WO2020094505A1 - Method for determining the behaviour of fibre-reinforced plastics during production, device and plant - Google Patents

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WO2020094505A1
WO2020094505A1 PCT/EP2019/079898 EP2019079898W WO2020094505A1 WO 2020094505 A1 WO2020094505 A1 WO 2020094505A1 EP 2019079898 W EP2019079898 W EP 2019079898W WO 2020094505 A1 WO2020094505 A1 WO 2020094505A1
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WO
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mold
mandrel
preform
production
behavior
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Application number
PCT/EP2019/079898
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French (fr)
Inventor
Sathis Kumar SELVARAYAN
Markus Milwich
Götz Theo GRESSER
Simon Küppers
Original Assignee
Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf
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Publication date
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    • 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
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of manufacturing fiber-reinforced plastic parts by pulling (pultrusion).
  • a method for determining the behavior, in particular the adhesive and friction behavior, of fiber-reinforced plastics, in particular synthetic resins is specified during manufacture, in particular during the curing of the synthetic resin.
  • a preform which can be composed of fiber and matrix material and optionally further materials, is arranged between a rotating mandrel (mandrel) and a form of a test device. The mandrel and the mold are rotated relative to each other. At least one value of a drive torque and / or a support torque is recorded.
  • a flow or partial forces of the sum of the forces which must at least be overcome by means of the pulling force, can be determined in a virtually endless experiment.
  • Different production mold lengths in the continuous drawing process can be simulated regardless of the speed.
  • the method according to the invention offers a high degree of freedom to examine the influence of parameters (eg production time, speed, mold length) independently of others, in particular because of the endless conveyance of the preform along the friction surface.
  • the Si Simulation of any slow curing or slow heating of the preform can be simulated, which corresponds to a long shape in the strand drawing process with only a low temperature and / or a low drawing speed.
  • the preform may be, for example, a plastic and / or plastic material that is interspersed with fibers.
  • the fibers can be in individual filaments, strands, textiles, etc. Before preferably the fibers are wrapped around the mandrel to be oriented substantially in the circumferential direction.
  • a preform is applied to a rotating mandrel and then the mandrel is placed in a mold (or in a different order). The mandrel and the mold are rotated relative to each other. At least one value of a drive torque and / or a support torque is recorded.
  • the shaft preferably rotates coaxially within a heated cylindrical shape of constant (over the length) or varying (over the length) cross section.
  • the mold can preferably be heated before.
  • the mandrel can be heated, for example.
  • additional parameters can optionally be recorded.
  • the pressure in the mold, the temperature or the temperature profile (temporally and / or spatially axially in the mold) can be recorded.
  • the drive torque and / or the are preferred Support torque recorded over time.
  • the temporal course of moments can be converted into a course of force.
  • the temporal course of the moment corresponds to a local force course within the shape in the conveying direction.
  • the angular velocity of the reinforcing material or preform corresponds, during the determination, to the angular velocity of the mandrel. This corresponds to the relative angular velocity between the preform
  • the mandrel can be designed to take the reinforcing material or the preform with it.
  • the mandrel and the preform ling can interlock positively.
  • the frictional torque between the mandrel and the preform can always be greater than the frictional torque between the preform and the mold, in sections of the test process or in the entire test process. Since the friction between the preform and the surface of the manufacturing mold can be simulated on a relatively large area.
  • the mold and / or the mandrel can be heated. At least the element, mandrel or mold, is preferably heated, which is rotated relative to the preform or is moved along the preform or has a different angular velocity than the preform. This simulates conditions as in the real manufacturing process in which the manufacturing mold through which the preform is drawn is heated becomes .
  • the determination is carried out with at least two different preforms and the results show that the behavior of a third preform in the form of the test device and / or in a production form in a production line for extrusion closed.
  • the determination can be carried out with a preform and the result can be used to infer the behavior of a third preform.
  • the third preform can differ from the one preform or the at least two different preforms, particularly with regard to its shape.
  • the one or the at least two different preforms can have a geometry that allows a test in the device with which the method is carried out. It is possible that this geometry, e.g.
  • interpolation or extrapolation can be used to infer the behavior of the third preform in a test device for executing the method according to the invention and / or in a production mold or a production line for a real production process.
  • a further method is provided, which can be used to design, set up and / or control a manufacturing process.
  • the determined behavior which was determined by means of an embodiment of the method described above, is used to at least one parameter of the manufacturing process.
  • Parameters of the manufacturing process can be, for example, the temperature or the temperature profile (temporally and / or locally) in the manufacturing mold, that is the shape with which the fiber-reinforced profile is produced in the manufacturing process, the inner shape of the manufacturing mold, the material and / or the Surface quality of the manufacturing mold and / or the composition of the material of the preform and / or the composition of the product.
  • the device for determining the behavior of fiber-reinforced plastics during manufacture.
  • the device has a rotating mandrel (mandrel), a shape and a device for rotating the mandrel and the shape relative to one another.
  • a preform can be received between the mandrel and the mold as described above.
  • the device also has at least one means for detecting the drive torque and / or the support torque.
  • the roughness of the mandrel and the shape can have a different amount.
  • the mandrel and the shape are preferably set up in such a way that the mandrel takes the reinforcing material made of fibers or the preform with it, so that the reinforcing material and even more preferably the preform with hardened resin has the same angular velocity as the mandrel.
  • a system for production and / or production planning which has a database with at least one or more results of determining the behavior according to one of the contains the method described above or by means of the vorste described above.
  • a result can be a parameter of a production process, for example.
  • the system preferably has an input device and a determination device, the system being set up in such a way that a user of the system can use the input device to specify a geometry and / or composition of a preform and / or product and the determination device determined at least one production parameter.
  • the determining device can determine the production parameter on the basis of one or more production parameters for one or more geometries and / or composition of preforms and / or products, for which determination results are available in the database, which are by means of one of the methods described above or devices are determined, and / or on the basis of interpolated and / or extrapolated determination results which are based on determination results determined by means of one of the methods or devices described above.
  • These geometries and / or material compositions, for which determination results are available can be different from the specified geometry and / or composition.
  • FIG. 1 shows a production line for continuous drawing
  • FIG. 2 shows a method known from the prior art for measuring the pulling force
  • Figure 3 - a schematic illustration of contributions to the pulling force in or on a manufacturing mold
  • FIG. 4 an illustration of a variant of the concept according to the invention
  • FIG. 5a shows a device according to the invention
  • Figure 5b - a section of a variant of the device according to Figure 5a in a longitudinal section
  • Figure 8 - a flowchart of an embodiment example of a method according to the invention.
  • Figure 1 shows an exemplary production line 10 for the production of profiles by means of extrusion.
  • the production line 10 has a creel or fiber rack 11, fiber guides 12, an impregnation device 13, guides 14 for the impregnated fiber strand or the impregnated fiber strands, which can simultaneously serve the preforming, a heated production mold 15, a pulling device 16 and a cutting device 17 , for example saws, to cut the manufactured profiles.
  • Extrusion is a continuous process to produce profiles with a particularly constant cross section from composite material.
  • fibers 18 are drawn individually, in strands, as a band, fabric and / or mat and / or other or other textile shapes through an impregnation device 13, where they are impregnated with a matrix material, in particular synthetic resin. About excess matrix material can be removed from the impregnated fibers 18 in a guide 14 to form before.
  • the matrix material-impregnated fibers 18 are drawn through a heated production mold 15 in order to harden the matrix material in the production mold 15. The matrix material can polymerize to form a solid composite profile with the fibers 18.
  • the pulling force exerted by the pulling device to overcome the sum of the forces is a secondary parameter, which of the primary parameters, such as about the fiber tension, the drawing speed, temperature profile in the manufacturing mold 15, the manufacturing mold geometry and the surface roughness, the ratio of fibers to the volume of the manufacturing mold cavity, the initial resin viscosity, the pressure in the mold, the course of resin curing, chemical shrinking, thermal Expansion etc. depends.
  • pulling force is a secondary parameter, analyzing pulling force is critical to understanding and controlling the drawing process. The process stability and the properties of the extruded composite materials can depend on the pulling force.
  • FIG. 2 shows an example of how, in the prior art, the sum of the forces which arise in connection with the manufacturing mold 15 and contribute to the pulling force is determined experimentally by a force sensor or force transducer 20 between a stationary frame 21 and a slide-bearing manufacturing mold 15 is used.
  • FIG. 2 shows a slide bearing 22, which stores the production mold 15 in the drawing direction R, the production mold 15 and a section of the strand 23 made of fibers 18 and matrix material.
  • the force transducer 20 the sum of the individual forces on the manufacturing mold 15 is determined when the manufacturing mold 15 is pressed against the force transducer 20 due to the pulling on the strand 23 by the manufacturing mold 15.
  • the individual contributions to the force which come from the production mold 15 cannot be determined separately from one another, at least not without considerable experimentation effort.
  • Figure 3 illustrates various resistance forces, which during the pulling in or on the Production form 15 occur.
  • the drawing force (F drawing) must be applied to overcome the sum of individual forces.
  • F drawing To the total force F as the n- Zusairme in Figure 3 guidance denoted force contributes which is ent in the portion of the production line 10 by including the creel 11, the guides 12, 14, the impregnation device. 13
  • the production mold 15 can have an inlet 19 which tapers in the direction of drawing.
  • a force F Ve rdichtung occurs, for example, by compacting or compressing the strand 23 at or in the entrance 19 of the forming mold 15.
  • the system for determining the sum of the forces on the manufacturing mold 15, ie, the sum of the forces F compaction, Fviskostician and F friction ung, as shown in Figure 2 using the force on taker 20 is a system for the continuous Measurement, which is implemented in a complete production line 10. From the properties of the continuous drawing process to be a continuous and linear process, it follows that changes in the parameters in order to optimize the process often require retrofitting or re-equipping the production line 10 and are therefore complex. The determination of the pulling force by means of the force transducer 20, as shown in FIG. 2, does not simply leave the components of the individual alone Determine power contributions that occur within the manufacturing form 15.
  • the invention is based on the desire to overcome the above-mentioned disadvantages.
  • the inventive idea is to transform the linear extrusion process into a rotation process.
  • the function “force as a function of position or location” in production form 15 is transformed into the function “torque as function of time” (see FIG. 4) in test form 25.
  • This can be expressed by the relationship: F (l) -> M (t).
  • Figure 4 illustrates this.
  • FIG. 4 shows a strand 23 in a production mold 15 and a rotating mandrel 24 (also called mandrel, can also be referred to as a spindle, shaft or core) in an experimental mold 25
  • Reinforcing fibers 18 is arranged.
  • the equivalents to the forces, which in total have to be compensated by the pulling force, can be studied without any time restrictions. Values for determining the individual force contributions in the sections of the production form can be determined in succession in one process run.
  • FIG. 5a schematically shows an example of a device 30 according to the invention, by means of which a method 100 according to the invention can be carried out.
  • FIG. 5b shows a section of a variant of the device 30 according to FIG. 5a in a longitudinal sectional view.
  • the device 30 has the experimental form 25, which delimits an interior space (see FIG. 5b).
  • the shape 25 points in the longitudinal direction (axial direction) in the area in which the shape receives a preform 26, preferably a constant cross section. Alternatively, the cross-section and / or the size of the area in the mold 25 may vary.
  • the shape 25 preferably has a radial dimension in the area in which it receives a preform 26, which is constant in all radial directions.
  • the inner circumferential surface of the mold 25, which is in contact with the preform 26, is preferably essentially cylinder-shaped, so that the mold 25 can essentially delimit a cylindrical interior.
  • the mold 25 or the inner surface thereof can consist of the same material as a production mold 15, which can be used in a production line 10, and / or can, for example, have a comparable surface quality.
  • Mandrel 24 in the form 25 is arranged.
  • Mandrel 24 and form 25 are preferably coaxial.
  • the mandrel 24 may have a substantially cylindrical shape.
  • the shape 25 and the mandrel 24 delimit a gap 31 for receiving the preform 26.
  • the gap 31 is preferably jacket-shaped, particularly preferably cylindrical jacket wall-shaped, and preferably completely surrounds the mandrel 24.
  • the gap 31 between the surface of the mandrel 24 without the preform 26 and the inner surface of the mold 25 represents the thickness of the strand in the manufacturing mold 15.
  • the adhesive and / or Reibver hold against the shape 25 is to be determined.
  • resin-impregnated fibers 18, for example in the form of a strand can be applied.
  • the fibers 18 can in particular occupy a band-shaped space.
  • the fibers 18 are applied in an orderly manner to the mandrel.
  • the resin impregnated fibers are, for example, placed around the mandrel 24 or wound on the mandrel 24.
  • the fibers 18 preferably extend essentially along the circumferential direction of the dome 24.
