WO2018042006A1 - Verfahren und drapiervorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen vorformlings - Google Patents

Verfahren und drapiervorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen vorformlings Download PDF

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WO2018042006A1
WO2018042006A1 PCT/EP2017/071995 EP2017071995W WO2018042006A1 WO 2018042006 A1 WO2018042006 A1 WO 2018042006A1 EP 2017071995 W EP2017071995 W EP 2017071995W WO 2018042006 A1 WO2018042006 A1 WO 2018042006A1
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WO
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draping
stack
drapierstempel
die
compression
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Application number
PCT/EP2017/071995
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Fürst
Steffen Märtiens
Original Assignee
Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of three-dimensional
  • Fiber composite components called, in particular industrial use of the RTM process, resin transfer molding process, common practice. The whole
  • Manufacturing process to a usable plastic component consists of several subsequent individual processes. In a first
  • Process step near-net shape preforms / semi-finished fiber products are produced, which already have substantially the outer shape of the later plastic component.
  • preform process production of a preform
  • these preform process are usually several layers of fiber fabric or fiber fabric, usually in two-dimensional form, stacked or possibly joined (sewing, welding, gluing), so that the stack of fiber fabrics and / or fiber layers in Substantially already has the necessary outer contours and sometimes also already special layers or layer thicknesses or local peculiarities (WO 2012/156524 A1).
  • a binder is introduced into the parting planes of the layers, which after achieving a reshaped three-dimensional shape and its activation and curing leads to a fixation of the layers to each other and the corresponding 3D contour (WO 2012/156523 A1).
  • the tissue stacks become one
  • Conversion tool transferred and usually under (relatively low) pressure by closing the forming tool as far as the contour of the subsequent molding approximated and hardened by activating the binder (heating and cooling), so that the semi-finished fiber in a tool of a press to perform the
  • the semi-finished fiber is still re-cut or punched at predetermined locations in order to achieve an even more precise contour of the semifinished fiber product (preform) over the later plastic component.
  • the mold halves are closed and injected the necessary resin into the cavity of the tool, wherein the resin impregnates the fiber structure of the semifinished fiber, which includes fibers and binds firmly into the resin matrix.
  • the fiber-reinforced plastic component can be removed from the mold.
  • Fiber webs and / or fiber webs are also known in the following process steps: fiber webs or webs are unwound from a roll and made into a stack of several different webs or layers, shapes and sizes as needed. It may be necessary to edit or cut the outer and possibly inner contour according to a pattern of the preform or the plastic molding. The pattern is generated from a development of the preform, or the final component.
  • the created, essentially flat stack or fiber stack is then draped by means of a draping device, respectively converted into a three-dimensional preform (WO 2012/062824 A1, WO 2012/062825 A1, WO 2012/062828 A1).
  • Draping device and a mold shell is placed or formed there,
  • Drapierwerkmaschine is extended from the Drapiervorraum and at least partially introduces the stack of fiber fabrics and / or fiber pads in the shell mold until the stack by means of this Drapierwerkmaschinees to the
  • Drape device in the direction of the shell mold to drape the fiber stack in the predetermined by the shell mold 3D shape.
  • Drape stamps are extended for this purpose in a defined time sequence and close with the lower tool or the die to a distance which is determined by the maximum possible compaction of the transformed fiber layers.
  • 3-dimensional preform comprising a plurality of
  • Draping punches and a die which images the shape of the preform to be made the draping punches being arranged to cooperate with the die, a stack of height H of fibrous webs and / or
  • Fiber layer which is placed in an opening position of the draping device on the die, drape by means of the Drapierstempel on the die and to compress to a predetermined final thickness D, the drapery stamps are actuated by actuators, and wherein a control device is provided which the
  • Actuators for actuating the Drapierstempel drives The control device is set up in such a way that the actuation of the actuators for actuating the draping punches is carried out in such a way that during draping through at least a first
  • Draping stamp at least a second drapery stamp in a leading position, which is different from the opening position, is positioned and held at a distance A from the die, and that in the guiding position the second
  • the distance A is always seen as the distance between a draping die and the die of the draping device. He can therefore also as
  • the height H indicates the height of the stack
  • Fiber webs and / or fiber webs which is processed in the draping to a preform.
  • the stack may have different heights H, depending on the number of individual layers or local reinforcements in individual areas.
  • H the height of individual layers or local reinforcements in individual areas.
  • the drapery itself can itself continue to form a gap S between the stack and the Drapierstkovn. However, under the formation of a gap S, it does not fall that the draping device is in an opening position for inserting the stack. Also one
  • Vorsch subposition which can be taken before the actual Drapier remedies of the individual Drapierstempeln, does not fall under the meaning of the gap S, which forms only during the draping process. Touched
  • the stack is compressed by a compression K or compacted.
  • the compression K depends on the force exerted on the stack.
  • the stack can only be compressed to a final thickness D, which also corresponds to the final thickness D of the preform.
  • the compression K can only move in a thickness range which is formed between the final thickness D and the height H of the stack. Because the stack can be designed with different heights, different gaps S and / or different compressions K can also be formed during the draping process.
  • the stack it would also be possible for the stack to have a gap S to a draping die, whereas for another, or, if in the effective range of the aforementioned draping die, the stack already has a different height H, a compression K on the same die already exists Pile interacts.
  • the stack In the leadership position, the
  • Draping device has arched. But even at different heights H within the stack areas with a higher height H in the leading position can be smoothed once and possibly slightly compressed.
  • the opening position is that position of the die and Drapierstkov the
  • Drapery device to understand in which the stack is placed and positioned in the draping device on the die.
  • the second Drapierstkov can serve as a guide that prevents material overhangs in the region of the second Drapierstkovs when the at least one first Drapierstkov is closed and transforms the stack in this area and thus due to the descent of fiber material in the area of the second drapery stamp.
  • the second draping die does not exert any force on the stack, so that the fiber material can flow freely and unhindered.
  • the distance A may be such that in the
  • leading position of the at least one second Drapierstempel the stack partially compressed and the compression K is less than 80%, preferably less than 50%, preferably less than 30% and more preferably less than 15% of the difference of height H and final thickness D of the stack.
  • the second Drapierstkov particular a compression can exert K or hold-down force on the stack, the most preferably less than 1 corresponds to a pressure of less than 5x10 4 Pa, preferably less than 2x10 4 Pa, 4 Pa x10.
  • the second draping die first drapes at least parts of the stack of fiber fabrics and / or fiber layers to the shape of the die, and then raises it again and places it in the guiding position. In this way it can be achieved that at least a part of the stack or the layers of fiber fabrics and / or fiber layers contained in this stack conform to the die or partially and contour-like on this form.
  • all or all of the draping punches are controlled by means of a position control and / or position control, and / or by means of a
  • control device of the draping device is set up so that the actuation of the actuators for actuating the draping punches continues to be so
  • the control device of the draping device is set up such that for at least one of the draping punches, with appropriate control of the associated actuator, the position of the at least one
  • Drapierstempels To control and / or regulate Drapierstempels, and / or a pressure exerted by the at least one Drapierstkov on the stack to control and / or is to regulate.
  • the first draping stamp is a draping stamp of a group of first draping dies, the draping dies of the group being the first Drapierstkov are individually and / or jointly operated, and / or the second Drapierstkov is a Drapierstkov a group of second Drapierstkov, the Drapierstkov the group of second Drapierstkov are individually and / or jointly operated.
  • the draping device as set forth above may preferably be configured to carry out a method of manufacturing a three-dimensional preform as described above.
  • Figure 1 is a schematic representation of an industrial plant for the production of fiber-reinforced molded parts with a prior production of three-dimensional preforms according to the prior art.
  • Fig. 1 is very highly schematic an industrial plant 1 to recognize, which ultimately serves to produce a fiber-reinforced molding 2 by means of a RTM process in a press 4 with an upper and lower mold 3.
  • the fiber-reinforced molded part 2 is produced from a preform 5, which is preformed in a three-dimensionally close-to-net shape and which has previously been produced in some schematically illustrated steps.
  • the starting base for the preform 5 is a fiber material, for example in the form of a layer
  • Fiber fabric fiber fabric or the like. This fiber material can be any fiber material.
  • a single layer of fiber fabric or fiber fabric or a fiber mat is then cut by means of a cutter 8 from the roll goods.
  • this layer of fiber fabric or fiber fabric is supplied via a suitable transport device, which is indicated in the illustration of FIG. 1 only by curved arrows, an indicated binder application device 9, in which binder is applied to the layer of fiber fabric or fiber fabric.
  • the binder application can be done, for example, by spraying,
  • the layers of fiber fabric or fiber fabric have after the cutting process in the cutting device. 7
  • Fiber fabric and / or Fasergelege be merged into a stack 1 1.
  • the stack 1 1 is preheated and the typically thermally activated binder is activated or so far liquefies that the stack 1 1 still has a high flexibility, but the processed in the stack 1 1 layers of fiber fabric and / or Fasergelege adhere to each other during cooling.
  • Preform 5 now comes to the draping device 13 shown in the next step.
  • the draping device 13 in this case has a die 14, which is arranged on a receptacle 17, for example a receiving table, and images the later form of the three-dimensionally preformed preform 5.
  • a receptacle 17 for example a receiving table
  • Drapierstempel 15a, 15b, 15c for draping and / or fixing which by means of actuators 19, which in turn are supported against a support 18 and held by this, can be positioned at a distance from the die 14, the stack 1 1 now is pressed into the shape of the die 14 and typically cools by the metallic material of the die 14, which is very good heat conducting and dissipates heat from the stack 1 1, from.
  • the binder hardens and there is the three-dimensionally preformed preform 5, which is already formed in its shape near net shape and the shape of the die 14 and the Drapierstempel 15a, 15b, 15c follows.
