komprimierung zur Anfangsdicke t&sub0; bedeutet, also R = (t&sub0; - t)/t&sub0;. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform entspricht die Dicke t des Formmaterials S nach der Komprimierung der Dicke des Plattenbereichs 3c der fertigen Rippenplatte 3.
Jedes Mal, wenn die Gegenwalze 2 einen Einzeldurchgang durchführt, wird der von der Gegenwalze 2 auf das Formmaterial S in der ortsfesten Form 1 ausgeübte Druck zur ortsfesten Form 1 hin um einen vorgegebenen kleinen Abstand abgesenkt, der den Wert haben kann, der erforderlich ist, um das Formmaterial S um einen Grad zu komprimieren, der 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads R entspricht. Die erforderliche Anzahl von Durchgängen der Gegenwalze 2 relativ zur ortsfesten Form 1 kann festgelegt werden, sobald der endgültige Kompressionsgrad R feststeht, d.h. das Ausmaß, in dem das Formmaterial S komprimiert werden soll, um das gewünschte Formteil zu erhalten.
Mit zunehmender Anzahl der Durchgänge der Gegenwalze 2 relativ zur ortsfesten Form 1 wird der Teil der Unterseite 3a des Formmaterials S, der der rippenbildenden Ausnehmung 1c in der ortsfesten Form 1 gegenüberliegt immer weiter in die rippenbildende Ausnehmung 1c gedrückt, während die Dicke des übrigen Teils des Formmaterials S abnimmt. Wenn die Gegenwalze 2 die erforderliche Anzahl von Malen über das Formmaterial S in der ortsfesten Form 1 geführt worden ist, ist nicht nur die rippenbildende Ausnehmung lc vollständig ausgefüllt, sondern das Formmaterial S hat einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt angenommen, wie in Fig. 4 gezeigt.
Das Formen des Formmaterials S durch die Gegenwalze 2 in Zusammenwirkung mit der ortsfesten Form 1 erfolgt bei Zimmertemperatur, während das Formmaterial S in halb ausgehärtetem oder annähernd halb ausgehärtetem Zustand ist. Nach dem Formen des Formmaterials S, d.h. nachdem die Gegenwalze 2 die erforderliche Anzahl von Malen über das Formmaterial S in der ortsfesten Form 1 geführt worden ist, wird die ortsfeste Form 1 mit dem darin enthaltenen komprimierten Formmaterial S mit einer geeigneten Fördereinrichtung, beispielsweise einer Förderanlage 5, zur Aushärteeinheit 4 verbracht. Während des Transports der ortsfesten Form 1 durch die Aushärteeinheit 4 wird das in der ortsfesten Form 1 geformte Formmaterial S mit einer Heizeinrichtung, beispielsweise einem Heizelement oder einem Heißluftgebläse, während einer vorgegebenen Zeit auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 150º erwärmt, so daß das Formmaterial 5, das einen Hochtemperaturhärter enthält, vollständig aushärten kann. Nach dem Aushärten in der Aushärteeinheit 4 wird die ortsfeste Form 1 mit dem ausgehärteten Formmaterial S aus der Aushärteeinheit entfernt, woraufhin das ausgehärtete Formmaterial S aus der ortsfesten Form 1 entgenommen wird und die in Fig. 5 abgebildete, im wesentlichen rechteckige Rippenplatte 3 fertig ist.
Während das Formverfahren und die Formvorrichtung, die in Fig. 1 bis 6 dargestellt und unter Bezugnahme auf diese Abbildungen beschrieben worden sind, sich für diskontinuierlichen Betrieb eignen, wird im folgenden eine Formvorrichtung heschrieben, die in Fig. 7 und 8 dargestellt ist und sich zum kontinuierlichen Formen des Formmaterials eignet. Die in Fig. 7 und 8 dargestellte zweite bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform ist so gestaltet, daß sie eine laufende Bahn eines Formmaterials S, beispielsweise von einer Formmaterialrolle, aufnehmen und kontinuierlich zu einem Rippenband formen kann, das in mehrere im wesentlichen rechteckige Rippenplatten geschnitten werden kann, die der unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Rippenplatte entsprechen.
Die in Fig. 7 und 8 gezeigte Formvorrichtung besitzt einen Formtragtisch 10, der eine bewegbare Form 11 trägt, die den gleichen oder einen ähnlichen Querschnitt hat wie die ortsfeste Form 1 bei der obigen erfindungsgemäßen Ausführungsforrn und die entlang des Formtragtisches 10 bewegt wird. Die gezeigte Formvorrichtung besitzt ferner eine obere Walze bzw. Formwalze 12 und eine untere Walze 13, die auf den entsprechenden Seiten des Tragtisches 10 übereinander angeordnet sind und eine Formgebungseinheit bilden, mit der das in der bewegbaren Form 11 enthaltene Formmaterial S nach und nach zusammengepreßt und zusammen mit der bewegbaren Form 11 in Ausgangsrichtung der bewegbaren Form 11 transportiert werden kann.
Im einzelnen hat die untere Walze 13, die im allgemeinen unterhalb des Tragtisches 10 angeordnet ist, ein Paar Steckwellen 13a, die koaxial nach außen von ihr abstehen und zusammen mit der unteren Walze 13 drehbar sind. Eine der Steckwellen 13a hat ein angetriebenes Zahnrad 14, das in ein Antriebszahnrad 16 eingreift, welches starr auf der Antriebswelle einer Antriebseinheit sitzt, beispielsweise eines Elektromotors 15, so daß die untere Walze 13 von dem Motor 15 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden kann, wie mit dem Pfeil in Fig. 7 angezeigt. Der Tragtisch 10 hat einen darin gebildeten Ausschnitt 10a unmittelbar über der unteren Walze 13, in den die untere Walze 13 teilweise hineinragen kann, um in Kontakt mit der Unterseite der bewegbaren Form 11 zu kommen. Während der Drehung der unteren Walze 13 entgegen dem Uhrzeigersinn kann daher die bewegbare Form 11 in eine Richtung bewegt werden, die der Drehrichtung der unteren Walze 13 entspricht.
