JP5931082B2 - 繊維強化された成形部材の製造中に三次元のプリフォームを製造するための方法、装置および成形シェル - Google Patents

Description

本発明は、繊維織物積層体のための載置台を備えた立体賦形装置と、該立体賦形装置によって繊維織物積層体から三次元のプリフォームを形成するための成形シェルとを少なくとも有する装置によって実施される、繊維強化された成形部材の製造中に三次元のプリフォームを製造するための方法に関する。

さらに、本発明は、繊維織物積層体のための載置台を備えた立体賦形装置と、該立体賦形装置によって繊維織物積層体から三次元のプリフォームを形成するための成形シェルとを少なくとも有する、繊維強化された成形部材の製造中に三次元のプリフォームを製造するための装置に関する。

さらに、本発明は、繊維織物積層体を加熱しかつ／または冷却するための成形シェルに関する。

従来、繊維複合構成部材とも呼ばれる繊維強化されたプラスチック構成部材の製造中には、特にレジントランスファモールディング法（以下、略してＲＴＭ法と呼ぶ）が実際に産業的に使用されている。使用可能なプラスチック構成部材を得るまでの全ての製造プロセスは、連続的に実行される複数の個別プロセスから成っている。第１の方法ステップでは、繊維半製品が製造される。このプリフォームプロセスでは、一般的に多層の織物または繊維スクリムが、通常、二次元に、すなわち、ほぼ平面状に接合され、これによって、繊維半製品がほぼ、必要となる外側の輪郭をすでに有していて、部分的には、すでに特別な層または層厚さも有している。有利には、スクリムの分離平面にバインダが供給される。このバインダの活性化および硬化により、層同士がセットされ、ドレーピングされた、つまり、立体賦形された三次元輪郭が得られる。プリフォームプロセスのためには、これらの層が、その後、成形加工型内に移され、この成形加工型の型締めによって、たいてい圧力下でのちの成形部材の輪郭にまで近づけられ、バインダの活性化（加熱および冷却）によって硬化させられ、これによって、繊維半製品が、最終輪郭に近づけられた状態で、ＲＴＭ法それ自体を実施するためのプレスの型内に装入されるようになっている。必要に応じて、繊維半製品はさらに後切断されるかまたは設定された箇所で打抜き加工され、これによって、一層精密な輪郭が得られる。型内への繊維半製品の装入後、型半部が型締めされ、型のキャビティ内に、必要となる樹脂が注入される。そして、この樹脂が繊維半製品の繊維組織に含浸し、繊維を封じ込めて、母材内に固く結合する。樹脂の硬化後、繊維強化されたプラスチック構成部材を離型することができる。

ＲＴＭ法それ自体と並んで、すでに繊維半製品の製造は、プラスチック構成部材を製造する際の成否を決める礎となっている。公知先行技術には、プリフォームを製造するための多数の可能性が記載されていることが判った。しかしながら、これらの可能性は、一般的に、可能な限り平らな繊維織物積層体を手で製造するかまたは自動化して製造することで限界に達している。この繊維織物積層体はプレス内で最終的に二次元形状から三次元形状に変換される。このことは、予めセットされた（たとえば縫合された）状態またはまだフレキシブルな状態で実施することができる。目的は、形状付与後、ＲＴＭプレスの型内に完全に自動化してプロセス確実に装入することができるかまたは更なる使用のために搬送しかつ積層することもできるようにするのに十分に曲げ剛性的であるプリフォームを得ることである。このプリフォームを製造し、成形加工しかつセットするために、該当する公知先行技術、たとえば欧州特許第０６２００９１号明細書には、多数の可能性が存在している。同特許明細書に開示された方法は有利であると判明しているものの、三次元のプリフォームを製造するために、多数の方法ステップを示している。

本発明の課題は、公知先行技術に比べて迅速にかつ簡単に二次元の繊維織物積層体から三次元のプリフォームを製造することができる方法および装置を提供することにある。更なる目的は、成形加工された繊維織物積層体の精度が著しく良好である極めて複雑なプリフォームを製造することが可能となるようにすることである。このことは、特に使用される繊維織物積層体の繊維配向および規則性に該当しており、これによって、皺（しわ）形成および歪みも効果的に阻止することができる。有利な目的は、ＲＴＭプロセスでの使用のために、当初ほぼ二次元の形状を成形加工して、三次元のプリフォームを形成することができるようにすることである。

この課題を解決するために本発明に係る方法によれば、繊維織物積層体を、受取り位置にある立体賦形装置の載置台に配置して、重さに基づき載置台にとどめ、成形シェルを受取り位置に移動させて、繊維織物積層体が載置台と成形シェルとの間に位置するようにし、次いで、少なくとも１つの立体賦形型を載置台からほぼ重さに逆らって進出させて、繊維織物積層体を少なくとも部分的に成形シェル内に押し込み、該成形シェル内への押込み後、立体賦形装置を成形シェルと一緒に所定の旋回角だけ旋回させて、繊維織物積層体を重さに基づき成形シェル内にとどめ、次いで、後続の繊維織物積層体を受け取るために、立体賦形装置を再び受取り位置に旋回させ、少なくとも部分的に硬化したプリフォームを取り出すかまたは引き渡した後、立体賦形装置の前記成形シェルまたは別の成形シェルを受取り位置に旋回させる。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、成形シェル内で繊維織物積層体を補強するために、繊維織物積層体に含まれたバインダを成形シェル内で少なくとも部分的に硬化させ、かつ／または繊維織物積層体を、加工すべきシームによってセットする。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、バインダの硬化のために、成形シェルおよび／または繊維織物積層体それ自体を加熱するかまたは、熱可塑性のバインダの使用時には、溶融のために加熱し、必要な場合には、次いで、冷却する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、加熱または冷却のために、繊維織物積層体を通して熱空気または冷空気を案内する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、立体賦形装置を成形シェルと一緒に１８０°だけ旋回させる。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、繊維織物積層体の、載置台に隣接する層をほぼ面状に支持する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、個々の層から成る繊維織物積層体を立体賦形装置の載置台に積み上げる。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、個別層、積層体および／または繊維織物積層体それ自体をプリフォームの外側輪郭および／または内側輪郭に相応に裁断する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、積上げの間、繊維織物積層体の少なくとも２つの層の間に少なくとも部分的に、硬化可能な結合剤を供給する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、繊維織物積層体と載置台との間に中間ベルトを配置する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、中間ベルトにテンション装置によって予荷重を加える。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、中間ベルトとして、有利には易滑性のプラスチックベルトまたは、有利には易滑性の繊維布を使用する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、複数の立体賦形型の場合、該立体賦形型を載置台から、設定された順序で進出させる。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、少なくとも２つの層から成る繊維織物積層体を積み上げる。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、繊維織物積層体の少なくとも１つの層をロールから繰り出す。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、１つの立体賦形装置に対して少なくとも２つの成形シェルを使用する。

