WO2018046706A1 - Verfahren zum herstellen und/oder überprüfen eines bauteils aus einem faserverbundwerkstoff - Google Patents

Verfahren zum herstellen und/oder überprüfen eines bauteils aus einem faserverbundwerkstoff Download PDF

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WO2018046706A1
WO2018046706A1 PCT/EP2017/072666 EP2017072666W WO2018046706A1 WO 2018046706 A1 WO2018046706 A1 WO 2018046706A1 EP 2017072666 W EP2017072666 W EP 2017072666W WO 2018046706 A1 WO2018046706 A1 WO 2018046706A1
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WO
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base substrate
pieces
sliver
fiber
preform
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Application number
PCT/EP2017/072666
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel HÄFFELIN
Olaf Beutler
Felix KAMOTZKE
Original Assignee
Boge Elastmetall Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Boge Elastmetall Gmbh filed Critical Boge Elastmetall Gmbh
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    • 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
    • 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
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/541—Positioning reinforcements in a mould, e.g. using clamping means for the reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a method for producing and / or checking a component made of a fiber composite material, wherein a base substrate and a plurality of fiber tape pieces are provided, from the base substrate and the
  • Fiber composite materials are produced by labor-intensive and cost-intensive processes, wherein the fiber composite material consists of a proportion of fibers and a proportion of matrix.
  • the fiber composite material consists of a proportion of fibers and a proportion of matrix.
  • This blank is referred to in particular as a board, wherein the starting material of the board is preferably an organic sheet.
  • this is done Producing an organic sheet, inter alia, by layering flat semi-finished fiber products under pressure and temperature with thermoplastic
  • Be pressed materials in film and / or powder form Be pressed materials in film and / or powder form.
  • thermoplastic materials are used. Typical representatives are
  • Polyamides Polypropylenes, polyethylene terephthalates, polyetheretherketones, polyphthalamides and thermoplastic polyurethanes.
  • preform which preferably comprises the fiber material and a thermoplastic matrix material
  • an intermediate product which passes through the loading or processing conditions of a semifinished fiber from the collection of all continuous fiber fractions and their matrix components.
  • a preform passes through the loading or processing conditions at the continuous fiber content until its transformation.
  • Manufacturing step of this plate product is a tensile stress on the
  • the board is on a
  • the invention has the object, a method of the type mentioned in such a way that a visual inspection of the sliver pieces can be facilitated.
  • a base substrate and a plurality of slivers are provided,
  • a preform is formed from the base substrate and the fiber ribbon pieces by the fiber ribbon pieces, in particular adhering, being applied to the base substrate, after which the preform is formed, in particular to form the or a component,
  • the preform is formed, or is or will be provided with one or at least one contrast agent, and
  • the applied to the base substrate fiber ribbon pieces are visually checked.
  • Base substrate and the fiber ribbon pieces increased by the or at least one contrast agent, so that the fiber ribbon pieces can be distinguished from the base substrate optically better.
  • Fiber band pieces are made especially in the visible light range.
  • the optical contrast between the base substrate and the fiber ribbon pieces is preferably increased in the range of visible light.
  • the increased optical contrast advantageously in the range of visible light, is perceptible and / or detectable from the outside.
  • increasing the optical contrast develops an optically detectable external effect, in particular in the visible light range.
  • the or at least one contrast agent exhibits its contrasting effect in the visible light range.
  • the visible light comprises electromagnetic waves having wavelengths from 380 nm to 780 nm or from approximately 380 nm to 780 nm.
  • the optical inspection is e.g. using a working in the visible light image capture unit or camera, which is particularly available at low cost in the market.
  • the base substrate and the fiber band pieces, in particular firmly adhering, applied to the base substrate preferably form an object to be checked and / or a body which is referred to in particular as an object to be checked and / or forms the object or an object to be checked.
  • the sliver pieces or more or at least one of the sliver pieces are provided on a surface of the object to be inspected.
  • This surface of the inspecting object and / or the surface or surfaces of the inspecting object having the fiber band pieces is referred to in particular as a surface to be checked.
  • a surface to be inspected by the fiber band pieces or the surface or a surface of the object to be checked is preferably formed by the base substrate.
  • the object to be checked is or preferably comprises the preform and / or is advantageously formed by the preform.
  • the optical checking of the sliver pieces applied to the base substrate is preferably carried out by detecting and evaluating one or at least one image of the slices to be checked
  • the capturing of the at least one image is e.g. through the or one
  • Image capture unit The evaluation of the or at least one image takes place e.g. through image analysis.
  • Fiber band pieces preferably take place on the basis of, in particular on the object to be checked and / or on the surface to be checked or on the or a surface of the object to be checked, reflected light.
  • the optical checking advantageously takes place in such a way that light incident on the object to be checked and / or on the surface to be checked or on or a surface of the object to be checked is present in or on the object to be checked and / or on the surface to be checked is reflected or the surface of the object to be examined and the reflected light and / or the or at least one or one or at least one resulting from the reflected light image is detected and evaluated.
  • the detection of the reflected light and / or of the at least one image resulting from the reflected light takes place, for example, by the or an image acquisition unit.
  • the evaluation of the reflected light and / or of the at least one image resulting from the reflected light takes place, for example, by image evaluation.
  • one or at least one light source is provided, which generates and / or emits the light striking, in particular, the object to be checked and / or the surface to be checked or the surface or object of the object to be checked.
  • the object to be checked and / or the surface to be checked or the or a surface of the object to be checked in particular with the or at least one or with one or at least one light source
  • the or at least one light source is a natural light source, such as the sun, or one or at least one artificial light source, such as one or at least one light source. That generated by the or the at least one light source and / or emitted light is preferably visible light.
  • a visible light generating and / or emitting light source is available in particular at low cost.
  • the surface of the object to be checked is, in particular, the surface of the object to be checked and / or of the preform that has the pieces of fiber slivers.
  • Fiber band pieces are preferably carried out by supervision and / or under
  • the optical checking of the fiber band pieces applied to the base substrate takes place in the incident light method and / or using the or an incident light method, preferably in the region of visible light.
  • the incident light method is based in particular on
  • the incident light method is or in particular represents the one-sided or one-sided visual method.
  • Optical inspection in the incident-light method and / or using the or an incident-light method is or represents, e.g. the or one
  • the reflected light method preferably takes place in the region of visible light and / or the incident light method is preferably with
  • the sliver pieces each comprise a thermoplastic sliver piece matrix with embedded therein
  • the fiber band pieces are preferably provided in the solid and / or rigid state, for example at room temperature.
  • the fiber band pieces are free of a binder or
  • melt adhesive Under a binder are usually understood low melting thermoplastic additional layers that develop an adhesive effect by the action of temperature.
  • the sliver pieces are advantageously at one or at least one predefined position and / or predefined
  • the fiber band pieces in particular before their provision and / or for their provision, are separated and / or cut off from one or at least one sliver.
  • the or at least one sliver comprises a thermoplastic sliver matrix having sliver fibers embedded therein. The separation and / or cutting off of the fiber band pieces from the one or more slivers preferably takes place in the solid and / or rigid state of the or at least one sliver, for example, at room temperature.
  • the cutting and / or cutting off of the fiber band pieces takes place by means of a cutting device, which preferably provides the fiber band pieces.
  • the cutting device is preferably the or at least one sliver or are preferably fed to a plurality of slivers.
  • the Faserband mixesmatrizes the sliver pieces are preferably made of the same or the same material.
  • Preferably, and / or the fiber ribbon piece matrix of each fiber ribbon piece is and / or forms a piece of the fiber ribbon matrix of the or at least one fiber ribbon.
  • the fiber ribbon fibers of the fiber ribbon pieces are preferably made of the same or the same material.
  • the sliver piece fibers of each sliver piece are and / or form pieces of the sliver fibers of the or at least one sliver.
  • Faserband consultancy the sliver pieces of the material of
  • the fiber band pieces are assigned to load paths of the component or of a component to be produced and arranged and / or positioned corresponding to the load paths on the base substrate.
  • each sliver piece in particular before and / or during its application to the base substrate and / or before forming, flat or predominantly flat.
  • the base substrate in particular before and / or during the application of the fiber ribbon pieces to the base substrate and / or before forming, is flat or predominantly flat. This makes it possible, in particular, to simplify the formation of the preform, since no complicated geometries occur.
  • the preform especially before forming, flat or predominantly flat.
  • the sliver pieces are so on the
  • the sliver pieces in particular after their application to the base substrate and / or before forming and / or during forming and / or after forming, have a different position and / or a different orientation.
  • the sliver pieces in particular after their application to the base substrate and / or before forming and / or during forming and / or after forming, have a different position and / or a different orientation.
  • each fiber band piece defines in particular the or a position of the respective fiber band piece.
  • the sliver pieces have different lengths.
  • different load path lengths of the component to be produced can be taken into account with the fiber band pieces.
  • the sliver pieces are provided in different lengths by the cutting device.
  • the base substrate comprises a thermoplastic base substrate matrix having base substrate fibers embedded therein.
  • the base substrate fibers are and / or comprise continuous fibers and / or the
  • Base substrate fibers are in the form of continuous fibers.
  • the base substrate fibers are and / or include carbon fibers and / or
  • the base substrate is or is a carrier layer.
  • the fibrous web fibers are and / or comprise continuous fibers and / or pieces of continuous fibers and / or the fibrous web fibers are in the form of continuous fibers and / or in the form of pieces of continuous fibers.
  • the fiber ribbon fibers are and / or include the fiber ribbon fibers
  • Natural fibers are Natural fibers.
  • Endless fibers and / or the sliver fibers are in the form of continuous fibers.
  • the sliver fibers are and / or comprise carbon fibers and / or glass fibers and / or aramid fibers and / or natural fibers.
  • Sliver matrix of the same thermoplastic group Prefers Both the base substrate matrix and the sliver matrix are the same
  • thermoplastic substance group
  • the base substrate matrix is made of polyamide, polypropylene,
  • thermoplastic polyurethane In particular, and / or forms that
  • Base substrate a board and / or a board blank and / or a
  • each sliver piece matrix is made of polyamide
  • the sliver matrix consists of polyamide, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyetheretherketone, polyphthalamide or thermoplastic polyurethane.
  • the sliver matrix consists of polyamide, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyetheretherketone,
  • Polyphthalamide or thermoplastic polyurethane are Polyphthalamide or thermoplastic polyurethane.