  • the device 30 has mechanical seals (dynamic seals), for example mechanical seals 32, for sealing the gap 31 between the mandrel 24 and the mold 25 to the outside.
  • mechanical seals dynamic seals
  • mechanical seals 32 for sealing the gap 31 between the mandrel 24 and the mold 25 to the outside.
  • the mold 25 is fixed in rotation in a heating block 33, which serves to heat the mold 25.
  • a temperature sensor 34 is used to determine the temperature of the mold 25.
  • the mandrel 24 is driven by a motor 36 via a shaft arrangement 35.
  • the shaft arrangement 35 can have a gear 37.
  • a device 38 e.g. a transducer or a unit for determining the torque (drive torque), which the drive from the motor 36 and transmission 37 exerts on the mandrel 24. This depends on the viscous friction and / or solid friction between the preform 26 and the form 25 and / or on an adhesive interaction between the preform 26 and the form 25, which adhesive interaction can exist in particular due to the matrix material.
  • the torque can be up to 100 Nm, for example.
  • the device 10 has a device 39 for determining the speed of the mandrel 24.
  • the heating block 33 and the form 25 are attached to a stand 40.
  • An insulating plate 33a insulates the Heating block 33 thermally from the stand 40.
  • the stand 40 is able to support the torque which is exerted on the mold 25 or the heating block 33 by rotating the mandrel 24 and the preform 26 relative to the mold 25.
  • the heating block 33 and the form 25 remain when rotating the mandrel 24 with the preform 26 in the form 25 before preferably in an angular position relative to the frame 44 or the stand 40.
  • the heating block 33 and the form 25 who therefore preferably not turned.
  • a device 41 for determining the supporting torque is arranged between the heating block 33 and the stand 40, by means of which device 41 the heating block 33 is coupled to the stand 40.
  • the support torque can be determined from which the shape 25, in the example via the heating block 33, is supported on the stand 40.
  • the torque that has to be supported is transmitted by the rotation of the mandrel 24 from the mandrel 24 to the preform 26 and via the preform 26 to the mold 25 and from there to the heating block 33. That from the preform 26 to the mold 25 Torque transmitted can vary greatly with the device 30 over the course of the test process.
  • the stand 40 has a device 42 for height adjustment of the mold 25 or the heating block 33.
  • the The height is adjusted in the longitudinal direction of the central axis 43 of the shape 25, which preferably coincides with the axis of rotation of the mandrel 24 (see FIGS. 4 and 5b).
  • the device 42 for height adjustment which in the example is formed by scissors kinematics, serves to move the mandrel 24 and the mold 25 relative to one another. In particular, the mandrel 24 can thus be moved into the mold 25 relative to the mold 25.
  • the components of the device 30 are arranged in a frame 44 which supports the stator 40 and the motor 36 with the shaft arrangement 35 and the mandrel 24.
  • control system 45 of the device 30 includes a control device 46, which has a device 47 for powering the motor 36 to adjust the speed of the motor 36, and a measured value recording device 48, which is coupled to the control device 46 or is part thereof, and which data from the device 39 for determining the speed of the mandrel 24, the temperature sensor 34 and at least one of the devices 41, 38 for determining the Starting from the support torque or the drive torque or from both the device 41 for determining the support torque and the device 38 for determining the drive torque.
  • a unit for thermoregulation 49 which regulates the temperature in the heating block 33, can also be controlled by the control device 46.
  • the device 30 can have further devices for determining physical variables, for example a pressure sensor (not shown) for determining the pressure in the gap 31. The data of the further devices can also be recorded via the measured value recording device 48.
  • FIG. 8 represent block diagrams.
  • the embodiment of the method 100 according to the invention includes the step of arranging 101 a fiber / matrix material preform 26 (preform 26) between the rotating mandrel 24 and the mold 25.
  • the preform 26 can, for example, on the rotating mandrel 24 of the device according to figures 5a, 5b, 6 are applied.
  • the stand 40 can be moved down to a position (not shown) in which the mandrel 24 is arranged outside the mold 25.
  • the mandrel 24 is preferably uncoupled from the shaft arrangement 35 in order to apply the preform 26 to the mandrel 24.
  • the fibers which are provided with matrix material can first be wound onto the rotary mandrel 24.
  • the preform 26 can be composed, for example, of one or more strands of reinforcing fibers 18 which are impregnated with matrix material.
  • the preform 26 can contain textiles in the form of, for example, woven tapes or tapes made of felt material or other textile shapes.
  • the matrix material can, at least to a large extent, consist of synthetic resin, for example epoxy resin. In the matrix material may also contain additives or fillers.
  • Reinforcing fibers 18 in the preform 26 preferably have a length of at least the circumference of the mandrel 24 in order to be able to be wound around the mandrel 24 at least once.
  • the reinforcing material preferably consists of or has individual fibers 18 that are not intertwined or interwoven with one another.
  • the reinforcing material is preferably a strand of individual fibers 18 running alongside one another.
  • the reinforcing material can be placed around the mandrel 24 or wound.
  • the preform 26 can be applied to the rotating mandrel 24 by, for example, band-shaped strands being placed around the rotating mandrel, in particular wound onto the rotating mandrel, so that the fibers 18 and / or the strands preferably at least substantially in the circumferential direction tion of the rotating mandrel 24 extend.
  • a single continuous fiber or a group of a few continuous fibers can be wound as a strand on the mandrel 24 as a preform 26 until the desired preform thickness is reached. It is possible, for example, to apply pre-impregnated fibers 18 to the rotating mandrel 24 and / or to subsequently impregnate fibers 18 applied to the rotating mandrel 24.
  • Glass fibers for example, can be used as the reinforcing fiber material.
  • carbon fibers can be used.
  • other fibers for example polymer fibers, can be used.
  • the mandrel 24 can now be introduced into the mold 25 with the preform 26.
  • the mold 25 with the heating block 33 can be moved vertically into a position as shown in FIG. 5a by means of the scissors kinematics, the mandrel 24 with the preform 26 placed thereon immersed in the mold 25.
  • Figures 5a, b and 6 show a device in which the mold 25 itself is not rotatable relative to the stand 40 or the frame 44, but only the mandrel 24 is driven to perform a rotational movement relative to the mold 25 it is additionally or alternatively possible to rotatably support the mold 25 and to drive it.
  • a corresponding device (not shown) preferably has a device for determining the drive torque of the mold 25 and / or a device for determining the support torque of the mandrel 24.
  • the mandrel 24 and the mold 25 are rotated relative to one another by means of the motor 36 and the shaft arrangement 35 (step 102), while the mandrel 24 is arranged with the preform 26 in the mold 25.
  • the preform 26 preferably has the same angular velocity as the mandrel 24.
  • the fibers 18 on the mandrel 24 are preferably at rest relative to the mandrel 24.
  • Mandrel 24 and mold 25 are preferably rotated coaxially relative to one another.
  • the heating block 33 can, for example, be kept at a certain temperature or the temperature of the heating block 33 can be changed according to a function, in particular a linear function.
  • a temperature gradient can be generated in the preform 26.
  • the heat can penetrate radially inwards from the pair of surfaces comprising the inner mold surface and the outer preform surface. This can simulate conditions as they correspond to the conditions in a manufacturing mold 15, so that there is a temperature gradient from the surface of the strand 23 in the manufacturing mold 15 to the inside.
  • the matrix material By heating the matrix material, the matrix material can harden increasingly in more and more areas in the course of the experiment, the matrix material being able to change from a liquid to a gel-like and finally to a solid state by polymerization.
  • the Steuereinrich device 46 which regulates the speed of the mandrel 24, keeps the se preferably constant, despite polymerization, increase in pressure due to thermal expansion and thus potentially higher normal force on the friction surface and / or chemical shrinkage in the radial direction, which effects too strong un different friction behavior over the course of the experiment.
  • At least one value of the drive torque and / or the support torque at a specific point in time is recorded (step 103). From this, a force can be determined which contributes to the sum of the forces which must be compensated for in the production process by means of the production line 10 by the pulling device 16 in order to pull the strand 23 in the production line 10 at a constant speed through the production mold 15. This is because the conditions in test form 25 are so similar to those in production form 15 that the results of the method allow conclusions to be drawn about the behavior of the strand 23 can be drawn as a preform in the manufacturing mold 15.
  • the contribution to the pulling force can be determined who comes from a specific longitudinal section of the production mold 15, in particular in the same or similar conditions, as when recording the value in the method according to the invention.
  • the specific point in time at which the value is recorded can be converted into a specific position or a specific longitudinal section in a production mold 15.
  • the behavior, in particular the adhesive and friction behavior, of a strand 23 in at least one section of the production mold 15 can be simulated.
  • the drive torque and / or the support torque is particularly preferably recorded over time (step 103 ').
  • the matrix material for example synthetic resin, polymerizes and / or crystallizes over time due to the action of heat. Over the course of the test, there are different conditions (e.g. degree of curing, degree of polymerization and / or degree of crystallization of the synthetic resin, pressure of the matrix material as, temperature of the preform 26, etc.), which in the production mold 15 ( Figure 1) ratios in various Longitudinal sections of the manufacturing mold 15 can correspond.
  • the drive torque and / or the support torque are recorded over time (see for example FIG. 7, which shows the support torque over time)
  • the Temporal moment curve into a force curve, force as a function of the position in the manufacturing mold 15 in the conveying direction can be converted (step 104).
  • a course of the torque as a function of time can be determined, for example, as shown in FIG. 7.
  • the diagram shown in Figure 7 shows the course of the torque over time at constant speed of the mandrel 24 with a 1 millimeter thick preform 26 made of glass fibers as Ver reinforcing material and epoxy resin as the matrix material during curing.
  • the sharp increase in torque over the course of the test test can be explained by a pressure increase during the thermal expansion of the composite material and by the transition from internal to external friction during the transition from the liquid phase of the synthetic resin to the gel phase of the synthetic resin.
  • the sharp drop in torque can be explained by a shrinkage of the molding due to the hardening of the resin, at which the pressure and thus the normal force between the surface of the mold 25 and the preform 26 decrease.
  • the result of the determination from the test attempt can flow into the design or the establishment of a manufacturing process by defining a parameter of the manufacturing process based on the result of one or more test attempts (method 104).
  • Parameters of the manufacturing process can be, for example, the length of the manufacturing mold 15, the composition of the preform or strand 23 and / or the product, the temperature, the temperature profile in the manufacturing mold 25 and / or the drawing speed.
  • parameters e.g. Composition of the preform or strand 23, properties of the mold 15, for example material or surface texture, temperature, temperature profile, drawing speed, which can be calculated into a rotational speed, etc.
  • properties of the mold 15 for example material or surface texture, temperature, temperature profile, drawing speed, which can be calculated into a rotational speed, etc.
  • individual parameters can be identified and optimized, such as the temperature profile of the production mold 15, the surface roughness and the material of the production mold 15, the fibers 18 and the volume fraction of the fibers, the matrix material, in particular the resin system, additives, speed of the process, geometry of the composite profile, which influence the extrusion process, without a complete extrusion line 10 being required.
  • the process only uses a fraction of the material needed for a continuous drawing process. This makes the process particularly material and cost-saving.
  • the production mold 15 is one of the largest cost drivers.
  • the test form 25 for the test attempt is generally smaller than a production form 15 in a production line 10, which is designed by means of the test test - the device 100 according to the invention and the invention Methods 100, 104 therefore also have a great economic advantage.
  • the method 100 for determining the behavior 100 and the method for determining at least one parameter of the production process 104 can also be regarded as an overall method.
  • One or more results from the determination of the behavior by means of at least one test test can be stored in a database of a system (not shown) for production by means of continuous drawing and / or for production planning.
  • the system can have an input device and a determination device, the system being set up in such a way that a user of the system can use the input device to specify a geometry and / or a composition of a fiber / resin preform and / or a product and the Determining device at least one production parameter based on the result or the results, which are accessible via the database and which have been determined, in particular calculated, from behavior determined by means of a device 30 according to the invention and / or by a method 100, 104 according to the invention.
  • the at least one production parameter can be determined, for example, on the basis of geometries and / or compositions of preforms 26 and / or products, for which determination results are determined in the database by means of one of the methods 100, 104 or devices 30 described above and which differ from the given geometry and / or composition.
  • the method 100 has the application of a fiber / plastic preform 26 to a rotating mandrel 24 and the introduction 102 of the mandrel into a heated test mold 25 (step 101).
  • Form 25 and mandrel 26 are rotated relative to one another (step 102) and at least one value of the drive torque and / or the support torque is recorded (step 103).
  • a parameter of a production process in a production line 10 for extruding can be determined.