  • Drapierstempel 15a, 15b, 15c are used, which the
  • Drapierstempel 15a, 15b, 15c used, which serve for moving the fiber material, for example, in the recesses of the die 14.
  • the draping punches 15a, 15b, 15c have actuators 19 adapted to move the draping punches 15a, 15b, 15c toward or away from the die 14.
  • actuators 19 adapted to move the draping punches 15a, 15b, 15c toward or away from the die 14.
  • the Drapiergeometrie thus results during draping also a corresponding component of motion of the stack 1 1 in or parallel to the surface of the die 14th
  • the preform 5 is as far as dimensionally stable by the cured binder, that this, without losing its shape, at least further transported and
  • impressions of the stack 1 1 must be made in the recesses of the die 14. Only in this way can wrinkles or unnecessary stresses in the material of the stack 11 be avoided. However, this is a fundamental prerequisite for a good quality of the molded part 2 produced in the RTM process and, associated therewith, a good quality in the fiber-reinforced molded parts 2 produced in this way.
  • FIG. 2a shows a draping device 13 with three draping punches 15a, 15b and 15c.
  • Fig. 2a further shows a die 14, for example, on a
  • FIG. 2 a shows the first process step of the forming, wherein a stack 11 is formed from a plurality of layers of fiber fabrics and / or fiber layers and positioned in an opening position of the draping device 13 on the die 14.
  • the draping punches 15a, 15c which are arranged at the edge or laterally offset of the recess 16, are moved to a distance A, which in this case corresponds to the final thickness D of the stack 11 or corresponds to the resulting preform 5, wherein the fiber layers of the stack 11 are formed in this area to the die 14.
  • the Drapierstempel 15a, 15c in each case exert a corresponding pressure or a corresponding force the stack 11, which press the stack 11 at the appropriate locations on the die 14 and hold it down so.
  • a stack 11 of a height H is formed of plural layers of fiber fabrics and / or fibrous webs and positioned on the die 14 of a draping device 13 in an opening position of the draping device 13.
  • Draping punches 15a and 15c also referred to as second draping punches 15a, 15c
  • the extension does not take place completely, but the draping punches 15a and 15c are moved towards the die 14 in a guiding position, which is different from the opening position, so that a distance A results, which results from the Height H of the stack 11 and a gap S, which forms between the stack 11 and the Drapierstempel 15 a, 15 c results.
  • the distance A can be determined and specified such that in the guide position shown in FIG.
  • the draping punches 15a and 15c form a gap S between the drapery punches 15a and 15c and the uncompressed stack 11 of the height H.
  • the formation of a gap S to the stack 11 may be particularly advantageous in cases where it is desired that the material of the fiber webs and / or fiber webs of the stack 11 should flow freely and without tension during subsequent draping by means of the drape die 15b, for example in the event that large deformations are to take place and thus a strong reflow of fiber material of the stack 11 is required, but at the same time it is desired that the Drapierstempel 15 a and 15 c form a kind of guidance that should prevent it to wrinkles,
  • the gap S between the uncompressed stack 11 of height H and the drapery dies 15a, 15c is less than 2 mm, preferably less than 1, 5 mm, less than 1, 0 mm, less than 0, 7 mm and more preferably less than 0.4 mm.
  • the draping stamp 15b now closes and compresses the stack 11 in the local region in which the draping stamp 15b acts to an end thickness D.
  • Drapierstkovn 15a and 15c not exercised hold-down forces or the gap S to the stack 11, the Drapierstquel 15b here now be completely extended because the fiber material of the stack 11 can flow freely, and thus the
  • a fourth method step which is shown in FIG. 3 d, the draping stamps 15 a and 15 c previously placed in the guide position are now fully extended and moved to a distance A between the die 14 and draping punches 15 a, 15 c, which corresponds to the final thickness D, see also FIG that the stack 11 is brought into the desired near net shape with the corresponding final thickness D.
  • a further method step not shown
  • Drape punches 15a, 15b and 15c are retracted, and the preform 5, in the form of the formed by means of the first to fourth process step stack 11 with its final thickness D, can be removed.
  • the preform 5 is now as a exactly molded preform 5 or preform for further processing in
  • the optimum spacing A or optimum gap S may depend on the desired application, in particular on the material used for the fiber webs and / or fiber webs of the stack 11, the number, size and shape of the layers in the stack 11 and / or the number, type and / or extent of the transformations to be made. Furthermore, it may be possible that by local reinforcements of the stack 11, this has locally different heights H over its shape. It may therefore happen that in the guide position partially different gaps S between the stack 11 and the Drapierstempeln 15 a, 15 c are formed. The Drapierstkov 15a, 15b, 15c can be actuated and moved by actuators 19, which in turn are controlled by a control device.
  • the movement of the Drapierstempel 15a, 15b, 15c under a control or a regulation of the position of the Drapierstkov 15a, 15b, 15c takes place.
  • the distance A and the gap S can be specified directly, and the control device controls the actuators 19 so that the
  • Drapierstutz 15a, 15b, 15c directly approach the predetermined positions in this way.
  • actuators 19 for example, as
  • Hydraulic cylinders are executed, which can be acted upon with different pressures.
  • the controller may cause an actuator 19 for the drape die 15a or 15c to be pressurized to move the drape die 15a or 15c to the guide position and form a nip S, and may further cause the actuator 19 to act for the Drapierstempel 15a or 15c is applied to a second, higher pressure, which moves the Drapierstkov 15a or 15c in an end position in which the stack 1 1 is draped to the contour of the die 14 to its final thickness D.
  • the distance A or the gap S are not directly specified or do not serve as manipulated variables for the control of the actuators 19, but arise indirectly.
  • Drape dies 15a and 15c are moved to the guiding position as shown in Fig. 3b while at the same time the draping die 15b is partially closed, such as also in the guiding position.
  • Drapierstempel 15a and 15c it is also conceivable not to move the Drapierstempel 15a and 15c simultaneously, but successively or partially simultaneously, partially successively in the leadership position. It is also possible for different Drapierstkov 15a, 15c different distances A and / or different
  • a stack 11 of height H is formed of multiple layers of fibrous webs and / or fibrous webs and positioned on the die 14 of a draping device 13 in an opening position of the draping device 13.
  • the draping punches 15a and 15c also referred to as second draping punches 15a, 15c, are extended into a guiding position.
  • the stack 11 does not deviate to its final thickness D, but rather to a distance A from the die 14 and draping punches 15a, 15c, which deviates from the final thickness D by a compression K, where Distance A, however, may be at most equal to the height H of the stack 11, in which the Drapierstempel 15 a, 15 c just touch the stack 11 or no longer touch.
  • the distance A can be determined and specified such that in the guide position shown in FIG. 4b, the draping stamp 15a and 15c forms a distance A between the drapery stamps 15a and 15c and the stack 11, which distance is defined by the final thickness D.
  • the distance A of die 14 and Drapierstempeln 15a, 15c can be determined and specified so that in the guide position, the Drapierstkov 15a and 15c rest on the stack 11 and partially compress it, so that adjusts a corresponding compression or hold-down force , In other words, depending on the choice of compression K a correspondingly reduced
  • Hold-down force can be specified, the compression K is maximum when reaching the final thickness D of the stack 11 and with a decreasing compression K a reduced hold-down force on the stack 11 exerts up to a Compression of zero, when the distance A is dimensioned so that the Drapierst Zi 15 a, 15 c just touch the stack 11 or not and the stack 11 is formed with a height H.
  • the draping stamp 15b now closes and compresses the stack 11 in the local area in which the draping stamp 15b acts to its final thickness D.
  • Drapierstkovn 15a and 15c exerted compression K or the now low hold-down forces, the Drapierstquel 15b here now be completely extended, since the fiber material of the stack 11 out and can flow according to the compression K targeted, and thus accurately mold the component contour.
  • a fourth method step which is shown in FIG. 4d, the draping punches 15a and 15c previously placed in the guide position are now also fully extended and moved to a distance A between the die 14 and draping punches 15a, 15c, which corresponds to the final thickness D, see FIG that the stack 11 is brought into the desired near net shape with the corresponding final thickness D.
  • the draping punches 15a, 15b and 15c can be retracted and the preform 5, in the form of the stack 11 formed by the first to fourth method steps, with its final thickness D, can be removed.
  • the preform 5 is now as a precisely molded preform 5 or preform for further processing in
  • a sufficiently large hold-down force is applied to the sheets of fibrous webs and / or fibrous webs in the stack 11, in order to tension and retain them sufficiently, if with or with the first drapery stamps 15b a local draping and reshaping of the stack 11 takes place at a recess 16 or the like of the die 14, so that the follow-up of the fiber material can be controlled, and at the same time the hold-down force or the compression K is not too large, with the risk that occur with reference to the example of Figs. 2a to 2c disadvantages occur.
  • actuators 19 for example, as
  • Hydraulic cylinders are executed, which can be acted upon with different pressures.
  • the controller may cause an actuator 19 for the drape stamp 15a or 15c to be pressurized to move the drape stamp 15a or 15c to the guide position and to apply the desired compression K or hold-down force, and may continue to do so in that the actuator 19 for the draping die 15a or 15c is subjected to a second, higher pressure which moves the drapery die 15a or 15c to an end position in which the stack 11 is draped to the contour of the die 14 to its final thickness D.
  • the distance A or the compression K are not directly specified or do not serve as manipulated variables for the actuation of the actuators 19, but arise indirectly as a result of the partial
  • Drapierstempel 15 a and 15 c not simultaneously, but successively or partially simultaneously, partially successively in the
  • Drapierstempel 15a, 15c different compression K or specify different holddown forces. It is also conceivable to make these variables variable over time so that, for example, a desired time-varying profile of the compression K or the hold-down force can be predetermined in order to further optimize the process.