Die obere Walze oder Formwalze 12, die unmittelbar über der unteren Walze 13 drehbar angeordnet ist, ist auf einer Antriebswelle 12a so gelagert, daß sie teilweise in den Hohlraum 11a der bewegbaren Form 11 ragt, um die Formmaterialbahn in der bewegbaren Form 11 zu komprimieren. immer wenn die bewegbare Form 11 mit dem darin enthaltenen Formmaterial S eine Durchgangsbewegung relativ zur Formgebungseinheit bestehend aus der oberen Walze 12 und der unteren Walze 13 ausführt, wird die obere Walze 12 zur bewegbaren Form 11 hin um einen vorgegebenen kleinen Abstand abgesenkt, der den Betrag haben kann, der nötig ist, um das Formmaterial S um 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads R zu komprimieren. Das Absenken der oberen Waze 12 zur bewegbaren Form 11 hin kann mittels eines Vorschubspindelmechanismus 18 erfolgen, der mindestens eine Betätigungsstange 19 aufweist, deren unteres Ende funktionell mit einem Lager 17 verbunden ist, in dem ein Ende der Antriebswelle 12a drehbar gelagert ist. Es ist somit klar ersichtlich, daß durch Verstellen des Vorschubspindelmechanismus 18 die obere Walze 12 um den vorgegebenen Abstand abgesenkt werden kann, sooft die bewegbare Form 11 eine Durchgangsbewegung ausführt.
Obwohl in der Darstellung nicht zu sehen, ist die Aushärteeinheit (nicht abgebildet) am Transportweg der bewegbaren Form 11 an einer Stelle verfahrensabwärts vom Tragtisch 10 bezüglich der Transportrichtung der bewegbaren Form 11 angeordnet, die diese nimmt, nachdem die erforderliche Anzahl von Durchgängen der bewegbaren Form 11 relativ zur Formgebungseinheit ausgeführt ist, so daß die in der bewegbaren Form 11 geformte Formmaterialbahn S zum Aushärten erwärmt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß statt des vorgenannten Vorschubspindelmechanismus 18 auch ein Luftzylinder zum schrittweisen Absenken der oberen Walze 12 zur bewegbaren Form 11 hin verwendet werden kann.
Gemäß der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die in den Hohlraum 11a der bewegbaren Form 11 gegebene Formmaterialbahn S zusammen mit der bewegbaren Form 11 hin- und hergehend unter der oberen Walze 12 durchgeführt werden, während sich die untere Walze 13 dreht, und wird dabei von der oberen Walze 12 komprimiert. Dabei empfängt die Formmaterialbahn S in der bewegbaren Form 11 eine relativ kleine Kompressionskraft bei jedem Durchgang der bewegbaren Form 11 relativ zur oberen Walze 12 und wird schrittweise komprimiert, während die bewegbare Form 11 die erforderliche Anzahl von Durchgängen relativ zur oberen Walze 12 ausführt. Weil die obere Walze 12 jedes Mal, wenn die bewegbare Form 11 einen Durchgang relativ zur oberen Walze 12 beendet hat, um den vorgegebenen Abstand abgesenkt wird, wird nicht nur eine sehr exakte Komprimierung der Formmaterialbahn S in der bewegbaren Form 11 ermöglicht, sondern es wird auch eine etwaige negative Auswirkung einer von der Formmaterialbahn ausgehenden Gegenkraft auf die exakte Formgebung des Formmaterials in vorteilhafter Weise vermieden.
Wie bei der vorherigen Ausführungsform wird die Formmaterialbahn S, nachdem sie nach Beendigung der erforderlichen Anzahl von Durchgängen bis auf den endgültigen Kompressionsgrad R komprimiert worden ist, zusammen mit der bewegbaren Form 11 durch die Aushärteeinheit geführt, wo sie zum Aushärten eine Wärmebehandlung erfährt. Anschließend wird die Formmaterialbahn aus der bewegbaren Form 11 herausgenommen und in mehrere im wesentlichen rechteckige Rippenplatten 3 geschnitten, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind.
Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen eine dritte bevorzugte Ausrührungsform der Erfindung, bei der die Formvorrichtung so gestaltet ist, daß ein röhrenförmiges Element 3' mit im wesentlichen radialer Rippe gefertigt werden kann, das, wie am besten in Fig. 11 zu sehen ist, einen röhrenförmigen Körper mit einer radial nach außen abstehenden ringförmigen Rippe 3'a, die mittig in der Längsseite des röhrenförmigen Körpers angeordnet ist, aufweist. Zu diesem Zweck besitzt die Formvorrichtung eine im wesentlichen zylindrische Formwalze 20, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in deren Außenumfang ein radial nach innen weisender ringförmiger Hohlraum 20a ausgebildet ist, in dessen Boden eine radiale nach innen weisende Nut ausgebildet ist, so daß sich eine rippenbildende ringförmige Ausnehmung 20b ergibt, die mittig in der Breite des ringförmigen Hghlraums 20a angeordnet ist. Diese Formwalze 20 wird von einer Andruckeinrichtung (nicht eingezeichnet) nach rechts gedrückt, wie mit dem Pfeil in Fig. 9 und 10 angezeigt, und ist mit einer Antriebseinheit (nicht abgebildet) verbunden, so daß sie um ihre Drehachse gedreht werden kann. Auf einer Seite der Formwalze 20 ist radial nach außen weisend eine Gegenwalze 21 angeordnet, die sich um ihre Drehachse dreht, während sie von der vorgenannten Andruckeinrichtung gegen die Formwalze 20 gedrückt wird.
Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das röhrenförmige Formmaterial S' zwischen die Formwalze 20 und die Gegenwalze 21 gebracht, wobei ein Wandabschnitt des Formmaterials in dem Hohlraum 20a aufgenommen wird, wie am besten in Fig. 10 zu sehen ist. Ausgehend von dem in Fig. 10 gezeigten Zustand wird die Formwalze 20 in eine Richtung um ihre Drehachse gedreht, während sie gegen die Gegenwalze 21 gedrückt wird, um den Wandabschnitt des röhrenförmigen Formmaterials S' schrittweise zu komprimieren. Dabei wird das röhrenförmige Formmaterial S' um seine Längsachse gedreht, während sein Wandabschnitt sandwichartig zwischen der Formwalze 20 und der Gegenwalze 21 liegt, und immer wenn das röhrenförmige Formmaterial S' eine Umdrehung um 360º vollendet hat, wird die Formwalze 20 um einen vorgegebenen kleinen Abstand zur Gegenwalze 21 hin versetzt, wobei der kleine Abstand dem Betrag entsprechen kann, der erforderlich ist, damit der Wandabschnitt des röhrenförmigen Formmaterials S' radial nach innen komprimiert wird, und zwar so stark, wie es 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads R entspricht; gleichzeitig wird die Drehrichtung der Formwalze 20 und der Gegenwalze 21 umgekehrt. Durch wiederholte Umdrehungen der Formwalze 20 im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Wandabschnitt der äußeren Umfangsfläche des röhrenförmigen Formmaterials S', der der ringförmigen Ausnehmung 20b gegenüberliegt, immer weiter in die ringförmige Ausnehmung 20b gedrückt, bis schließlich die in Fig. 11 gezeigte ringförmige Rippe 3'a gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß jede volle Umdrehung des röhrenförmigen Formmaterials S' in eine der entgegengesetzten Richtungen, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt wird, einem Durchgang entspricht, wie er bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung erwähnt ist.