本発明に係る方法の有利な態様によれば、成形シェルをプリフォームのための支承シェルおよび／または搬送シェルとして使用する。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る装置によれば、立体賦形装置と成形シェルとが、少なくとも１つの旋回装置によって１つの共通の旋回軸を中心として旋回可能に配置されている。

本発明に係る装置の有利な態様によれば、立体賦形装置と成形シェルとが、互いに作動駆動装置によって線形に移動可能に配置されている。

本発明に係る装置の有利な態様によれば、繊維織物積層体を受け取るための載置台に中間ベルトが対応配置されており、該中間ベルトを予荷重が加えられた状態で載置台に位置させるために、立体賦形装置内にテンション装置が配置されている。

本発明に係る装置の有利な態様によれば、成形シェル内に位置する繊維織物積層体に熱空気および／または冷空気を導入するための手段が配置されている。

本発明に係る装置の有利な態様によれば、成形シェルが、熱空気および／または冷却空気の通過のために、ミシン目を備えて形成されている。

本発明に係る装置の有利な態様によれば、前記装置が、本発明に係る方法を実施するために使用されるようになっている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る成形シェルによれば、該成形シェルに、繊維織物積層体に熱空気および／または冷空気を導入するための手段および／または繊維織物積層体を加熱しかつ／または冷却するためのペルチェ素子が配置されている。

方法に対して、前述した課題の解決手段は、請求項１の特徴部に記載の特徴によれば、繊維織物積層体を、受取り位置にある立体賦形装置の載置台に配置して、重さに基づき載置台にとどめ、成形シェルを受取り位置に移動させて、繊維織物積層体が載置台と成形シェルとの間に位置するようにし、次いで、少なくとも１つの立体賦形型を載置台からほぼ重さに逆らって進出させて、繊維織物積層体を少なくとも部分的に成形シェル内に押し込み、この成形シェル内への押込み後、立体賦形装置を成形シェルと一緒に所定の旋回角αだけ旋回させて、繊維織物積層体を重さに基づき成形シェル内にとどめ、次いで、後続の繊維織物積層体を受け取るために、立体賦形装置を再び受取り位置に旋回させ、少なくとも部分的に硬化したプリフォームを取り出すかまたは引き渡した後、立体賦形装置の成形シェルを受取り位置に旋回させることにある。

有利には、成形シェル内への繊維織物積層体の押込みの間に皺および／または亀裂が回避されるように、遊動特性が設定される。

特に第１の立体賦形型のあと、これに続く立体賦形型が第１の立体賦形型から外側輪郭または内側輪郭の方向に選択され、これによって、この輪郭、すなわち、側方への引寄せが可能となる。

装置に対する前述した課題の解決手段は、請求項１８の特徴に基づき、立体賦形装置と成形シェルとが、少なくとも１つの旋回装置によって１つの共通の旋回軸を中心として旋回可能に配置されていることにある。

さらに、繊維織物積層体を加熱しかつ／または冷却するための成形シェルが請求される。本発明に係る成形シェルでは、この成形シェルに、繊維織物積層体に熱空気および／または冷空気を導入するための手段が配置されている。これに対して択一的または累加的には、成形シェルに温度素子として、繊維織物積層体および／または供給すべき空気を加熱しかつ／または冷却するためのペルチェ素子が配置されている。

有利には、本発明に係る方法と、これに適しているものの、固有にも使用可能である装置とによって、プリフォームに適合された繊維織物積層体をほぼ平らな状態（二次元）から三次元の形状に成形加工しかつセットすることが可能となる。特に有利には、成形加工を穏やかに実施することができ、その間の繊維織物積層体の折れ、皺および圧縮または反りを回避することができる。それにもかかわらず、公知先行技術に基づき公知の従来例では、高められた機械・装置技術的な手間によってしか実施することができず、このために、より高い時間手間もさらに必要であった複雑な幾何学形状を形成することも可能となる。

本発明に係る方法および装置は、繊維織物の多層の二次元裁断片を三次元変形するために使用される。この場合、以下の方法ステップが行われている。繊維織物または繊維スクリムがロールから繰り出され、多種の織物またはスクリム、形状およびサイズに基づく要求に応じて積み重ねられて、繊維織物積層体が形成される。その際には、外側輪郭、場合により、内側輪郭をプリフォームあるいはプラスチック成形部材のカットパターンに相応に加工するかまたは裁断することが必要となり得る。このカットパターンはプリフォームまたは最終構成部材の処理もしくはシミュレーションに基づき形成される。有利には、その後、形成された繊維織物積層体が立体賦形装置の載置台に載置される。択一的には、繊維織物積層体を個々の繊維織物またはすでに予め配合された繊維織物から載置台で直接製造することが行われてもよい。