  • Fig. 3a to 3d and Fig. 4a to 4d is a sequential draping process, wherein the closing of the draping device 13, with the Drapierstkovn 15a, 15b, 15c, in several stages, in this example from the component interior (corresponding to the position of the Drapierstkovs 15b) to the component edge (corresponding to the positions of the Drapierstkov 15a, 15c ) he follows. In this way, a subsequent flow of fiber material of the stack 11 of the
  • the individual Drapierstkov 15a, 15b, 15c are extended for this purpose in a defined time sequence and close with the lower tool or the die 14 to a distance A, which is determined by the final thickness D of the stack 11 and the resulting preform 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings (5) mit einer Drapiervorrichtung (13) umfassend eine Matrize (14) und Drapierstempel (15a, 15b, 15c), wobei ein Stapel (11) einer Höhe H von Fasergeweben in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung platziert wird und auf eine Enddicke D komprimiert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass während des Drapierens durch einen ersten Drapierstempel ein zweiter Drapierstempel in einer Führungsposition in einem Abstand A zur Matrize positioniert wird, und dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel einen Spalt S zum Stapel aufweist, wobei Abstand A = Höhe H + Spalt S, mit Spalt S > 0; oder dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel den Stapel um eine Kompression K komprimiert, wobei Abstand A = Enddicke D + Kompression K, mit Kompression K > 0 und Kompression K < Höhe H - Enddicke D.

Description

Verfahren und Drapiervorrichtunq zur Herstellung
eines dreidimensionalen Vorformlinqs Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen
Vorformlingen im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 , sowie eine Drapiervorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings nach dem Oberbegriff des Anspruch 8. Im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, auch
Faserverbundbauteile genannt, ist insbesondere als industrielle Verwendung das RTM- Verfahren, Resin-Transfer-Moulding-Verfahren, gängige Praxis. Der gesamte
Herstellungsprozess bis zu einem verwendungsfähigen Kunststoffbauteil besteht aus mehreren nachfolgend ablaufenden Einzelprozessen. In einem ersten
Verfahrensschritt werden endkonturnahe Vorformlinge/Faserhalbzeuge hergestellt, die im Wesentlichen bereits die äußere Form des späteren Kunststoffbauteils aufweisen. In diesem Preform-Prozess (Herstellung eines Vorformlings) werden in der Regel mehrere Lagen Fasergewebe oder Fasergelege, üblicher weise in zweidimensionaler Form, gestapelt oder ggf. gefügt (Nähen, Verschweißen, Kleben), so dass der Stapel an Fasergeweben und/oder Fasergelegen im Wesentlichen bereits die notwendigen äußeren Konturen und teilweise auch bereits besondere Schichten oder Schichtdicken bzw. lokale Besonderheiten aufweist (WO 2012/156524 A1 ). Vorzugsweise wird ein Binder in die Trennebenen der Schichten eingebracht, der nach Erreichen einer umgeformten dreidimensionalen Form und seiner Aktivierung und Aushärtung zu einer Fixierung der Schichten zueinander und der entsprechenden 3D Kontur führt (WO 2012/156523 A1 ). Für den Preform- Prozess werden die Gewebestapel in ein
Umformwerkzeug überführt und meist unter (relativ geringem) Druck durch Schließen des Umformwerkzeuges soweit der Kontur des späteren Formteiles angenähert und durch Aktivierung des Binders (Aufheizen und Abkühlen) ausgehärtet, so dass das Faserhalbzeug endkonturnah in ein Werkzeug einer Presse zur Durchführung des
RTM-Verfahrens selbst eingelegt werden kann (WO 2010/103471 A2). Je nach Bedarf wird das Faserhalbzeug noch nachgeschnitten oder an vorgegebenen Stellen ausgestanzt, um eine noch präzisere Kontur des Faserhalbzeuges (Vorformlings) gegenüber dem späteren Kunststoffbauteil zu erreichen. Nach dem Einlegen des Faserhalbzeugs in das Werkzeug einer Presse, die vorzugsweise für das RTM- Verfahren geeignet ist, werden die Werkzeughälften geschlossen und das notwendige Harz in die Kavität des Werkzeuges injiziert, wobei das Harz die Faserstruktur des Faserhalbzeuges imprägniert, die Fasern einschließt und fest in die Harzmatrix einbindet. Nach dem Aushärten des Harzes kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil entformt werden.
Neben dem RTM-Verfahren selbst, legt bereits die Herstellung eines Faserhalbzeuges den Grundstein für den Erfolg bei der Herstellung eines Kunststoffbauteiles.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Herstellung eines Vorformlings bekannt, wobei zunächst eine manuelle oder automatisierte Herstellung eines möglichst ebenen Stapels an Fasergeweben und/oder Fasergelegen erfolgt, der anschließend in einer Presse aus seiner 2D-Form in eine 3D-Form überführt wird.
Für die 3D-Umformung von mehrlagigen zweidimensionalen Zuschnitten aus
Fasergeweben und/oder Fasergelegen sind auch die folgenden Verfahrensschritte bekannt: Es werden Fasergewebe oder -gelege von einer Rolle abgewickelt und je nach Bedarf aus mehreren verschiedenen Geweben oder Gelegen, Formen und Größen zu einem Stapel zusammengelegt. Dabei kann es notwendig sein, die Außen- und ggf. Innenkontur entsprechend einem Schnittmuster des Vorformlings respektive des Kunststoffformteils zu bearbeiten oder zuzuschneiden. Das Schnittmuster wird dabei aus einer Abwicklung des Vorformlings, oder des Endbauteils erzeugt.
Vorzugsweise wird dann der erstellte, im Wesentlichen ebene Stapel bzw. Faserstapel mittels einer Drapiervorrichtung drapiert, respektive in eine dreidimensionale Vorform umgeformt (WO 2012/062824 A1 , WO 2012/062825 A1 , WO 2012/062828 A1 ).
Weitere Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2010 043 663 A1 , DE 10 2010 043 665 A1 und
DE 10 2010 043 666 A1 bekannt, wobei ein Faserstapel zwischen einer
Drapiervorrichtung und einer Formschale platziert oder dort gebildet wird,
anschließend ein Drapierwerkzeug aus der Drapiervorrichtung ausgefahren wird und dabei den Stapel an Fasergeweben und/oder Fasergelegen zumindest teilweise in die Formschale einbringt bis der Stapel mittels dieses Drapierwerkzeuges an die
Formschale gedrückt und dort fixiert wird. Anschließend werden in vorgegebener Reihenfolge weitere Drapierwerkzeuge einzeln oder zusammen aus der
Drapiervorrichtung in Richtung der Formschale verfahren, um den Faserstapel in die durch die Formschale vorgegebene 3D Form zu drapieren.
Beim Drapieren von Halbzeuglagen aus Glas- oder Kohlenstofffasern in 2D- bzw. 3D- Bauteilkonturen liegt ein großer Fokus auf der kontrollier- und steuerbaren
Materialführung während des Umformprozesses. Einen wesentlichen Beitrag hierbei kann ein sequentieller Drapierprozess leisten, wie er beispielsweise in dem Dokument DE 10 2013 109 854 A1 beschrieben ist. Dabei wird das obere Formwerkzeug in einzelne Segmente (Drapierstempel) aufgeteilt und das Schließen des
Umformwerkzeugs erfolgt in mehreren Etappen. Der sequentielle Drapierprozess hat den Vorteil, dass ein Fasermaterial von den Randbereichen für die Abformung von Sicken, Vertiefungen, Verpragungen etc. nachfließen kann, so dass eine konturgetreue Umformung des Verstärkungsfasern erreicht werden kann. Die einzelnen
Drapierstempel werden hierfür in einer definierten zeitlichen Reihenfolge ausgefahren und schließen mit dem Unterwerkzeug bzw. der Matrize bis auf einen Abstand, der durch die maximal mögliche Kompaktierung der umgeformten Faserlagen bestimmt wird.
Um dieses Nachfließen besser zu unterstützen, wird in dem Dokument
DE 10 2013 109 854 A1 weiter vorgeschlagen, die Drapierstempel an ihrer dem Vorformling zugewandten Oberfläche mit jeweils unterschiedlichen
Oberflächenrauheiten oder Reibwerten auszubilden, um unterschiedliche
Abgleiteigenschaften des Fasermaterials zu erzielen. Mit diesem Verfahren lassen sich Vorformlinge hoher Qualität herstellen. Allerdings besteht der Nachteil, dass die Bestimmung, welche Oberflächenrauheiten geeignet sind, meist nur über entsprechende Versuchsreihen möglich ist, was erfordert, dass die jeweiligen Drapierstempel häufig bearbeitet oder ausgetauscht werden müssen, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt wird. Dies ist meist mit hohem zeitlichem, personellem und materiellem Aufwand verbunden, und verursacht daher entsprechend hohe Kosten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche auf einfache und kostengünstige Weise die
Herstellung von dreidimensionalen Vorformlingen mit hoher Qualität erlaubt.