Es ist also leicht zu sehen, daß bei jeder vollen Umdrehung des röhrenförmigen Formmaterials S' der Wandabschnitt radial nach innen komprimiert wird, und zwar um einen Betrag, der 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads R entspricht, und daß die erforderliche Anzahl von Durchgängen des röhrenförmigen Formmaterials S' relativ zur Formwalze 20 dadurch erreicht werden kann, daß die Formwalze 20 wiederholt im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wie in Fig. 10 gezeigt. Durch diese Vorgehensweise wird der Wandabschnitt des röhrenförmigen Formmaterials S' bis zum endgültigen Kompressionsgrad R komprimiert, so daß sich das in Fig. 11 gezeigte röhenförmige Element 3' mit radialer Rippe ergibt.
Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung erfolgt das Formen des röhrenförmigen Formmaterials S' bei Normaltemperatur, während das Formmaterial in halb ausgehärtetem oder annähernd halb ausgehärtetem Zustand ist, und nach dem Formen wird das röhrenförmige Formmaterial S' zum Aushärten wärmebehandelt.
Fig. 12 bis 14 zeigen die Formvorrichtung in einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die abgebildete Formvorrichtung ist so gestaltet, daß sie eine fortlaufende Bahn eines Formmaterials S" mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt aufnehmen und formen kann, um ein gebogenes Rippenelement 3" herzustellen, das einen gekrümmten Streifen mit nach außen und nach innen gekrümmten Oberflächen, die einander gegenüberliegen, aufweist und einstückig mit einer entsprechend gekrümmten Rippe 3"a ausgebildet ist, die nach außen davon absteht und mittig in der Breitseite des gekrümmten Streifens angeordnet ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung weist die Formvorrichtung einen gekrümmten Transportweg sowie mehrere Forrngebungseinheiten auf, die entlang des gekrümmten Transportwegs angeordnet und im wesentlichen parallel zum Transportweg in vorgegebenem Abstand voneinander beabstandet sind. Jede der Formgebungseinheiten umfaßt eine Formwalze 30 und eine Gegenwalze 31, die jeweils auf einer Seite des Transportwegs angeordnet und dazu eingerichtet sind, gegenläufig zueinander angetrieben zu werden, wie mit den entsprechenden Pfeilen angezeigt ist. Jede der bei der vierten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Formwalzen 20 ist gleich oder ähnlich wie die Formwalze 20 gestaltet, die für die in Fig. 9 bis 11 gezeigte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Formvorrichtung verwendet wird, und ist zum Antrieb mit einer gemeinsamen oder einer gesonderten Antriebseinheit (nicht abgebildet) verbunden.
Die Formwalzen 30 werden von entsprechenden Andruckeinrichtungen (nicht abgebildet) unterschiedlich weit gegen die zugehörigen Gegenwalzen 31 gedrückt, so daß die Form material bahn S' während ihres Transports entlang der gekrümmten Transportbahn in der durch Pfeil angezeigten Richtung nach und nach in Einwärtsrichtung komprimiert werden kann. Im einzelnen verhält es sich so, daß die Formwalze 30 und die Gegenwalze 31 der Formgebungseinheit, die bezogen auf die Transportrichtung der Formmaterialbahn S' am weitesten verfahrensaufwärts am gekrümmten Transportweg angeordnet ist, in einem Anfangsabstand voneinander beabstandet sind, der größer ist als der Endabstand zwischen der Formwalze 30 und der Gegenwalze 31 der Formgebungseinheit, die am weitesten verfahrensabwärts an dem gekrümmten Transportweg angeordnet ist, während der Abstand zwischen der Formwalze 30 und der Gegenwalze 31 bei jeder Formgebungseinheit, die zwischen der verfahrensaufwärts angeordneten Formgebungseinheit und der verfahrensabwärts angeordneten Formgebungseinheit angeordnet ist, jeweils zwischen dem vorgenannten Anfangs- und dem vorgenannten Endabstand liegt.
Damit wird ohne weiteres verständlich, daß die Formmaterialbahn S' beim Austritt aus der am weitesten verfahrensabwärts an dem gekrümmten Transportweg angeordneten Formgebungseinheit in Einwärtsrichtung bis zum endgültigen Kompressionsgrad R komprimiert ist. Die Formmaterialbahn S' wird anschließend zum Aushärten wärmebehandelt womit die Herstellung des in Fig. 13 und 14 dargestellten gekrümmten Rippenelements 3" zum Abschluß gebracht wird.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 15 und 16 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die abgebildete Formvorrichturig ist ähnlich gestaltet wie die in Fig. 9 und 10 abgebildete und unter Bezugnahme auf letztere beschriebene Formvorrichtung und liefert das in Fig. 11 gezeigte und unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschriebene, radial mit einer Rippe ausgebildete röhrenförmige Element 3'. Die Formvorrichtung nach Fig. 15 und 16 unterscheidet sich jedoch von der Formvorrichtung nach Fig. 9 und 10 darin, daß zu beiden Seiten des Quetschbereichs zwischen Formwalze 20 und Gegenwalze 21 ein Paar Begrenzungswalzen 25 verwendet werden. Die Begrenzungswalzen 25 sitzen drehbar auf Wellen 26, die im wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse von Formwalze 20 und Gegenwalze 21 so angeordnet sind, daß sie während des Formgebungsvorgangs in ständigem Kontakt mit den entsprechenden ringförmigen Endflächen 3"b des röhrenförmigen Formmaterials S' stehen, um so eine mögliche seitliche Verformung des röhrenförmigen Formmaterials S' senkrecht zu der Richtung, in die der Wandabschnitt nach innen komprimiert wird, zu vermeiden.
Gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung haben die einander gegenüberliegenden Endabschnitte des röhrenförmigen Formmaterials S' die Tendenz, sich im wesentlichen senkrecht zur Kompressionsrichtung des Wandabschnitts auszudehen oder seitlich nach außen zu wandern, während das röhrenförmige Formmaterial S' gedreht0 wird und sein Wandabschnitt nach und nach durch den Quetschbereich zwischen Formwalze 20 und Gegenwalze 21 geführt und dabei nach innen komprimiert wird. Jedoch üben die Begrenzungswalzen 25 senkrecht zur Kompressionsrichtung Druck auf die einander gegenüberliegenden Endflächen 3"b des röhrenförmigen Formmaterials S' aus, wodurch eine mögliche seitliche Ausweitung nach außen der Endabschnitte des röhrenförmigen Formmaterials S' unterdrückt und es gleichzeitig ermöglicht wird, daß der Bereich zwischen den gegenüberliegenden Enden des röhrenförmigen Formmaterials S' die rippenbildende Ausnehmung 20b weitgehend vollständig ausfüllt.
Zu beachten ist, daß die beiden Begrenzungswalzen 25, die in Fig. 15 und 16 abgebildet und unter Bezugnahme auf diese Abbildungen beschrieben worden sind, auch bei jeder der Formgebungseinheiten der vierten Ausführungsform eingesetzt werden können, die in Fig. 12 bis 14 abgebildet und unter Bezugnahme auf diese Abbildungen beschrieben worden ist.
Bei Ausführung jeder der Ausführungsformen 1 bis 5 der Erfindung ist die Formwalze 2, 12, 20 bzw. 30 mit der zugehörigen Antriebseinheit verbunden, so daß sie mit konstanter Geschwindigkeit gedreht werden kann, während das Formmaterial ebenfalls mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Nachfolgend wird jede der vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Formwalze mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird und die Formmaterial bahn mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, anhand von Versuchsergebnissen erläutert.
Unter Verwendung der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Formvorrichtung (Fig. 7 und 8) wird das in Fig. 17 abgebildete, im wesentlichen rechteckige Prüfstück 40 aus einer Formmaterialbahn mit der Länge L = 300 mm, der Breite B = 50 mm und der Dicke W1 = 10 mm zu der rechteckigen Rippenplatte 41 mit im wesentlichen T-förmigem Querschnitt, wie in Fig. 18 gezeigt, geformt und anschließend hinsichtlich Dichte und Biegefestigkeit geprüft. Die fertige rechteckige Rippenplatte 41 weist einen rechteckigen Plattenbereich 41a mit der Dicke W2 = 3 mm oder Smm auf, auf dessen einer Oberfläche eine Längsrippe 41b mit der Breite Br = 10 mm und der Höhe Hr = 8 mm ausgebildet ist.
Das Prüfstück 40 hatte eine Zusammensetzung aus 14,3 Gew.-% ungesättigtem Polyesterharz, 51,4 Gew.-% Calciumcarbonat, 20 Gew.-% Glasfasern und 14,4 Gew.-% unterschiedlichen Zusatzstoffen wie einer Lösung von thermoplastischem Harz, einem Härter (tertiäres Butylperoxybenzoat), einem Verdickungsmittel und einem Formtrennmittel. Jede Glasfaser hatte eine Länge von 1 Zoll.
Beim Formen des Prüfstücks 40 wurde ein endgültiger Kompressionsgrad R von 0,50 und 0,70 verwendet. Der Abstand E, um den die Formwalze bei jedem Durchgang zur Form hin versetzt wird, betrug E = 0,25 mm und E = 0,50 mm. Der Außendurchmesser D der Formwalze betrug D = 60 mm und D = 120 mm.
Wie bereits erwähnt, ist der endgültige Kompressionsgrad R definiert als das Verhältnis des Unterschieds zwischen der Anfangsdicke t&sub0; der Formmaterialbahn S vor dem Komprimieren und ihrer Dicke t nach dem Komprimieren zur Anfangsdicke t&sub0;, d.h. R = (t&sub0; - t)/t&sub0;.
Bei der Dicke W2 = 3 mm wurde die Formwalze 28 Mal stufenweise um den Abstand E = 0,25 mm versetzt, bei der Dicke W2 = 5 mm 20 Mal; bei W2 = 3 mm wurde die Formwalze 14 Mal stufenweise um den Abstand E = 0,50 mm versetzt und bei W2 = 5 mm 10 Mal.
Der Festigkeitsversuch bestand in einem Dreipunktbiegeversuch in Längsrichtung am Plattenbereich der fertigen Rippenplatte nach dem Verfahren JIS (Japanese Industrial Standards) K 7055.
Zunächst wurden Messungen vorgenommen um festzustellen, wie sich der endgültige Kompressionsgrad R durch die Formwalze auf die Dichte und die Festigkeit auswirkt. Es wurden mit anderen Worten die mittlere Dichte und die maximale Biegefestigkeit der unter Verwendung einer Formwalze mit 60 mm Außendurchmesser geformten Formprodukte an dem Punkt gemessen, an dem die Formwalze bei jedem Durchgang um den vorgegebenen Abstand versetzt wurde; die Meßergebnisse sind in Fig. 19 wiedergegeben. Wie der Graph in Fig. 19 klar erkennen läßt, ergab sich bei E = 0,50 mm und E = 0,25 mm, daß das bis R = 0,70 komprimierte Formprodukt eine höhere Dichte zeigte als das bis R = 0,50 komprimierte. Das bedeutet, daß die Dichte des Formprodukts umso höher ist, je größer der Betrag des stufenweisen Versatzes der Formwalze bei jedem Durchgang ist, so daß ein Formprodukt von hervorragendem innerem Zustand erhalten wird. Wenn jedoch der endgültige Kompressionsgrad R den Wert 0,70 überschreitet, treten während des Formvorgangs gleichzeitig Abblättern, schichtweise Abtrennungen und Wellungen in einem Ausmaß auf, das ein weiteres Formen schwierig macht.
Ähnliche Versuchsergebnisse zeigten sich hinsichtlich der maximalen Biegefestigkeit. Im einzelnen führten E = 0,50 mm und E = 0,25 mm dazu, daß das auf R = 0,70 komprimierte Formprodukt eine höhere maximale Biegefestigkeit zeigte als das auf R = 0,50 komprimierte. Damit wird nahegelegt, daß eine höhere Dichte zu einer höheren maximalen Biegefestigkeit geführt hat. Aufgrund der vorstehenden Versuchsergebnisse scheint daher die Wahl eines endgültigen Kompressionsgrads von R = 0,70, d.h. eine Kompression auf 70 %, empfehlenswert.
Der Graph von Fig. 19 legt es nahe, daß selbst eine Änderung des Abstands E, um den die Formwalze stufenweise versetzt wird, auf 0,50 mm und 0,25 mm wenig Einfluß auf die Dichte des fertigen Formprodukts hat. Jedoch kann die Wahl des relativ großen Abstands E = 0,50 mm zu einer beträchtlichen Erhöhung der maximalen Biegefestigkeit des Plattenbereichs des Formprodukts führen.