  • the preform and / or the fiber band pieces and / or the base substrate, in particular before and / or for forming are heated in such a way that the preform, in particular before and / or for forming, assumes a formable state.
  • the preform is deformed in the or a deformable state of the preform, in particular to the or a component.
  • the preform and / or the fiber ribbon pieces and / or the base substrate are or are heated, in particular before and / or for the forming, in such a way that the base substrate matrix and each Soften and / or melt fiber ribbon piece matrix.
  • the preform and / or the fiber band pieces and / or the preform are heated in such a way that the preform, in particular before and / or for forming, assumes a formable state.
  • the preform is deformed in the or a deformable state of the preform, in particular to the or a component.
  • the preform and / or the fiber ribbon pieces and / or the base substrate
  • Primary substrate in particular before and / or for forming, heated to a temperature which is equal to or greater than the melting temperature of the base substrate matrix and equal to or greater than the melting temperature of each fiber ribbon piece matrix.
  • Preform formed component in particular by cooling.
  • the deformation of the preform by means of a forming tool comprises a cavity.
  • the preform is preferably introduced into the cavity, in particular before the forming and / or the forming.
  • the preform in particular by means of the forming tool, is molded into the cavity.
  • the preform may also be referred to as an intermediate, for example.
  • the hardening and / or solidification preferably takes place in the forming tool and / or in its cavity.
  • Sliver pieces with the base substrate preferably a cohesive connection.
  • the base substrate and the sliver pieces enter into a material connection with each other.
  • the base substrate and the fiber ribbon pieces in the manufactured component are materially interconnected.
  • thermoplastic injection molding compound preferably for providing at least one supplementary element, injection-molded.
  • at least one supplementary element or the at least one supplementary element can be provided on the body and / or the component formed by the deformation of the preform.
  • the injection molding compound is e.g. Free of
  • the injection molding compound comprises and / or contains reinforcing fibers. Is the injection in the cavity of
  • the step of hardening and / or solidification preferably also includes the hardening and / or solidification of the injection molding compound.
  • the sliver pieces and / or the base substrate are or will be provided with the at least one contrast agent prior to application of the sliver pieces to the base substrate.
  • the base substrate is inadvertently provided with the contrast agent of the fiber ribbon pieces and / or the fiber ribbon pieces are inadvertently provided with the contrast agent of the base substrate.
  • the or at least one contrast agent may be incorporated into each fibrous band matrix and / or the matrix substrate.
  • the or at least one contrast agent is applied to the fiber band pieces and / or to the base substrate.
  • the base substrate in particular standard materials or products available on the market can be used.
  • or at least one or at least a contrast agent or at least a part thereof for example by being applied to the fiber ribbon pieces and / or the base substrate, on or on the surface to be inspected or on or on the surface of the object to be inspected and / or / or the preform provided. This surface is, in particular, the surface or surfaces of the object to be tested and / or of the preform having the fiber band pieces.
  • the base substrate and / or the at least one contrast agent with which in particular the fiber band pieces are provided and / or in particular is applied to the sliver pieces are, especially in the visible light, preferably optically different and / or preferably have optically different properties, especially in the visible light, and / or the sliver pieces and or at least one contrast agent with the
  • the base substrate is provided and / or which is applied in particular to the base substrate are, in particular in the range of visible light, preferably optically different and / or preferably have different optical
  • the or at least one contrast agent especially in the region of visible light, preferably causes a darkening or brightening of the
  • the or the at least one contrast agent is a colorant and / or a colorant, in particular in the range of visible light.
  • any color preferably in the range of visible light, is possible as the color of the or at least one contrast agent, including black, white and / or gray.
  • the fiber band pieces are each provided with a first contrast agent, wherein the base substrate with a second Contrast agent is provided.
  • Contrast agents are, in particular in the range of visible light, preferably different and / or optically different and / or have optically different properties, in particular in the range of visible light on.
  • the first contrast agent and the second contrast agent in particular in the region of visible light, have different brightnesses and / or different colors.
  • the first contrast agent is applied to the fiber band pieces.
  • the second contrast agent is applied to the base substrate.
  • the at least one contrast agent thus preferably comprises two or at least two, preferably in the range of visible light, different and / or optically different contrast agents, namely in particular the first contrast agent and the second contrast agent.
  • the first contrast agent and the second contrast agent unfold theirs
  • the first contrast agent or at least a part thereof is or will be, for example, by being applied to the fiber ribbon pieces, on or on the surface to be tested, or on or on the or one or more
  • This surface is in particular the one or the
  • Fiber band pieces having surface of the object to be checked and / or the preform. It is advantageous or will the second contrast agent or at least a part thereof, for example by its application to the Base substrate, provided on or on the surface to be checked or on or on or a surface of the object to be checked and / or the preform.
  • This surface is, in particular, the surface or surfaces of the object to be tested and / or of the preform having the fiber band pieces.
  • the optical checking is carried out on the
  • Each fiber band piece and / or the base substrate and / or the preform is advantageously even or predominantly flat during the optical checking. Thus, it is possible to keep the geometry to be checked relatively simple, which facilitates visual inspection.
  • the optical checking comprises on the
  • Base substrate applied fiber tape pieces checking one or at least one, in particular in the visible light, optically detectable property of each fiber ribbon piece.
  • each sliver piece in particular optically and / or in the visible light, detected, quantified and compared with one or at least one predetermined value for the respective sliver piece.
  • the or at least one, especially in the visible Light, optically detectable property of each fiber ribbon piece is or includes, for example, its length and / or its location on the base substrate.
  • the optical checking of the fiber band pieces takes place under
  • the optical inspection of the sliver pieces applied to the base substrate comprises checking the position of the sliver pieces and / or each sliver piece on the base substrate.
  • the position of each fiber ribbon piece on the base substrate is optically detected and compared with a predetermined position for the respective fiber ribbon piece.
  • the optical inspection of the sliver pieces applied to the base substrate comprises checking the length of the sliver pieces and / or each sliver piece. Preference is given to the length of each
  • Faserband mixes in particular optically and / or visible in the field of visible light, detected and with a predetermined length for the respective
  • Fiber band compared.
  • the checking of the position and / or length of the fiber band pieces is in particular a way to the load paths
  • each fiber ribbon piece preferably includes its position and / or orientation.
  • the optical checking comprises on the
  • Base substrate applied fiber band pieces thus checking the position the sliver pieces and / or each sliver piece on the base substrate.
  • the position of each fiber ribbon piece on the base substrate in particular optically and / or in the region of visible light, is optically detected and compared with a predetermined position for the respective fiber ribbon piece.
  • optically checking the slivers applied to the base substrate preferably comprises checking the orientation of the slivers
  • Base substrate in particular optically and / or visually in the range of visible light, detected and with a predetermined orientation for the respective
  • the or each of the at least one, in particular in the visible light, optically detectable property of each fiber ribbon piece is or comprises e.g. its position and / or its orientation and / or its length and / or its position on the base substrate.
  • optical check reveals that the fiber band pieces meet predetermined requirements, in particular the method according to the invention is continued and / or the preform is further processed. Makes the optical
  • the predetermined requirements are or preferably include or for each piece of sliver the at least one predetermined value and / or the predetermined position and / or the predetermined length and / or the predetermined position and / or the predetermined orientation.
  • the or at least one predetermined value comprises the predetermined position and / or the predetermined length and / or the predetermined position and / or the predetermined orientation.
  • the optical checking is done on the
  • the image analysis is preferably an electronic image analysis.
  • An electronic image analysis allows in particular the automation of the optical inspection and / or the inventive method.
  • the image evaluation is carried out in particular by means of an image processing system, which is preferably an electronic image processing system.
  • the image processing system preferably comprises the or one or at least one image capture unit, which is preferably a digital image capture unit.
  • the or at least one image capture unit is or comprises one or at least one camera, which is preferably a digital camera.
  • the image processing system preferably comprises an evaluation device, which is preferably an electronic evaluation device.
  • the evaluation device preferably comprises a computing unit, such as a digital computer.
  • the evaluation device is connected to the image acquisition unit, in particular electrically, connected.
  • the image evaluation advantageously takes place by means of a program (software) running in the evaluation unit.
  • the program is executed by the arithmetic unit and / or the digital computer.
  • the evaluation device and / or the arithmetic unit and / or the digital computer comprises a memory which is in particular an electronic memory.
  • the predetermined requirements are or are preferably stored in the memory.
  • or at least one predetermined value and / or the predetermined position and / or the predetermined length and / or the predetermined position and / or the predetermined orientation are or are stored in the evaluation device and / or in the memory for each fiber band piece.
  • Image processing system preferably comprises the one or more at least one or at least one light source.
  • the one or more or at least one light source is e.g. separately from the
  • the image acquisition unit preferably operates in the visible light range.
  • the image acquisition unit preferably operates in the visible light range.
  • Image capture unit visible light detectable.
  • the or at least one image or images acquired or recorded by the image acquisition unit is one or at least one image or images in the visible light range.
  • the image evaluation is preferably carried out by processing and / or under evaluation of the or at least one image or images.
  • Base substrate applied sliver pieces preferably in the incident light method and / or using the or a Auflichtlichtvons, preferably in the range of visible light.
  • the image acquisition unit and the light source are arranged in particular on the same side of the object or an object to be detected or checked.
  • the incident light method thus differs from the transmitted light method, in which the light passes through the object to be checked.
  • Transmitted light methods are the image capture unit and the light source
  • a disadvantage of the transmitted light method is that a special light source is required whose light can penetrate the object to be checked if this is not transparent in the visible light range.
  • a light source is usually more expensive than a light source operating in the visible range of the light.
  • a special one is usually more expensive than a light source operating in the visible range of the light.
  • Imaging unit is required, which is adapted to the light emitted by the special light source.
  • image acquisition unit is usually more expensive than a working in the visible range of light Image capture unit.
  • an advantage of the incident light method in the area of visible light is, in particular, that a person can also capture an image resulting from the reflected light, preferably directly.
  • the method according to the invention is preferably carried out by means of a production plant.
  • the production plant comprises in particular the cutting device and / or the forming tool and / or the image processing system and / or the one or more or at least one light source.
  • the production plant is supplied with flat continuous fiber ribbons, which are provided by the cutting device as a function of the load requirement at different lengths.
  • thermoplastic preconsolidated fiber materials base substrate, fiber ribbon pieces
  • preform intermediate product
  • the invention advantageously makes it possible to increase the material anisotropy by means of load-oriented fiber sections (fiber band pieces).