Als eine Lösung wird ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen
Vorformlings im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen mit einer Drapiervorrichtung umfassend eine Matrize, welche die Form des herzustellenden Vorformlings abbildet, und Drapierstempel, wobei ein Stapel einer Höhe H von Fasergeweben und/oder Fasergelegen in einer Öffnungsposition der
Drapiervorrichtung auf einer Matrize platziert wird und anschließend mittels
Drapierstempeln auf die Matrize drapiert und auf eine vorgegebene Enddicke D komprimiert wird, wobei während des Drapierens durch zumindest einen ersten Drapierstempel zumindest ein zweiter Drapierstempel in einer Führungsposition, welche von der Öffnungsposition verschieden ist, in einem Abstand A zur Matrize positioniert und gehalten wird, und wobei in der Führungsposition der zweite
Drapierstempel zumindest teilweise einen Spalt S zum Stapel aufweist, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Höhe H + Spalt S, mit Spalt S > 0; und/oder wobei in der Führungsposition der zweite Drapierstempel den Stapel zumindest teilweise berührt und um eine Kompression K komprimiert, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Enddicke D + Kompression K, mit Kompression K > 0 und Kompression K < Höhe H - Enddicke D.
Als eine weitere Lösung wird eine Drapiervorrichtung zum Herstellen eines
dreidimensionalen Vorformlings angegeben, umfassend eine Mehrzahl von
Drapierstempeln und eine Matrize, welche die Form des herzustellenden Vorformlings abbildet, wobei die Drapierstempel so eingerichtet sind, um mit der Matrize so zusammenzuwirken, einen Stapel einer Höhe H von Fasergeweben und/oder
Fasergelegen, welcher in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung auf die Matrize platziert wird, mittels der Drapierstempel auf die Matrize zu drapieren und auf eine vorgegeben Enddicke D zu komprimieren, wobei die Drapierstempel von Aktuatoren betätigt werden, und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die
Aktuatoren zur Betätigung der Drapierstempel ansteuert. Die Steuereinrichtung ist so eingerichtet, die Ansteuerung der Aktuatoren zur Betätigung der Drapierstempel so vorzunehmen, dass während des Drapierens durch zumindest einen ersten
Drapierstempel zumindest ein zweiter Drapierstempel in einer Führungsposition, welche von der Öffnungsposition verschieden ist, in einem Abstand A zur Matrize positioniert und gehalten wird, und dass in der Führungsposition der zweite
Drapierstempel zumindest teilweise einen Spalt S zum Stapel aufweist, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Höhe H + Spalt S, mit Spalt S > 0; und/oder dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel den Stapel zumindest teilweise berührt und um eine Kompression K komprimiert, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A =
Enddicke D + Kompression K, mit Kompression K > 0 und Kompression K < Höhe H - Enddicke D.
Mit dem angegebenen Verfahren und der angegebenen Drapiervorrichtung ist es möglich, einen sequentiellen Drapierprozess zu verwirklichen, bei dem das obere Formwerkzeug in einzelne Segmente bzw. Drapierstempel aufgeteilt ist und das Schließen des Umformwerkzeugs in mehreren Etappen, wie etwa vom Bauteilinneren hin zum Bauteilrand, erfolgt. Das Einnehmen einer Führungsposition durch einen Drapierstempel hat dabei die Wirkung, dass der Drapierstempel als eine Art Führung fungiert, so dass Falten oder Überwerfungen vermieden werden können. Gleichzeitig ist es damit möglich, direkt über einzelne Drapierstempel gezielt eine Kompression bzw. Kompressionskräfte oder Niederhaltekräfte einzubringen, und so einen direkten Einfluss auf das Nachfließverhalten des Fasermaterials des Stapels zu nehmen, was ein kontrolliertes Nachfließen an Fasermaterial von den Randbereichen für die Abformung von beispielsweise Sicken, Vertiefungen, Verprägungen, oder anderer vordergründig komplexer Konturen wie doppeltgekrümmte Radien, Kofferecken und ähnliches ermöglicht wird so dass eine konturgetreue Umformung erreicht werden kann und durch die Umformung induzierte Materialüberwerfungen vermieden oder zumindest reduziert werden.
Der Abstand A wird stets als der Abstand zwischen einem Drapierstempel und der Matrize der Drapiervorrichtung gesehen. Er kann somit auch als
Drapierwerkzeugabstand verstanden werden, wobei Matrize und Drapierstempel die Drapierwerkzeuge bilden. Die Höhe H bezeichnet die Höhe des Stapels an
Fasergeweben und/oder Fasergelegen, welcher in der Drapiervorrichtung zu einem Vorformling verarbeitet wird. Der Stapel kann je nach Ausführung unterschiedliche Höhen H aufweisen, abhängig von der Anzahl an einzelnen Lagen oder lokalen Verstärkungen in einzelnen Bereichen. In der Drapiervorrichtung selbst kann sich zwischen dem Stapel und den Drapierstempeln weiterhin ein Spalt S ausbilden. Unter der Ausbildung eines Spaltes S fällt jedoch nicht Fall, dass die Drapiervorrichtung sich in einer Öffnungsposition zum Einlegen des Stapels befindet. Auch eine
Vorschließposition, welche vor dem eigentlichen Drapierprozess von den einzelnen Drapierstempeln eingenommen werden kann, fällt nicht unter die Bedeutung des Spaltes S, welcher sich erst während des Drapierprozess ausbildet. Berührt ein
Drapierstempel den Stapel und übt einen Druck auf diesen aus, so wird der Stapel um eine Kompression K komprimiert bzw. verdichtet. Die Kompression K hängt dabei von den auf den Stapel ausgeübten Kraft ab. Der Stapel kann jedoch nur auf eine Enddicke D, welcher auch der Enddicke D des Vorformlings entspricht, komprimiert werden. Somit ergibt sich daraus, dass die Kompression K sich nur in einem Dickenbereich bewegen kann, welcher zwischen der Enddicke D und der Höhe H des Stapels ausgebildet ist. Dadurch dass der Stapel mit unterschiedlichen Höhen ausgebildet sein kann, können sich auch während des Drapierprozess unterschiedliche Spalte S und/oder unterschiedliche Kompressionen K ausbilden. Beispielsweise wäre es auch möglich, dass der Stapel zu einem Drapierstempel einen Spalt S aufweist, wohingegen zu einem anderen, oder, falls im Wirkbereich des vorgenannten Drapierstempel der Stapel bereits einen andere Höhe H aufweist, zu dem gleichen Stempel, bereits eine Kompression K auf den Stapel einwirkt. In der Führungsposition kann der
Drapierstempel auch die Funktion des Glättens des Stapels einnehmen, falls dieser sich beispielsweise beim Einlegen des Stapels in der Öffnungsposition der
Drapiervorrichtung aufgewölbt hat. Aber auch bei unterschiedlichen Höhen H innerhalb des Stapels können Bereiche mit einer größeren Höhe H in der Führungsposition zunächst einmal geglättet und eventuell auch leicht komprimiert werden. Als Öffnungsposition ist jene Stellung von Matrize und Drapierstempel der
Drapiervorrichtung zu verstehen, in welcher der Stapel in die Drapiervorrichtung auf die Matrize abgelegt und positioniert wird.
Der Abstand A von Matrize und Drapierstempeln kann so bemessen sein, dass in der Führungsposition der Spalt S weniger als 1 mm, weniger als 0,8 mm, weniger als 0,6 mm, weniger als 0,4 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,2 mm beträgt. Indem auf diese Weise ein kleiner Spalt zwischen dem zumindest einen zweiten
Drapierstempel und dem Stapel, bzw. der obersten Lage an Fasergewebe und/oder Fasergelege des Stapels ausgebildet wird, kann der zweite Drapierstempel als eine Führung dienen, die Materialüberwerfungen im Bereich des zweiten Drapierstempels verhindert, wenn der zumindest eine erste Drapierstempel geschlossen wird und den Stapel in diesem Bereich umformt und es auf Grund dessen zum Nachließen von Fasermaterial im Bereich des zweiten Drapierstempels kommt. Gleichzeitig übt der zweite Drapierstempel, auf Grund des ausgebildeten kleinen Spalts, keine auf den Stapel drückende Kraft aus, so dass das Fasermaterial frei und ungehindert nachfließen kann.
Alternativ und bevorzugt kann der Abstand A so bemessen sein, dass in der
Führungsposition der zumindest eine zweite Drapierstempel den Stapel teilweise komprimiert und die Kompression K weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und besonders bevorzugt weniger als 15% der Differenz von Höhe H und Enddicke D des Stapels beträgt. Vorzugsweise kann in der Führungsposition der zweite Drapierstempel insbesondere eine Kompression K bzw. Niederhaltekraft auf den Stapel ausüben, die einem Druck von weniger als 5x104 Pa, bevorzugt weniger als 2x104 Pa, besonders bevorzugt weniger als 1 x104 Pa entspricht. Indem auf diese Weise mittels des zweiten
Drapierstempels eine vorgebbare, insbesondere variierbare und einstellbare
Kompression bzw. Niederhaltekraft eingebracht wird, ist es möglich, einen direkten Einfluss auf das Nachfließverhalten des Fasermaterials des Stapels zu nehmen und dieses gewünscht zu beeinflussen. Vorteilshaft dabei ist weiter, dass dabei auch eine geringe Kompression bzw. kleine Niederhaltekräfte möglich sind, so dass das
Nachfließen des Fasermaterials nicht zu stark behindert oder unmöglich gemacht wird und/oder das Umformen mittels des ersten Drapierstempels nicht negativ
beeinträchtigt wird.
Es kann zusätzlich auch vorgesehen, dass der zweite Drapierstempel zuerst zumindest Teile des Stapels an Fasergeweben und/oder Fasergelegen an die Form der Matrize drapiert, und anschließend wieder angehoben und in die Führungsposition gebracht wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich zumindest ein Teil des Stapels bzw. der in diesem Stapel enthaltenen Lagen aus Fasergeweben und/oder Fasergelegen an die Matrize anschmiegen bzw. teilweise und konturähnlich an dieser ausbilden.
Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Drapieren des Stapels an Fasergeweben und/oder Fasergelegen alle Drapierstempel wieder angehoben werden und der Vorformling entnommen wird
Weiter kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere erste Drapierstempel und/oder mehrere zweite Drapierstempel vorgesehen sind, die jeweils einzeln oder auch in Gruppen gemeinsam verstellt werden können. Es kann so ein mehrstufiges sequentielles Drapieren verwirklicht werden, das vorteilshaft beispielsweise dann eingesetzt werden kann, wenn ein Vorformling mit einer größeren Anzahl von beispielsweise räumlich getrennten komplexen Konturen hergestellt werden soll.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass einzelne oder alle der Drapierstempel mittels einer Positionssteuerung und/oder Positionsregelung, und/oder mittels einer
Drucksteuerung und/oder Druckregelung arbeiten.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung der Drapiervorrichtung so eingerichtet, die Ansteuerung der Aktuatoren zur Betätigung der Drapierstempel weiter so
vorzunehmen, dass der zweite Drapierstempel zuerst zumindest Teile des Stapels drapiert und anschließend wieder angehoben und in die Führungsposition gebracht wird, und/oder nach dem Drapieren des Stapels mittels aller Drapierstempel die Drapierstempel wieder angehoben werden, so dass der Vorformling entnommen werden kann. Alternativ oder in Kombination ist die Steuereinrichtung der Drapiervorrichtung so eingerichtet, dass für zumindest einen der Drapierstempel unter entsprechender Ansteuerung des zugeordneten Aktuators die Position des zumindest einen
Drapierstempels zu steuern und/oder zu regeln ist, und/oder einen Druck, der von dem zumindest einen Drapierstempel auf den Stapel ausgeübt wird, zu steuern und/oder zu regeln ist.
Weiter kann es vorgesehen sein, dass der erste Drapierstempel ein Drapierstempel einer Gruppe erster Drapierstempel ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe erster Drapierstempel einzeln und/oder gemeinsam betreibbar sind, und/oder der zweite Drapierstempel ein Drapierstempel einer Gruppe zweiter Drapierstempel ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe zweiter Drapierstempel einzeln und/oder gemeinsam betreibbar sind.
Die Drapiervorrichtung wie vorstehend ausgeführt kann bevorzugt zur Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit den Zeichnungen hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Industrieanlage zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen mit einer vorherigen Herstellung von dreidimensionalen Vorformlingen nach dem Stand der Technik;
Fig. 2a bis 2c Schritte eines beispielhaften Verfahrens nach dem Stand der
Technik; und
Fig. 3a bis 3d Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung.
Fig. 4a bis 4d Schritte eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung.
In der Darstellung der Fig. 1 ist sehr stark schematisiert eine Industrieanlage 1 zu erkennen, welche letztlich zur Herstellung eines faserverstärkten Formteils 2 mittels eines RTM-Verfahrens in einer Presse 4 mit einem oberen und unteren Werkzeug 3 dient. Das faserverstärkte Formteil 2 wird dabei aus einem dreidimensional endkonturnah vorgeformten Vorformling 5 hergestellt, welcher zuvor in einigen schematisch dargestellten Schritten erzeugt worden ist. Als Ausgangsbasis für den Vorformling 5 dient ein Fasermaterial, beispielsweise in Form einer Lage aus
Fasergewebe, Fasergelege oder dergleichen. Dieses Fasermaterial kann
beispielsweise als Rollenware über eine angedeutete Rolle 6 zur Verfügung gestellt werden. In einer Schneidvorrichtung 7 wird dann mittels einer Schneideinrichtung 8 aus der Rollenware eine einzelne Lage aus Fasergewebe oder Fasergelege beziehungsweise eine Fasermatte, welche hier so explizit nicht dargestellt ist, zugeschnitten. Anschließend wird diese Lage aus Fasergewebe oder Fasergelege über eine geeignete Transportvorrichtung, welche in der Darstellung der Fig. 1 lediglich durch gebogene Pfeile angedeutet ist, einer angedeuteten Binderauftragseinrichtung 9 zugeführt, in welcher Binder auf die Lage aus Fasergewebe oder Fasergelege aufgetragen wird. Der Binder-Auftrag kann beispielsweise durch Besprühen,
Aufwalzen, Tauchen oder dergleichen erfolgen. Alternativ zu diesem Vorgehen mit der Binderauftragseinrichtung 9 zum Auftragen von Binder wäre es auch möglich, das Fasermaterial mit einem entsprechenden Bindemittel vorzuimprägnieren, sodass dieser Schritt entfallen kann. Dies ist dem Fachmann jedoch aus dem allgemeinen Stand der Technik geläufig, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
Nach dem Auftrag des Binders, oder falls dieser Schritt entfällt und der Binder bereits in dem Fasermaterial vorhanden ist, gelangt die Lage aus Fasergewebe oder
Fasergelege anschließend zu einer Stapeleinrichtung 10, in welcher die einzelnen Lagen aus Fasergewebe oder Fasergelege zu einem hier angedeuteten Stapel 1 1 aufgestapelt werden. Dabei kann auch ein Verklammern, Vernähen oder sonstiges Verbinden der einzelnen Lagen an Stellen, an denen dies aus konstruktiven Gründen sinnvoll und notwendig ist, vorgesehen sein. Die Lagen aus Fasergewebe oder Fasergelege haben nach dem Schneidvorgang in der Schneidvorrichtung 7
typischerweise eine endkonturnahe Form. Dennoch kann auch nach dem Stapeln der Lagen aus Fasergewebe oder Fasergelege zu dem Stapel 1 1 in der Stapeleinrichtung 10 ein weiteres Beschneiden, Ausstanzen von Öffnungen oder Ähnliches erfolgen, sofern gewünscht oder erforderlich. Neben Lagen aus Fasergewebe können auch Lagen aus Fasergelege oder Kombinationen von verschiedenen Lagen aus
Fasergewebe und/oder Fasergelege zu einem Stapel 1 1 zusammengeführt werden.
Nachdem der Stapel 1 1 so vorbereitet ist, gelangt er in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel in eine Heizeinrichtung 12, in der der Stapel 1 1 , wie hier angedeutet, über ein Transportmittel durch einen Ofen, eine Strecke mit infraroter Bestrahlung oder dergleichen geführt wird. Der Stapel 1 1 wird so vorgewärmt und der typischerweise thermisch aktivierbare Binder wird aktiviert beziehungsweise soweit verflüssigt, dass der Stapel 1 1 zwar noch eine hohe Flexibilität aufweist, aber die in dem Stapel 1 1 verarbeiteten Lagen an Fasergewebe und/oder Fasergelege jedoch beim Abkühlen aneinander haften.
Die Kernfunktionalität bei der Herstellung des dreidimensional vorgeformten
Vorformlings 5 kommt nun der im nächsten Schritt dargestellten Drapiervorrichtung 13 zu. Die Drapiervorrichtung 13 weist dabei eine Matrize 14 auf, welche auf einer Aufnahme 17, beispielsweise einem Aufnahmetisch, angeordnet ist und die spätere Form des dreidimensional vorgeformten Vorformlings 5 abbildet. Über Drapierstempel 15a, 15b, 15c zur Drapierung und/oder Fixierung, welche mittels Aktuatoren 19, welche sich wiederum gegen eine Abstützung 18 abstützen bzw. von dieser gehalten werden, in einem Abstand zur Matrize 14 positioniert werden können, wird der Stapel 1 1 nun in die Form der Matrize 14 eingedrückt und kühlt typischerweise durch das metallische Material der Matrize 14, welches sehr gut wärmeleitend ist und Wärme aus dem Stapel 1 1 abführt, aus. Hierdurch härtet der Binder aus und es entsteht der dreidimensional vorgeformte Vorformling 5, welcher in seiner Formgebung bereits endkonturnah geformt ist und der Form der Matrize 14 und der Drapierstempel 15a, 15b, 15c folgt. Dabei können Drapierstempel 15a, 15b, 15c eingesetzt werden, welche das
Fasermaterial festhalten, und/oder es werden insbesondere Stempel als
Drapierstempel 15a, 15b, 15c eingesetzt, welche zum Bewegen des Fasermaterials beispielsweise in die Vertiefungen der Matrize 14 dienen. Wie im Stand der Technik bekannt, weisen die Drapierstempel 15a, 15b, 15c Aktuatoren 19 auf, die geeignet sind, die Drapierstempel 15a, 15b, 15c in Richtung zu oder von der Matrize 14 weg zu bewegen. Je nach Ausrichtung der Aktuatoren 19 und der Drapiergeometrie ergibt sich damit während des Drapierens auch eine entsprechende Bewegungskomponente des Stapels 1 1 in oder parallel zur Oberfläche der Matrize 14.
Der Vorformling 5 ist dabei durch den ausgehärteten Binder soweit formstabil, dass dieser, ohne seine Form zu verlieren, zumindest weitertransportiert und
gegebenenfalls zwischengelagert werden kann. Er hat jedoch noch nicht seine endgültige Form und Härte erreicht, diese wird erst im nachfolgenden RTM-Prozess erzielt. Der so in der Drapiervorrichtung 13 vorgeformte und idealerweise in ihr verklebte und ausgehärtete Stapel 1 1 bildet dann den Vorformling 5, welcher, wie oben bereits beschrieben, der Presse 4 für das RTM-Verfahren zugeführt werden kann. Nun ist es so, dass insbesondere den Drapierstempeln 15a, 15b, 15c zum Einziehen des Stapels 1 1 von Lagen aus Fasergewebe und/oder Fasergelege eine besondere Bedeutung zukommt, da ein sehr gleichmäßiges Einziehen beziehungsweise
Eindrücken des Stapels 1 1 in die Vertiefungen der Matrize 14 erfolgen muss. Nur so können Falten oder unnötige Spannungen in dem Material des Stapels 1 1 vermieden werden. Dies ist jedoch eine grundlegende Voraussetzung für eine gute Qualität des im RTM-Verfahrens hergestellten Formteils 2 und damit verbunden eine gute Qualität bei den so hergestellten faserverstärkten Formteilen 2.