個々の層の間には、場合により、バインダ材料が撒布されるか、塗布されるかまたは吹き付けられる。次いで、成形シェルが繊維織物積層体の上方に旋回させられるかまたは移動させられる。構成部材、たとえば成形シェルの個別運動機構ではなく、むしろ、繊維織物積層体の上方への上側の成形シェルの旋回を条件とする全コンセプトが、本発明における解決手段の中心となっていることは明らかである。当然ながら、両方の主構成部材、つまり、立体賦形装置および成形シェルが、互いに間隔を置いて移動可能に配置されていてもよい。次いで、立体賦形型が下方から上方に移動させられ、これによって、繊維織物積層体が成形シェル内に運動させられるかまたは押圧される。有利には、このことは、ＮＣ制御されて実施され、立体賦形型の、繊維織物積層体もしくは成形シェルに調和された順序と速度とを有している。

繊維織物積層体の汚染または歪みを回避するかまたは成形シェル内への繊維織物積層体の最適化された押込み成形を保証するために、有利には、繊維織物積層体と載置台あるいは立体賦形型との間に中間ベルトが設けられていてもよい。この中間ベルトは、ドレープ性を有する繊維層であってもよいし、特に成形シェル内への繊維織物積層体の押込みの間、有利にはテンション装置によって変向ローラを介して緊張させた状態で保持することができるプラスチックベルトであってもよい。このような中間ベルトによって、立体賦形型の間でより大きな間隔が可能となる。これによって、成形シェル内への立体賦形型の進入時に繊維織物積層体と立体賦形型との間で場合により生じる相対運動が、中間ベルトと立体賦形型との間で生じるようになり、これによって、繊維織物積層体それ自体が可能な限り安定し続ける。

立体賦形装置と成形シェルとの旋回動作の実施前、実施の間または実施後、繊維織物積層体の内部での接着を目的としてバインダまたは樹脂層を活性化するために、成形シェルを加熱することができる。熱可塑性の結合材の使用時には、たとえば、まず、加熱（バインダの液化）が行われ、次いで、冷却（バインダの固化）も行われる。すでに繊維織物積層体の部分硬化の間に立体賦形型は再び載置台内に進入してよく、立体賦形装置が再び受取り位置に旋回により戻され、これによって、載置台が新たな繊維織物積層体を受け取ることができる。工程の間、中間ベルトは要求に応じて弛緩されてよい。手または産業ロボットによる成形シェルからのプリフォームの取出し後、成形シェルも同じく再び次ぎの成形加工工程のために立体賦形装置の方向に旋回させられる。そして、次ぎの成形加工工程を開始することができる。

当然ながら、成形シェルを設備の全コンセプトに含めて、型支持体および搬送の間の一時的な貯蔵体として使用することも可能である。この場合、設備において、有利には複数の成形シェルが使用される。

拡張態様では、極めて複雑な繊維織物積層体に対して、この繊維織物積層体を、受取り位置にある立体賦形装置の載置台に配置し、次いで、成形シェルを受取り位置に移動させて、繊維織物積層体が載置台と成形シェルとの間に位置するようにし、次いで、少なくとも１つの立体賦形型を載置台からほぼ重さに逆らって進出させて、繊維織物積層体を少なくとも部分的に成形シェル内に押し込み、この成形シェル内への押込み後、立体賦形装置を成形シェルと一緒に所定の旋回角αだけ旋回させて、繊維織物積層体を重さに基づき成形シェル内にとどめ、次いで、後続の繊維織物積層体を受け取るために、立体賦形装置を再び受取り位置に旋回させ、少なくとも部分的に硬化したプリフォームを取り出すかまたは引き渡した後、立体賦形装置の成形シェルを受取り位置に旋回させてよい。

キャビティを有する成形シェル内での繊維織物積層体の成形加工を改善するためには、以下の点：すなわち、
・繊維織物積層体に許容できないほどの張力を加えてはならない。なぜならば、さもないと、組織（繊維配向および規則性）が歪む恐れがあるかまたは繊維織物積層体に亀裂が生じてしまうからである；
・構成部材凹部内での繊維織物積層体の立体賦形時に皺形成または過剰な反りが生じてはならない；
・希望に応じて、繊維織物積層体を低応力でまたは意図的に規定された応力でセットすることができる：
に著しく注意を払わなければならない。

このことを達成するためには、繊維織物積層体が載置台に面状に載置される。場合により、易滑性の基体を提供するために、立体賦形型と繊維織物積層体との間に、たとえば中間シートまたは張設された繊維の形の付加的な立体賦形基体が必要となる。

有利には、１つまたはそれ以上の位置固定パンチが進出し、位置ずれを発生させたくない箇所で繊維織物積層体を緊締し、その後、最終的に、発泡材料から成る立体賦形型が繊維織物積層体を凹部内に押圧する。発泡材料成形部材から成る成形先端部は、成形シェルの側方の壁に対して繊維織物積層体が緊締されるのではなく、自由に可動であり、側方から任意に滑りながら引き込まれるように提供されている。立体賦形型が頂部に衝突した後、押付け圧が形成され、十分に硬質であるものの、フレキシブルなプラスチックが変形させられる。これによって、このプラスチックが側方に逃げ出し、ひいては、スクリムあるいは繊維織物積層体を壁区分または同等の三次元輪郭に向かってプレスする。この最終状態において、バインダをすでに温度作用によって活性化することができ、繊維織物積層体を成形シェル内でセットすることができる。回動またはセットのあと、立体賦形型が再び引き戻される。場合により、繊維の位置ずれを回避するために、引戻し前に発泡材料が、負圧または真空を加えることによって再び収縮させられてよい。当然ながら、このことは、閉じられた発泡材料平面を条件として行われる。成形シェル内への埋込みの間の繊維織物積層体の遊動特性を一層改善するためには、成形シェルの面の設定された箇所に、有利には凹部、摩擦手段または、たとえば単に発泡材料だけが配置されていることも可能である。これに繊維織物積層体が接触させられると、この繊維織物積層体がそこで引っ掛かり、遊動特性または滑り特性が減少させられるかまたは除去される。対応する位置固定パンチまたは立体賦形型の圧力を介して、成形加工を正確に制御することができる。