Abstract

The invention relates to a method for determining the behaviour of fibre-reinforced plastics shown during production of same. Conclusions can be drawn from the determination outcome as to the behaviour of the fibre-reinforced plastics during the production thereof in a pultrusion process. In embodiments of the method (100) according to the invention, the method (100) comprises applying a fibre/plastic preform (26) to a rotation mandrel (24) and inserting (102) the mandrel into a heated test mould (25) (step 101). The mould (25) and mandrel (26) are rotated relative to one another (step 102) and at least one value is acquired for the drive torque and/or the support torque (step 103). A parameter of a production process in a pultrusion production line (10) can be determined by means of the at least one value.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Verhaltens von faserverstärk ten Kunststoffen während der Herstellung, Vorrichtung und  Method for determining the behavior of fiber-reinforced plastics during manufacture, device and
Anlage  investment
[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen durch Strangziehen (Pultrusion) . The invention relates to the field of manufacturing fiber-reinforced plastic parts by pulling (pultrusion).
[0002] Beim Herstellen von faserverstärkten Kunststoff teilen durch Strangziehen wird ein Strang aus Verstärkungs endlosfasern und Matrixmaterial und ggfs, weiteren Bestand teilen, wie z.B. Füllstoffen oder Textilien durch eine be heizbare Fertigungsform (Werkzeug) gezogen. Dabei härtet das Matrixmaterial aus, indem es von einem flüssigen in ei nen pastösen oder gelartigen und schließlich in einen fes ten Zustand übergeht. Um den Strang mit einer in der Regel konstanten, bestimmten Geschwindigkeit durch die Form zu ziehen, muss mit einer Kraft (Ziehkraft) an dem Strang ge zogen werden. Die Ziehkraft wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Zu den Parametern gehören z.B. Vis kosität des Matrixmaterials, Reibungskoeffizient zwischen Form und Matrixmaterial, Reibungskoeffizient zwischen Form und Faserverstärkungsmaterial, Druck, Temperatur, Expansi onskoeffizient des Matrixmaterials, Länge der Form, Ge schwindigkeit, Material der Form, Oberfläche der Form und Gestalt der Form usw. Für die Planung, Einrichtung und Steuerung eines Fertigungsprozesses ist es von Vorteil, Kenntnisse über die Parameter zu haben. Aus diesem Grund gibt es auf diesem Gebiet eine intensive Forschungstätig- keit . In the manufacture of fiber-reinforced plastic parts by pulling a strand of reinforcing continuous fibers and matrix material and, if necessary, share further inventory, such as fillers or textiles drawn by a heatable manufacturing mold (tool). The matrix material hardens by changing from a liquid to a pasty or gel-like state and finally to a solid state. In order to pull the strand through the mold at a generally constant, specific speed, the strand must be pulled with a force (pulling force). The pulling force is influenced by a variety of parameters. The parameters include e.g. viscosity of the matrix material, coefficient of friction between mold and matrix material, coefficient of friction between mold and fiber reinforcement material, pressure, temperature, expansion coefficient of the matrix material, length of the mold, speed, material of the mold, surface of the mold and shape of the mold, etc When planning, setting up and controlling a manufacturing process, it is advantageous to have knowledge of the parameters. For this reason there is intensive research activity in this area.
[0003] In dem Artikel S.N. Gregoriev, A.N. Krasnowskii, und I.A. Kazakov, „The Friction Force Determination of Large-Sized Composite Rods in Pultrusion", in Appl . Compos. MATR., Ausgabe 21, Nr. 4, Seiten 651 bis 659, 2014 wird ein mathematisches Modell zur Bestimmung einer Reibungskraft zwischen ausgehärtetem Kunstharz und der Form vorgestellt. [0003] In the article S.N. Gregoriev, A.N. Krasnowskii, and I.A. Kazakov, "The Friction Force Determination of Large-Sized Composite Rods in Pultrusion", in Appl. Compos. MATR., Issue 21, No. 4, pages 651 to 659, 2014 will use a mathematical model to determine a frictional force between hardened synthetic resin and presented in the form.
[0004] Der Artikel E. Lackey and J.G. Vaughan, „An Anal ysis of Factors Effecting Pull Force for the Pultrusion of Graphite/Epoxy Composites", J.Reinf. Plast. Compos., Ausga be 13, Nr. 3, Seiten 188 bis 198, März 1994 beschreibt ein Verfahren zur Untersuchung von Einflüssen auf die Zieh kraft . The article E. Lackey and J.G. Vaughan, "An Analisis of Factors Effecting Pull Force for the Pultrusion of Graphite / Epoxy Composites", J. Reinf. Plast. Compos., Issue 13, No. 3, pages 188 to 198, March 1994 describes a method for the investigation of influences on the pulling force.
[0005] Der Artikel G. Sala and C. Cutolo, „The pultru sion of powder-impregnated thermoplastic composites", Com pos. Part A Appl. Sei. Manuf., Ausg. 28, Nr. 7, Seiten 637 - 646, Januar 1997 beschreibt eine Untersuchung der Anwend barkeit verschiedener Modelle für die Viskosität von Kunst harz zur Modellierung von Strangziehverfahren. The article G. Sala and C. Cutolo, "The pultrusion of powder-impregnated thermoplastic composites", Com pos. Part A Appl. Sei. Manuf., Issue 28, No. 7, pages 637-646, January 1997 describes an investigation of the applicability of various models for the viscosity of synthetic resin for the modeling of extrusion processes.
[0006] S. Li, L. Xu, Z. Ding, L.J.Lee und H. Engelen, „Experimental and Theoretical Analysis of Pulling Force in Pultrusion and Resin Injection Pultrusion (RIP) -Part I: Ex perimental," J. Comos. Mater., Ausg. 37, Nr. 2, Seiten 163- 189, Jan. 2003. beschreibt eine Vorrichtung zur Messung von Reibung zwischen dem faserverstärkten Material und der Formoberfläche unter verschiedenen Bedingungen wie etwa Temperatur, Grad der Harzaushärtung, Ziehgeschwindigkeit und Normalkraft. [0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zur Analyse eines Strangziehprozesses bereitzustellen. S. Li, L. Xu, Z. Ding, LJLee and H. Engelen, "Experimental and Theoretical Analysis of Pulling Force in Pultrusion and Resin Injection Pultrusion (RIP) Part I: Experimental," J. Comos. Mater., Issue 37, No. 2, pages 163-189, Jan. 2003. describes an apparatus for measuring friction between the fiber reinforced material and the mold surface under various conditions such as temperature, degree of resin curing, drawing speed and normal force. The object of the present invention is to provide an improved concept for analyzing a continuous drawing process.
[0008] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß An spruch 1, einem Verfahren gemäß Anspruch 6, einer Vorrich tung gemäß Anspruch 8 und einer Anlage gemäß Anspruch 10 gelöst . This object is achieved with a method according to claim 1, a method according to claim 6, a device according to claim 8 and a system according to claim 10.
[0009] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des Verhaltens, insbesondere des Klebe- und Reibverhaltens, von faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Kunsthar zen, während der Herstellung, insbesondere während des Aus härtens des Kunstharzes, angegeben. Bei dem erfindungsgemä ßen Verfahren wird ein Preformling, der aus Faser- und Mat rixmaterial und gegebenenfalls weiteren Materialien zusam mengesetzt sein kann, zwischen einem Rotationsdorn (Dorn) und einer Form einer Testvorrichtung angeordnet. Der Dorn und die Form werden relativ zueinander gedreht. Wenigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Abstützmo ments wird erfasst. According to the invention, a method for determining the behavior, in particular the adhesive and friction behavior, of fiber-reinforced plastics, in particular synthetic resins, is specified during manufacture, in particular during the curing of the synthetic resin. In the method according to the invention, a preform, which can be composed of fiber and matrix material and optionally further materials, is arranged between a rotating mandrel (mandrel) and a form of a test device. The mandrel and the mold are rotated relative to each other. At least one value of a drive torque and / or a support torque is recorded.
[0010] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Ein flüsse oder Teilkräfte der Summe der Kräfte, welche mittels der Ziehkraft mindestens überwunden werden muss, in einem quasi endlosen Experiment ermittelt werden. Unterschiedli che Fertigungsformenlängen beim Strangziehverfahren können unabhängig von der Geschwindigkeit simuliert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine hohe Freiheit, den Einfluss von Parametern (z.B. Herstellungszeit, Geschwin digkeit, Formlänge) unabhängig von anderen zu untersuchen, dies insbesondere aufgrund der endlosen Förderung des Pre- formlings entlang der Reibfläche. Zum Beispiel ist die Si- mulation eines beliebig langsamen Aushärtens oder langsamen Aufheizens des Preformlings simulierbar, was einer langen Form beim Strangziehverfahren mit nur geringer Temperatur und/oder einer geringen Ziehgeschwindigkeit entspricht. With the method according to the invention, a flow or partial forces of the sum of the forces, which must at least be overcome by means of the pulling force, can be determined in a virtually endless experiment. Different production mold lengths in the continuous drawing process can be simulated regardless of the speed. The method according to the invention offers a high degree of freedom to examine the influence of parameters (eg production time, speed, mold length) independently of others, in particular because of the endless conveyance of the preform along the friction surface. For example, the Si Simulation of any slow curing or slow heating of the preform can be simulated, which corresponds to a long shape in the strand drawing process with only a low temperature and / or a low drawing speed.
[0011] Bei dem Preformling kann es sich beispielsweise um einen mit Fasern durchsetzen Kunststoff- und/oder Kunst stoffausgangsmaterial handeln. Die Fasern können in einzel nen Filamenten, Strängen, Textilien usw. vorliegen. Vor zugsweise sind die Fasern um den Dorn gewickelt, um im We sentlichen in Umfangsrichtung orientiert zu sein. The preform may be, for example, a plastic and / or plastic material that is interspersed with fibers. The fibers can be in individual filaments, strands, textiles, etc. Before preferably the fibers are wrapped around the mandrel to be oriented substantially in the circumferential direction.
[0012] In einer Ausführungsform wird ein Preformling auf einen Rotationsdorn aufgebracht und danach der Dorn in eine Form eingebracht (oder in einer anderen Reihenfolge) . Der Dorn und die Form werden relativ zueinander gedreht. We nigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Ab- stützmoments werden erfasst. In one embodiment, a preform is applied to a rotating mandrel and then the mandrel is placed in a mold (or in a different order). The mandrel and the mold are rotated relative to each other. At least one value of a drive torque and / or a support torque is recorded.
[0013] Der Schaft rotiert bevorzugt koaxial innerhalb einer beheizten zylindrischen Form von konstantem (über die Länge) oder variierendem (über die Länge) Querschnitt. The shaft preferably rotates coaxially within a heated cylindrical shape of constant (over the length) or varying (over the length) cross section.
[0014] Zum Aushärten des Kunststoffes kann die Form vor zugsweise geheizt werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der Dorn beheizt werden. To harden the plastic, the mold can preferably be heated before. Alternatively or additionally, the mandrel can be heated, for example.
[0015] Bei dem Verfahren können optional weitere Parame ter erfasst werden. Beispielsweise können der Druck in der Form, die Temperatur oder der Temperaturverlauf (zeitlich und/oder örtlich axial in der Form) erfasst werden. In the method, additional parameters can optionally be recorded. For example, the pressure in the mold, the temperature or the temperature profile (temporally and / or spatially axially in the mold) can be recorded.
[0016] Bevorzugt werden das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst. Der zeitliche Momen- tenverlauf kann in einen Kraftverlauf umgerechnet werden. Dadurch werden die Einflüsse der unterschiedlichen Zustände (Phasen) des Matrixmaterials oder Herstellungsphasen auf die Ziehkraft in einem kontinuierlichen Experiment erfass bar. Der zeitliche Momentenverlauf entspricht einem örtli chen Kraftverlauf innerhalb der Form in Förderrichtung. [0016] The drive torque and / or the are preferred Support torque recorded over time. The temporal course of moments can be converted into a course of force. As a result, the influences of the different states (phases) of the matrix material or manufacturing phases on the drawing force can be determined in a continuous experiment. The temporal course of the moment corresponds to a local force course within the shape in the conveying direction.
[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfah rens entspricht die Winkelgeschwindigkeit des Verstärkungs materials oder des Preformlings , während des Bestimmens, der Winkelgeschwindigkeit des Dorns . Damit entspricht die relative Winkelgeschwindigkeit zwischen Preformling In a preferred embodiment of the method, the angular velocity of the reinforcing material or preform corresponds, during the determination, to the angular velocity of the mandrel. This corresponds to the relative angular velocity between the preform
und/oder Verstärkungsmaterial und der Form der relativen Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Dorn und der Form. Der Dorn kann dazu ausgebildet sein, das Verstärkungsmaterial oder den Preformling mitzunehmen. Der Dorn und der Preform ling können formschlüssig ineinandergreifen . Das Reibmoment zwischen dem Dorn und dem Preformling kann, in Abschnitten des Testverlaufs oder im gesamten Testverlauf, stets größer sein als das Reibmoment zwischen Preformling und Form. Da mit kann die Reibung zwischen dem Preformling und der Ober fläche der Fertigungsform auf relativ großer Fläche simu liert werden. and / or reinforcing material and the shape of the relative angular velocity between the mandrel and the shape. The mandrel can be designed to take the reinforcing material or the preform with it. The mandrel and the preform ling can interlock positively. The frictional torque between the mandrel and the preform can always be greater than the frictional torque between the preform and the mold, in sections of the test process or in the entire test process. Since the friction between the preform and the surface of the manufacturing mold can be simulated on a relatively large area.