Hierbei kann es abhängig von der umzuformenden Bauteilgeometrie im
Herstellprozess insbesondere von Vorteil sein, eine Kompression K bzw.
Niederhaltekräfte, wie sie etwa auch in der Blechumformung bekannt sind, direkt über einzelne Drapierstempel 15a, 15b, 15c einzubringen. Auf diese Weise können
Materialüberwerfungen, wie sie durch die Umformung vordergründig komplexer Konturen, wie beispielsweise doppeltgekrümmte Radien, Kofferecken oder ähnliches, induziert werden, effektiv verhindert oder vermindert werden.
Dies soll mit Bezug auf die Figuren 2a bis 2c an Hand eines illustrativen Beispiels näher verdeutlicht werden. Die Figur 2a zeigt dabei eine Drapiervorrichtung 13 mit drei Drapierstempeln 15a, 15b und 15c. Die Fig. 2a zeigt weiter eine Matrize 14, die beispielsweise auf einem
Aufnahmetisch angeordnet ist, und die mit einer Ausnehmung 16 ausgebildet ist, so dass die Matrize 14 eine Wannengeometrie aufweist. In der Fig. 2a ist der erste Prozessschritt des Umformens dargestellt, wobei ein Stapel 11 aus mehreren Lagen von Fasergeweben und/oder Fasergelegen ausgebildet und in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung 13 auf der Matrize 14 positioniert wird.
In einem nächsten Prozessschritt, der in Fig. 2b gezeigt ist, werden die Drapierstempel 15a, 15c, die am Rand bzw. seitlich versetzt der Ausnehmung 16 angeordnet sind, auf einen Abstand A gefahren, welcher in diesem Falle der Enddicke D des Stapels 11 bzw. des daraus resultierenden Vorformlings 5 entspricht, wobei die Faserlagen des Stapels 11 in diesem Bereich an die Matrize 14 angeformt werden. Die Drapierstempel 15a, 15c üben dabei jeweils einen entsprechenden Druck bzw. eine entsprechende Kraft auf den Stapel 11 aus, welche den Stapel 11 an den entsprechenden Stellen an die Matrize 14 pressen und diesen so niederhalten.
In einem wiederum nächsten Prozessschritt, der in Fig. 2c gezeigt ist, schließt nun der Drapierstempel 15b, um so den Stapel 11 an die von der Matrize 14 gegebene
Geometrie anzuformen.
Hierbei kann es jedoch zu dem Problem kommen, dass die von den Drapierstempeln 15a, 15c aufgebauten Niederhaltekräfte so groß werden, dass der Drapierstempel 15b die vorgesehene Endposition nicht erreichen kann, mit der Folge, dass der Stapel 11 nicht konturgetreu in die Ausnehmung 16 drapiert werden kann, so dass, wie in der Fig. 2c gezeigt, die Ausnehmung 16 nicht vollständig von dem Stapel 11 und dem Drapierstempel 15b ausgefüllt wird. Ein so erhaltener, nicht konturgetreu abgeformter Vorformling 5 wird üblicher Weise für eine Weiterverarbeitung nicht geeignet sein, oder kann sogar zu einer Beschädigung von gegebenenfalls vorgesehenen
Harzinfiltrationswerkzeugen führen.
Um diese Problematik zu vermeiden, wird ein Verfahren gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, das nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3a bis 3d beschrieben wird.
Zunächst wird, wie in Fig. 3a dargestellt, ein Stapel 11 einer Höhe H aus mehreren Lagen von Fasergeweben und/oder Fasergelegen ausgebildet und auf der Matrize 14 einer Drapiervorrichtung 13 in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung 13 positioniert.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden, wie in Fig. 3b dargestellt, die
Drapierstempel 15a und 15c, auch als zweite Drapierstempel 15a, 15c bezeichnet, ausgefahren. Im Unterschied zur Fig. 2b erfolgt hierbei das Ausfahren jedoch nicht komplett, sondern die Drapierstempel 15a und 15c werden in eine Führungsposition, welche von der Öffnungsposition verschieden ist, auf die Matrize 14 zubewegt, so dass sich ein Abstand A ergibt, welcher sich aus der Höhe H des Stapels 11 und einem Spalt S, welcher sich zwischen dem Stapel 11 und dem Drapierstempel 15a, 15c ausbildet, ergibt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Abstand A so bestimmt und vorgegeben werden, dass sich in der in Fig. 3b gezeigten Führungsposition der Drapierstempel 15a und 15c zwischen den Drapierstempeln 15a und 15c und dem unkomprimierten Stapel 11 der Höhe H ein Spalt S ausbildet. Das Ausbilden eines Spaltes S zum Stapel 11 kann insbesondere in Fällen vorteilhaft sein, wo es gewünscht ist, dass das Material der Fasergewebe und/oder Fasergelege des Stapels 11 bei einem nachfolgenden Drapieren mittels des Drapierstempels 15b ungehindert und ohne Spannung fließen soll, so zum Beispiel in dem Fall, dass große Umformungen erfolgen sollen und somit ein starkes Nachfließen von Fasermaterial des Stapels 11 erforderlich ist, es aber gleichzeitig gewünscht ist, dass die Drapierstempel 15a und 15c eine Art Führung bilden, die verhindern soll, dass es zu Faltenbildungen,
Überwürfen oder ähnliches des Fasermaterials kommt. Es ist daher bevorzugt, dass in diesem Fall der Spalt S zwischen dem unkomprimierten Stapel 11 der Höhe H und den Drapierstempeln 15a, 15c weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 ,5 mm, weniger als 1 ,0 mm, weniger als 0,7 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,4 mm beträgt.
In einem dritten Verfahrensschritt, der in Fig. 3c dargestellt ist, schließt sich nun der Drapierstempel 15b und komprimiert den Stapel 11 in dem lokalen Bereich, in welchem der Drapierstempel 15b wirkt, auf eine Enddicke D. Aufgrund der von den
Drapierstempeln 15a und 15c nicht ausgeübten Niederhaltekräften bzw. des Spaltes S zum Stapel 11 kann der Drapierstempel 15b hier nun komplett ausfahren werden, da das Fasermaterial des Stapels 11 ungehindert nachfließen kann, und damit die
Bauteilkontur exakt abformen.
In einem vierten Verfahrensschritt, der in Fig. 3d dargestellt ist, werden nun auch die zuvor in der Führungsposition verbrachten Drapierstempel 15a und 15c vollständig ausgefahren und auf einen Abstand A zwischen Matrize 14 und Drapierstempel 15a, 15c gefahren, welcher der Enddicke D entspricht, so dass der Stapel 11 in die gewünschte endkonturnahe Form mit der entsprechenden Enddicke D gebracht wird. Anschließend können in einem weiteren Verfahrensschritt (nicht dargestellt) die
Drapierstempel 15a, 15b und 15c wieder eingefahren werden, und der Vorformling 5, in der Form des mittels des ersten bis vierten Verfahrensschritts umgeformten Stapel 11 mit seiner Enddicke D, kann entnommen werden. Der Vorformling 5 liegt nun als ein exakt abgeformter Vorformling 5 bzw. Preform für die Weiterverarbeitung in
nachfolgenden Prozessschritten vor, wie beispielsweise dem mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten RTM-Verfahren.
Es wird verstanden werden, dass der optimale Abstand A bzw. optimale Spalt S von dem gewünschten Einsatzzweck abhängen mag, insbesondere von dem verwendeten Material der Fasergewebe und/oder Fasergelege des Stapels 11 , der Anzahl, Größe und Form der Lagen in dem Stapel 11 und/oder der Anzahl, Art und/oder dem Ausmaß der vorzunehmenden Umformungen. Weiterhin kann es möglich sein, dass durch lokale Verstärkungen des Stapels 11 dieser über seine Form hinweg lokal unterschiedliche Höhen H besitzt. Es kann daher vorkommen, dass in der Führungsposition teilweise unterschiedliche Spalte S zwischen dem Stapel 11 und den Drapierstempeln 15a, 15c ausbildet werden. Die Drapierstempel 15a, 15b, 15c können dabei mittels Aktuatoren 19 betätigt und bewegt werden, die wiederum von einer Steuereinrichtung angesteuert werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Bewegung der Drapierstempel 15a, 15b, 15c unter einer Steuerung oder einer Regelung der Position der Drapierstempel 15a, 15b, 15c erfolgt. In diesem Fall können der Abstand A bzw. der Spalt S direkt vorgegeben werden, und die Steuereinrichtung steuert die Aktuatoren 19 so an, dass die
Drapierstempel 15a, 15b, 15c die auf diese Weise jeweils vorgegebenen Positionen direkt anfahren.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Aktuatoren 19 beispielsweise als
Hydraulikzylinder ausgeführt sind, welche mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können. So kann die Steuereinrichtung beispielsweise veranlassen, dass ein Aktuator 19 für den Drapierstempel 15a oder 15c mit einem ersten Druck beaufschlagt wird, um den Drapierstempel 15a oder 15c in die Führungsposition zu bewegen und einen Spalt S auszubilden, und kann weiter veranlassen, dass der Aktuator 19 für den Drapierstempel 15a oder 15c mit einem zweiten, höheren Druck beaufschlagt wird, der den Drapierstempel 15a oder 15c in eine Endposition bewegt, in welcher der Stapel 1 1 an die Kontur der Matrize 14 auf seine Enddicke D drapiert wird. Der Abstand A bzw. der Spalt S werden dabei nicht direkt vorgegeben bzw. dienen nicht als Stellgrößen für die Ansteuerung der Aktuatoren 19, sondern ergeben sich indirekt.