Außerdem wurden die Dichte und die maximale Biegefestigkeit des Formprodukts ermittelt, das unter Verwendung einer Formwalze mit dem Außendurchmesser D = 60 mm und 120 mm geformt wurde; die Ergebnisse sind in Fig. 20 wiedergegeben. Wie der Graph in Fig. 20 erkennen läßt, ist die Dichte im Plattenbereich umso größer als im Rippenbereich, je größer der Außendurchmesser der Formwalze ist. Umgekehrt ist die Dichte im Plattenbereich umso geringer als im Rippenbereich, je kleiner der Außendurchmesser der Formwalze ist. Dies bedeutet, daß eine geänderte Bearbeitungsgeschwindigkeit das Material in eine Richtung fluidisieren läßt, die der Richtung entspricht, in welcher der Rippenbereich vom Plattenbereich absteht, wenn die Formwalze einen relativ kleinen Außendurchmesser aufweist. Ähnlich ergibt sich ein höherer Wert für die maximale Biegefestigkeit des Plattenbereichs, wenn die Formwalze einen relativ kleinen Außendurchmesser hat, als wenn sie einen relativ großen Außendurchmesser hat.
Die vorstehenden Versuchsergebnisse besagen, daß ein relativ großer Abstand E bei jedem Durchgang, d.h. ein relativ großer Betrag, um den die Formmaterialbahn bei jedem Durchgang nach innen komprimiert wird, und eine Formwalze mit relativ großem Außendurchmesser das Material beträchtlich in Längsrichtung fließen lassen und eine gute zweidimensionale Ausrichtung der Glasfasern in horizontaler Richtung ermöglichen, wodurch sich die Biegefestigkeit des Plattenbereichs zu erhöhen scheint. Umgekehrt hat sich gezeigt, daß bei einer relativ geringen Einwärtskompression des Materials bei den einzelnen Durchgängen und bei Verwendung einer Formwalze mit relativ kleinem Außendurchmesser das Material dazu neigt, stark in die Richtung zu fließen, in der der Rippenbereich von dem Plattenbereich absteht, so daß sich die Glasfasern so wenig zweidimensional ausrichten, daß sich die Biegefestigkeit verringert.
Aus den vorstehenden Versuchsergebnissen folgt erneut, daß bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Formwalze eine entsprechende Wahl des Ausmaßes, um das das Material pro Durchgang nach innen komprimiert wird, sowie des Außendurchmessers der Form walze zu einer vorteilhaften Steuerung der Faserausrichtung führen kann, so daß das Formprodukt eine gewünschte Festigkeit erhält. Es hat sich mit anderen Worten bestätigt, daß mit der Erfindung ein Formprodukt von relativ hoher Festigkeit in einer bestimmten Richtung sowie mit Anisotropie hergestellt werden kann. Umgekehrt hat sich auch bestätigt, daß dadurch, daß man das Material gleichmäßig in Längsrichtung sowie in die Richtung fließen läßt, die der Richtung entspricht, in der der Rippenbereich vom Plattenbereich absteht, die Ausrichtung der Verstärkungsfasern ausgeschaltet werden kann, so daß ein Formprodukt geformt werden kann, das in allen Richtungen gleiche Festigkeit und Isotropie aufweist.
Die Fig. 21 bis 26 zeigen eine Formvorrichtung in der sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wie vorstehend beschrieben, ist es bei jeder der Ausführungsformen 1 bis 5 der Erfindung so eingerichtet, daß die Formwalze/n mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird/werden, um die Formmaterialbahn mit konstanter Geschwindigkeit zu drehen bzw. zu transportieren, während stufenweise ein Kompressionsdruck darauf ausgeübt wird. Gemäß diesen Ausführungsformen der Erfindung ist es bei feststehendem Außendurchmesser der Formwalze möglich, ein Formprodukt von isotroper Festigkeit herzustellen, ohne daß die Verstärkungsfasern sich in eine bestimmte Richtung ausrichten und sich also gleichmäßig in alle Richtungen ausrichten. Wenn sich also die in der Formmaterialbahn enthaltenen Verstärkungsfasern in eine bestimmte Richtung ausrichten sollen, bewirkt der Einsatz einer Formwalze mit unterschiedlicher äußerer Umfangsfläche eine Steuerung der Verstärkungsfasern, so daß sie sich in eine bestimmte Richtung ausrichten und das fertige Formprodukt anisotrope Festigkeit aufweist.
Bei der sechsten Ausführungsform der Erfindung dagegen, die im folgenden beschrieben wird, werden mehrere Paare von Walzen mit gleichem Außendurchmesser verwendet, die nacheinander in Transportrichtung der Formmaterialbahn angeordnet sind und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angetrieben werden, so daß die Verstärkungsfasern in eine bestimmte Richtung ausgerichtet werden können und dem fertigen Formprodukt damit anisotrope Festigkeit verliehen wird.
Im einzelnen umfaßt die abgebildete Formvorrichtung, wie am besten bei Fig. 21 zu sehen ist, mehrere (beispielsweise vier) Kompressionsstufen, die aufeinanderfolgend entlang des Transportwegs der Formmaterialbahn S' angeordnet sind, wobei jede dieser Kompressionsstufen eine Gegenwalze und eine Formwalze - 50A und 51A, 50B und 51B, 50C und 51C, 50D und 51D - aufweist, die nacheinander auf der jeweiligen Seite des Transportwegs angeordnet sind.
Die Gegenwalzen 50A bis 50D der einzelnen Kompressionsstufen sind ortsfest gelagert und jeweils mit einer Antriebseinheit (nicht eingezeichnet) verbunden, mit der die Gegenwalzen 50A bis 50D jeweils mit einer von vier verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden, und zwar in der mit dem Pfeil angezeigten Richtung, so daß die Formmaterialbahn S' mit unterschiedlicher Geschwindigkeit vom Ausgangspunkt bei der ersten Kompressionsstufe zum Endpunkt bei der vierten Kompressionsstufe transportiert werden kann. Die erste Geschwindigkeit, mit der die Gegenwalze 50A der ersten Kompressionsstufe angetrieben wird, ist die niedrigste aller eingesetzten Geschwindigkeiten, während die vierte Geschwindigkeit, mit der die Gegenwalze 50D der vierten Kompressionsstufe angetrieben wird, die höchste aller eingesetzten Geschwindigkeiten ist, wobei sich die Geschwindigkeit von der ersten Kompressionsstufe bis zur vierten Kompressionsstufe stufenweise erhöht.