[0018] In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Form und/oder der Dorn beheizt werden. Vorzugsweise wird zumin dest das Element, Dorn oder Form, beheizt, welches relativ zu dem Preformling gedreht wird oder am Preformling entlang bewegt wird bzw. eine andere Winkelgeschwindigkeit aufweist als der Preformling. Damit werden Verhältnisse wie im rea len Fertigungsprozess simuliert, bei dem die Fertigungs form, durch welche der Preformling gezogen wird, beheizt wird . In the method according to the invention, the mold and / or the mandrel can be heated. At least the element, mandrel or mold, is preferably heated, which is rotated relative to the preform or is moved along the preform or has a different angular velocity than the preform. This simulates conditions as in the real manufacturing process in which the manufacturing mold through which the preform is drawn is heated becomes .
[0019] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen mit wenigstens zwei un terschiedlichen Preformlingen durchgeführt und aus den Er gebnissen wird auf das Verhalten eines dritten Preformlings in der Form der Testvorrichtung und/oder in einer Ferti gungsform in einer Fertigungslinie zum Strangziehen ge schlossen. In einer Abwandlung kann das Bestimmen mit einem Preformling durchgeführt werden und aus dem Ergebnis kann auf das Verhalten eines dritten Preformlings geschlossen werden. Der dritte Preformling kann sich von dem einen Pre formling bzw. den wenigstens zwei unterschiedlichen Pre- formlingen unterscheiden, insbesondere hinsichtlich seiner Form. Der eine oder die wenigstens zwei unterschiedlichen Preformlinge können eine Geometrie aufweisen, die einen Versuch in der Vorrichtung erlaubt, mit welcher das Verfah ren ausgeführt wird. Es ist möglich, dass diese Geometrie, z.B. hinsichtlich ihrer Dicken, nicht der Geometrie ent spricht, wie sie im realen Fertigungsprozess verwendet wird oder gefertigt werden soll. Beispielsweise kann durch In terpolation oder Extrapolation auf das Verhalten des drit ten Preformlings in einer Testvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder in einer Ferti gungsform bzw. einer Fertigungslinie für einen realen Fer tigungsprozess geschlossen werden. In a particularly preferred embodiment of the method, the determination is carried out with at least two different preforms and the results show that the behavior of a third preform in the form of the test device and / or in a production form in a production line for extrusion closed. In a modification, the determination can be carried out with a preform and the result can be used to infer the behavior of a third preform. The third preform can differ from the one preform or the at least two different preforms, particularly with regard to its shape. The one or the at least two different preforms can have a geometry that allows a test in the device with which the method is carried out. It is possible that this geometry, e.g. with regard to their thicknesses, does not correspond to the geometry as it is used in the real manufacturing process or should be manufactured. For example, interpolation or extrapolation can be used to infer the behavior of the third preform in a test device for executing the method according to the invention and / or in a production mold or a production line for a real production process.
[0020] Erfindungsgemäß wird ein weiteres Verfahren be reitgestellt, welches dem Entwerfen, Einrichten und/oder Steuern eines Fertigungsprozesses dienen kann. Bei dem Ver fahren wird das ermittelte Verhalten, welches mittels einer Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens er mittelt wurde, dazu verwendet, wenigstens einen Parameter des Fertigungsprozesses festzulegen. Parameter des Ferti gungsprozesses können beispielsweise die Temperatur oder der Temperaturverlauf (zeitlich und/oder örtlich) in der Fertigungsform, das ist die Form mit der im Fertigungspro zess das faserverstärkte Profil hergestellt wird, die inne re Gestalt der Fertigungsform, das Material und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Fertigungsform und/oder die Zusammensetzung des Materials des Preformlings und/oder die Zusammensetzung des Produkts sein. According to the invention, a further method is provided, which can be used to design, set up and / or control a manufacturing process. In the method, the determined behavior, which was determined by means of an embodiment of the method described above, is used to at least one parameter of the manufacturing process. Parameters of the manufacturing process can be, for example, the temperature or the temperature profile (temporally and / or locally) in the manufacturing mold, that is the shape with which the fiber-reinforced profile is produced in the manufacturing process, the inner shape of the manufacturing mold, the material and / or the Surface quality of the manufacturing mold and / or the composition of the material of the preform and / or the composition of the product.
[0021] Erfindungsgemäß wird zudem eine Vorrichtung According to the invention is also a device
(Testvorrichtung) zur Bestimmung des Verhaltens von faser verstärkten Kunststoffen während der Herstellung angegeben. Mittels der Vorrichtung kann beispielsweise eines der Ver fahren, wie oben vorstehend beschrieben, ausgeführt werden. Die Vorrichtung weist einen Rotationsdorn (Dorn) , eine Form und eine Einrichtung zum relativen Drehen des Dorns und der Form zueinander auf. Zwischen dem Dorn und der Form kann ein Preformling wie oben beschrieben aufgenommen sein. Die Vorrichtung weist zudem wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments auf. (Test device) for determining the behavior of fiber-reinforced plastics during manufacture. Using the device, for example, one of the processes can be carried out as described above. The device has a rotating mandrel (mandrel), a shape and a device for rotating the mandrel and the shape relative to one another. A preform can be received between the mandrel and the mold as described above. The device also has at least one means for detecting the drive torque and / or the support torque.
[0022] Die Rauheiten von Dorn und Form können einen un terschiedlichen Betrag aufweisen. Bevorzugt sind der Dorn und die Form derart eingerichtet, dass der Dorn das Ver stärkungsmaterial aus Fasern oder den Preformling mitnimmt, so dass das Verstärkungsmaterial und noch weiter bevorzugt der Preformling bei ausgehärtetem Harz, dieselbe Winkelge schwindigkeit aufweist wie der Dorn. [0022] The roughness of the mandrel and the shape can have a different amount. The mandrel and the shape are preferably set up in such a way that the mandrel takes the reinforcing material made of fibers or the preform with it, so that the reinforcing material and even more preferably the preform with hardened resin has the same angular velocity as the mandrel.
[0023] Erfindungsgemäß wird zudem eine Anlage zur Pro duktion und/oder zur Produktionsplanung angegeben, welche eine Datenbank mit wenigstens einem Ergebnis oder mehreren Ergebnissen der Bestimmung des Verhaltens gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. mittels der vorste hend beschriebenen Vorrichtung enthält. Ein Ergebnis kann beispielsweise ein Parameter eines Produktionsprozesses sein . According to the invention, a system for production and / or production planning is also specified, which has a database with at least one or more results of determining the behavior according to one of the contains the method described above or by means of the vorste described above. A result can be a parameter of a production process, for example.
[0024] Die Anlage weist vorzugsweise eine Eingabeein richtung und eine Ermittlungsseinrichtung auf, wobei die Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anla ge über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder Zu sammensetzung eines Preformlings und/oder Produktes vorge ben kann und die Ermittlungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter ermittelt. Die Ermittlungseinrichtung kann in Ausführungsbeispielen den Produktionsparameter an hand eines oder mehrerer Produktionsparametern für eine o- der mehrere Geometrien und/oder Zusammensetzung von Pre- formlingen und/oder Produkten ermitteln, für welche Bestim mungsergebnisse in der Datenbank vorliegen, welche mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder Vorrich tungen ermittelt sind, und/oder anhand von interpolierten und/oder extrapolierten Bestimmungsergebnissen, welche auf mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder Vorrichtungen ermittelten Bestimmungsergebnissen beruhen. Diese Geometrien und/oder Materialzusammensetzungen, für welche Bestimmungsergebnisse vorliegen, können verschieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammensetzung sein . The system preferably has an input device and a determination device, the system being set up in such a way that a user of the system can use the input device to specify a geometry and / or composition of a preform and / or product and the determination device determined at least one production parameter. In exemplary embodiments, the determining device can determine the production parameter on the basis of one or more production parameters for one or more geometries and / or composition of preforms and / or products, for which determination results are available in the database, which are by means of one of the methods described above or devices are determined, and / or on the basis of interpolated and / or extrapolated determination results which are based on determination results determined by means of one of the methods or devices described above. These geometries and / or material compositions, for which determination results are available, can be different from the specified geometry and / or composition.
[0025] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und/oder Merkmale des Erfindungsgegenstands, insbesondere der Ver fahren, der Vorrichtung und der Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren sowie folgender Beschreibung. Die Figuren zeigen schematisch und beispielhaft: Further advantageous embodiments and / or features of the subject matter of the invention, in particular the method, the device and the system result from the subclaims, the figures and the following description. The figures show schematically and by way of example:
[0026] Figur 1 eine Fertigungslinie zum Strangziehen, [0027] Figur 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Methode zum Messen der Ziehkraft, [0026] FIG. 1 shows a production line for continuous drawing, [0027] FIG. 2 shows a method known from the prior art for measuring the pulling force,
[0028] Figur 3 - eine schematische Veranschaulichung von Beiträgen zur Ziehkraft in oder an einer Fertigungsform, Figure 3 - a schematic illustration of contributions to the pulling force in or on a manufacturing mold,
[0029] Figur 4 - eine Veranschaulichung einer Variante des erfindungsgemäßen Konzepts, [0029] FIG. 4 - an illustration of a variant of the concept according to the invention,
[0030] Figur 5a - eine Darstellung einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung, FIG. 5a shows a device according to the invention,
[0031] Figur 5b - einen Ausschnitt einer Variante der Vorrichtung gemäß Figur 5a in einer Längsschnittdarstel lung, Figure 5b - a section of a variant of the device according to Figure 5a in a longitudinal section,
[0032] Figur 6 - die Vorrichtung gemäß Figur 5a zusammen mit einem Steuerungs- und Auswertungssystem, Figure 6 - the device according to Figure 5a together with a control and evaluation system,
[0033] Figur 7 ein Messergebnis erhalten mittels der Vorrichtung gemäß Figuren 5a und 6 und Figure 7 obtained a measurement result by means of the device according to Figures 5a and 6 and
[0034] Figur 8 - ein Ablaufdiagramm eines Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figure 8 - a flowchart of an embodiment example of a method according to the invention.
[0035] Figur 1 zeigt eine beispielhafte Fertigungslinie 10 zur Herstellung von Profilen mittels Strangziehen. Die Fertigungslinie 10 weist ein Spulengatter oder Faserregal 11, Faserführungen 12, eine Imprägniereinrichtung 13, Füh rungen 14 für den imprägnierten Faserstrang oder die im prägnierte Faserstränge, welche gleichzeitig der Vorformge bung dienen können, eine beheizte Fertigungsform 15, eine Ziehvorrichtung 16 und eine Ablängvorrichtung 17, z.B. Sä ge, zum Ablängen der hergestellten Profile auf. [0036] Strangziehen ist ein kontinuierlicher Prozess, um Profile mit insbesondere konstantem Querschnitt aus Ver bundmaterial herzustellen. Während des Strangziehens werden Fasern 18 einzeln, in Strängen, als Band, Gewebe und/oder Matte und/oder weitere oder andere Textil-Formen durch eine Imprägniereinrichtung 13 gezogen, wo sie mit einem Matrix material, insbesondere Kunstharz, imprägniert werden. Über schüssiges Matrixmaterial kann in einer Führung 14 zum Vor formen von dem imprägnierten Fasern 18 entfernt werden. Die matrixmaterialgetränkten Fasern 18 werden durch eine be heizte Fertigungsform 15 gezogen, um in der Fertigungsform 15 das Matrixmaterial zu härten. Dabei kann das Matrixmate rial polymerisieren, um mit den Fasern 18 ein festes Profil aus Verbundwerkstoff zu bilden. Figure 1 shows an exemplary production line 10 for the production of profiles by means of extrusion. The production line 10 has a creel or fiber rack 11, fiber guides 12, an impregnation device 13, guides 14 for the impregnated fiber strand or the impregnated fiber strands, which can simultaneously serve the preforming, a heated production mold 15, a pulling device 16 and a cutting device 17 , for example saws, to cut the manufactured profiles. Extrusion is a continuous process to produce profiles with a particularly constant cross section from composite material. During the strand drawing, fibers 18 are drawn individually, in strands, as a band, fabric and / or mat and / or other or other textile shapes through an impregnation device 13, where they are impregnated with a matrix material, in particular synthetic resin. About excess matrix material can be removed from the impregnated fibers 18 in a guide 14 to form before. The matrix material-impregnated fibers 18 are drawn through a heated production mold 15 in order to harden the matrix material in the production mold 15. The matrix material can polymerize to form a solid composite profile with the fibers 18.