Während mit Bezug auf Fig. 3a bis 3d ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben wurde, ist dies nicht beschränkend, und es sind viele verschiedene Variationen und Abwandlungen denkbar.
So ist es beispielsweise denkbar, dass in dem in Fig. 3b dargestellten Prozessschritt die Drapierstempel 15a, 15c zunächst vollständig bis zu einem Abstand A, welcher der Enddicke D des Stapels 1 1 entspricht, geschlossen werden, das heißt, in eine Stellung entsprechend der Fig. 2b gebracht werden, damit sich der Stapel 1 1 an die Matrize 14 anschmiegen kann oder zumindest konturähnlich zur Matrize 14 ausgebildet wird, und die Drapierstempel 15a, 15c wieder öffnen bis zu einer Führungsposition entsprechend einem Abstand A = Höhe H + Spalt S, wie in Fig. 3b dargestellt, um das Nachgleiten während des Drapierprozess mit dem Drapierstempel 15b (vgl. Fig. 3c) zu
ermöglichen.
Weiter ist es auch denkbar, von dem in den Fig. 3a bis 3d dargestellten rein sequentiellen Drapierprozess abzuweichen, und den Drapierstempel 15b, als ersten Drapierstempel 15b, zeitlich teilweise überlappend mit den Drapierstempeln 15a, 15c, als zweite Drapierstempel 15a, 15c zu bewegen. Beispielsweise können die
Drapierstempel 15a und 15c in die Führungsposition wie in Fig. 3b gezeigt gefahren werden, während gleichzeitig der Drapierstempel 15b teilweise geschlossen wird, wie etwa ebenfalls in die Führungsposition. Die Drapierstempel 15a und 15c werden dann in der Führungsposition gehalten, während der Drapierstempel 15b weiter geschlossen wird bis zu einem Abstand A = Enddicke D, wie in Fig. 3c dargestellt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass eine Taktzeit für den Drapierprozess gesenkt werden kann.
Umgekehrt ist es auch denkbar, die Drapierstempel 15a und 15c nicht gleichzeitig, sondern nacheinander oder teilweise gleichzeitig, teilweise nacheinander in die Führungsposition zu bewegen. Es besteht auch die Möglichkeit, für unterschiedliche Drapierstempel 15a, 15c unterschiedliche Abstände A und/oder unterschiedliche
Spalte S vorzugeben. Auch ist es denkbar, diese Größen zeitlich variabel zu gestalten, so dass beispielsweise ein gewünschtes zeitlich veränderliches Profil des Spaltes S vorgegeben werden kann, um den Prozess weiter zu optimieren. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird in Bezug auf die Figuren 4a bis 4d im Folgenden näher erläutert.
Zunächst wird, wie in Fig. 4a dargestellt, und identisch zu Fig. 3a, ein Stapel 11 einer Höhe H aus mehreren Lagen von Fasergeweben und/oder Fasergelegen ausgebildet und auf der Matrize 14 einer Drapiervorrichtung 13 in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung 13 positioniert.
In einem nächsten Verfahrensschritt, welcher nun von der Ausführungsform der Fig. 3b abweicht, werden, wie in Fig. 4b dargestellt, die Drapierstempel 15a und 15c, auch als zweite Drapierstempel 15a, 15c bezeichnet, in eine Führungsposition ausgefahren. In diesem Falle erfolgt das Ausfahren der Drapierstempel 15a, 15c in die
Führungsposition auch bis auf den Stapel 11 an Fasergeweben und/oder
Fasergelegen, jedoch wird in dem vorliegenden Falle im Unterschied zu Fig. 2b der Stapel 11 nicht auf seine Enddicke D, sondern auf einen Abstand A von Matrize 14 und Drapierstempeln 15a, 15c, welcher von der Enddicke D um eine Kompression K abweicht, wobei der Abstand A jedoch maximal gleich der Höhe H des Stapels 11 sein kann, bei welchem die Drapierstempel 15a, 15c den Stapel 11 gerade noch berühren bzw. nicht mehr berühren. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Abstand A so bestimmt und vorgegeben werden, dass sich in der in Fig. 4b gezeigten Führungsposition der Drapierstempel 15a und 15c zwischen den Drapierstempeln 15a und 15c und dem Stapel 11 ein Abstand A ausbildet, welcher sich aus der Enddicke D und der
Kompression K zusammensetzt.
Im diesem Fall kann der Abstand A von Matrize 14 und Drapierstempeln 15a, 15c so bestimmt und vorgegeben werden, dass in der Führungsposition die Drapierstempel 15a und 15c auf dem Stapel 11 anliegen und diesen teilweise komprimieren, so dass sich eine entsprechende Kompression bzw. Niederhaltekraft einstellt. Mit anderen Worten kann je nach Wahl der Kompression K eine entsprechend reduzierte
Niederhaltekraft vorgegeben werden, wobei die Kompression K bei Erreichen der Enddicke D des Stapels 11 maximal ist und mit einer geringer werdenden Kompression K eine reduzierte Niederhaltekraft auf den Stapel 11 ausübt bis hin zu einer Kompression von Null, wenn der Abstand A so bemessen ist, dass die Drapierstempel 15a, 15c den Stapel 11 gerade noch oder nicht mehr berühren und der Stapel 11 mit einer Höhe H ausgebildet bleibt.
In einem dritten Verfahrensschritt, der in Fig. 4c dargestellt ist, schließt sich nun der Drapierstempel 15b und komprimiert den Stapel 11 in dem lokalen Bereich, in welchem der Drapierstempel 15b wirkt, auf seine Enddicke D. Aufgrund der von den
Drapierstempeln 15a und 15c ausgeübten Kompression K bzw. der nun geringen Niederhaltekräfte kann der Drapierstempel 15b hier nun komplett ausfahren werden, da das Fasermaterial des Stapels 11 geführt und entsprechend der Kompression K gezielt nachfließen kann, und damit die Bauteilkontur exakt abformen.
In einem vierten Verfahrensschritt, der in Fig. 4d dargestellt ist, werden nun auch die zuvor in der Führungsposition verbrachten Drapierstempel 15a und 15c vollständig ausgefahren und auf einen Abstand A zwischen Matrize 14 und Drapierstempel 15a, 15c gefahren, welcher der Enddicke D entspricht, so dass der Stapel 11 in die gewünschte endkonturnahe Form mit der entsprechenden Enddicke D gebracht wird.
Anschließend können in einem weiteren Verfahrensschritt (nicht dargestellt) die Drapierstempel 15a, 15b und 15c wieder eingefahren werden, und der Vorformling 5, in der Form des mittels des ersten bis vierten Verfahrensschritts umgeformten Stapel 11 mit seiner Enddicke D, kann entnommen werden. Der Vorformling 5 liegt nun als ein exakt abgeformter Vorformling 5 bzw. Preform für die Weiterverarbeitung in
nachfolgenden Prozessschritten vor, wie beispielsweise dem mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten RTM-Verfahren.
Es kann daher vorkommen, dass in der Führungsposition teilweise eine
unterschiedliche Kompression K auf den Stapel 11 von den Drapierstempeln 15a, 15c ausgeübt wird. Unabhängig davon hat sich bei der praktischen Erprobung gezeigt, dass in vielen Fällen eine Kompression K bzw. Niederhaltekraft, die einem Druck von weniger als 5x104 Pa, bevorzugt weniger als 2x104 Pa, besonders bevorzugt weniger als 1x104 Pa entspricht, zu guten Ergebnissen führt. In diesem Fall wird von dem oder den zweiten Drapierstempeln 15a, 15c, die in der Führungsposition zum Niederhalten bzw. zur Komprimierung dienen, eine hinreichend große Niederhaltekraft auf die Lagen von Fasergeweben und/oder Fasergelegen im Stapel 11 ausgeübt, um diese hinreichend stark zu spannen und zurückzuhalten, wenn mit dem oder mit den ersten Drapierstempeln 15b ein lokales Drapieren und Umformen des Stapels 11 an einer Ausnehmung 16 oder ähnliches der Matrize 14 erfolgt, so dass das Nachfließen des Fasermaterials kontrolliert werden kann, und gleichzeitig die Niederhaltekraft bzw. die Kompression K nicht zu groß wird, mit der Gefahr, dass die mit Bezug auf das Beispiel der Fig. 2a bis 2c geschilderten Nachteile eintreten.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Aktuatoren 19 beispielsweise als
Hydraulikzylinder ausgeführt sind, welche mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können. So kann die Steuereinrichtung beispielsweise veranlassen, dass ein Aktuator 19 für den Drapierstempel 15a oder 15c mit einem ersten Druck beaufschlagt wird, um den Drapierstempel 15a oder 15c in die Führungsposition zu bewegen und um die gewünschte Kompression K bzw. Niederhaltekraft auszuüben, und kann weiter veranlassen, dass der Aktuator 19 für den Drapierstempel 15a oder 15c mit einem zweiten, höheren Druck beaufschlagt wird, der den Drapierstempel 15a oder 15c in eine Endposition bewegt, in welcher der Stapel 1 1 an die Kontur der Matrize 14 auf seine Enddicke D drapiert wird. Der Abstand A bzw. die Kompression K werden dabei nicht direkt vorgegeben bzw. dienen nicht als Stellgrößen für die Ansteuerung der Aktuatoren 19, sondern ergeben sich indirekt als Resultat der teilweisen
Komprimierung auf einen Abstand A = Enddicke D + Kompression K bzw.
vollständigen Komprimierung auf einen Abstand A = Enddicke D des Fasermaterials im Stapel 1 1 .