Vorzugsweise werden die einzelnen Drehgeschwindigkeiten der Gegenwalzen 50A bis 50D, die von den ihnen zugeordneten Antriebseinheiten angetrieben werden, so gewählt, daß die Formmaterialbahn S' vom Ausgangspunkt zum Endpunkt entlang des Transportwegs mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,5 bis 2 m pro Minute (5 m pro Minute bei maximaler mittlerer Transportgeschwindigkeit) transportiert werden kann. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß statt vier getrennten Antriebseinheiten für die einzelnen Gegenwalzen 50A bis 50D auch eine einzige Antriebseinheit zusammen mit einem Reduktionsgetriebe verwendet werden kann, mit der die Gegenwalzen 50A bis 50D mit den Geschwindigkeiten 1 bis 4 angetrieben werden können.
Jede der Formwalzen 51A bis 51D der vier Kompressionsstufen weist, wie am besten in Fig. 22 zu erkennen ist, einen zylindrischen Körper auf, in dessen äußerer Umfangsfläche an den einander gegenüber liegenden Enden zwei ringförmige Nuten 52 ausgebildet sind, und ist drehbar über der jeweils zugeordneten Gegenwalze 50A bis 50D gelagert. Jede der Formwalzen 51A bis 51D ist mit einem Vorschubspindelmechanismus 18 verbunden, wie er in Fig. 7 und 8 abgebildet und unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben worden ist, so daß der Mindestabstand S zwischen den Formwalzen 50A bis 50D und den diesen jeweils zugeordneten Gegenwalzen 51A bis 51D, bzw. der dazwischen gebildete Quetschbereich, eingestellt werden kann. Bei Einsatz der sechsten Ausführungsform der Erfindung wird der Abstand S so eingestellt, daß er ausgehend von der ersten Kompressionsstufe bis zur vierten Kompressionsstufe stufenweise kleiner wird, wobei der Unterschied im Abstand S zwischen einander benachbarten Formwalze/Gegenwalze-Paaren 50A/51A, 50B/51B, 50C/51C, 50D/51D so gewählt wird, daß er im Bereich von 2 bis 25 mm liegt. Der Unterschied im Abstand 5 zwischen benachbarten Walzenpaaren sollte eher gering sein; wenn der Dickenunterschied zwischen der Formmaterialbahn und dem daraus gefertigten Formprodukt groß ist, kann die Anzahl der Kompressionsstufen, d.h. die Anzahl der Forrnwalze/Gegenwalze-Paare, erhöht werden.
Wie dargestellt, haben alle Formwalzen und Gegenwalzen 51A bis 51D und 50A bis 50D den gleichen Außendurchmesser von 200 mm, und es kommen Führungsrollen 55 mit kleinerem Außendurchmesser zum Einsatz, die jeweils zwischen benachbarten Gegenwalzen 50A bis 50D angeordnet und drehbar gelagert sind und die Formmaterialbahn während ihres Transports entlang des Transportwegs von unten abstützen.
Die sechste erfindungsgemäße Ausführungsform der Formvorrichtung, die wie vorstehend beschrieben gestaltet ist, weist eine Aushärteeinheit 4, eine Schneideeinheit 56 und einen Übergabetisch 57 auf, die nacheinander verfahrensabwärts nach der vierten Kompressionsstufe angeordnet sind, wie in Fig. 21 gezeigt. Somit wird die Formmaterialbahn, die aufeinanderfolgend durch die Kompressionsstufen 1 bis 4 geführt worden ist, in die Aushärteeinheit 4 transportiert, wo die komprimierte Formmaterialbahn ausgehärtet wird, und beim Verlassen der Aushärteeinheit 4 mit der Schneideeinheit 56 in Formprodukte geschnitten, die dann vom Übergabetisch 57 aufgenommen werden. Bei der sechsten Ausführungsform der Erfindung haben die vorgenannten Form produkte einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und sind in Fig. 23 mit 3x bezeichnet.
Wie aus Fig. 24 zu ersehen ist, hat die für die sechste Ausführungsform der Erfindung verwendete Aushärteeinheit 4 einen darin ausgebildeten Führungskanal 58, der sich durch die ganze Aushärteeinheit 4 hindurch erstreckt und entsprechend dem U-förmigen Querschnitt des fertigen Formprodukts 3x im wesentlichen U-förmige Gestalt hat. Die Aushärteeinheit 4 beinhaltet, wie am besten bei Fig. 21 zu sehen ist, einen Führungsbereich 4A, einen ersten Aushärtebereich 4B, einen zweiten Aushärtebereich 4C und einen letzten Aushärtebereich 4D, die aufeinanderfolgend zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende der Einheit ausgebildet sind. Während die Abschnitte des Führungskanals 58 der Aushärteeinheit, die im Führungsbereich 4A und im ersten Aushärtebereich 4B liegen, etwas überdimensioniert sind, damit ein Spielraum zwischen dem Außenumfang der hindurchgeführten komprimierten Formmaterialbahn und der Wandfläche in diesen Abschnitten des Führungskanals 58 gegeben ist, ist der Abschnitt des Führungskanals 58, der im zweiten Aushärte bereich 4C liegt, im Verhältnis zum Querschnitt der komprimierten Formmaterialbahn entweder über- oder unterdimensioniert, je nach dem Temperaturverhalten des Formmaterials. Bei der sechsten Ausführungsform der Erfindung wird der Innenraum der Aushärteeinheit 4 auf 150 ºC aufgeheizt.
Da bei der sechsten Ausführungsform der Erfindung die Drehgeschwindigkeit jeder Gegenwalze 51A bis 51D höher ist als die Drehgeschwindigkeit der bezogen auf die Transportrichtung der Formmaterialbahn s' verfahrensaufwärts jeweils vorausgehenden Gegenwalze, wirkt verfahrensabwärts eine Zugkraft auf die Formmaterialbahn S', wodurch die innenliegenden Verstärkungsfasern F sich in die Richtung ausrichten können, in der die Zugkraft wirkt, d.h. in horizontaler Richtung, wie in Fig. 25(B) gezeigt. Da die Zugkraft nach und nach auf die Formmaterialbahn S' einwirkt, während diese nach und nach durch die Quetschbereiche der Kompressionsstufen 1 bis 4 geführt wird, können sich die in der Formmaterialbahn S' enthaltenen Verstärkungsfasern F weitgehend gleichmäßig in horizontaler Richtung ausrichten.
Nachdem die Formmaterialbahn S' nach und nach in der vorbeschriebenen Weise die Kompressionsstufen 1 bis 4 durchlaufen hat, wird sie durch die Aushärteeinheit 4 geführt und dann von der Schneideeinheit 56 in die fertigen Formprodukte geschnitten, die jeweils eine vorgegebene Länge aufweisen. Während die Formmaterialbahn S' den zweiten Aushärtebereich 4C der Aushärteeinheit 4 durchläuft, wird die ganz Oberfläche der komprimierten Formmaterialbahn S' geglättet. Jedes der in obiger Weise hergestellten fertigen Formprodukte weist Anisotropie auf, d.h. eine höhere Festigkeit in der Ausrichtungsrichtung der Verstärkungsfasern als in allen anderen Richtungen.