  • the contrasting preferably in the region of visible light
  • the contrasting is achieved by the application of at least one contrast agent to, for example, the fiber band pieces and / or on the base substrate increased so far that an optical contrast agent
  • the invention further relates to a according to the invention
  • 1 is a plan view of a sliver and a plurality of slivers separated from the sliver
  • Fig. 3 is a plan view of a formed from the sliver pieces
  • Fig. 5 is a plan view of one of the base substrate and the
  • FIG. 6 is a schematic view of the preform and a
  • Image processing system for optically checking the sliver pieces
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of a forming tool for forming the Vorfornnlings and
  • Fig. 8 is a side view of a formed by the deformation of Vorfornnlings component.
  • FIG. 1 shows a plan view of a sliver 1, shown only partially, which comprises a thermoplastic sliver matrix 2 and sliver fibers 3 embedded therein in the form of continuous fibers, which are indicated only schematically.
  • a sliver 1 shows a plan view of a sliver 1, shown only partially, which comprises a thermoplastic sliver matrix 2 and sliver fibers 3 embedded therein in the form of continuous fibers, which are indicated only schematically.
  • a plurality of flat or planar sliver pieces 5 and 6 are separated by means of a schematically indicated cutting device 4 and provided at a predefined position, which is apparent from Fig. 2, which is a plan view of the
  • present sliver pieces 5 and 6 are of different lengths and each have one of the sliver matrix 2 separated Faserband Glamatrix 7 with embedded Faserband consensusmaschinen 8, which are separated from the sliver fibers 3 and only schematically indicated.
  • the provided fiber band pieces 5 and 6 are received in the solid state by means of a schematically indicated handling device 9 and to a flat or flat sliver pattern 10 is arranged, which in plan view of FIG. 3 can be seen.
  • the sliver pieces 5 and 6 have a different position and a different orientation.
  • the slivers 5 and 6 are the same orientation in the sliver pattern 10 and / or that the sliver pieces overlap regionally or at least partially.
  • the sliver pieces 5 and 6 by means of the handling device 9 on a
  • Fiber band piece matrix 7 is located.
  • the handling device 9 has for this purpose in particular a schematically indicated heater 24.
  • a flat or planar base substrate 1 1 which can be seen from FIG. 4 and which comprises a thermoplastic base substrate matrix 12 with base substrate fibers 13 embedded therein in the form of continuous fibers, which are indicated only schematically.
  • the base substrate 1 1 is in particular an organo sheet or organic sheet blank.
  • the base substrate 1 1 is heated so that its
  • Base substrate matrix 12 melts. Subsequently, the present in the solid state sliver pattern 10 is applied as a whole by the handling device 9 on the heated base substrate 1 1, which is apparent from Fig. 5. There the sliver pattern 10 and / or the sliver pieces 5 and 6 of the
  • Sliver pattern 10 are in direct contact with the heated base substrate 1 1, the Faserband Suites 7 are melted by the heated base substrate 1 1.
  • the base substrate 11 with the sliver pattern 10 applied forms a preform 15 which is in a formable state since both the base substrate matrix 12 and the sliver matrices 7 are melted. In this case, the fiber band pieces 5 and 6 adhere through the
  • the fiber band pieces 5 and 6 and / or the sliver pattern 10 are applied to the base substrate 11 in a solid state of the base substrate 11.
  • the base substrate 1 1 forms with the applied fiber ribbon pieces 5 and 6 and / or the applied sliver pattern 10 Vorfornnling 15, which is, however, in a solid or at least partially solid state.
  • a binder or adhesive such as a binder.
  • a hot melt adhesive is used so that the fiber ribbon pieces 5 and 6 adhere to the base substrate 11.
  • the preform 15 is heated and thus converted into a deformable state in which, in particular, the base substrate matrix 12 and the fiber ribbon piece matrices 7 of the fiber ribbon pieces 5 and 6 have melted.
  • the fiber band pieces 5 and 6 only when applied to the base substrate 1 1 to the sliver pattern 10 to arrange. Further, it is possible to heat the sliver pieces 5 and 6 before or to be applied to the base substrate 11 so that the sliver matrix 7 of each sliver piece is softened or melted when applied to the base substrate 11. Preferably, the fiber band pieces 5 and 6 then already adhere to the base substrate 11, so that eg a binder or adhesive can be dispensed with.
  • the preform 15 is now subjected to an optical control, in which the position and the length of each fiber band piece by means of an electronic
  • Image evaluation can be visually checked.
  • an image processing system 28 is provided, which can be seen in a schematic view together with the preform from FIG. The
  • Image processing system 28 comprises a digital camera 29, by means of which at least the region of the preform 15 can be detected, in which the
  • Fiber band pieces 5 and 6 are arranged.
  • the entire surface 30 of the preform 15, on which the fiber band pieces 5 and 6 are arranged lies in the detection area 31 of the digital camera 29, which is indicated schematically by dashed lines.
  • Image processing system 28 a light source by means of which the surface 30 of the preform 15 is illuminated.
  • the surface 30 of the preform 15 but also by light from the environment or from a be lit separate source of light. Furthermore, this includes
  • Image processing system 28 an electrically connected to the digital camera 29 evaluation device 32, by means of which the digital camera 29 recorded images can be electronically processed and / or evaluated.
  • a contrast agent 33 is applied to the fiber ribbon pieces 5 and 6 before the optical inspection.
  • the application of the contrast agent 33 to the fiber band pieces 5 and 6 can be carried out before or after the application of the fiber band pieces 5 and 6 on the base substrate 1 1.
  • the contrast agent 33 is already on the
  • a contrast agent 34 is additionally or alternatively applied to the base substrate 11.
  • the contrast agent 33 can either be dispensed with or the contrast agent 34 is provided in addition to the contrast agent 33.
  • the contrast agent 33 is referred to in particular as a first contrast agent and the contrast agent 34 in particular as a second contrast agent.
  • the application of the contrast agent 34 on the base substrate 1 1 can before or after the application of the sliver pieces 5 and 6 on the
  • the predetermined requirements include a predetermined position on the base substrate 1 1 and a predetermined length for each sliver piece and are stored in the evaluation device 32.
  • the preform 15 is further processed after the optical inspection.
  • the Vorfornnling 15 as long as he is in the deformable state and / or after it has been converted into the deformable state, fed by means of the handling device 9 or by means of another handling device a forming tool 17, which includes an upper tool 18 and a lower tool 19, in which a cavity 16 is provided.
  • the preform 15 is introduced into the cavity 16 of the forming tool 17, which can be seen in a schematic sectional illustration from FIG. 7.
  • the preform 15 to be introduced into the cavity 16 is shown schematically.
  • the upper tool 18 has a projection 20 which can dip into the cavity 16.
  • the tools 18 and 19 are now moved together, so that the projection 20 is immersed in the cavity 16 and the between the tools 18 and 19 arranged preform 15, in particular in the cavity 16, is deformed under pressure to a component 21.
  • thermoplastic injection molding compound 25 is injected into the cavity 16.
  • a thermoplastic injection molding compound 25 is injected into the cavity 16.
  • in the forming tool 17 at least one schematically indicated and accessible from the outside passage 22 may be provided to the cavity 16, through which the injection molding compound 25 is introduced into the cavity 16.
  • the injection-molding compound 25 is offset with reinforcing fibers 26 and received by a container 27 connected to the forming tool 17.
  • the component 21 cools and solidifies.
  • the solid component 21 is removed from the forming tool 17 and is shown in detail in FIG. 8. Furthermore, a by the injection molding of the injection molding compound 25th

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Abstract

Verfahren zum Herstellen und/oder Überprüfen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Grundsubstrat (11) und mehrere Faserbandstücke (5, 6) bereitgestellt werden, aus dem Grundsubstrat (11) und den Faserbandstücken (5, 6) ein Vorformling (15) gebildet wird, indem die Faserbandstücke (5, 6) auf das Grundsubstrat (11) aufgebracht werden, wonach der Vorformling (15) umgeformt wird, ein optischer Kontrast zwischen dem Grundsubstrat (11) und den Faserbandstücken (5, 6) erhöht wird, indem die Faserbandstücke (5, 6) und/oder das Grundsubstrat (11) mit oder jeweils mit wenigstens einem Kontrastmittel (33) versehen wird oder werden, und wobei nach dem Erhöhen des optischen Kontrasts die auf das Grundsubstrat (11) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) optisch überprüft werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen und/oder Überprüfen eines Bauteils aus einem
Faserverbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Überprüfen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Grundsubstrat und mehrere Faserbandstücke bereitgestellt werden, aus dem Grundsubstrat und den
Faserbandstücken ein Vorformling gebildet wird, indem die Faserbandstücke, insbesondere haftend, auf das Grundsubstrat aufgebracht werden, wonach der Vorformling, insbesondere unter Ausbildung des oder eines Bauteils, umgeformt wird.
Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 109 728.4 bekannt.
Faserverbundwerkstoffe werden durch arbeits- und kostenintensive Verfahren hergestellt, wobei der Faserverbundwerkstoff aus einem Anteil Fasern und einem Anteil Matrix besteht. Bei der Verarbeitung endlosfaserverstärkter Thermoplaste ist es dabei üblich, ebene Zwischenprodukte umzuformen, die bereits einen ausreichenden Anteil thermoplastischer Matrix im Fasermaterial enthalten. Dieser Zuschnitt wird insbesondere als Platine bezeichnet, wobei das Ausgangsmaterial der Platine vorzugsweise ein Organoblech ist. Beispielsweise erfolgt das Herstellen eines Organoblechs u.a. durch das Aufschichten ebener Faserhalbzeuge, die unter Druck und Temperatur mit thermoplastischen
Materialien in Folien- und/oder Pulverform verpresst werden.
Als Matrixmaterial des Organoblechs können insbesondere alle Formen
thermoplastischer Materialien eingesetzt werden. Typische Vertreter sind
Polyamide, Polypropylene, Polyethylenterephthalate, Polyetheretherketone Polyphthalamide sowie thermoplastische Polyurethane.
Als Vorformling, der vorzugsweise das Fasermaterial und ein thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, wird insbesondere ein Zwischenprodukt bezeichnet, das die Be- oder Verarbeitungszustände eines Faserhalbzeugs ab Zusammenkunft aller Endlosfaseranteile sowie deren Matrixanteile durchläuft. Bevorzugt durchläuft ein Vorformling die Be- oder Verarbeitungszustände am Endlosfaseranteil bis zu dessen Umformung.