[0037] Während des Prozesses treten Reibungskräfte und sonstige Kräfte auf, welche in Summe von der Ziehvorrich tung kompensiert werden müssen, um den Faserstrang mit kon stanter Geschwindigkeit durch die Fertigungsform 15 zu zie hen. Diese Kräfte werden in jeder Einheit 11, 12, 13, 14,During the process, frictional forces and other forces occur which, in total, have to be compensated for by the drawing device in order to pull the fiber strand through the production mold 15 at a constant speed. These forces are in each unit 11, 12, 13, 14,
15 der Fertigungslinie 10 von einschließlich dem Spulengat ter 11 bis einschließlich in der Fertigungsform 15 erzeugt. Diese Kräfte treten u.a. aufgrund der Spannung des Verstär kungsmaterials, insbesondere der Verstärkungsfasern 18, so wie der Reibung zwischen den Fasern 18 und den Führungen 12, 14 bis zum Eingang 19 in die Fertigungsform 15 und auf grund innerer und äußerer Reibung innerhalb der Kavität der Fertigungsform 15 auf. Die Kräfte können zumindest teilwei se durch Temperaturveränderungen und Volumenveränderungen, insbesondere des Matrixmaterials, z.B. beim Aushärten, be einflusst sein. Die Ziehkraft, welche die Ziehvorrichtung zur Überwindung der Summe der Kräfte ausübt, ist ein sekun därer Parameter, welcher von den primären Parametern, wie etwa der Faserspannung, der Ziehgeschwindigkeit, Tempera turprofil in der Fertigungsform 15, der Fertigungsformgeo metrie und der Oberflächenrauheit, dem Verhältnis von Fa sern zum Volumen der Fertigungsformkavität, der anfängli chen Harzviskosität, dem Druck in der Form, Verlauf der Harzaushärtung, chemisches Schrumpfen, thermische Expansion usw. abhängt. Obwohl die Ziehkraft ein sekundärer Parameter ist, ist die Analyse der Ziehkraft kritisch um den Strang ziehprozess zu verstehen und zu steuern. Von der Ziehkraft können die Prozessstabilität und die Eigenschaften der stranggezogenen Verbundmaterialien abhängen. 15 of the production line 10 from including the Spulengat ter 11 up to and including in the production mold 15. These forces occur inter alia due to the tension of the reinforcing material, in particular the reinforcing fibers 18, as well as the friction between the fibers 18 and the guides 12, 14 up to the entrance 19 into the manufacturing mold 15 and due to internal and external friction within the cavity of the manufacturing mold 15 on. The forces can be at least partially influenced by temperature changes and volume changes, in particular of the matrix material, for example during curing. The pulling force exerted by the pulling device to overcome the sum of the forces is a secondary parameter, which of the primary parameters, such as about the fiber tension, the drawing speed, temperature profile in the manufacturing mold 15, the manufacturing mold geometry and the surface roughness, the ratio of fibers to the volume of the manufacturing mold cavity, the initial resin viscosity, the pressure in the mold, the course of resin curing, chemical shrinking, thermal Expansion etc. depends. Although pulling force is a secondary parameter, analyzing pulling force is critical to understanding and controlling the drawing process. The process stability and the properties of the extruded composite materials can depend on the pulling force.
[0038] Figur 2 zeigt ein Beispiel, wie im Stand der Technik die Summe der Kräfte, welche im Zusammenhang mit der Fertigungsform 15 entstehen und zur Ziehkraft beitra gen, experimentell bestimmt wird, indem ein Kraftsensor o- der Kraftaufnehmer 20 zwischen einem stationären Rahmen 21 und einer gleitgelagerten Fertigungsform 15 eingesetzt wird. Figur 2 zeigt eine Gleitlagerung 22, welche die Fer tigungsform 15 in Ziehrichtung R lagert, die Fertigungsform 15 und einen Abschnitt des Stranges 23 aus Fasern 18 und Matrixmaterial. Mittels des Kraftaufnehmers 20 wird die Summe der einzelnen Kräfte auf die Fertigungsform 15 be stimmt, wenn die Fertigungsform 15 auf Grund des Ziehens an dem Strang 23 durch die Fertigungsform 15 gegen den Kraft aufnehmer 20 gedrückt wird. Mit einer Anordnung wie in Fi gur 2 gezeigt, können jedoch nicht, jedenfalls nicht ohne erheblichen Versuchsaufwand, die einzelnen Beiträge zu der Kraft, welche von der Fertigungsform 15 stammen, gesondert voneinander bestimmt werden. FIG. 2 shows an example of how, in the prior art, the sum of the forces which arise in connection with the manufacturing mold 15 and contribute to the pulling force is determined experimentally by a force sensor or force transducer 20 between a stationary frame 21 and a slide-bearing manufacturing mold 15 is used. FIG. 2 shows a slide bearing 22, which stores the production mold 15 in the drawing direction R, the production mold 15 and a section of the strand 23 made of fibers 18 and matrix material. By means of the force transducer 20, the sum of the individual forces on the manufacturing mold 15 is determined when the manufacturing mold 15 is pressed against the force transducer 20 due to the pulling on the strand 23 by the manufacturing mold 15. With an arrangement as shown in FIG. 2, however, the individual contributions to the force which come from the production mold 15 cannot be determined separately from one another, at least not without considerable experimentation effort.
[0039] Figur 3 veranschaulicht verschiedene Widerstands kräfte, welche während des Strangziehens in oder an der Fertigungsform 15 auftreten. Die Ziehkraft (FZieh) muss zur Überwindung der Summe dieser einzelnen Kräfte aufgebracht werden. Zu der Gesamtkraft trägt die in Figur 3 als FZusairmen- führung bezeichnete Kraft bei, welche in dem Abschnitt der Fertigungslinie 10 von einschließlich dem Spulengatter 11, den Führungen 12, 14, der Imprägnierungseinrichtung 13 ent steht. Diese Komponenten sind in Figur 3 stark schemati siert durch einen Kasten dargestellt. Die Fertigungsform 15 kann einen sich in Ziehrichtung verjüngenden Eingang 19 aufweisen. Eine Kraft FVerdichtung tritt beispielsweise durch das Verdichten oder Komprimieren des Stranges 23 an oder im Eingang 19 der Fertigungsform 15 auf. In dem Bereich der Fertigungsform 15, in dem das Harz in flüssiger (Zone ZI) oder gelierter Form (englisch gel) (Zone Z2) vorliegt, tritt innere oder viskose Reibung (Kraftbeitrag FViSkosität) auf. In Bereichen der Fertigungsform 15, in denen das Mat rixmaterial in fester Form (Zone Z3) vorliegt, tritt Fest körperreibung (Kraftbeitrag FReibUng) auf. Zudem kann Reibung zwischen den Fasern 18 und der Fertigungsform 15 auftreten. Figure 3 illustrates various resistance forces, which during the pulling in or on the Production form 15 occur. The drawing force (F drawing) must be applied to overcome the sum of individual forces. To the total force F as the n- Zusairme in Figure 3 guidance denoted force contributes which is ent in the portion of the production line 10 by including the creel 11, the guides 12, 14, the impregnation device. 13 These components are shown schematically in Figure 3 by a box. The production mold 15 can have an inlet 19 which tapers in the direction of drawing. A force F Ve rdichtung occurs, for example, by compacting or compressing the strand 23 at or in the entrance 19 of the forming mold 15. In the area of the production mold 15, in which the resin is in liquid (Zone ZI) or gelled (English gel) (Zone Z2), internal or viscous friction (force contribution F ViS kosität) occurs. In areas of the production mold 15, in which the matrix material is in solid form (zone Z3), solid body friction (force contribution F friction ) occurs. In addition, friction between the fibers 18 and the manufacturing mold 15 can occur.
[0040] Das System zur Bestimmung der Summe der Kräfte auf die Fertigungsform 15, d.h. der Summe der Kräfte FVer- dichtung, Fviskosität und FReibung, unter Verwendung des Kraftauf nehmers 20, wie in Figur 2 dargestellt, ist ein System zur kontinuierlichen Messung, welches in einer vollständigen Fertigungslinie 10 implementiert wird. Aus den Eigenschaf ten des Strangziehprozesses ein kontinuierlicher und linea rer Prozess zu sein, folgt, dass Veränderungen der Parame ter, um den Prozess zu optimieren, oftmals ein Umrüsten o- der Neubestücken der Fertigungslinie 10 erfordern und daher aufwendig sind. Die Bestimmung der Ziehkraft mittels des Kraftaufnehmers 20, wie in Figur 2 gezeigt, allein lässt auch nicht auf einfache Weise die Komponenten der einzelnen Kraftbeiträge ermitteln, welche innerhalb der Fertigungs form 15 auftreten. [0040] The system for determining the sum of the forces on the manufacturing mold 15, ie, the sum of the forces F compaction, Fviskosität and F friction ung, as shown in Figure 2 using the force on taker 20 is a system for the continuous Measurement, which is implemented in a complete production line 10. From the properties of the continuous drawing process to be a continuous and linear process, it follows that changes in the parameters in order to optimize the process often require retrofitting or re-equipping the production line 10 and are therefore complex. The determination of the pulling force by means of the force transducer 20, as shown in FIG. 2, does not simply leave the components of the individual alone Determine power contributions that occur within the manufacturing form 15.
[0041] Die Erfindung beruht auf dem Wunsch, die oben ge nannten Nachteile zu überwinden. Der erfinderische Gedanke ist, den linearen Strangziehprozess in einen Rotationspro zess zu transformieren. Dadurch wird die Funktion „Kraft als Funktion der Position oder des Ortes" in der Ferti gungsform 15 in die Funktion „Drehmoment als Funktion der Zeit" (siehe Figur 4) in der Versuchsform 25 transformiert. Dies kann durch die Beziehung: F(l) -> M(t) ausgedrückt werden. Figur 4 veranschaulicht dies. Figur 4 zeigt einen Strang 23 in einer Fertigungsform 15 und einen Rotations dorn 24 (auch Dorn genannt, kann auch als Spindel, Schaft oder Kern bezeichnet werden) in einer Versuchsform 25 The invention is based on the desire to overcome the above-mentioned disadvantages. The inventive idea is to transform the linear extrusion process into a rotation process. As a result, the function “force as a function of position or location” in production form 15 is transformed into the function “torque as function of time” (see FIG. 4) in test form 25. This can be expressed by the relationship: F (l) -> M (t). Figure 4 illustrates this. FIG. 4 shows a strand 23 in a production mold 15 and a rotating mandrel 24 (also called mandrel, can also be referred to as a spindle, shaft or core) in an experimental mold 25
(Form) zwischen welchen ein Faser/Matrixmaterial- Preformling 26 ( Preformling) , welcher Matrixmaterial und(Form) between which a fiber / matrix material preform 26 (preform), which matrix material and
Verstärkungsfasern 18 aufweist, angeordnet ist. Die Äquiva lente zu den Kräften, welche in Summe durch die Ziehkraft kompensiert werden müssen, können dadurch ohne zeitliche Beschränkungen studiert werden. Werte zum Bestimmen der einzelnen Kraftbeiträge in den Abschnitten der Fertigungs form sind in einem Verfahrensdurchlauf nacheinander be stimmbar . Reinforcing fibers 18 is arranged. The equivalents to the forces, which in total have to be compensated by the pulling force, can be studied without any time restrictions. Values for determining the individual force contributions in the sections of the production form can be determined in succession in one process run.