構成部材の複雑さに応じて、上述した基本コンセプトにより、個々に制御可能な立体賦形型および／または位置固定パンチを用いて個々の立体賦形ステップを段階的に実施することができる。

シートまたは繊維から成る中間ベルトによって、立体賦形型と繊維織物積層体との間に生じる相対運動を繊維織物積層体から取り除くことができ、これによって、望ましくない繊維の位置ずれを回避することができる。このためには、中間ベルトが、たとえばテンション装置によって目的に応じて緊張・弛緩される。たとえば立体賦形型の引戻し時には、応力を減少させることができるかまたは取り除くことができ、これによって、変向箇所における押付け力が回避される。さらに、成形先端部は発泡材料成形体として負圧もしくは真空または逆に圧縮空気によって形状可変に形成されていてよい。

すなわち、制御可能性に関して以下の利点が得られる。成形加工輪郭あるいは成形シェルに合わせて、立体賦形型または位置固定パンチを有利なかつ任意の順序で制御し、これによって、（縁範囲に対して）内部から外部に向かって繊維織物積層体に立体賦形して、歪みを回避することができる。このためには、現代のシミュレーションプログラムによって、三次元の輪郭への二次元層の最適なシフトまたは成形加工を可能にする適宜なモードを発見することができる。このために、有利には、載置台が立体賦形型を行列の形で備えている。この行列は選択的に立体賦形型または位置固定パンチとして作用することができる。成形シェルの凹部との端面側での接触後に初めて外向きに変形させられて、繊維織物積層体を凹部壁に適合させる、有利には輪郭に対して不足寸法を有する、立体賦形型に設けられた成形先端部としてのフレキシブルな発泡材料成形部材に関連して、ほぼあらゆる三次元輪郭を獲得することが可能となる。

また、繊維織物積層体の補強のために、この繊維織物積層体を、加工すべきシーム（縫い目）によって少なくとも部分的にセットする、つまり、安定させることも可能である。このことは、特に個別層、積層体および／または繊維織物積層体それ自体が、プリフォームの外側輪郭および／または内側輪郭に相応に形成され、次いで、裁断される場合に有利である。

セットのためには、積上げの間、繊維織物積層体の少なくとも２つの層の間に少なくとも部分的に、硬化可能な結合剤が供給されることも必要となる。これに相応して、繊維織物積層体は少なくとも２つの層から成っていて、積み上げられる。有利には、少なくとも１つの層がロールから切り離される。

成形加工時により良好な結果を得るためには、中間ベルトとして、有利には易滑性の、つまり、滑りやすいプラスチックベルトまたは、有利には易滑性の繊維布を使用することも有利である。

選択的な中間ベルトは、繊維織物積層体と成形シェルおよび／または立体賦形装置との間に配置することができる。

成形シェルは、有利には、繊維織物積層体内に熱空気および／または冷空気を導入するための手段を有している。この手段は、たとえば繊維織物積層体を加熱しかつ／または冷却するための少なくとも１つのペルチェ素子から成っていてもよい。

有利には、本発明に係る方法では、接触面を増加させることによって、繊維織物積層体を少なくとも部分的に成形シェルの輪郭により多く押し付けることができる。このことは、繊維織物積層体に対して穏やかに、そして、起こり得るトレーシング効果のもとで実施される。主として、第１の接触面から第２の接触面への拡張時には、成形先端部を、接触面において付与された成形シェル輪郭に適合させることができる。有利には、繊維織物積層体の側の横断面が立体賦形装置の側の横断面よりも大きく形成された成形先端部が使用される。特に有利には、成形先端部が、流体により可変なダイヤフラムとして形成される。択一的には、場合により、累加的にも、調和して、発泡材料と、この発泡材料に比べて硬質の材料とから成る成形先端部が使用されてよい。

接触面とは、本発明において、以下の関係を意味している。第１の接触面は、成形先端部が繊維織物積層体に接触した場合に形成される。第２の接触面は、繊維織物積層体が成形先端部によって成形シェルの方向に押し進められる場合に形成される。この場合、接触面は、必要とあれば、移動の間に増加させられてもよいし、不変であってもよい。成形先端部と、成形シェルおよび介在する繊維織物積層体との接触後、作動要素によって押付け圧をより強めると、その結果、成形先端部が変形させられる。こうして、成形先端部の変形によってのみ形成され、変形段階に進む前の第２の接触面以上でなければならない第３の接触面が形成される。