Zur wirtschaftlichen Fertigung des Ausgangsmaterials der Platinen ist es üblich, in einem ersten Schritt ein großflächiges Fasermaterial als Plattenware herzustellen, aus dem anschließend die Platine herausgetrennt wird. Im Rahmen des
Herstellungsschritts dieser Plattenware ist eine Zugspannung auf dem
Fasermaterial zur Prozesskontrolle notwendig und erfordert eine durchgehende Faser über der Breite der Plattenware. Damit wird die Platine auf eine
Faserarchitektur begrenzt, die über die gesamte Fläche konstant ist. Fasern weisen in Ihrer Längsrichtung gesteigerte mechanische Eigenschaften auf. Daher wird bei der mechanischen Auslegung des Fasermaterials im Bauteil das Endlosfasermaterial auf und längs der Lastpfade des Produkts orientiert. Bauteile können Bereiche höherer Belastung aufweisen, gegen welche die Wandstärke, der Faseraufbau und der Verlauf ausgelegt werden. Somit ergeben sich in umgebenden Bereichen der Spannungsspitze überdimensionierte Wandstärken im Endlosfasermaterial, die aufgrund der Herstellungsweise der Platine nicht eingespart werden können. Die Kosten struktur von Produkten dieser
Werkstoffklasse legt jedoch einen sparsamen Einsatz des Grundmaterials
(Organoblech) nahe. Die Folge ist somit ein Zielkonflikt aus Wirtschaftlichkeit und mechanischen Eigenschaften des Endlosfasermaterials.
Eine Lösung dieses Zielkonfliktes wird z.B. durch eine lokale Anpassung der Faserarchitektur erreicht, indem zusätzliche Verstärkungsfasern in Form von Faserbandstücken auf das Grundsubstrat aufgebracht werden. Zur
Qualitätssicherung ist es allerdings wünschenswert, die Lage und die Länge der einzelnen Faserbandstücke auf dem Grundsubstrat zu überprüfen. Hier ergibt sich aufgrund der oftmals gleichen oder ähnlichen Materialien von Grundsubstrat und aufgebrachten Faserbandstücken ein geringer optischer Kontrast, der die optische Überprüfung, beispielsweise durch eine Bildverarbeitung, erschwert. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine optische Überprüfung der Faserbandstücke erleichtert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das eingangs genannte Verfahren zum Herstellen und/oder Überprüfen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei
- ein Grundsubstrat und mehrere Faserbandstücke bereitgestellt werden,
- aus dem Grundsubstrat und den Faserbandstücken ein Vorfornnling gebildet wird, indem die Faserbandstücke, insbesondere haftend, auf das Grundsubstrat aufgebracht werden, wonach der Vorfornnling, insbesondere unter Ausbildung des oder eines Bauteils, umgeformt wird,
wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass
- ein optischer Kontrast zwischen dem Grundsubstrat und den Faserbandstücken erhöht wird, indem die Faserbandstücke und/oder das Grundsubstrat,
insbesondere vor dem Umformen des Vorformlings, mit oder jeweils mit einem oder wenigstens einem Kontrastmittel versehen wird oder werden, und
- nach dem Erhöhen des optischen Kontrasts die auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke optisch überprüft werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kontrast zwischen dem
Grundsubstrat und den Faserbandstücken durch das oder das wenigstens eine Kontrastmittel erhöht, sodass die Faserbandstücke von dem Grundsubstrat optisch besser unterschieden werden können. Hierdurch wird die optische
Überprüfung der Faserbandstücke erleichtert.
Das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten
Faserbandstücke erfolgt insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts. Der optische Kontrast zwischen dem Grundsubstrat und den Faserbandstücken wird bevorzugt im Bereich des sichtbaren Lichts erhöht. Vorzugsweise ist der erhöhte optische Kontrast, vorteilhaft im Bereich des sichtbaren Lichts, von außen wahrnehmbar und/oder erfassbar. Vorteilhaft entfaltet das Erhöhen des optischen Kontrasts eine optisch erfassbare Außenwirkung, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts. Bevorzugt entfaltet das oder das wenigstens eine Kontrastmittel seine kontrastbildende Wirkung im Bereich des sichtbaren Lichts. Das sichtbare Licht umfasst insbesondere elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm oder von näherungsweise 380 nm bis 780 nm. Somit ist die optische Überprüfung z.B. unter Verwendung einer im Bereich des sichtbaren Lichts arbeitenden Bilderfassungseinheit oder Kamera möglich, die insbesondere kostengünstig auf dem Markt verfügbar ist.
Das Grundsubstrat und die, insbesondere festhaftend, auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke bilden bevorzugt ein zu überprüfendes Objekt und/oder einen Körper, der insbesondere als zu überprüfendes Objekt bezeichnet wird und/oder das oder ein zu überprüfendes Objekt bildet. Vorzugsweise sind die Faserbandstücke oder mehrere oder wenigstens eines der Faserbandstücke an einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts vorgesehen. Diese Oberfläche des überprüfenden Objekts und/oder die oder eine die Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des überprüfenden Objekts wird insbesondere als zu überprüfende Oberfläche bezeichnet. Ein von den Faserbandstücken freier Bereich zu überprüfenden Oberfläche oder der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts wird bevorzugt durch das Grundsubstrat gebildet. Das zu überprüfende Objekt ist oder umfasst vorzugsweise den Vorformling und/oder ist vorteilhaft durch den Vorformling gebildet. Das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke erfolgt bevorzugt durch Erfassen und Auswerten eines oder wenigstens eines Bilds der zu überprüfenden
Oberfläche oder der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts. Das Erfassen des oder des wenigstens Bilds erfolgt z.B. durch die oder eine
Bilderfassungseinheit. Das Auswerten des oder des wenigstens einen Bilds erfolgt z.B. durch Bildauswertung.
Das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten
Faserbandstücke erfolgt bevorzugt auf Basis von, insbesondere an dem zu überprüfenden Objekt und/oder an der zu überprüfenden Oberfläche oder an der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts, reflektiertem Licht. Vorteilhaft erfolgt das optische Überprüfen derart, dass auf das zu überprüfende Objekt und/oder auf die zu überprüfende Oberfläche oder auf die oder eine Oberfläche des zu überprüfenden Objekts auftreffendes Licht an oder in dem zu überprüfenden Objekt und/oder an der zu überprüfenden Oberfläche oder an der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts reflektiert wird und das reflektierte Licht und/oder das oder das wenigstens eine oder ein oder wenigstens ein sich aus dem reflektierten Licht ergebendes Bild erfasst und ausgewertet wird. Das Erfassen des reflektierten Lichts und/oder des oder des wenigstens einen sich aus dem reflektierten Licht ergebenden Bilds erfolgt z.B. durch die oder eine Bilderfassungseinheit. Das Auswerten des reflektierten Lichts und/oder des oder des wenigstens einen sich aus dem reflektierten Licht ergebenden Bilds erfolgt z.B. durch Bildauswertung. Bevorzugt ist eine oder wenigstens eine Lichtquelle vorgesehen, welche das, insbesondere auf das zu überprüfende Objekt und/oder auf die zu überprüfende Oberfläche oder auf die oder eine Oberfläche des zu überprüfenden Objekts auftreffende, Licht erzeugt und/oder abgibt. Vorteilhaft wird das zu überprüfende Objekt und/oder die zu überprüfende Oberfläche oder die oder eine Oberfläche des zu überprüfenden Objekts, insbesondere mit der oder der wenigstens einen oder mit einer oder wenigstens einer Lichtquelle,
vorzugsweise mit sichtbarem Licht, beleuchtet. Beispielsweise ist die oder die wenigstens eine Lichtquelle eine natürliche Lichtquelle, wie z.B. die Sonne, oder eine oder wenigstens eine künstliche Lichtquelle, wie z.B. ein oder wenigstens ein Leuchtmittel. Das von der oder der wenigstens einen Lichtquelle erzeugte und/oder abgegebene Licht ist vorzugsweise sichtbares Licht. Eine sichtbares Licht erzeugende und/oder abgebende Lichtquelle ist insbesondere kostengünstig verfügbar. Bei der Oberfläche des zu überprüfenden Objekts handelt es sich insbesondere um die oder eine die Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings.
Das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten
Faserbandstücke erfolgt bevorzugt durch Aufsichtkontrolle und/oder unter
Anwendung eines einseitigen Sichtverfahrens, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts. Insbesondere erfolgt das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke im Auflichtverfahren und/oder unter Anwendung des oder eines Auflichtverfahrens, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts. Das Auflichtverfahren basiert insbesondere auf der
vorgenannten Reflexion des Lichts. Vorteilhaft trifft beim oder im Auflichtverfahren das Licht auf einer oder derselben Seite des oder eines zu überprüfenden Objekts auf das zu überprüfende Objekt auf, auf der auch das reflektierte Licht und/oder das sich daraus ergebende Bild erfasst wird. Das Auflichtverfahren ist oder repräsentiert somit insbesondere das oder ein einseitiges Sichtverfahren. Das optische Überprüfen im Auflichtverfahren und/oder unter Anwendung des oder eines Auflichtverfahrens ist oder repräsentiert somit z.B. die oder eine
Aufsichtkontrolle. Bevorzugt erfolgt das Auflichtverfahren im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder das Auflichtverfahren wird vorzugsweise mit
sichtbarem Licht und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts durchgeführt.
Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die Faserbandstücke jeweils eine thermoplastische Faserbandstückmatrix mit darin eingebetteten
Faserbandstückfasern. Bevorzugt werden die Faserbandstücke im festen und/oder starren Zustand bereitgestellt, beispielsweise bei Raumtemperatur. Vorzugsweise sind die Faserbandstücke frei von einem Binder oder
Schmelzkleber. Unter einem Binder werden in der Regel niedrigschmelzende thermoplastische Zusatzschichten verstanden, die eine klebende Wirkung durch Temperatureinwirkung entfalten. Vorteilhaft werden die Faserbandstücke an einer oder wenigstens einer vordefinierten Position und/oder an vordefinierten
Positionen, bereitgestellt.