[0042] Figur 5a zeigt schematisch ein Beispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung 30, mittels welcher ein erfin dungsgemäßes Verfahren 100 durchgeführt werden kann. Figur 5b zeigt einen Ausschnitt einer Variante der Vorrichtung 30 gemäß Figur 5a in einer Längsschnittansicht. Die Vorrich tung 30 weist die Versuchsform 25 auf, welche einen Innen raum begrenzt (s. Figur 5b) . Die Form 25 weist in Längs richtung (Axialrichtung) in dem Bereich, in dem die Form einen Preformling 26 aufnimmt, vorzugsweise einen konstan ten Querschnitt auf. Alternativ können der Querschnitt und/oder die Größe des Bereichs in der Form 25 variieren. Bevorzugt weißt die Form 25 in dem Bereich, in dem diese einen Preformling 26 aufnimmt, eine radiale Abmessung auf, welche in alle Radialrichtungen konstant ist. Die innere Umfangsoberfläche der Form 25, welche mit dem Preformling 26 in Kontakt ist, ist bevorzugt im Wesentlichen zylinder mantelförmig, so dass die Form 25 im Wesentlichen einen zy lindrischen Innenraum begrenzen kann. Die Form 25 oder de ren innere Oberfläche kann aus demselben Material bestehen, wie eine Fertigungsform 15, welche in einer Fertigungslinie 10 eingesetzt werden kann, und/oder kann beispielsweise ei ne vergleichbare Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. FIG. 5a schematically shows an example of a device 30 according to the invention, by means of which a method 100 according to the invention can be carried out. FIG. 5b shows a section of a variant of the device 30 according to FIG. 5a in a longitudinal sectional view. The device 30 has the experimental form 25, which delimits an interior space (see FIG. 5b). The shape 25 points in the longitudinal direction (axial direction) in the area in which the shape receives a preform 26, preferably a constant cross section. Alternatively, the cross-section and / or the size of the area in the mold 25 may vary. The shape 25 preferably has a radial dimension in the area in which it receives a preform 26, which is constant in all radial directions. The inner circumferential surface of the mold 25, which is in contact with the preform 26, is preferably essentially cylinder-shaped, so that the mold 25 can essentially delimit a cylindrical interior. The mold 25 or the inner surface thereof can consist of the same material as a production mold 15, which can be used in a production line 10, and / or can, for example, have a comparable surface quality.
[0043] In dem in Figur 5a dargestellten Zustand ist, wie in Figur 5b veranschaulicht, der Dorn 24 in der Form 25 an geordnet. Dorn 24 und Form 25 sind bevorzugt koaxial. Der Dorn 24 kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufwei sen. Die Form 25 und der Dorn 24 begrenzen eine Spalt 31 zur Aufnahme des Preformlings 26. Der Spalt 31 ist bevor zugt mantelförmig, besonders bevorzugt zylindermantelwand förmig und umgibt den Dorn 24 vorzugsweise vollständig. Der Spalt 31 zwischen der Oberfläche des Dorns 24 ohne den Pre formling 26 und der inneren Oberfläche der Form 25 reprä sentiert die Dicke des Stranges in der Fertigungsform 15. In the state shown in Figure 5a, as illustrated in Figure 5b, the mandrel 24 in the form 25 is arranged. Mandrel 24 and form 25 are preferably coaxial. The mandrel 24 may have a substantially cylindrical shape. The shape 25 and the mandrel 24 delimit a gap 31 for receiving the preform 26. The gap 31 is preferably jacket-shaped, particularly preferably cylindrical jacket wall-shaped, and preferably completely surrounds the mandrel 24. The gap 31 between the surface of the mandrel 24 without the preform 26 and the inner surface of the mold 25 represents the thickness of the strand in the manufacturing mold 15.
[0044] Auf den Dorn 24 ist der Faser/Matrixmaterial- Preformling 26 aufgebracht, dessen Kleb- und/oder Reibver halten gegenüber der Form 25 bestimmt werden soll. Insbe sondere können harzgetränkte Fasern 18, z.B. in Form eines Stranges aufgebracht werden. Die Fasern 18 können insbeson dere einen bandförmigen Raum einnehmen. Die Fasern 18 sind auf den Dorn vorzugsweise geordnet aufgebracht. Die harzge tränkten Fasern sind beispielsweise um den Dorn 24 gelegt oder auf den Dorn 24 gewickelt. Die Fasern 18 erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des Domes 24. On the mandrel 24 of the fiber / matrix material preform 26 is applied, the adhesive and / or Reibver hold against the shape 25 is to be determined. In particular, resin-impregnated fibers 18, for example in the form of a strand, can be applied. The fibers 18 can in particular occupy a band-shaped space. The fibers 18 are applied in an orderly manner to the mandrel. The resin impregnated fibers are, for example, placed around the mandrel 24 or wound on the mandrel 24. The fibers 18 preferably extend essentially along the circumferential direction of the dome 24.
[0045] Die Vorrichtung 30 weist Gleitdichtungen (dynami sche Dichtungen), beispielsweise Gleitringdichtungen 32, zur Abdichtung des Spaltes 31 zwischen dem Dorn 24 und der Form 25 nach außen auf. The device 30 has mechanical seals (dynamic seals), for example mechanical seals 32, for sealing the gap 31 between the mandrel 24 and the mold 25 to the outside.
[0046] Die Form 25 ist in einem Heizblock 33 rotations fest befestigt, welcher dem Heizen der Form 25 dient. Ein Temperaturfühler 34 dient zum Bestimmen der Temperatur der Form 25. The mold 25 is fixed in rotation in a heating block 33, which serves to heat the mold 25. A temperature sensor 34 is used to determine the temperature of the mold 25.
[0047] Der Dorn 24 wird über eine Wellenanordnung 35 von einem Motor 36 angetrieben. Die Wellenanordnung 35 kann ein Getriebe 37 aufweisen. Zu dem Motor 36 und/oder der Wellen anordnung 35 kann eine Einrichtung 38, z.B. ein Aufnehmer oder eine Einheit, zum Bestimmen des Drehmoments (An triebsmoments) gehören, welches der Antrieb aus Motor 36 und Getriebe 37 auf den Dorn 24 ausübt. Dieses hängt von der viskosen Reibung und/oder Festkörperreibung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25 und/oder von einer Kleb wechselwirkung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25, welche Klebwechselwirkung insbesondere auf Grund des Mat rixmaterials bestehen kann, ab. Das Drehmoment kann bei spielsweise bis zu 100 Nm betragen. Die Vorrichtung 10 weist eine Einrichtung 39 zum Bestimmen der Drehzahl des Dorns 24 auf. The mandrel 24 is driven by a motor 36 via a shaft arrangement 35. The shaft arrangement 35 can have a gear 37. To the motor 36 and / or the shaft arrangement 35, a device 38, e.g. a transducer or a unit for determining the torque (drive torque), which the drive from the motor 36 and transmission 37 exerts on the mandrel 24. This depends on the viscous friction and / or solid friction between the preform 26 and the form 25 and / or on an adhesive interaction between the preform 26 and the form 25, which adhesive interaction can exist in particular due to the matrix material. The torque can be up to 100 Nm, for example. The device 10 has a device 39 for determining the speed of the mandrel 24.
[0048] Der Heizblock 33 bzw. die Form 25 sind auf einem Ständer 40 befestigt. Eine Isolierplatte 33a isoliert den Heizblock 33 thermisch von dem Ständer 40. Der Ständer 40 ist in der Lage das Drehmoment, welches auf die Form 25 bzw. den Heizblock 33 durch Drehen des Dorns 24 und des Preformlings 26 relativ zu der Form 25 ausgeübt wird, abzu stützen. Der Heizblock 33 und die Form 25 bleiben beim Dre hen des Dorns 24 mit dem Preformling 26 in der Form 25 vor zugsweise in einer Winkelstellung relativ zu dem Rahmen 44 bzw. dem Ständer 40. Der Heizblock 33 und die Form 25 wer den also vorzugsweise nicht gedreht. Zwischen dem Heizblock 33 und dem Ständer 40 ist eine Einrichtung 41 zum Bestimmen des Abstützmoments angeordnet, mittels welcher Einrichtung 41 der Heizblock 33 mit dem Ständer 40 gekoppelt ist. Mit der Einrichtung 41 zum Bestimmen des Drehmoments, welches der Heizblock 33 auf den Ständer 40 ausübt, kann das Ab stützmoment ermittelt werden, mit welchem sich die Form 25, im Beispiel über den Heizblock 33, an dem Ständer 40 ab stützt. Das Drehmoment, welches abgestützt werden muss, wird durch die Drehung des Dorns 24 von dem Dorn 24 auf den Preformling 26 und über den Preformling 26 auf die Form 25 übertragen und von dieser auf den Heizblock 33. Das von dem Preformling 26 auf die Form 25 übertragene Drehmoment kann im Zeitverlauf des Versuchsprozesses mit der Vorrichtung 30 stark variieren. Denn im Zeitverlauf können sich die Phasen (flüssig, gelartig, fest) des Matrixmaterials, Temperatur des Preformlings, Druck des flüssigen oder gelierten Mat rixmaterials, Ausdehnung des Preformlings 26 und damit die viskose und/oder Festkörperreibung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25 und auch ein Klebverhalten zwischen dem Matrixmaterial des Preformlings 26 und der Form 25 stark ändern . The heating block 33 and the form 25 are attached to a stand 40. An insulating plate 33a insulates the Heating block 33 thermally from the stand 40. The stand 40 is able to support the torque which is exerted on the mold 25 or the heating block 33 by rotating the mandrel 24 and the preform 26 relative to the mold 25. The heating block 33 and the form 25 remain when rotating the mandrel 24 with the preform 26 in the form 25 before preferably in an angular position relative to the frame 44 or the stand 40. The heating block 33 and the form 25 who therefore preferably not turned. A device 41 for determining the supporting torque is arranged between the heating block 33 and the stand 40, by means of which device 41 the heating block 33 is coupled to the stand 40. With the device 41 for determining the torque which the heating block 33 exerts on the stand 40, the support torque can be determined from which the shape 25, in the example via the heating block 33, is supported on the stand 40. The torque that has to be supported is transmitted by the rotation of the mandrel 24 from the mandrel 24 to the preform 26 and via the preform 26 to the mold 25 and from there to the heating block 33. That from the preform 26 to the mold 25 Torque transmitted can vary greatly with the device 30 over the course of the test process. Because over time, the phases (liquid, gel-like, solid) of the matrix material, temperature of the preform, pressure of the liquid or gelled matrix material, expansion of the preform 26 and thus the viscous and / or solid friction between the preform 26 and the form 25 and also strongly change an adhesive behavior between the matrix material of the preform 26 and the mold 25.
[0049] Der Ständer 40 weist eine Einrichtung 42 zur Hö henverstellung der Form 25 bzw. des Heizblocks 33 auf. Die Höhenverstellung erfolgt dabei in Längsrichtung der Mittel achse 43 der Form 25, welche bevorzugt mit der Rotations achse des Dorns 24 zusammenfällt (s. Figuren 4 und 5b) . Die Einrichtung 42 zur Höhenverstellung, welche im Beispiel durch eine Scherenkinematik gebildet ist, dient dazu, den Dorn 24 und die Form 25 relativ zueinander zu bewegen. Ins besondere kann damit der Dorn 24 relativ zu der Form 25 in die Form 25 bewegt werden. The stand 40 has a device 42 for height adjustment of the mold 25 or the heating block 33. The The height is adjusted in the longitudinal direction of the central axis 43 of the shape 25, which preferably coincides with the axis of rotation of the mandrel 24 (see FIGS. 4 and 5b). The device 42 for height adjustment, which in the example is formed by scissors kinematics, serves to move the mandrel 24 and the mold 25 relative to one another. In particular, the mandrel 24 can thus be moved into the mold 25 relative to the mold 25.
[0050] Im Ausführungsbeispiel sind die Komponenten der Vorrichtung 30 in einem Rahmen 44 angeordnet, der den Stän der 40 und den Motor 36 mit der Wellenanordnung 35 und dem Dorn 24 trägt. In the exemplary embodiment, the components of the device 30 are arranged in a frame 44 which supports the stator 40 and the motor 36 with the shaft arrangement 35 and the mandrel 24.
[0051] Zu dem Steuerungssystem 45 der Vorrichtung 30 ge mäß Figur 5a, 5b, welches in Figur 6 schematisch gezeigt ist, gehört eine Steuerungseinrichtung 46, welche eine Ein richtung 47 zur Leistungsbeaufschlagung des Motors 36 zur Einstellung der Drehzahl des Motors 36 aufweist, und eine Messwertaufnahmeeinrichtung 48, welche mit der Steuerungs einrichtung 46 gekoppelt ist oder Teil dieser ist, und wel che Daten von der Einrichtung 39 zum Bestimmen der Drehzahl des Dorns 24, von dem Temperaturfühler 34 und von wenigs tens einer der Einrichtungen 41, 38 zur Bestimmung des Ab stützmoments bzw. des Antriebsmoments oder von sowohl der Einrichtung 41 zum Bestimmen des Abstützmoments als auch der Einrichtung 38 zum Bestimmen des Antriebsmoments emp fängt. Von der Steuerungseinrichtung 46 kann außerdem eine Einheit zur Thermoregulation 49 gesteuert werden, welche die Temperatur in dem Heizblock 33 regelt. Die Vorrichtung 30 kann weitere Einrichtungen zum Ermitteln von physikali schen Größen aufweisen, z.B. einen Drucksensor (nicht ge zeigt) zum Bestimmen des Drucks in dem Spalt 31. Die Daten der weiteren Einrichtungen können ebenfalls über die Mess wertaufnahmeeinrichtung 48 aufgenommen werden. To the control system 45 of the device 30 according to Figure 5a, 5b, which is shown schematically in Figure 6, includes a control device 46, which has a device 47 for powering the motor 36 to adjust the speed of the motor 36, and a measured value recording device 48, which is coupled to the control device 46 or is part thereof, and which data from the device 39 for determining the speed of the mandrel 24, the temperature sensor 34 and at least one of the devices 41, 38 for determining the Starting from the support torque or the drive torque or from both the device 41 for determining the support torque and the device 38 for determining the drive torque. A unit for thermoregulation 49, which regulates the temperature in the heating block 33, can also be controlled by the control device 46. The device 30 can have further devices for determining physical variables, for example a pressure sensor (not shown) for determining the pressure in the gap 31. The data of the further devices can also be recorded via the measured value recording device 48.