成形先端部は、主として、成形すべき構成部材輪郭の形状をとっていることが望ましい。この場合、成形先端部の未変形の形状は、成形シェルの方向への進入時に繊維織物積層体が成形先端部の側面と成形シェルとの間で緊締されないように、少なくとも（外側の端部から立体賦形装置の方向への）側面に、より小さな横断面を備えて形成されている。成形先端部は、成形シェルに対応する面に、成形シェルそれ自体よりも小さな曲率半径を有していることが望ましい。押付け圧の増加時には、成形先端部が、弾性変形および可逆変形によって部分的にまたはほぼ完全に成形シェルに当て付けられ、繊維織物積層体を挟み込む。成形先端部は、膨張可能なダイヤフラムとして形成されていてもよいし、その弾性変形可能に関して別の流体で調整可能であってもよい。また、これによって、押付け圧および／または繊維織物積層体への温度供給さえ調整することもできる。最終的には、成形先端部は部分的にしか発泡材料から形成されていなくてもよく、残りの範囲は、発泡材料に比べて硬質の材料から製造されていてよい。

また、第１の立体賦形型をセットした後、固定点から順番に外側輪郭または内側輪郭の方向に引き続き進出する立体賦形型が使用されることも有利である。

有利には、立体賦形型を移動させるためのアクチュエータを、圧力制御可能なまたはストローク制御可能な直動駆動装置（ピストンシリンダユニットまたはスピンドル駆動装置）として形成することができる。

本発明の対象の別の有利な手段および態様は、個々にまたは互いに組み合わせて使用可能である従属請求項ならびに図面を伴う以下の説明から明らかである。以下の説明は、じかに個々の態様の解決手段と考えられるものではなく、一部、一般的な示唆および課題の解決手段も含んでいる。

載置台を備えた立体賦形装置と、これに対応する成形シェルとから成る、プリフォームを製造するための装置を受取り位置で示す図であり、繊維織物積層体が、すでに完成した状態に形成されていて、成形加工のために、載置台に用意されている。 図１に示した立体賦形装置の立体賦形型によって繊維織物積層体を成形加工した状態を示す図である。 フレームを中心として受取り位置から硬化位置および／または引渡し位置に（所定の旋回角αだけ）装置全体（成形シェルを含めた立体賦形装置）を旋回させた状態を示す図である。 新たな繊維織物積層体を受け取るために、立体賦形装置を（所定の旋回角αだけ）受取り位置に旋回により戻した状態を示す図であり、産業ロボットが、プリフォームを成形シェルから受け取りかつプリフォームをスタックまたは成形プレスに引き渡すために提供されている。 立体賦形装置あるいは成形シェルを中心として所定の回動角を有する別の実施の形態を示す図である。 例示的な立体賦形型を備えた載置台の平面図である。 ２つの立体賦形型の間の付加的な位置固定パンチと、ほぼ平らな基本形状におけるまだ当初の繊維織物積層体とを備えた立体賦形装置の載置台の概略的な拡大断面図である。 立体賦形型が進出して、成形先端部が成形シェルの最深の範囲に係合している図７に示した立体賦形装置を示す図である。 立体賦形型が進出して、立体賦形先端部が変形させられて、成形シェルの凹部内で立体賦形先端部の側方でも押付け圧が加えられている、図８に示した立体賦形装置を示す図である。 流体によりサイズ可変の立体賦形先端部を備えた別の実施の形態に係る立体賦形装置を示す図である。 成形シェル内への繊維織物積層体の押込みの間に繊維織物積層体を凹部の中心に位置固定するための、成形シェルの凹部に対応したフレキシブルな対向支承部材と、立体賦形型とを一層拡大して示す図である。 図１１に示した成形シェル内への繊維織物積層体の押込み後の例示的な結果を示す図である。 成形シェルに適合された成形先端部を備えた複数の立体賦形型の最初の制御の例を示す図である。 成形シェルに適合された成形先端部を備えた複数の立体賦形型の次ぎの制御の例を示す図である。 成形シェルに適合された成形先端部を備えた複数の立体賦形型の最後の制御の例を示す図である。

図面には、本発明に係る方法を実施するためにも適しているが、固有に形成され、運転されてもよい装置が示してある。図面では、同じ構成要素または対応する構成要素に同一の符号が付してある。

図１によれば、プリフォーム６を製造するための例示した装置１は、載置台４を備えた立体賦形装置２と、これに対応する成形シェル５とから成っている。本実施の形態では、繊維織物積層体３が、すでに完成した状態に形成されていて、成形加工のために、載置台４に用意されている。複数の立体賦形型８は、繊維織物積層体３が重さＮに基づき静止して位置している載置台４の内部にあるいは下方に進入した状態で図示してある。特に有利な変化態様では、繊維織物積層体３と載置台４との間に中間ベルト７が位置している。この中間ベルト７は、この実施の形態では、立体賦形型８の間を結ぶ、繊維織物積層体３の成形加工のための力供給エレメントとして働く役割を有していて、この理由から、有利には、テンション装置９を介して緊張させることもでき、たとえば変向ローラ１３を介して案内されている。立体賦形装置２に設けられた立体賦形型８は、通常、直動推進器、本実施の形態ではピストンシリンダユニット１５を有している。このピストンシリンダユニット１５によって、成形シェル５の輪郭あるいはプリフォーム６の輪郭に相応に適合された立体賦形型８の端部を成形シェル５の方向にまたは成形シェル５から離れる方向に運動させることが可能となる。立体賦形型８は繊維織物積層体３の側にフレキシブルな押圧エレメント、たとえば発泡材料を有していてよい。この押圧エレメントの輪郭は、有利には部分的に成形シェル５に適合されているかもしくは成形シェル５の、立体賦形することが必要となる範囲に適合されている。のちの図面に示した形態では、押圧エレメントが、ピストンシリンダユニット１５による押圧に際して成形シェル５への当付け時にその形状を変化させる特殊な形状を有している。立体賦形装置２は、有利には、床に不動に結合されたフレーム１０に旋回軸１２を介して可動に配置されている。成形シェル５も保持部材１１を介して旋回軸１２に結合されており、これによって、成形シェル５と立体賦形装置２とが旋回軸１２を中心として同期的に旋回可能に配置されている。