Fig. 26(A) und 26(B) zeigen eine Abwandlung der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Abwandlung ist die Drehgeschwindigkeit der Gegenwalzen 51A bis 51D so gewählt, daß sie niedriger ist als die Drehgeschwindigkeit jeder bezogen auf die Transportrichtung der Formmaterialbahn S' verfahrensaufwärts vorausgehenden Gegenwalze 51A bis 51D. Die erste Geschwindigkkeit, mit der die Gegenwalze 50A der ersten Kompressionsstufe angetrieben wird, ist mit anderen Worten die höchste Geschwindigkeit von allen, während die vierte Geschwindigkeit, mit der die Gegenwalze 50D der vierten Kompressionsstufe angetrieben wird, die niedrigste Geschwindigkeit von allen ist, wobei die Geschwindigkeit von der ersten Kompressionsstufe bis zur vierten Kompressionsstufe stufenweise abnimmt.
Bei dieser Abwandlung kann der Teil der Formmaterial bahn, der sich zwischen zwei benachbarten Kompressionsstufen befindet, nach innen komprimiert werden, so daß die in der Formmaterialbahn S' enthaltenen Verstärkungsfasern F sich in einer Richtung ausrichten können, die im wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung der Bahn S' ist. Da dieser Vorgang nach und nach in der Formmaterialbahn S' erfolgt, während diese nach und nach durch die Quetschbereiche der Kompressionsstufen 1 bis 4 geführt wird, können sich die in der Formmaterialbahn S' enthaltenen Verstärkungsfasern F im wesentlichen gleichmäßig in eine Richtung ausrichten, die annähernd senkrecht zur Transportrichtung ist. Daher kann jedes fertige Formprodukt Anisotropie aufweisen, bei der es eine relativ hohe Festigkeit in einer Richtung hat, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung ist, in der es transportiert worden ist.
Die Ausrichtung der in der Formmaterialbahn enthaltenen Verstärkungsfasern erfolgt nicht auf einmal, sodern nach und nach, so daß durch geeignete Wahl der Anzahl der Kompressionsstufen und/oder der Drehgeschwindigkeiten 1 bis 4 der Gegenwalzen 50A bis 50D die in der Formmaterialbahn enthaltenen Verstärkungsfasern sowohl in horizontaler Richtung, wie in Fig. 25(B) gezeigt, als auch in der Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung ist, wie in Fig. 26(B) gezeigt, ausgerichtet werden, also zum Teil in horizontaler Richtung und zum Teil in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung der Bahn S'. Somit können die Verstärkungsfasern je nach Wunsch in beliebige Richtung ausgerichtet werden, und die Erfindung ermöglicht es, den Formprodukten in Abhängigkeit von deren Verwendung eine relativ hohe Festigkeit in einer oder mehreren bestimmten Richtungen zu verleihen.
Erfindungsgemäß kann die Formgebungseinheit ebenso wie die Aushärteeinheit jede beliebige geeignete Ausgestaltung haben. Wenn das röhrenförmige Formmaterial nach dem Komprimieren ausgehärtet werden soll, kann die Aushärteeinheit beispielsweise so gestaltet sein, daß sie, wie in Fig. 27 gezeigt, einen inneren Kreis im wesentlichen langgestreckter Rollen 60 und einen äußeren Kreis im wesentlichen langgestreckter Rollen 61 aufweist, die radial außerhalb des inneren Kreises von Rollen 61 jeweils gegenüber den zugeordneten Rollen 60 angeordnet sind. Während die komprimierte Formmaterialbahn durch die Aushärteeinheit wandert, wird der ringförmige Wandabschnitt der Bahn zwischen den inneren Rollen 60 und den zugeordneten äußeren Rollen 61 gehalten und durch die Rollen 60 und 61 erwärmt, die auf die vorgegebene Temperatur aufgeheizt werden.
Wie bereits ausgeführt, kann mit dem erfindungsgemäßen Formverfahren und der erfindungsgemäßen Formvorrichtung ein Form produkt aus einer Formmaterialbahn (beispielsweise einer Prepregbahn) oder einem Dickschichtformmaterial (TMC) hergestellt werden, bei dem die Ausrichtung der Verstärkungsfasern so gesteuerrt worden ist, daß sie sich unmöglich in eine unerwartete Richtung ausrichten konnten. Daher ist es beispielsweise möglich, ein Formprodukt mit Isotropie, bei dem die Verstärkungsfasern gleichmäßig in alle Richtungen ausgerichtet sind, sowie ein Formprodukt mit Anisotropie, bei dem die Verstärkungsfasern in eine bestimmte gewünschte Richtung ausgerichtet sind, herzustellen.
Da die Ausrichtung der Verstärkungsfasern so gesteuert werden kann, daß das fertige Formprodukt die erforderliche Festigkeit aufweist, kann das Formprodukt günstige physikalische Eigenschaften haben. Durch fortschreitende Erhöhung des Ausmaßes, in dem die Formmaterialbahn nach innen komprimiert wird, können außerdem sowohl die Dichte als auch die maximale Biegefestigkeit des fertigen Formprodukts erhöht werden.
Weil ein kontinuierliches Formen des faserverstärkten Harzmaterials möglich ist und keine Zugraft zum Ziehen des faserverstärkten Harzmaterials während des kontinuierlichen Formvorgangs erforderlich ist, das faserverstärkte Harzmaterial vielmehr automatisch aus der Formgebungseinheit herausgeführt wird, kann außerdem der für den Transport des faserverstärkten Harzmaterials erforderliche Energieeinsatz deutlich verringert werden. Die Form der durch kontinuierliches Formen hergestellten Form produkte ist nicht unbedingt auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.
Da das erfindungsgemäße Formverfahren und die erfindungsgemäße Formvorrichtung für trockenes faserverstärktes Harzmaterial statt für feuchtes Material bestimmt sind, bringen sie außerdem so gut wie keine Umweltprobleme mit sich, und sie sind geeignet, Formprodukte mit Präzision herzustellen.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines faserverstärkten Harzmaterials (S; S'; S"), bei dem man ein halb ausgehärtetes faserverstärktes Harzmaterial (S; S'; S") herstellt, indem man Verstärkungsfasern mit Harz tränkt und das Harzmaterial (S; S'; S") mittels Walzen in einer Form formt,