[0052] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 können erfindungsgemäße Verfahren 100 durchgeführt werden, wie sie im Folgenden beispielhaft beschrieben sind. Verfahrens schritte sind in Figur 8, welche Blockdiagramme darstellen, beispielhaft veranschaulicht. With the device 30 according to the invention, methods 100 according to the invention can be carried out as described below by way of example. Process steps are exemplified in FIG. 8, which represent block diagrams.
[0053] Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 enthält den Schritt des Anordnens 101 eines Faser/Matrixmaterial-Preformlings 26 (Preformling 26) zwi schen dem Rotationsdorn 24 und der Form 25. Dazu kann der Preformling 26 beispielsweise auf den Rotationsdorn 24 der Vorrichtung gemäß Figuren 5a, 5b, 6 aufgebracht werden. Für diesen Vorgang kann der Ständer 40 in eine Position nach unten gefahren werden (nicht dargestellt) , in welcher der Dorn 24 außerhalb der Form 25 angeordnet ist. Der Dorn 24 ist von der Wellenanordnung 35 vorzugsweise entkuppelt, um den Preformling 26 auf den Dorn 24 aufzubringen. Um den Preformling 26 auf den Rotationsdorn 24 aufzubringen, kön nen die Fasern, welche mit Matrixmaterial versehen sind, zunächst auf den Rotationsdorn 24 gewickelt werden. An schließend kann der Rotationsdorn 24 mit der Wellenanord nung 35 gekuppelt werden. Der Preformling 26 kann bei spielsweise aus einem oder mehreren Strängen von Verstär kungsfasern 18, welche mit Matrixmaterial getränkt sind, zusammengesetzt sein. Der Preformling 26 kann alternativ oder zusätzlich zu den Strängen Textilien in Form von bei spielsweise gewebten Bändern oder Bändern aus Filzmaterial oder anderen Textilformen enthalten. Das Matrixmaterial kann, zumindest zu einem großen Teil, aus Kunstharz, bei spielsweise Epoxidharz, bestehen. In dem Matrixmaterial können zusätzlich Additive oder Füllstoffe enthalten sein. Verstärkungsfasern 18 in dem Preformling 26 haben vorzugs weise eine Länge von wenigstens dem Umfang des Dorns 24, um wenigstens einmal um den Dorn 24 gewickelt werden zu kön nen. Das Verstärkungsmaterial, besteht vorzugsweise aus miteinander nicht verschlungenen oder verwebten einzelnen Fasern 18 oder weist solche auf. Das Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise ein Strang aus nebeneinander verlaufenden Einzelfasern 18. Das Verstärkungsmaterial kann um den Dorn 24 gelegt oder gewickelt werden. Der Preformling 26 kann auf den Rotationsdorn 24 aufgebracht werden, indem, bei spielsweise bandförmige, Stränge um den Rotationsdorn ge legt werden, insbesondere auf den Rotationsdorn aufgewi ckelt werden, so dass die Fasern 18 und/oder die Stränge sich vorzugsweise zumindest im Wesentlichen in Umfangsrich tung des Rotationsdorns 24 erstrecken. Es kann als Preform ling 26 beispielsweise eine einzelne Endlosfaser oder eine Gruppe von wenigen Endlosfasern als Strang auf den Dorn 24 gewickelt werden, bis die gewünschte Preformlingdicke er reicht wird. Es ist beispielsweise möglich, vorimprägnierte Fasern 18 auf den Rotationsdorn 24 aufzubringen und/oder auf den Rotationsdorn 24 aufgebrachte Fasern 18 nachträg lich zu imprägnieren. Als Verstärkungsfasermaterial können beispielsweise Glasfasern verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweiser Kohlefasern verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu Glasfasern und/oder Kohlefasern können andere Fasern, z.B. Polymerfasern, ver wendet werden. The embodiment of the method 100 according to the invention includes the step of arranging 101 a fiber / matrix material preform 26 (preform 26) between the rotating mandrel 24 and the mold 25. For this purpose, the preform 26 can, for example, on the rotating mandrel 24 of the device according to figures 5a, 5b, 6 are applied. For this process, the stand 40 can be moved down to a position (not shown) in which the mandrel 24 is arranged outside the mold 25. The mandrel 24 is preferably uncoupled from the shaft arrangement 35 in order to apply the preform 26 to the mandrel 24. In order to apply the preform 26 to the rotary mandrel 24, the fibers which are provided with matrix material can first be wound onto the rotary mandrel 24. At closing, the rotating mandrel 24 can be coupled to the shaft arrangement 35. The preform 26 can be composed, for example, of one or more strands of reinforcing fibers 18 which are impregnated with matrix material. As an alternative or in addition to the strands, the preform 26 can contain textiles in the form of, for example, woven tapes or tapes made of felt material or other textile shapes. The matrix material can, at least to a large extent, consist of synthetic resin, for example epoxy resin. In the matrix material may also contain additives or fillers. Reinforcing fibers 18 in the preform 26 preferably have a length of at least the circumference of the mandrel 24 in order to be able to be wound around the mandrel 24 at least once. The reinforcing material preferably consists of or has individual fibers 18 that are not intertwined or interwoven with one another. The reinforcing material is preferably a strand of individual fibers 18 running alongside one another. The reinforcing material can be placed around the mandrel 24 or wound. The preform 26 can be applied to the rotating mandrel 24 by, for example, band-shaped strands being placed around the rotating mandrel, in particular wound onto the rotating mandrel, so that the fibers 18 and / or the strands preferably at least substantially in the circumferential direction tion of the rotating mandrel 24 extend. For example, a single continuous fiber or a group of a few continuous fibers can be wound as a strand on the mandrel 24 as a preform 26 until the desired preform thickness is reached. It is possible, for example, to apply pre-impregnated fibers 18 to the rotating mandrel 24 and / or to subsequently impregnate fibers 18 applied to the rotating mandrel 24. Glass fibers, for example, can be used as the reinforcing fiber material. Alternatively or additionally, for example, carbon fibers can be used. Alternatively or in addition to glass fibers and / or carbon fibers, other fibers, for example polymer fibers, can be used.
[0054] Um den Preformling 26 zwischen dem Rotationsdorn 24 und einer Form 25 anzuordnen, kann nun der Dorn 24 mit dem Preformling 26 in die Form 25 eingebracht werden. Dazu kann in der Vorrichtung 30 gemäß Figur 5a beispielsweise die Form 25 mit dem Heizblock 33 mittels der Scherenkinema tik vertikal in eine Position wie in Figur 5a dargestellt gefahren werden, wobei der Dorn 24 mit dem darauf aufge brachten Preformling 26 in die Form 25 eintaucht. In order to arrange the preform 26 between the rotating mandrel 24 and a mold 25, the mandrel 24 can now be introduced into the mold 25 with the preform 26. For this purpose, for example in the device 30 according to FIG. 5a the mold 25 with the heating block 33 can be moved vertically into a position as shown in FIG. 5a by means of the scissors kinematics, the mandrel 24 with the preform 26 placed thereon immersed in the mold 25.
[0055] Es ist möglich, den Dorn 24 und die Form 25 rela tiv zueinander bereits während des Eintauchens zu drehen und/oder erst nachdem der Eintauchvorgang abgeschlossen ist. Während Figuren 5a, b und 6 eine Vorrichtung zeigen, in der die Form 25 selbst relativ zu dem Ständer 40 bzw. dem Rahmen 44 nicht drehbar ist, sondern nur der Dorn 24 zu einer Drehbewegung relativ zu der Form 25 angetrieben wer den kann, ist es zusätzlich oder alternativ möglich, die Form 25 drehbar zu lagern und drehanzutreiben . Eine ent sprechende Vorrichtung (nicht dargestellt) weist bevorzugt eine Einrichtung zum Bestimmen des Antriebsmoments der Form 25 und/oder eine Einrichtung zum Bestimmen des Abstützmo ments des Dorns 24 auf. It is possible to rotate the mandrel 24 and the mold 25 relative to one another already during the immersion and / or only after the immersion process has been completed. While Figures 5a, b and 6 show a device in which the mold 25 itself is not rotatable relative to the stand 40 or the frame 44, but only the mandrel 24 is driven to perform a rotational movement relative to the mold 25 it is additionally or alternatively possible to rotatably support the mold 25 and to drive it. A corresponding device (not shown) preferably has a device for determining the drive torque of the mold 25 and / or a device for determining the support torque of the mandrel 24.
[0056] Der Dorn 24 und die Form 25 werden mittels des Motors 36 und der Wellenanordnung 35 relativ zueinander ge dreht (Schritt 102), während der Dorn 24 mit dem Preform ling 26 in der Form 25 angeordnet ist. Der Preformling 26 weist vorzugsweise dieselbe Winkelgeschwindigkeit auf, wie der Dorn 24. Insbesondere sind die Fasern 18 an dem Dorn 24 relativ zu dem Dorn 24 bevorzugt in Ruhe. Bevorzugt werden Dorn 24 und Form 25 koaxial relativ zueinander gedreht. The mandrel 24 and the mold 25 are rotated relative to one another by means of the motor 36 and the shaft arrangement 35 (step 102), while the mandrel 24 is arranged with the preform 26 in the mold 25. The preform 26 preferably has the same angular velocity as the mandrel 24. In particular, the fibers 18 on the mandrel 24 are preferably at rest relative to the mandrel 24. Mandrel 24 and mold 25 are preferably rotated coaxially relative to one another.
[0057] Während des relativen Drehens zueinander des Dorns 24 und der Form 25 kann der Heizblock 33 beispiels weise auf einer bestimmten Temperatur gehalten oder die Temperatur des Heizblocks 33 gemäß einer Funktion, insbe sondere einer linearen Funktion, verändert werden. Dadurch, dass die Form 25 von außen mittels des Heizblocks 33 ge heizt wird, kann ein Temperaturgefälle in dem Preformling 26 erzeugt werden. Die Wärme kann von dem Flächenpaar aus innerer Formoberfläche und äußerer Preformlingoberfläche ausgehend radial nach innen dringen. Damit können Verhält nisse simuliert werden, wie sie insofern den Verhältnissen in einer Fertigungsform 15 entsprechen, als dass sich auch dort ein Temperaturgefälle von der Oberfläche des Stranges 23 in der Fertigungsform 15 nach innen ergibt. Durch das Erwärmen des Matrixmaterials kann das Matrixmaterial im Versuchsverlauf in mehr und mehr Bereichen zunehmend aus härten, wobei das Matrixmaterial durch Polymerisation von einem flüssigen in einen gelartigen und schließlich in ei nen festen Zustand übergehen kann. Die Steuerungseinrich tung 46, welche die Drehzahl des Dorns 24 regelt, hält die se vorzugsweise konstant, trotz Polymerisierung, Steigerung des Druckes durch thermische Expansion und damit potentiell höhere Normalkraft auf die Reibfläche und/oder chemisches Schrumpfen in radiale Richtung, welche Effekte zu stark un terschiedlichem Reibverhalten im zeitlichen Verlauf des Versuchs führen können. During the relative rotation of the mandrel 24 and the mold 25, the heating block 33 can, for example, be kept at a certain temperature or the temperature of the heating block 33 can be changed according to a function, in particular a linear function. Thereby, that the mold 25 is heated from the outside by means of the heating block 33, a temperature gradient can be generated in the preform 26. The heat can penetrate radially inwards from the pair of surfaces comprising the inner mold surface and the outer preform surface. This can simulate conditions as they correspond to the conditions in a manufacturing mold 15, so that there is a temperature gradient from the surface of the strand 23 in the manufacturing mold 15 to the inside. By heating the matrix material, the matrix material can harden increasingly in more and more areas in the course of the experiment, the matrix material being able to change from a liquid to a gel-like and finally to a solid state by polymerization. The Steuereinrich device 46, which regulates the speed of the mandrel 24, keeps the se preferably constant, despite polymerization, increase in pressure due to thermal expansion and thus potentially higher normal force on the friction surface and / or chemical shrinkage in the radial direction, which effects too strong un different friction behavior over the course of the experiment.