いま、繊維織物積層体３が載置台４に配置されていて、成形シェル５が位置保持されていると、立体賦形型８がピストンシリンダユニット１５によって、有利には重さＮに逆らって、つまり、重さＮの作用方向と逆方向に載置台４から進出し、繊維織物積層体３を成形シェル５内に押圧する（図２参照）。このとき、選択的な中間ベルト７は、個々の立体賦形型８の間に場合により存在する間隔を橋渡ししていて、最小の繊維織物積層体部分を保持するためにも働く。同時に中間ベルト７は清浄化問題に基づき有利である。また、中間ベルト７は、繊維織物積層体３を装置１の外内にあるいは立体賦形装置２に搬送するためのコンベヤベルトとして使用されてもよい。

繊維織物積層体３が実質的に成形加工されていて、成形シェル５内に押し込まれていると、図３により、フレーム１０あるいは旋回軸１２を中心として受取り位置から硬化位置および／または引渡し位置に所定の旋回角αだけ装置１全体（成形シェル５を含めた立体賦形装置２）の旋回が実施される。有利には、繊維織物積層体３は相変わらず成形シェル５内に立体賦形装置２によって位置固定されている。これによって、旋回動作の間、既存のバインダの硬化を部分的にまたは完全に実施することができる。択一的には、繊維織物積層体３が整然と立体賦形されて、重さＮによって自動的に位置保持される位置に成形シェル５が到達した後、立体賦形装置２が、すでに再び受取り位置の方向に旋回により戻り始めることも可能である。その後、占められた成形シェル５内に進入する外部の加熱装置または溶着装置あるいは縫合装置によって硬化が実施されてもよい（図示せず）。また、単に成形シェル５内での部分的な硬化も可能である。

先行した方法ステップを実施する目的で新たな繊維織物積層体３を受け取るために、立体賦形装置２の、たとえば載置台４だけを所定の旋回角αだけ図４に示した受取り位置に旋回により戻すことによって、プリフォーム６が露出され、これによって、このプリフォーム６を成形シェル５から受け取るために、産業ロボット１４が接近することができる。この産業ロボット１４は、プリフォーム６をスタックまたは成形プレスに引き渡すために提供されている（図示せず）。

図５には、別の実施の形態が前後の比較で示してある。図５では、所定の回動角αで回動が実施され、これによって、成形シェル５を用いた立体賦形後（図５左側参照）、上方から成形シェル５が１８０°だけ回動させられていて、いまや、載置台４の下方に位置している。この実施の形態では、繊維織物積層体３が重さＮによって単独で位置することになるまで、回動の間、立体賦形型８が進出したまま繊維織物積層体３を成形シェル５内に位置固定した状態に保持している（図５右側参照）。このことは、スペース需要または設備技術的な要求に応じて可能な変化形態を成すことができる。また、１つの立体賦形装置２に対して１つの成形シェル５が使用されるだけでなく、同時に支承シェルまたは搬送シェルとして働く複数の成形シェル５が使用されることも可能である。１８０°だけの旋回または回動が有利な解決手段を成していることが判った。ただし、より少ない旋回角αを条件とした使用形態があってもよい。強調しておくと、当然ながら、旋回後、重さＮは繊維織物積層体３をもはや立体賦形装置２もしくは立体賦形装置２の載置台４に向かって押圧せず、成形シェル５内に押圧している。

このように、図１〜図５において考えられている形態が最も単純であって、最も複雑でないとしても、たとえば生産速度がより高い場合には、複数の成形シェル５を使用することが必要となってもよい。これらの成形シェル５は、部分的なまたは完全な硬化のために、繊維織物積層体３の収容と交換される。成形シェル５は、硬化を完了させるために別個の硬化装置内に走行する個々に運動可能な支持シェルとして設けられていてもよいし、また、ＲＴＭ法を実施するための成形プレス内に引き渡すまでの支持体として使用されてもよい。セット、つまり、安定化は、成形シェル５の加熱、場合によっては、成形シェル５の冷却によって行うことができるだけでなく、繊維織物積層体３の別の慣用の加熱または臨界的なあるいは特に敏感な箇所での繊維織物積層体３の仮留めも可能である。中間ベルト７が省略される場合には、有利には、繊維織物積層体３の（１つの織物または１つのスクリムの）、載置台４に隣接する層が、ほぼ面状に連続して形成されることが提案されている。繊維織物積層体３の少なくとも２つの層の間には、積上げの間にまたは積上げ前に、硬化可能な結合剤が少なくとも部分的に供給されてよい。

立体賦形に関してさらに説明しておくと、複数の立体賦形型８の場合には、これらの立体賦形型８を、設定された順序で載置台４から進出させ、これによって、繊維織物積層体３の引裂きまたは過度に強い歪みを回避することができる。また、これによって、不要な皺（しわ）またはこれに類するものを回避することもできる。

図６には、考えられる変化形態における立体賦形型８と、破線で示した選択的な中間ベルト７とを含めた載置台４の平面図が示してある。

図７には、場合により行われる立体賦形装置２の回動に関係なく、成形シェル５内での繊維織物積層体３の成形加工を改善するための可能性が示してある。このことは、有利には、下方から上方に（重さＮに逆らって）実施されてもよいし、上方から下方に（重さＮによって）実施されてもよい。後者の場合には、立体賦形を実施するために、繊維織物積層体３が成形シェル５の凹部内にあるいは輪郭内にコントロールされずに滑り込まないように、選択的な中間ベルト７が極めて推奨される。以下の図７〜図１５に示した実施の形態では、選択的な中間ベルト７の図示は省略してある。すでに記載したように、立体賦形プロセスの間には、有利にはカーボンを含んだ繊維スクリム積層体３が三次元輪郭にもたらされるようになっている。その際には、繊維織物積層体３に対して許容できないほどの張力が達成されないことが望ましい。なぜならば、さもないと、組織（繊維配向および規則性）が歪められる恐れがあるからである。さらに、皺形成が阻止されることが望ましい。したがって、成形シェル５内での繊維織物積層体３の立体賦形時には、この繊維織物積層体３の一部をほぼ引張応力なしに引き寄せることができることが重要となる。