dadurch gekennzeichnet,

a) daß man das Harzmaterial (S; S'; S") zwischen eine Form (1; 11; 20; 30; 51A-51D) und eine Gegenwalze (2; 12; 21; 31; 50A-50D) bringt, die von der Form (1; 11; 20; 30; 51A-51D) in einem Anfangsabstand beabstandet ist, wobei die Form (1; 11; 20; 30; 51A-51D) und die Gegenwalze (2; 12; 21; 31; 50A-50D) eine Formgebungseinheit bilden;

b) daß man die Gegenwalze (2; 12; 21; 31; 50A-50D) um eine Achse dreht, die senkrecht zur Ausdehnung der Form (1; 11; 20; 30; 51A- 51D) ist, und das Harzmaterial (S; S'; S") in eine Bewegung relativ zur Gegenwalze (2; 12; 21; 31; 50A-50D) und zur Form (1; 11; 20; 30; 51A-51D) versetzt;

c) daß man das Harzmaterial (S; S'; S") schrittweise formt, indem man Schritt (b) bei schrittweiser Verringerung des Anfangsabstands zwischen der Form (1; 11; 20; 30; 51A-51D) und der Gegenwalze (2; 12; 21; 31; 50A-50D) wiederholt, um das Harzmaterial (S; S'; S") unter schrittweise erhöhtem Druck zu komprimieren, wodurch die im Harzmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern in einer vorgegebenen Richtung ausgerichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhung pro Schritt m Bereich von 1/5 bis 1/100 des endgültigen Kompressionsgrads liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, angewendet zum Formen des Harzmaterials (5) zu einer langgestreckten Form in einem diskontinuiertichen Vorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Form eine flache, ortsfeste Form (1) ist, wobei die Gegenwalze (2) über der ortsfesten Form (1) angeordnet ist und sowohl einer Drehbewegung um ihre Drehachse als auch einer Hin- und Herbewegung in einer Richtung parallel zur Längsachse der ortsfesten Form (1) unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, angewendet zum Formen des Harzmatenals (S') zu einem röhrenförmigen Gebilde in einem diskontinuierlichen Vorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Form eine zylindrische Formwalze (20) ist und die Gegenwalze (21) auf einer Seite und radial außerhalb der Formwalze (20) angeordnet ist, wobei die Formwalze (20) in eine Drehbewegung um ihre Drehachse versetzt wird und die Drehrichtung nach vollen 360º umgekehrt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die einander gegenüberliegenden Stirnflächen (3"b) des in röhrenförmige Gestalt gebrachten Harzmaterials (S") eine Druckkraft ausgeübt wird, wobei die Druckkraft durch ein Paar drehbarer Begrenzungswalzen (25) erreicht wird, die seitlich des Quetschbereichs zwischen der Formwalze (20) und der Gegenwalze (21) eingesetzt werden und so angebracht sind, daß sie mit den Stirnflächen (3"b) in Kontakt stehen, um eine seitliche Verformung der röhrenförmigen Gestalt zu vermeiden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, angewendet zum Formen des Harzmatenals (S'; S") zu einer länglichen und/oder gebogenen Gestalt in einem kontinuierlichen Vorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise Verringerung des Anfangsabstands dadurch erreicht wird, daß mehrere Formgebungseinheiten verwendet werden, bei denen der Abstand zwischen den zylindrischen Formwalzen (30; 51A-51D) und den Gegenwalzen (31; 50A-50D) immer kleiner wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Harzrnaterials mit gleichbleibender Geschwindigkeit erfolgt, um eine isotrope Ausrichtung der Verstärkungsfasern zu erreichen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Harzmaterials mit unterschiedlicher Geschwindigkeit erfolgt, um eine anisotrope Ausrichtung der Verstärkungsfasern zu erreichen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Transportgeschwindigkeit dadurch erreicht wird, daß das Harzmaterial verfahrensaufwärts in eine geringere Transportgeschwindigl(eit versetzt wird, um eine anisotrope Ausrichtung der Verstärkungsfasern parallel zur Transportrichtung zu erreichen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Transportgeschwindigkeit dadurch erreicht wird, daß das Harzmaterial verfahrensaufwärts in eine höhere Transportgeschwindigkeit versetzt wird, um eine anisotrope Ausrichtung der Verstärkungsfasern senkrecht zur Transportrichtung zu erreichen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen Schritt des Aushärtens des Harzmaterials nach dem Formungsschritt umfaßt.

12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:

eine Formgebungseinheit, umfassend eine bewegbare Form (11) und eine Gegenwalze (12), die von der Form (11) in einem Anfangsabstand beabstandet ist;

Mittel (18, 19), um die Gegenwalze (12) zur Form (11) hin abzusenken; und Antriebsmittel (12a, 17, 13, 13a, 14, 15 16);

dadurch gekennzeichnet, daß

die Form (11) von flacher Gestalt ist;

die Antriebsmittel (12a, 17, 13, 1a, 14, 15, 16) so eingerichtet sind, daß sie die Gegenwalze (12) mit veränderbarer Geschwindigkeit drehen und eine Hinund Herbewegung der Form (11) relativ zur Gegenwalze (12) ermöglichen; und

die Absenkmittel (18, 19) dazu eingerichtet sind, daß immer dann, wenn das Material (S) durch die Hin- und Herbewegung unter der Gegenwalze (12) durchgeführt wird, ein schrittweise zunehmender Druck auf das in der Form (11) enthaltene Harzmaterial (S) ausgeübt wird, wobei die Druckzunahme durch schrittweise Verringerung des Anfangsabstands zwischen der Form (11) und der Gegenwalze (12) bewirkt wird, bis eine gewünschte Dicke des Materials (S) erreicht ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Aushärteeinheit (4) zum Aushärten des Harzmaterials (S) nach dem Formen aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch eine Begrenzungseinrichtung (25, 26), um jedwede Verformung des Harzmaterials (S) in einer anderen Richtung als der, in welcher Druck ausgeübt wird, zu verhindern.

15. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem kontinuierlichen Vorgang,

gekennzeichnet durch

mehrere Formgebungseinheiten, die in mehreren entlang des Transportwegs des zu formenden Harzmaterials (S) voneinander beabstandeten Stationen angeordnet sind,

wobei die Formgebungseinheiten drehbare zylindrische Formwalzen (30; 51A- 51D) und drehbare Gegenwaizen (31; 50A-50D) aufweisen, die in einem Abstand von der Form (30; 51A-51D) beabstandet sind,

wobei die Formgebungseinheiten dazu eingerichtet sind, entlang des Transportwegs einen schrittweise zunehmenden Druck auf das Harzmaterial (S) auszuüben, indem der Abstand zwischen der Form (30; 51A-51D) und der Gegenwalze (31; 50A-50D) schrittweise verringert wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Transportgeschwindigkeit entlang des Transportwegs von Station zu Station schrittweise ändert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsänderung durch Änderung der Drehgeschwindigkeit der Walzen (30; 51A-51D; 31; 50A-50D) bewirkt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport von verfahrensaufwärts gelegenen Stationen hin zu verfahrensabwärts gelegenen Stationen abnimmt oder zunimmt.