Gemäß einer Weiterbildung werden die Faserbandstücke, insbesondere vor ihrem Bereitstellen und/oder zu ihrem Bereitstellen von einem oder wenigstens einem Faserband abgetrennt und/oder abgeschnitten. Bevorzugt sind und/oder bilden die Faserbandstücke Stücke des oder des wenigstens einen oder eines oder wenigstens eines Faserbands. Insbesondere umfasst das oder das wenigstens eine Faserband eine thermoplastische Faserbandmatrix mit darin eingebetteten Faserbandfasern. Das Abtrennen und/oder Abschneiden der Faserbandstücke von dem oder dem wenigstens einen Faserband erfolgt bevorzugt im festen und/oder starren Zustand des oder des wenigstens einen Faserbands, beispielsweise bei Raumtemperatur. Insbesondere erfolgt das Abtrennen und/oder Abschneiden der Faserbandstücke mittels einer Schneideinrichtung, welche bevorzugt die Faserbandstücke zur Verfügung stellt. Der Schneideinrichtung wird vorzugsweise das oder das wenigstens eine Faserband oder werden bevorzugt mehrere Faserbänder zugeführt.
Die Faserbandstückmatrizes der Faserbandstücke bestehen bevorzugt aus demselben oder dem gleichen Material. Vorzugsweise ist und/oder bildet die Faserbandstückmatrix jedes Faserbandstücks ein Stück der Faserbandmatrix des oder des wenigstens einen Faserbands. Insbesondere bestehen die
Faserbandstückmatrizes der Faserbandstücke aus dem Material der
Faserbandmatrix.
Die Faserbandstückfasern der Faserbandstücke bestehen bevorzugt aus demselben oder dem gleichen Material. Vorzugsweise sind und/oder bilden die Faserbandstückfasern jedes Faserbandstücks Stücke der Faserbandfasern des oder des wenigstens einen Faserbands. Insbesondere bestehen die
Faserbandstückfasern der Faserbandstücke aus dem Material der
Faserbandfasern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Faserbandstücke Lastpfaden des oder eines herzustellenden Bauteils zugeordnet und entsprechend den Lastpfaden auf dem Grundsubstrat angeordnet und/oder positioniert. Bevorzugt ist jedes Faserbandstück, insbesondere vor und/oder während seines Aufbringens auf das Grundsubstrat und/oder vor dem Umformen, eben oder überwiegend eben. Vorzugsweise ist das Grundsubstrat, insbesondere vor und/oder während des Aufbringens der Faserbandstücke auf das Grundsubstrat und/oder vor dem Umformen, eben oder überwiegend eben. Hierdurch lässt sich insbesondere das Bilden des Vorformlings vereinfachen, da keine komplizierten Geometrien auftreten. Bevorzugt ist der Vorformling, insbesondere vor dem Umformen, eben oder überwiegend eben.
Gemäß einer Ausgestaltung werden die Faserbandstücke derart auf das
Grundsubstrat aufgebracht, dass die Faserbandstücke eine unterschiedliche Position und/oder eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Bevorzugt weisen die Faserbandstücke, insbesondere nach ihrem Aufbringen auf das Grundsubstrat und/oder vor dem Umformen und/oder während des Umformens und/oder nach dem Umformen, eine unterschiedliche Position und/oder eine unterschiedliche Orientierung auf. Somit lassen sich die Faserbandstücke insbesondere
unterschiedlichen Lastpfaden des herzustellenden Bauteils zuordnen. Die Position und/oder die Orientierung jedes Faserbandstücks definiert insbesondere die oder eine Lage des jeweiligen Faserbandstücks.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Faserbandstücke unterschiedliche Längen auf. Somit lassen sich mit den Faserbandstücken insbesondere unterschiedliche Lastpfadlängen des herzustellenden Bauteils berücksichtigen. Vorzugsweise werden die Faserbandstücke in unterschiedlichen Längen von der Schneideinrichtung zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Grundsubstrat eine thermoplastische Grundsubstratmatrix mit darin eingebetteten Grundsubstratfasern. Bevorzugt sind und/oder umfassen die Grundsubstratfasern Endlosfasern und/oder die
Grundsubstratfasern liegen in Form von Endlosfasern vor. Insbesondere sind und/oder umfassen die Grundsubstratfasern Kohlenstofffasern und/oder
Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Naturfasern. Vorzugsweise ist oder bildet das Grundsubstrat eine Trägerschicht.
Vorzugsweise sind und/oder umfassen die Faserbandstückfasern Endlosfasern und/oder Stücke von Endlosfasern und/oder die Faserbandstückfasern liegen in Form von Endlosfasern und/oder in Form von Stücken von Endlosfasern vor. Insbesondere sind und/oder umfassen die Faserbandstückfasern
Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder
Naturfasern. Vorteilhaft sind und/oder umfassen die Faserbandfasern
Endlosfasern und/oder die Faserbandfasern liegen in Form von Endlosfasern vor. Insbesondere sind und/oder umfassen die Faserbandfasern Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Naturfasern.
Gemäß einer Ausgestaltung gehören die Grundsubstratmatrix und jede
Faserbandstückmatrix der gleichen thermoplastischen Stoffgruppe an. Bevorzugt gehören die Grundsubstratmatrix und die Faserbandmatrix der gleichen
thermoplastischen Stoffgruppe an.
Bevorzugt besteht die Grundsubstratmatrix aus Polyamid, Polypropylen,
Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon, Polyphthalamid oder
thermoplastischem Polyurethan. Insbesondere ist und/oder bildet das
Grundsubstrat eine Platine und/oder einen Platinenzuschnitt und/oder ein
Organoblech und/oder einen Organoblechzuschnitt. Beispielsweise wird das Grundsubstrat durch Zuschneiden einer Platine und/oder eines Organoblechs gebildet. Vorzugsweise besteht jede Faserbandstückmatrix aus Polyamid,
Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon, Polyphthalamid oder thermoplastischem Polyurethan. Vorteilhaft besteht die Faserbandmatrix aus Polyamid, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon,
Polyphthalamid oder thermoplastischem Polyurethan.
Bevorzugt wird oder werden der Vorfornnling und/oder die Faserbandstücke und/oder das Grundsubstrat, insbesondere vor und/oder zu dem Umformen, derart erwärmt, dass der Vorfornnling, insbesondere vor und/oder zu dem Umformen, einen umformbaren Zustand annimmt. Vorteilhaft wird der Vorfornnling in dem oder einem umformbaren Zustand des Vorformlings, insbesondere zu dem oder einem Bauteil, umgeformt. Bevorzugt wird oder werden der Vorfornnling und/oder die Faserbandstücke und/oder das Grundsubstrat, insbesondere vor und/oder zu dem Umformen, derart erwärmt, dass die Grundsubstratmatrix und jede Faserbandstückmatrix erweichen und/oder schmelzen. Vorzugsweise wird oder werden der Vorformling und/oder die Faserbandstücke und/oder das
Grundsubstrat, insbesondere vor und/oder zu dem Umformen, bis auf eine Temperatur erwärmt, die gleich oder größer als die Schmelztemperatur der Grundsubstratmatrix und gleich oder größer als die Schmelztemperatur jeder Faserbandstückmatrix ist.
Bevorzugt erhärten und/oder erstarren die Grundsubstratmatrix und die
Faserbandstückmatrizes nach dem Umformen, insbesondere durch Abkühlen. Vorzugsweise erhärtet und/oder erstarrt der durch die Umformung des
Vorformlings gebildete Körper und/oder das durch die Umformung des
Vorformlings gebildete Bauteil, insbesondere durch Abkühlen.
Gemäß einer Weiterbildung erfolgt die Umformung des Vorformlings mittels eines Umformformwerkzeugs. Bevorzugt umfasst das Umform Werkzeug eine Kavität. Vorzugsweise wird der Vorformling, insbesondere vor dem Umformen und/oder zu dem Umformen, in die Kavität eingebracht. Bevorzugt wird der Vorformling, insbesondere mittels des Umformwerkzeugs, in die Kavität eingeformt. Der Vorformling kann z.B. auch als Zwischenprodukt bezeichnet werden. Das Erhärten und/oder Erstarren erfolgt bevorzugt in dem Umformwerkzeug und/oder in dessen Kavität. Durch das Erweichen und/oder Schmelzen der Faserbandstückmatrizes und der Grundsubstratmatrix, gehen die auf das Grundsubstrat aufgebrachten
Faserbandstücke mit dem Grundsubstrat vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung ein. Bevorzugt gehen das Grundsubstrat und die Faserbandstücke, insbesondere während des Erhärtens und/oder Erstarrens des Bauteils und/oder des umgeformten Vorfornnlings, eine stoffschlüssige Verbindung miteinander ein. Bevorzugt sind das Grundsubstrat und die Faserbandstücke bei dem hergestellten Bauteil stoffschlüssig miteinander verbunden.
Vorteilhaft wird in der Kavität des Umformwerkzeugs und/oder in einer separaten Kavität an den durch die Umformung des Vorfornnlings gebildeten Körper und/oder an das durch die Umformung des Vorfornnlings gebildete Bauteil eine
thermoplastische Spritzgussmasse, vorzugsweise zum Vorsehen wenigstens eines ergänzenden Elements, angespritzt. Somit lässt sich insbesondere wenigstens ein ergänzendes Element oder das wenigstens eine ergänzende Element an dem durch die Umformung des Vorfornnlings gebildeten Körper und/oder dem Bauteil vorsehen. Die Spritzgussmasse ist z.B. frei von
Verstärkungsfasern. Bevorzugt umfasst und/oder enthält die Spritzgussmasse aber Verstärkungsfasern. Erfolgt das Anspritzen in der Kavität des
Umformwerkzeugs, so umfasst der Schritt des Erhärtens und/oder Erstarrens bevorzugt auch das Erhärten und/oder Erstarren der Spritzgussmasse. Gemäß einer Ausgestaltung wird oder werden die Faserbandstücke und/oder das Grundsubstrat vor dem Aufbringen der Faserbandstücke auf das Grundsubstrat mit oder jeweils mit dem wenigstens einen Kontrastmittel versehen. Somit kann vermieden werden, dass das Grundsubstrat versehentlich mit dem Kontrastmittel der Faserbandstücke versehen wird und/oder die Faserbandstücke versehentlich mit dem Kontrastmittel des Grundsubstrats versehen werden.
Das oder das wenigstens eine Kontrastmittel kann jeder Faserbandstückmatrix und/oder der Grundsubstratmatrix beigemengt werden. Bevorzugt wird das oder das wenigstens eine Kontrastmittel aber auf die Faserbandstücke und/oder auf das Grundsubstrat aufgebracht. Somit können für das Faserband und/oder für die Faserbandstücke und/oder für das Grundsubstrat insbesondere auf dem Markt verfügbare Standardmaterialien oder -produkte verwendet werden. Bevorzugt ist oder wird das oder das wenigstens eine Kontrastmittel oder zumindest ein Teil desselben, beispielsweise durch sein Aufbringen auf die Faserbandstücke und/oder auf das Grundsubstrat, an oder auf der zu überprüfenden Oberfläche oder an oder auf der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings vorgesehen. Bei dieser Oberfläche handelt es sich insbesondere um die oder eine die Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings.