有利には、この場合、たとえば載置台４に最も近い平面に位置していてよい１つの固定点が起点とされるかまたは、逆に、まず、成形シェル５の一方のより深い輪郭が始点とされてよい。このことは、場合により、繊維織物積層体３における最大のトレーシング効果で引き起こされる。繊維織物積層体３が、図７に示したように、一箇所、図７では位置固定パンチ１７の中心で位置固定されている場合には、設定された順序で、有利には隣り合った立体賦形型８が追動する。この立体賦形型８は成形先端部１６を有していてよい。この成形先端部１６はフレキシブルな特性を有していて、有利には、発泡材料成形部分から成っている。

図８によれば、いま、立体賦形型８が成形先端部１６で繊維織物積層体３の一部を成形シェル５の凹部内に押圧する。成形先端部１６は、有利には発泡材料成形部分として、繊維織物積層体３が輪郭内への進入の間に成形シェル５の側方の壁に緊締されるのではなく、自由に滑動することができるように形成されている。これによって、繊維織物積層体３の一部が左右で（場合により付加的に図平面の手前側および背後側でも）輪郭内に引き込まれる。繊維織物積層体３の引き込まれた範囲は載置台４の縁部に認めることができ、その長さを符号Ｅで示してあり、その引込み方向を矢印で示してある。

図９には、立体賦形型８のフレキシブルな成形先端部１６の利点が示してある。立体賦形型８が成形シェル５の輪郭の頂部に衝突すると、ピストンシリンダユニット１５を介して押付け力が形成され、成形先端部１６が変形させられる。これによって、この成形先端部１６が側方に逃げ出し、ひいては、繊維織物積層体３を成形シェル５の壁区分またはその他の三次元輪郭に向かってプレスする。いま、この最終状態において、繊維織物積層体３が保持され、たとえばバインダが活性化される。規定された構成部材の場合には、これにより形成されたプリフォーム６を簡単に離型し、成形シェル５を上方に引き離し、プリフォーム６を立体賦形装置２から取り出せば十分である。このためには、位置固定パンチ１７が持上げ装置またはエジェクタとして働くこともできる。立体賦形装置２の回転は、たとえば成形シェル５なしで行われてもよく、プリフォーム６の「投出し」として利用することができる。

この工程は図１０に部分的に示してある。拡張された有利な実施の形態では、成形先端部１８が特別な品質を有している。この成形先端部１８は、成形シェル５の輪郭からの進出時に、成形加工された繊維織物積層体３に損傷を与えないようにするために、たとえば負圧を加えることによって収縮させることができる。この可能性に基づき、アンダカットに合わせて繊維スクリム３を成形することも可能である。ただし、この目的のためには、成形シェル５が相応に複数分割式に形成されていなければならない。

図１１および図１２には、成形シェル５を用いた成形加工時の付加的な択一形態が示してある。この択一形態では、成形シェル５の凹部内に対向支承部材１９として発泡材料が埋め込まれる。このことは、凹部内に固定点を位置させたい場合に有利である。これによって、成形先端部１６の進入時にすでに対向圧が発生させられる。この対向圧によって、繊維織物積層体３がこの箇所でコントロールされずに変位させられることが阻止される。対向支承部材１９は、いわば、成形シェル５の可撓性のエレメントと見なされる。この択一形態でも、最初に接触させられる繊維織物積層体３の箇所での位置固定によって、この繊維織物積層体３が強制されて成形シェル５の輪郭または輪郭の一部範囲に引き寄せられる状況が生じる。なぜならば、この択一形態でも、成形シェル５の輪郭縁部が、立体賦形型８の進出工程の終了頃に初めて成形先端部１６に接触させられるからである。対向支承部材１９’は、（成形シェル５内への立体賦形型８の進入時の）弛緩された形状では、進入の間に繊維織物積層体３を位置固定するための十分な対向圧を加えることができるが、遅くとも進入の終了時には、過度に多くの圧力が繊維織物積層体３に加えられず、これによって、この繊維織物積層体３に損傷が与えられないように設計される。

構成部材（成形シェル５、プリフォーム６、繊維複合材料３）の複雑さに応じて、上述した基本コンセプトにより、個々に制御可能な立体賦形型８を用いて個々の立体賦形ステップを段階的に実施することができる。中間ベルト７（シートおよび／または繊維）によって、立体賦形型８と繊維織物積層体３との間に生じる相対運動を繊維織物積層体３から取り除くことができ、これによって、この繊維織物積層体３の内部の亀裂または変位を回避することができる。中間ベルト７はテンション装置９によって目的に合わせて緊張・弛緩させることができる。たとえば立体賦形型８の引戻し時に電圧を遮断し、これによって、変向箇所における押付け力を回避することができる。