Umgekehrt ist es auch denkbar, die Drapierstempel 15a und 15c nicht gleichzeitig, sondern nacheinander oder teilweise gleichzeitig, teilweise nacheinander in die
Führungsposition zu bewegen. Es besteht auch die Möglichkeit, für unterschiedliche Drapierstempel 15a, 15c unterschiedliche Kompression K bzw. unterschiedliche Niederhaltekräfte vorzugeben. Auch ist es denkbar, diese Größen zeitlich variabel zu gestalten, so dass beispielsweise ein gewünschtes zeitlich veränderliches Profil der Kompression K bzw. der Niederhaltekraft vorgegeben werden kann, um den Prozess weiter zu optimieren.
In den dargelegten Ausführungsformen der Fig. 3a bis 3d bzw. Fig. 4a bis 4d findet ein sequentieller Drapierprozess statt, wobei das Schließen der Drapiervorrichtung 13, mit den Drapierstempeln 15a, 15b, 15c, in mehreren Etappen erfolgt, in diesem Beispiel vom Bauteilinneren (entsprechend der Position des Drapierstempels 15b) hin zum Bauteilrand (entsprechend den Positionen der Drapierstempel 15a, 15c) erfolgt. Auf diese Weise kann ein Nachfließen an Fasermaterial des Stapels 11 von den
Randbereichen für die Abformung von Sicken, Vertiefungen, Verprägungen etc.
gewährleistet und eine konturgetreue Umformung des Stapels 11 erreicht werden. Die einzelnen Drapierstempel 15a, 15b, 15c werden hierfür in einer definierten zeitlichen Reihenfolge ausgefahren und schließen mit dem Unterwerkzeug bzw. der Matrize 14 bis auf einen Abstand A, welcher durch die Enddicke D des Stapels 11 bzw. des daraus resultierenden Vorformlings 5 bestimmt wird.
Bezugszeichenliste P1524DE:
1 Industrieanlage
2 Formteil
3 Werkzeug
4 Presse
5 Vorformling
6 Rolle
7 Schneidvorrichtung
8 Schneideinrichtung
9 Binderauftragseinrichtung
10 Stapeleinrichtung
1 1 Stapel
12 Heizeinrichtung
13 Drapiervorrichtung
14 Matrize
15a, 15b, 15c Drapierstempel
16 Ausnehmung
17 Aufnahme
18 Abstützung
19 Aktuatoren
A Abstand
D Enddicke
H Höhe des Stapels 1 1
S Spalt
K Kompression

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Vorformlings (5) im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formteilen (2) mit einer Drapiervorrichtung (13) umfassend eine Matrize (14), welche die Form des herzustellenden Vorformlings (5) abbildet, und Drapierstempel (15a, 15b, 15c), wobei ein Stapel (11 ) einer Höhe H von Fasergeweben und/oder Fasergelegen in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung (13) auf einer Matrize (14) platziert wird und anschließend mittels Drapierstempeln (15a, 15b, 15c) auf die Matrize (14) drapiert und auf eine vorgegebene Enddicke D komprimiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Drapierens durch zumindest einen ersten Drapierstempel (15b) zumindest ein zweiter Drapierstempel (15a, 15c) in einer Führungsposition, welche von der Öffnungsposition verschieden ist, in einem Abstand A zur Matrize (14) positioniert und gehalten wird, und
dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel (15a, 15c) zumindest teilweise einen Spalt S zum Stapel (11 ) aufweist, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Höhe H + Spalt S, mit Spalt S > 0; und/oder
dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel (15a, 15c) den Stapel (11 ) zumindest teilweise berührt und um eine Kompression K komprimiert, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Enddicke D + Kompression K,
mit Kompression K > 0 und Kompression K < Höhe H - Enddicke D.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der
Führungsposition der Spalt S zwischen dem zweiten Drapierstempel (15a, 15c) und dem Stapel (11 ) vorzugsweise weniger als 2 mm, weniger als 1 ,5 mm, weniger als 1 ,0 mm, weniger als 0,7 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,4 mm beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A so bemessen ist, dass in der Führungsposition die Kompression K weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und besonders bevorzugt weniger als 15% der Differenz von Höhe H und Enddicke D des Stapels (11 ) beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel (15a, 15c) eine
Kompression K auf den Stapel (11 ) ausübt, die einem Druck von weniger als 5x104 Pa, bevorzugt weniger als 2x104 Pa, besonders bevorzugt weniger als
1 x104 Pa auf den Stapel (11 ) entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drapierstempel (15a, 15c) zuerst zumindest Teile des Stapels (11 ) an die Form der Matrize (14) drapiert, und anschließend wieder angehoben und in die Führungsposition gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Drapieren des Stapels (11 ) alle Drapierstempel (15a, 15b, 15b) wieder angehoben werden und der Vorformling (5) entnommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drapierstempel (15b) ein Drapierstempel einer Gruppe erster Drapierstempel (15b) ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe erster
Drapierstempel (15b) einzeln und/oder gemeinsam positioniert werden können, und/oder der zweite Drapierstempel (15a, 15c) ein Drapierstempel einer Gruppe zweiter Drapierstempel (15a, 15c) ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe zweiter Drapierstempel (15a, 15c) einzeln und/oder gemeinsam positioniert werden können.
8. Drapiervorrichtung (13) zum Herstellen eines dreidimensionalen Vorformlings (5), umfassend eine Mehrzahl von Drapierstempeln (15a, 15b, 15c), und eine Matrize (14), welche die Form des herzustellenden Vorformlings (5) abbildet, wobei die Drapierstempel (15a, 15b, 15c) so eingerichtet sind, um mit der Matrize (14) so zusammenzuwirken, einen Stapel (11 ) einer Höhe H von Fasergeweben und/oder Fasergelegen, welcher in einer Öffnungsposition der Drapiervorrichtung (13) auf die Matrize (14) platziert wird, mittels der Drapierstempel (15a, 15b, 15c) auf die Matrize (14) zu drapieren und auf eine vorgegeben Enddicke D zu komprimieren, wobei die Drapierstempel (15a, 15b, 15c) von Aktuatoren (19) betätigt werden, und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Aktuatoren (19) zur Betätigung der Drapierstempel (15a, 15b, 15c) ansteuert,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so eingerichtet ist, die Ansteuerung der Aktuatoren (19) zur Betätigung der Drapierstempel (15a, 15b, 15c) so vorzunehmen, dass während des Drapierens durch zumindest einen ersten Drapierstempel (15b) zumindest ein zweiter Drapierstempel (15a, 15c) in einer Führungsposition, welche von der Öffnungsposition verschieden ist, in einem
Abstand A zur Matrize (14) positioniert und gehalten wird, und
dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel (15a, 15c) zumindest teilweise einen Spalt S zum Stapel (11 ) aufweist, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Höhe H + Spalt S, mit Spalt S > 0; und/oder
dass in der Führungsposition der zweite Drapierstempel (15a, 15c) den Stapel (11 ) zumindest teilweise berührt und um eine Kompression K komprimiert, wobei für den Abstand A gilt: Abstand A = Enddicke D + Kompression K,
mit Kompression K > 0 und Kompression K < Höhe H - Enddicke D.
9. Drapiervorrichtung (13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A so bemessen ist, dass der Spalt S vorzugsweise weniger als 2 mm, weniger als 1 ,5 mm, weniger als 1 ,0 mm, weniger als 0,7 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,4 mm beträgt.
10. Drapiervorrichtung (13) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A so bemessen ist, dass in der Führungsposition die Kompression K weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und besonders bevorzugt weniger als 15% der Differenz von Höhe H und Enddicke D des Stapels (11 ) beträgt.
1 1 . Drapiervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, w dadurch
gekennzeichnet, dass der zweite Drapierstempel (15a, 15c) eingerichtet ist in der Führungsposition eine Kompression K auf den Stapel (11 ) auszuüben, die einem
Druck von weniger als 5x104 Pa, bevorzugt weniger als 2x104 Pa, besonders bevorzugt weniger als 1 x104 Pa entspricht.
12. Drapiervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so eingerichtet ist, die Ansteuerung der Aktuatoren (19) zur Betätigung der Drapierstempel (15a, 15b, 15c) weiter so vorzunehmen, dass der zweite Drapierstempel (15a, 15c) zuerst Teile des Stapels (11 ) drapiert, und anschließend wieder angehoben und in die Führungsposition gebracht wird, und/oder nach dem Drapieren des Stapels (11 ) mittels aller
Drapierstempel (15a, 15b, 15c) die Drapierstempel (15a, 15b, 15b) wieder angehoben werden, so dass der Vorformling (5) entnommen werden kann.
13. Drapiervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, für zumindest einen der Drapierstempel (15a, 15b, 15c) unter entsprechender Ansteuerung des zugeordneten Aktuators (19) die Position des zumindest einen Drapierstempels (15a, 15b, 15c) zu steuern und/oder zu regeln, und/oder einen Druck, der von dem zumindest einen Drapierstempel (15a, 15b, 15c) auf den Stapel (1 1 ) ausgeübt wird, zu steuern und/oder zu regeln.
14. Drapiervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Drapierstempel (15b) ein Drapierstempel einer Gruppe erster Drapierstempel (15b) ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe erster Drapierstempel (15b) einzeln und/oder gemeinsam betreibbar sind, und/oder der zweite Drapierstempel (15a, 15c) ein Drapierstempel einer Gruppe zweiter Drapierstempel (15a, 15c) ist, wobei die Drapierstempel der Gruppe zweiter Drapierstempel (15a, 15c) einzeln und/oder gemeinsam betreibbar sind.
15. Drapiervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drapiervorrichtung (13) eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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