Das Grundsubstrat und das oder das wenigstens eine Kontrastmittel, mit dem insbesondere die Faserbandstücke versehen werden und/oder das insbesondere auf die Faserbandstücke aufgebracht wird, sind, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, vorzugsweise optisch unterschiedlich und/oder weisen vorzugsweise optisch unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, auf und/oder die Faserbandstücke und das oder das wenigstens eine Kontrastmittel, mit dem insbesondere das Grundsubstrat versehen wird und/oder das insbesondere auf das Grundsubstrat aufgebracht wird, sind, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, vorzugsweise optisch unterschiedlich und/oder weisen vorzugsweise optisch unterschiedliche
Eigenschaften, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, auf.
Das oder das wenigstens eine Kontrastmittel bewirkt, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, bevorzugt eine Abdunkelung oder Aufhellung der
Faserbandstücke gegenüber dem Grundsubstrat und/oder des Grundsubstrats gegenüber den Faserbandstücken und/oder eine unterschiedliche Farbgebung von Grundsubstrat und Faserbandstücken, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts. Beispielsweise ist das oder das wenigstens eine Kontrastmittel ein Farbmittel und/oder ein farbgebender Stoff, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts. Als Farbe des oder des wenigstens einen Kontrastmittels ist insbesondere jede Farbe, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts, möglich, einschließlich schwarz, weiß und/oder grau.
Gemäß einer Weiterbildung werden die Faserbandstücke jeweils mit einem ersten Kontrastmittel versehen, wobei das Grundsubstrat mit einem zweiten Kontrastmittel versehen wird. Das erste Kontrastnnittel und das zweite
Kontrastmittel sind, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, vorzugsweise unterschiedlich und/oder optisch unterschiedlich und/oder weisen optisch unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, auf. Beispielsweise weisen das erste Kontrastmittel und das zweite Kontrastmittel, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, unterschiedliche Helligkeiten und/oder unterschiedliche Farben auf. Bevorzugt wird das erste Kontrastmittel auf die Faserbandstücke aufgebracht. Vorteilhaft wird das zweite Kontrastmittel auf das Grundsubstrat aufgebracht. Das wenigstens eine Kontrastmittel umfasst somit bevorzugt zwei oder wenigstens zwei, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts, unterschiedliche und/oder optisch unterschiedliche Kontrastmittel, nämlich insbesondere das erste Kontrastmittel und das zweite Kontrastmittel. Vorteilhaft entfalten das erste Kontrastmittel und das zweite Kontrastmittel ihre
kontrastbildende Wirkung, vorzugsweise jeweils, im Bereich des sichtbaren Lichts. Bevorzugt ist oder wird das erste Kontrastmittel oder zumindest ein Teil desselben, beispielsweise durch sein Aufbringen auf die Faserbandstücke, an oder auf der zu überprüfenden Oberfläche oder an oder auf der oder einer
Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings vorgesehen. Bei dieser Oberfläche handelt es sich insbesondere um die oder eine die
Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings. Vorteilhaft ist oder wird das zweite Kontrastmittel oder zumindest ein Teil desselben, beispielsweise durch sein Aufbringen auf das Grundsubstrat, an oder auf der zu überprüfenden Oberfläche oder an oder auf der oder einer Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings vorgesehen. Bei dieser Oberfläche handelt es sich insbesondere um die oder eine die Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des zu überprüfenden Objekts und/oder des Vorformlings.
Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt das optische Überprüfen der auf das
Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke vor dem Umformen des
Vorformlings. Vorteilhaft ist jedes Faserbandstück und/oder das Grundsubstrat und/oder der Vorformling während des optischen Überprüfens eben oder überwiegend eben. Somit ist es möglich, die zu überprüfende Geometrie relativ einfach zu halten, was das optische Überprüfen erleichtert.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das optische Überprüfen der auf das
Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke das Überprüfen einer oder zumindest einer, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, optisch erfassbaren Eigenschaft jedes Faserbandstücks. Bevorzugt wird dazu die oder die zumindest eine, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, optisch
erfassbare Eigenschaft jedes Faserbandstücks, insbesondere optisch und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts optisch, erfasst, quantifiziert und mit einem oder wenigstens einem vorgegebenen Wert für das jeweilige Faserbandstück verglichen. Die oder die zumindest eine, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, optisch erfassbare Eigenschaft jedes Faserbandstücks ist oder umfasst z.B. dessen Länge und/oder dessen Lage auf dem Grundsubstrat.
Bevorzugt erfolgt das optische Überprüfen der Faserbandstücke unter
Berücksichtigung von Lastpfaden oder der Lastpfade des oder eines
herzustellenden Bauteils. Vorteilhaft umfasst das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke das Überprüfen der Lage der Faserbandstücke und/oder jedes Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat.
Bevorzugt wird dazu die Lage jedes Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat, insbesondere optisch und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts optisch, erfasst und mit einer vorgegebenen Lage für das jeweilige Faserbandstück verglichen. Vorzugsweise umfasst das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke das Überprüfen der Länge der Faserbandstücke und/oder jedes Faserbandstücks. Bevorzugt wird dazu die Länge jedes
Faserbandstücks, insbesondere optisch und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts optisch, erfasst und mit einer vorgegebenen Länge für das jeweilige
Faserbandstück verglichen. Das Überprüfen von Lage und/oder Länge der Faserbandstücke ist insbesondere eine Möglichkeit, die Lastpfade zu
berücksichtigen.
Die Lage jedes Faserbandstücks umfasst bevorzugt dessen Position und/oder Orientierung. Vorteilhaft umfasst das optische Überprüfen der auf das
Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke somit das Überprüfen der Position der Faserbandstücke und/oder jedes Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat. Bevorzugt wird dazu die Position jedes Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat, insbesondere optisch und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts optisch, erfasst und mit einer vorgegebenen Position für das jeweilige Faserbandstück verglichen. Ferner umfasst das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke vorzugsweise das Überprüfen der Orientierung der
Faserbandstücke und/oder jedes Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat.
Bevorzugt wird dazu die Orientierung jedes Faserbandstücks auf dem
Grundsubstrat, insbesondere optisch und/oder im Bereich des sichtbaren Lichts optisch, erfasst und mit einer vorgegebenen Orientierung für das jeweilige
Faserbandstück verglichen. Die oder die zumindest eine, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, optisch erfassbare Eigenschaft jedes Faserbandstücks ist oder umfasst z.B. dessen Position und/oder dessen Orientierung und/oder dessen Länge und/oder dessen Lage auf dem Grundsubstrat.
Ergibt die optische Überprüfung, dass die Faserbandstücke vorgegebenen Anforderungen genügen, wird insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren fortgeführt und/oder der Vorformling weiter verarbeitet. Ergibt die optische
Überprüfung hingegen, dass die Faserbandstücke den vorgegebenen
Anforderungen nicht genügen, wird insbesondere das erfindungsgemäße
Verfahren abgebrochen und/oder der Vorformling aussortiert. Die vorgegebenen Anforderungen sind oder umfassen bevorzugt für jedes Faserbandstück den oder den wenigstens einen vorgegebenen Wert und/oder die vorgegebene Lage und/oder die vorgegebene Länge und/oder die vorgegebene Position und/oder die vorgegebene Orientierung. Vorteilhaft umfasst der oder der wenigstens eine vorgegebene Wert die vorgegebene Lage und/oder die vorgegebene Länge und/oder die vorgegebene Position und/oder die vorgegebene Orientierung.
Gemäß einer Weiterbildung erfolgt das optische Überprüfen der auf das
Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke durch Bildauswertung und/oder durch die Bildauswertung, wobei die Bildauswertung vorzugsweise eine elektronische Bildauswertung ist. Eine elektronische Bildauswertung ermöglicht insbesondere die Automatisierung des optischen Überprüfens und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bildauswertung wird insbesondere mittels eines Bildverarbeitungssystems durchgeführt, welches vorzugsweise ein elektronisches Bildverarbeitungssystem ist. Das Bildverarbeitungssystem umfasst bevorzugt die oder eine oder wenigstens eine Bilderfassungseinheit, die vorzugsweise eine digitale Bilderfassungseinheit ist. Beispielsweise ist oder umfasst die oder die wenigstens eine Bilderfassungseinheit eine oder wenigstens eine Kamera, die vorzugsweise eine Digitalkamera ist. Ferner umfasst das Bildverarbeitungssystems bevorzugt eine Auswerteinrichtung, die vorzugsweise eine elektronische Auswerteeinrichtung ist. Die Auswerteeinrichtung umfasst bevorzugt eine Recheneinheit, wie z.B. einen Digitalrechner. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung mit der Bilderfassungseinheit, insbesondere elektrisch, verbunden. Mittels der Auswerteeinrichtung kann insbesondere ein oder wenigstens ein von der Bilderfassungseinheit erfasstes oder aufgenommenes Bild oder können insbesondere von der Bilderfassungseinheit erfasste oder
aufgenommene Bilder ausgewertet und/oder verarbeitet werden. Vorteilhaft erfolgt die Bildauswertung mittels eines in der Auswerteinheit ablaufenden Programms (Software). Insbesondere wird das Programm von der Recheneinheit und/oder dem Digitalrechner ausgeführt. Bevorzugt umfasst die Auswerteeinrichtung und/oder die Recheneinheit und/oder der Digitalrechner einen Speicher, der insbesondere ein elektronischer Speicher ist. In dem Speicher sind oder werden vorzugsweise die vorgegebenen Anforderungen gespeichert. Insbesondere sind oder werden in der Auswerteeinrichtung und/oder in dem Speicher für jedes Faserbandstück der oder der wenigstens eine vorgegebene Wert und/oder die vorgegebene Lage und/oder die vorgegebene Länge und/oder die vorgegebene Position und/oder die vorgegebene Orientierung gespeichert. Das
Bildverarbeitungssystem umfasst bevorzugt die oder die wenigstens eine oder eine oder wenigstens eine Lichtquelle. Alternativ ist die oder die wenigstens eine oder eine oder wenigstens eine Lichtquelle z.B. separat von dem
Bildverarbeitungssystem vorgesehen. Die Bilderfassungseinheit arbeitet bevorzugt im Bereich des sichtbaren Lichts. Insbesondere ist mittels der
Bilderfassungseinheit sichtbares Licht erfassbar. Vorteilhaft handelt es sich bei dem oder bei dem wenigstens einen oder bei den von der Bilderfassungseinheit erfassten oder aufgenommenen Bild oder Bildern um ein oder wenigstens ein Bild oder um Bilder im Bereich des sichtbaren Lichts. Die Bildauswertung erfolgt bevorzugt durch Verarbeitung und/oder unter Auswertung des oder des wenigstens einen Bilds oder der Bilder.