図１３〜図１５には、再度、特に立体賦形型８を別々に順次に作動させることによる繊維織物積層体３の有利な成形加工の例示的な経過が示してある。図１３によれば、中間の位置固定パンチ１７が進出しかつ繊維織物積層体３を成形シェル５に押し付けることにより、中間で繊維織物積層体３が位置固定される。しかし、このことは、たとえば、輪郭に設けられた凹部で実施されてもよい。次いで、図１４において、左側の立体賦形型８が成形シェル５の輪郭内に進入し、これによって、繊維織物積層体３が左側の輪郭内に押圧される。成形先端部１６の非対称の構成によって、成形先端部１６（左側の型、右側）と成形シェル５との間に接触が生じるまで、繊維織物積層体３が左方から右方に引き寄せられるようになっている。次いで、同じことが右側の立体賦形型８によって実施され（図１５参照）、最終的には、作動要素により圧力が強くなり、これによって、成形先端部１６が変形させられ、繊維織物積層体３を縁部でも成形シェル５に押し付けるようになっている。したがって、成形加工の終了後、成形シェル５の輪郭が可能な限り十分に、また、必要な程度に十分に転写されている。

図１３以降には、繊維織物積層体３を立体賦形しかつ歪みを回避するために、立体賦形型８が有利な順序で内部から外部に向かって制御されることが示してある。立体賦形型８としての発泡材料成形部材の使用と、成形シェル５に対する端面側での接触後に初めて外方に変形させられて、繊維織物積層体３を適合させる、不足寸法を有する成形先端部１６としての発泡材料成形部材の使用とは、有利な形式で適用することができる。

１ 装置
２ 立体賦形装置
３ 繊維織物積層体
４ 載置台
５ 成形シェル
６ プリフォーム
７ 中間ベルト
８ 立体賦形型
９ テンション装置
１０ フレーム
１１ 保持部材
１２ 旋回軸
１３ 変向ローラ
１４ 産業ロボット
１５ ピストンシリンダユニット
１６ 成形先端部
１７ 位置固定パンチ
１８ 排気可能な成形先端部
１９ 成形シェル内の対向支承部材
α 旋回角
Ｎ 重さ
Ｅ 繊維織物積層体の引込み量
Ｅ’ 繊維織物積層体の総引込み量

Claims (18)

1. 繊維織物積層体（３）のための載置台（４）を備えた立体賦形装置（２）と、該立体賦形装置（２）によって繊維織物積層体（３）から三次元のプリフォーム（６）を形成するための成形シェル（５）とを少なくとも有する装置（１）によって実施される、繊維強化された成形部材の製造中に三次元のプリフォームを製造するための方法において、
   繊維織物積層体（３）を、受取り位置にある立体賦形装置（２）の載置台（４）に配置して、重さ（Ｎ）に基づき載置台（４）にとどめ、
   成形シェル（５）を受取り位置に移動させて、繊維織物積層体（３）が載置台（４）と成形シェル（５）との間に位置するようにし、
   次いで、少なくとも１つの立体賦形型（８）を載置台（４）からほぼ重さ（Ｎ）に逆らって進出させて、繊維織物積層体（３）を少なくとも部分的に成形シェル（５）内に押し込み、
   該成形シェル（５）内への押込み後、立体賦形装置（２）を成形シェル（５）と一緒に所定の旋回角（α）だけ旋回させて、繊維織物積層体（３）を重さ（Ｎ）に基づき成形シェル（５）内にとどめ、
   次いで、後続の繊維織物積層体（３）を受け取るために、立体賦形装置（２）を再び受取り位置に旋回させ、
   少なくとも部分的に硬化したプリフォーム（６）を取り出すかまたは引き渡した後、立体賦形装置（２）の前記成形シェル（５）または別の成形シェル（５）を受取り位置に旋回させることを特徴とする、繊維強化された成形部材の製造中に三次元のプリフォームを製造するための方法。
2. 成形シェル（５）内で繊維織物積層体（３）を補強するために、繊維織物積層体（３）に含まれたバインダを成形シェル（５）内で少なくとも部分的に硬化させ、かつ／または繊維織物積層体（３）を、加工すべきシームによってセットする、請求項１記載の方法。
3. バインダの硬化のために、成形シェル（５）および／または繊維織物積層体（３）それ自体を加熱する、請求項２記載の方法。
4. 成形シェル（５）および／または繊維織物積層体（３）を、熱可塑性のバインダの使用時には、溶融のために加熱し、次いで、冷却する、請求項２記載の方法。
5. 加熱または冷却のために、繊維織物積層体（３）を通して熱空気または冷空気を案内する、請求項４記載の方法。
6. 立体賦形装置（２）を成形シェル（５）と一緒に１８０°だけ旋回させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 繊維織物積層体（３）の、載置台（４）に隣接する層を、該載置台（４）でほぼ面状に製造する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 個々の層から成る繊維織物積層体（３）を立体賦形装置（２）の載置台（４）に積み上げる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 個々の層および／または繊維織物積層体（３）それ自体をプリフォーム（６）の外側輪郭および／または内側輪郭に相応に裁断する、請求項８記載の方法。
10. 積上げの間、繊維織物積層体（３）の少なくとも２つの層の間に少なくとも部分的に、硬化可能な結合剤を供給する、請求項８または９記載の方法。
11. 繊維織物積層体（３）と載置台（４）との間に中間ベルト（７）を配置する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 中間ベルト（７）にテンション装置（９）によって予荷重を加える、請求項１１記載の方法。
13. 中間ベルト（７）として、易滑性のプラスチックベルトまたは易滑性の繊維布を使用する、請求項１１または１２記載の方法。
14. 複数の立体賦形型（８）の場合、該立体賦形型（８）を載置台（４）から、設定された順序で進出させる、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 少なくとも２つの層から成る繊維織物積層体（３）を積み上げる、請求項８から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 繊維織物積層体（３）の少なくとも１つの層をロールから繰り出す、請求項７から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. １つの立体賦形装置（２）に対して少なくとも２つの成形シェル（５）を使用する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 成形シェル（５）をプリフォーム（６）のための支承シェルおよび／または搬送シェルとして使用する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。

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