Wie bereits angesprochen, erfolgt das optische Überprüfen der auf das
Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke bevorzugt im Auflichtverfahren und/oder unter Anwendung des oder eines Auflichtverfahrens, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts. Bei dem oder einem Auflichtverfahren sind die Bilderfassungseinheit und die Lichtquelle insbesondere auf derselben Seite des oder eines zu erfassenden oder zu überprüfenden Objekts angeordnet. Das Auflichtverfahren unterscheidet sich somit vom Durchlichtverfahren, bei welchem das Licht durch das zu überprüfende Objekt hindurchtritt. Beim
Durchlichtverfahren sind die Bilderfassungseinheit und die Lichtquelle
insbesondere auf unterschiedlichen Seiten des zu überprüfenden Objekts angeordnet. Nachteilig am Durchlichtverfahren ist, dass eine spezielle Lichtquelle erforderlich ist, deren Licht das zu überprüfende Objekt durchdringen kann, wenn dieses im Bereich des sichtbaren Lichts nicht transparent ist. Eine derartige Lichtquelle ist aber in der Regel teurer als eine im sichtbaren Bereich des Lichts arbeitende Lichtquelle. Ferner ist in diesem Fall auch eine spezielle
Bilderfassungseinheit erforderlich, die an das von der speziellen Lichtquelle abgegebene Licht angepasst ist. Eine derartige Bilderfassungseinheit ist aber in der Regel teurer als eine im sichtbaren Bereich des Lichts arbeitende Bilderfassungseinheit. Zusätzlich besteht ein Vorteil des Auflichtverfahrens im Bereich des sichtbaren Lichts insbesondere darin, dass auch ein Mensch ein sich aus dem reflektierten Licht ergebendes Bild, vorzugsweise unmittelbar, erfassen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mittels einer Fertigungsanlage durchgeführt. Die Fertigungsanlage umfasst insbesondere die Schneideinrichtung und/oder das Umformwerkzeug und/oder das Bildverarbeitungssystem und/oder die oder die wenigstens eine oder eine oder wenigstens eine Lichtquelle.
Vorteilhaft werden der Fertigungsanlage ebene Endlosfaserbänder zugeführt, die in Abhängigkeit der Lastanforderung zu unterschiedlichen Längen von der Schneideinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere ein Bauteil hoher geometrischer Komplexität herstellbar. Bevorzugt werden zwei thermoplastisch vorkonsolidierte Fasermaterialien (Grundsubstrat, Faserbandstücke) zu einem Zwischenprodukt (Vorformling) vorgefertigt und anschließend umgeformt.
Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung die Steigerung der Werkstoffanisotropie durch lastpfadorientierte Faserteilstücke (Faserbandstücke).
Insbesondere wird bei dem erfindungsmäßen Verfahren die Kontrastierung, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts, durch das Aufbringen von dem oder dem wenigstens einen Kontrastmittel auf beispielsweise die Faserbandstücke und/oder oder auf das Grundsubstrat soweit erhöht, dass eine optische
Überprüfung und/oder Kontrolle, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts, erleichtert wird.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ferner ein nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestelltes Bauteil aus Faserverbundwerkstoff.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Faserband und mehrere von dem Faserband abgetrennte Faserbandstücke,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Faserbandstücke,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein aus den Faserbandstücken gebildetes
Faserbandmuster,
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Grundsubstrat,
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen aus dem Grundsubstrat und dem
Faserbandmuster gebildeten Vorformling, Fig. 6 eine schematische Ansicht des Vorformling und eines
Bildverarbeitungssystems zum optischen Überprüfen der Faserbandstücke,
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht eines Umformwerkzeugs zum Umformen des Vorfornnlings und
Fig. 8 eine Seitenansicht eines durch die Umformung des Vorfornnlings gebildeten Bauteils.
Aus Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein lediglich teilweise dargestelltes Faserband 1 ersichtlich, welches eine thermoplastische Faserbandmatrix 2 und darin eingebettete Faserbandfasern 3 in Form von Endlosfasern umfasst, die lediglich schematisch angedeutet sind. Von dem Faserband 1 werden mittels einer schematisch angedeuteten Schneideinrichtung 4 mehrere ebene oder flächige Faserbandstücke 5 und 6 abgetrennt und an einer vordefinierten Position bereitgestellt, was aus Fig. 2 ersichtlich ist, die eine Draufsicht auf die
bereitgestellten Faserbandstücke 5 und 6 zeigt. Die im festen Zustand
vorliegenden Faserbandstücke 5 und 6 sind unterschiedlich lang und weisen jeweils eine von der Faserbandmatrix 2 abgetrennte Faserbandstückmatrix 7 mit darin eingebetteten Faserbandstückfasern 8 auf, die von den Faserbandfasern 3 abgetrennt und lediglich schematisch angedeutet sind. Die bereitgestellten Faserbandstücke 5 und 6 werden im festen Zustand mittels einer schematisch angedeuteten Handhabungseinrichtung 9 aufgenommen und zu einem ebenen oder flächigen Faserbandmuster 10 angeordnet, welches in Draufsicht aus Fig. 3 ersichtlich ist. In dem Faserbandmuster 10 weisen die Faserbandstücke 5 und 6 eine unterschiedliche Position und eine unterschiedliche Orientierung auf.
Alternativ ist es z.B. auch möglich, dass die Faserbandstücke 5 und 6 in dem Faserbandmuster 10 gleich orientiert sind und/oder dass die Faserbandstücke bereichsweise oder zumindest bereichsweise überlappen. Bevorzugt werden die Faserbandstücke 5 und 6 mittels der Handhabungseinrichtung 9 auf eine
Temperatur erwärmt, die unterhalb der Schmelztemperatur jeder
Faserbandstückmatrix 7 liegt. Die Handhabungseinrichtung 9 weist dazu insbesondere eine schematisch angedeutete Heizung 24 auf.
Ferner wird ein ebenes oder flächiges Grundsubstrat 1 1 bereitgestellt, das aus Fig. 4 ersichtlich ist und eine thermoplastische Grundsubstratmatrix 12 mit darin eingebetteten Grundsubstratfasern 13 in Form von Endlosfasern umfasst, die lediglich schematisch angedeutet sind. Das Grundsubstrat 1 1 ist insbesondere ein Organoblech oder Organoblechzuschnitt. Mittels einer schematisch angedeuteten Heizeinrichtung 14 wird das Grundsubstrat 1 1 derart erhitzt, dass seine
Temperatur über der Schmelztemperatur der Faserbandstückmatrizes 7 und über der Schmelztemperatur der Grundsubstratmatrix 12 liegt, sodass die
Grundsubstratmatrix 12 schmilzt. Anschließend wird das im festen Zustand vorliegende Faserbandmuster 10 als Ganzes von der Handhabungseinrichtung 9 auf das erhitzte Grundsubstrat 1 1 aufgebracht, was aus Fig. 5 ersichtlich ist. Da das Faserbandmuster 10 und/oder die Faserbandstücke 5 und 6 des
Faserbandmusters 10 im direkten Kontakt mit dem erhitzten Grundsubstrat 1 1 stehen, werden die Faserbandstückmatrizes 7 durch das erhitzte Grundsubstrat 1 1 geschmolzen. Das Grundsubstrat 1 1 mit dem aufgebrachten Faserbandmuster 10 bildet einen Vorfornnling 15, der sich in einem umformbaren Zustand befindet, da sowohl die Grundsubstratmatrix 12 als auch die Faserbandstückmatrizes 7 geschmolzen sind. Dabei haften die Faserbandstücke 5 und 6 durch das
Schmelzen der Faserbandstückmatrizes 7 an dem Grundsubstrat 1 1.
Gemäß einer Alternative werden die Faserbandstücke 5 und 6 und/oder das Faserbandmuster 10 in einem festen Zustand des Grundsubstrats 1 1 auf das Grundsubstrat 1 1 aufgebracht. Auch in diesem Fall bildet das Grundsubstrat 1 1 mit den aufgebrachten Faserbandstücken 5 und 6 und/oder dem aufgebrachten Faserbandmuster 10 einen Vorfornnling 15, der sich allerdings in einem festen oder zumindest teilweise festen Zustand befindet. Damit die Faserbandstücke 5 und 6 nicht auf dem Grundsubstrat 1 1 verrücken, wird vorzugsweise ein Binder oder Kleber, wie z.B. ein Schmelzkleber, zum Einsatz gebracht, sodass die Faserbandstücke 5 und 6 auf dem Grundsubstrat 1 1 haften. Gemäß der
Alternative wird der Vorfornnling 15 erhitzt und somit in einen umformbaren Zustand überführt, in dem insbesondere die Grundsubstratmatrix 12 und die Faserbandstückmatrizes 7 der Faserbandstücke 5 und 6 geschmolzen sind.
Gemäß der Alternative ist es auch möglich, die Faserbandstücke 5 und 6 erst beim Aufbringen auf das Grundsubstrat 1 1 zu dem Faserbandmuster 10 anzuordnen. Ferner ist es möglich, die Faserbandstücke 5 und 6 vor oder zu dem Aufbringen auf das Grundsubstrat 1 1 zu erhitzen, sodass die Faserbandmatrix 7 jedes Faserbandstücks beim Aufbringen auf das Grundsubstrat 1 1 erweicht oder geschmolzen ist. Bevorzugt haften die Faserbandstücke 5 und 6 dann bereits an dem Grundsubstrat 1 1 , sodass z.B. auf einen Binder oder Kleber verzichtet werden kann.
Der Vorformling 15 wird nun einer optischen Kontrolle unterzogen, in welcher die Lage und die Länge jedes Faserbandstücks mittels einer elektronischen
Bildauswertung optisch überprüft werden. Zur Durchführung der Bildauswertung ist ein Bildverarbeitungssystem 28 vorgesehen, welches in schematischer Ansicht zusammen mit dem Vorformling aus Fig. 6 ersichtlich ist. Das
Bildverarbeitungssystem 28 umfasst eine Digitalkamera 29, mittels welcher zumindest der Bereich des Vorformlings 15 erfassbar ist, in welchem die
Faserbandstücke 5 und 6 angeordnet sind. Bevorzugt liegt aber die gesamte Oberfläche 30 des Vorformlings 15, auf der die Faserbandstücke 5 und 6 angeordnet sind, im Erfassungsbereich 31 der Digitalkamera 29, der durch gestrichelte Linien schematisch angedeutet ist. Vorteilhaft umfasst das
Bildverarbeitungssystem 28 eine Lichtquelle, mittels welcher die Oberfläche 30 des Vorformlings 15 beleuchtet wird. Beispielsweise kann die Oberfläche 30 des Vorformlings 15 aber auch durch Licht aus der Umgebung oder von einer separaten Lichtquelle beleuchtet werden. Ferner umfasst das
Bildverarbeitungssystem 28 eine elektrisch mit der Digitalkamera 29 verbundene Auswerteinrichtung 32, mittels welcher von der Digitalkamera 29 aufgenommene Bilder elektronisch verarbeitet und/oder ausgewertet werden können. Um den Kontrast zwischen dem Grundsubstrat 1 1 und den Faserbandstücken 5 und 6 zu erhöhen und somit die Bildauswertung zu erleichtern, wird vor der optischen Überprüfung auf die Faserbandstücke 5 und 6 ein Kontrastmittel 33 aufgebracht. Das Aufbringen des Kontrastmittels 33 auf die Faserbandstücke 5 und 6 kann vor oder nach dem Aufbringen der Faserbandstücke 5 und 6 auf das Grundsubstrat 1 1 erfolgen. Insbesondere kann das Kontrastmittel 33 auch schon auf das
Faserband 1 aufgebracht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Abwandlung wird ergänzend oder alternativ auf das Grundsubstrat 1 1 ein Kontrastmittel 34 aufgebracht. In diesem Fall kann das Kontrastmittel 33 entweder entfallen oder das Kontrastmittel 34 ist zusätzlich zu dem Kontrastmittel 33 vorgesehen. Sind beide Kontrastmittel 33 und 34
vorhanden, so weisen diese insbesondere optisch unterschiedliche Eigenschaften auf. Ferner wird in diesem Fall das Kontrastmittel 33 insbesondere als erstes Kontrastmittel und das Kontrastmittel 34 insbesondere als zweites Kontrastmittel bezeichnet. Das Aufbringen des Kontrastmittels 34 auf das Grundsubstrat 1 1 kann vor oder nach dem Aufbringen der Faserbandstücke 5 und 6 auf das
Grundsubstrat 1 1 erfolgen. Ergibt die optische Überprüfung, dass die Lage und die Länge jedes Faserbandstücks vorgegebenen Anforderungen genügen, wird der Vorfornnling weiter verarbeitet. Ergibt die optische Überprüfung hingegen, dass die Lage und die Länge jedes Faserbandstücks den vorgegebenen Anforderungen nicht genügen, wird der Vorfornnling 15 aussortiert. Die vorgegebenen Anforderungen umfassen für jedes Faserbandstück eine vorgegeben Lage auf dem Grundsubstrat 1 1 sowie eine vorgegebene Länge und sind in der Auswerteinrichtung 32 gespeichert.
Sofern die Faserbandstücke den vorgegebenen Anforderungen genügen, wird der Vorfornnling 15 nach der optischen Überprüfung weiter verarbeitet. Zur
Weiterverarbeitung wird der Vorfornnling 15, solange er sieh im umformbaren Zustand befindet und/oder nachdem er in den umformbaren Zustand überführt worden ist, mittels der Handhabungseinrichtung 9 oder mittels einer anderen Handhabungseinrichtung einem Umformwerkzeug 17 zugeführt, welches ein Oberwerkzeug 18 und ein Unterwerkzeug 19 umfasst, in dem eine Kavität 16 vorgesehen ist. Insbesondere wird der Vorfornnling 15 dabei in die Kavität 16 des Umformwerkzeugs 17 eingebracht, welches in schematischer Schnittdarstellung aus Fig. 7 ersichtlich ist. Dabei ist der in die Kavität 16 einzubringende Vorfornnling 15 schematisch dargestellt. Das Oberwerkzeug 18 weist einen Vorsprung 20 auf, der in die Kavität 16 eintauchen kann. Die Werkzeuge 18 und 19 werden nun zusammengefahren, sodass der Vorsprung 20 in die Kavität 16 eintaucht und der zwischen den Werkzeugen 18 und 19 angeordnete Vorformling 15, insbesondere in der Kavität 16, unter Druck zu einem Bauteil 21 umgeformt wird.
Ergänzend ist es möglich, in der Kavität 16 zusätzliche Elemente an das Bauteil 21 anzuspritzen, indem eine thermoplastische Spritzgussmasse 25 in die Kavität 16 eingespritzt wird. Dafür kann in dem Umformwerkzeug 17 wenigstens ein schematisch angedeuteter und von außen zugänglicher Durchgang 22 zur Kavität 16 vorgesehen sein, durch welchen hindurch die Spritzgussmasse 25 in die Kavität 16 eingebracht wird. Die Spritzgussmasse 25 ist mit Verstärkungsfasern 26 versetzt und von einem mit dem Umformwerkzeug 17 verbundenen Behälter 27 aufgenommen.
Anschließend kühlt das Bauteil 21 ab und verfestigt sich. Das feste Bauteil 21 wird dem Umformwerkzeug 17 entnommen und ist in Einzeldarstellung aus Fig. 8 ersichtlich. Ferner ist ein durch das Anspritzen der Spritzgussmasse 25
ausgebildetes Element 23 an dem Bauteil 21 angedeutet.
Bezugszeichenliste
1 Faserband
2 Faserbandmatrix
3 Faserbandfasern
4 Schneideinrichtung
5 Faserbandstück
6 Faserbandstück
7 Faserbandstückmatrix
8 Faserbandstückfasern
9 Handhabungseinrichtung
10 Faserbandmuster
1 1 Grundsubstrat
12 Grundsubstratmatrix
13 Grundsubstratfasern
14 Heizeinrichtung
15 Vorformling
16 Kavität des Umformwerkzeugs
17 Umformwerkzeug
18 Oberwerkzeug des Umformwerkzeugs
19 Unterwerkzeug des Umformwerkzeugs
20 Vorsprung des Oberwerkzeugs
21 Bauteil Durchgang
zusätzliches Element am Bauteil
Heizung der Handhabungseinrichtung
Spritzgussmasse
Verstärkungsfasern in Spritzgussmasse
Behälter für Spritzgussmasse
Bildverarbeitungssystem
Kamera des Bildverarbeitungssystems
Faserbandstücke aufweisende Oberfläche des Vorfornnlings Erfassungsbereich der Kamera
Auswerteeinrichtung des Bildverarbeitungssystems
Kontrastmittel / erstes Kontrastmittel
zweites Kontrastmittel

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen und/oder Überprüfen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Grundsubstrat (1 1 ) und mehrere
Faserbandstücke (5, 6) bereitgestellt werden, aus dem Grundsubstrat (1 1 ) und den Faserbandstücken (5, 6) ein Vorformling (15) gebildet wird, indem die
Faserbandstücke (5, 6) auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebracht werden, wonach der Vorformling (15) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Kontrast zwischen dem Grundsubstrat (1 1 ) und den Faserbandstücken (5, 6) erhöht wird, indem die Faserbandstücke (5, 6) und/oder das Grundsubstrat (1 1 ) mit oder jeweils mit wenigstens einem Kontrastmittel (33) versehen wird oder werden, und nach dem Erhöhen des optischen Kontrasts die auf das
Grundsubstrat (1 1 ) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) optisch überprüft werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Faserbandstücke (5, 6) und/oder das Grundsubstrat (1 1 ) vor dem Aufbringen der Faserbandstücke (5, 6) auf das Grundsubstrat (1 1 ) mit oder jeweils mit dem wenigstens einen Kontrastmittel (33) versehen wird oder werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kontrastmittel (33) auf die Faserbandstücke (5, 6) und/oder auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebracht wird, sodass das wenigstens eine Kontrastmittel (33) oder zumindest ein Teil desselben an einer Oberfläche (30) eines durch das Grundsubstrat (1 1 ) und die auf dieses aufgebrachten
Faserbandstücke (5, 6) gebildeten Körpers (15) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) vor dem Umformen des Vorfornnlings (15) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) das Überprüfen zumindest einer optisch erfassbaren Eigenschaft jedes Faserbandstücks umfasst, welche dazu optisch erfasst, quantifiziert und mit wenigstens einem vorgegebenen Wert für das jeweilige Faserbandstück verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) das Überprüfen der Lage jedes
Faserbandstücks auf dem Grundsubstrat (1 1 ) und/oder das Überprüfen der Länge jedes Faserbandstücks umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat (1 1 ) aufgebrachten Faserbandstücke (5, 6) durch elektronische Bildauswertung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Faserbandstücke (5, 6) derart auf das Grundsubstrat aufgebracht werden, dass die Faserbandstücke (5, 6) eine unterschiedliche Position und/oder eine unterschiedliche Orientierung aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Faserbandstücke (5, 6) unterschiedliche Längen aufweisen.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Faserbandstücke (5, 6) jeweils eine thermoplastische Faserbandstückmatrix (7) mit darin eingebetteten Faserbandstückfasern (8) umfassen und das Grundsubstrat (1 1 ) eine thermoplastische Grundsubstratmatrix (12) mit darin eingebetteten Grundsubstratfasern (13) umfasst.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Grundsubstratfasern (13) und/oder die Faserbandstückfasern (8) Endlosfasern sind oder umfassen.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundsubstratmatrix (12) und jede Faserbandstückmatrix (7) der gleichen thermoplastischen Stoffgruppe angehören.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Umformung des Vorformlings (15) mittels eines Umformformwerkzeugs (17) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Überprüfen der auf das Grundsubstrat aufgebrachten Faserbandstücke unter Anwendung eines Auflichtverfahrens erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Kontrast zwischen dem Grundsubstrat (1 1 ) und den Faserbandstücken (5, 6) im Bereich des sichtbaren Lichts erhöht wird und das Auflichtverfahren mit sichtbarem Licht durchgeführt wird.
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