[0058] Es wird wenigstens ein Wert des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst (Schritt 103) . Daraus kann eine Kraft ermittelt werden, welche zu der Summe der Kräfte beiträgt, welche im Fertigungsverfahren mittels der Fertigungslinie 10 durch die Ziehvorrichtung 16 kompensiert werden muss, um den Strang 23 in der Fertigungslinie 10 mit konstanter Ge schwindigkeit durch die Fertigungsform 15 zu ziehen. Denn die Verhältnisse in der Versuchsform 25 sind so ähnlich zu denen in der Fertigungsform 15, dass aus den Ergebnissen des Verfahrens Rückschlüsse auf das Verhalten des Stranges 23 als Preformling in der Fertigungsform 15 gezogen werden können. Aus dem erfassten wenigstens einen Wert des An triebsmoments und/oder des Abstützmoments kann der Beitrag zur Ziehkraft (zur Gegenkraft der Ziehkraft) ermittelt wer den, welcher aus einem bestimmten Längsabschnitt der Ferti gungsform 15 stammt, insbesondere in dem gleiche oder ähn liche Verhältnisse vorliegen, wie bei Erfassung des Wertes im erfindungsgemäßen Verfahren. Der bestimmte Zeitpunkt zu dem der Wert erfasst wird, lässt sich in eine bestimmte Po sition oder einen bestimmten Längsabschnitt in einer Ferti gungsform 15 umrechnen. Mittels des erfindungsgemäßen Ver fahrens kann also das Verhalten, insbesondere das Klebe- und Reibverhalten, eines Stranges 23 in zumindest einem Abschnitt der Fertigungsform 15 (siehe Figur 1) simuliert werden . At least one value of the drive torque and / or the support torque at a specific point in time is recorded (step 103). From this, a force can be determined which contributes to the sum of the forces which must be compensated for in the production process by means of the production line 10 by the pulling device 16 in order to pull the strand 23 in the production line 10 at a constant speed through the production mold 15. This is because the conditions in test form 25 are so similar to those in production form 15 that the results of the method allow conclusions to be drawn about the behavior of the strand 23 can be drawn as a preform in the manufacturing mold 15. From the recorded at least one value of the drive torque and / or the support torque, the contribution to the pulling force (to the counterforce of the pulling force) can be determined who comes from a specific longitudinal section of the production mold 15, in particular in the same or similar conditions, as when recording the value in the method according to the invention. The specific point in time at which the value is recorded can be converted into a specific position or a specific longitudinal section in a production mold 15. By means of the method according to the invention, the behavior, in particular the adhesive and friction behavior, of a strand 23 in at least one section of the production mold 15 (see FIG. 1) can be simulated.
[0059] Besonders bevorzugt wird das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst (Schritt 103') . Es können mehrere diskrete Werte des Antriebs und/oder des Abstützmoments über den zeitlichen Ablauf des Testversuchs erfasst werden. Durch die Wärmeeinwirkung po lymerisiert und/oder kristallisiert das Matrixmaterial, z.B. Kunstharz, über die Zeit aus. Im zeitlichen Verlauf des Testversuchs liegen also unterschiedliche Verhältnisse (z.B. Aushärtungsgrad, Polymerisationsgrad und/oder Kris tallisationsgrad des Kunstharzes, Druck des Matrixmateri als, Temperatur des Preformlings 26, usw.) vor, welche in der Fertigungsform 15 (Figur 1) Verhältnissen in verschie denen Längsabschnitten der Fertigungsform 15 entsprechen können. Wenn das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst werden (siehe beispielhaft Figur 7, welche das Abstützmoment im Zeitverlauf zeigt) kann der zeitliche Momentenverlauf in einen Kraftverlauf, Kraft als Funktion der Position in der Fertigungsform 15 in Förder richtung, umgerechnet werden (Schritt 104). The drive torque and / or the support torque is particularly preferably recorded over time (step 103 '). Several discrete values of the drive and / or the support torque can be recorded over the course of the test attempt. The matrix material, for example synthetic resin, polymerizes and / or crystallizes over time due to the action of heat. Over the course of the test, there are different conditions (e.g. degree of curing, degree of polymerization and / or degree of crystallization of the synthetic resin, pressure of the matrix material as, temperature of the preform 26, etc.), which in the production mold 15 (Figure 1) ratios in various Longitudinal sections of the manufacturing mold 15 can correspond. If the drive torque and / or the support torque are recorded over time (see for example FIG. 7, which shows the support torque over time), the Temporal moment curve into a force curve, force as a function of the position in the manufacturing mold 15 in the conveying direction, can be converted (step 104).
[0060] Es kann beispielsweise ein Verlauf des Drehmo ments in Abhängigkeit von der Zeit, wie beispielsweise in Figur 7 dargestellt, ermittelt werden. Das in Figur 7 dar gestellte Diagramm zeigt den Verlauf des Drehmoments über die Zeit bei konstanter Drehzahl des Dorns 24 mit einem 1 Millimeter dicken Preformling 26 aus Glasfasern als Ver stärkungsmaterial und Epoxidharz als Matrixmaterial während des Aushärtens. Der starke Anstieg des Drehmoments im zeit lichen Verlauf des Testversuchs kann durch einen Druckan stieg beim wärmebedingten Ausdehnen des Verbundwerkstoffs und durch den Übergang von innerer zu äußerer Reibung beim Übergang von der flüssigen Phase des Kunstharzes auf die Gelphase des Kunstharzes erklärt werden. Der starke Abfall des Drehmomentes kann durch ein Schrumpfen des Formlings aufgrund des Aushärtens des Harzes erklärt werden, bei dem der Druck und damit die Normalkraft zwischen der Oberfläche der Form 25 und des Preformlings 26 sinkt. A course of the torque as a function of time can be determined, for example, as shown in FIG. 7. The diagram shown in Figure 7 shows the course of the torque over time at constant speed of the mandrel 24 with a 1 millimeter thick preform 26 made of glass fibers as Ver reinforcing material and epoxy resin as the matrix material during curing. The sharp increase in torque over the course of the test test can be explained by a pressure increase during the thermal expansion of the composite material and by the transition from internal to external friction during the transition from the liquid phase of the synthetic resin to the gel phase of the synthetic resin. The sharp drop in torque can be explained by a shrinkage of the molding due to the hardening of the resin, at which the pressure and thus the normal force between the surface of the mold 25 and the preform 26 decrease.
[0061] Wie durch den gestrichelten Pfeil in Figur 8 er sichtlich, kann das Ergebnis der Bestimmung aus dem Test versuch in den Entwurf oder die Einrichtung eines Ferti gungsprozesses einfließen, indem ein Parameter des Ferti gungsprozesses anhand des Ergebnisses des einen oder mehre re Testversuche festgelegt wird (Verfahren 104). Parameter des Fertigungsprozesses können beispielsweise die Länge der Fertigungsform 15, die Zusammensetzung des Preformlings o- der Stranges 23 und/oder des Produkts, die Temperatur, der Temperaturverlauf in der Fertigungsform 25 und/oder die Ab ziehgeschwindigkeit sein. [0062] Ohne großen Materialaufwand und ohne eine voll ständige Strangziehfertigungslinie 10 Vorhalten zu müssen, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 das Ver halten, insbesondere das Kleb- und Reibverhalten, von Pre- formlingen 26 unterschiedlicher Zusammensetzung, für unter schiedliche Formen 25, Temperaturen usw. studiert werden.As can be seen from the dashed arrow in FIG. 8, the result of the determination from the test attempt can flow into the design or the establishment of a manufacturing process by defining a parameter of the manufacturing process based on the result of one or more test attempts (method 104). Parameters of the manufacturing process can be, for example, the length of the manufacturing mold 15, the composition of the preform or strand 23 and / or the product, the temperature, the temperature profile in the manufacturing mold 25 and / or the drawing speed. [0062] Without having large material consumption and without a fully continuous pultrusion production line orhalten 10 V, can by means of the inventive method 100, the Ver keep particularly the adhesive and frictional properties, of pre- formed bodies 26 of different composition, for under schiedliche molds 25, temperatures etc. to be studied.
Es können damit relativ einfach Parameter, z.B. Zusammen setzung des Preformlings oder Stranges 23, Eigenschaften der Form 15, beispielsweise Material oder Oberflächenbe schaffenheit, Temperatur, Temperaturverlauf, Ziehgeschwin digkeit, welche sich in eine Rotationsgeschwindigkeit um rechnen lässt, usw. variiert werden. Mittels der Vorrich tung 30 und der Verfahren 100, 104 können individuelle Pa rameter identifiziert und optimiert werden, wie etwa das Temperaturprofil der Fertigungsform 15, die Oberflächenrau heit und das Material der Fertigungsform 15, die Fasern 18 und der Volumenanteil der Fasern, das Matrixmaterial, ins besondere das Harzsystem, Additive, Geschwindigkeit des Verfahrens, Geometrie des Verbundwerkstoffprofils, welche den Strangziehprozess beeinflussen, ohne dass eine voll ständige Strangziehfertigungslinie 10 erforderlich wäre.It is relatively easy to use parameters, e.g. Composition of the preform or strand 23, properties of the mold 15, for example material or surface texture, temperature, temperature profile, drawing speed, which can be calculated into a rotational speed, etc., can be varied. Using the device 30 and the methods 100, 104, individual parameters can be identified and optimized, such as the temperature profile of the production mold 15, the surface roughness and the material of the production mold 15, the fibers 18 and the volume fraction of the fibers, the matrix material, in particular the resin system, additives, speed of the process, geometry of the composite profile, which influence the extrusion process, without a complete extrusion line 10 being required.
Mit dem Verfahren wird nur ein Bruchteil des Materials ge braucht, welches für einen Strangziehprozess gebraucht wird. Dies macht das Verfahren besonders material- und kos tensparend. In einer Fertigungslinie 10 zum Strangziehen ist die Fertigungsform 15 eine der größten Kostentreiber.The process only uses a fraction of the material needed for a continuous drawing process. This makes the process particularly material and cost-saving. In a production line 10 for continuous drawing, the production mold 15 is one of the largest cost drivers.
Da die vorgeschlagene Vorrichtung mit einer Versuchsform 25 mit relativ kleiner Größe auskommt - die Versuchsform 25 für den Testversuch ist im allgemeinen kleiner als eine Fertigungsform 15 in einer Fertigungslinie 10, welche mit tels des Testversuchs ausgelegt wird - bietet die erfin dungsgemäße Vorrichtung 100 sowie die erfindungsgemäßen Verfahren 100, 104 auch deshalb einen hohen ökonomischen Vorteil. Das Verfahren 100 zur Bestimmung des Verhaltens 100 und das Verfahren zur Festlegung wenigstens eines Para meters des Fertigungsprozesses 104 können auch als ein Ge samtverfahren angesehen werden. Since the proposed device manages with a test form 25 with a relatively small size - the test form 25 for the test attempt is generally smaller than a production form 15 in a production line 10, which is designed by means of the test test - the device 100 according to the invention and the invention Methods 100, 104 therefore also have a great economic advantage. The method 100 for determining the behavior 100 and the method for determining at least one parameter of the production process 104 can also be regarded as an overall method.
[0063] Ein oder mehrere Ergebnisse aus der Bestimmung des Verhaltens mittels wenigstens eines Testversuchs können in einer Datenbank einer Anlage (nicht dargestellt) zur Fertigung mittels Strangziehen und/oder zur Fertigungspla nung hinterlegt sein. Die Anlage kann eine Eingabeeinrich tung und eine Ermittlungseinrichtung aufweisen, wobei die Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anla ge über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder eine Zusammensetzung eines Faser/Harz-Preformlings und/oder ei nes Produktes vorgeben kann und die Ermittlungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter anhand von dem oder den Ergebnissen, welche über die Datenbank zugänglich sind und welche aus mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 und/oder mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100, 104 bestimmten Verhaltens ermittelt, insbesondere berech net, wurden. Der wenigstens eine Produktionsparameter kann beispielsweise anhand von Geometrien und/oder Zusammenset zungen von Preformlingen 26 und/oder Produkten ermittelt werden, für welche Bestimmungsergebnisse ermittelt mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren 100, 104 oder Vorrichtungen 30 in der Datenbank vorliegen und welche ver schieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammen setzung sind. [0063] One or more results from the determination of the behavior by means of at least one test test can be stored in a database of a system (not shown) for production by means of continuous drawing and / or for production planning. The system can have an input device and a determination device, the system being set up in such a way that a user of the system can use the input device to specify a geometry and / or a composition of a fiber / resin preform and / or a product and the Determining device at least one production parameter based on the result or the results, which are accessible via the database and which have been determined, in particular calculated, from behavior determined by means of a device 30 according to the invention and / or by a method 100, 104 according to the invention. The at least one production parameter can be determined, for example, on the basis of geometries and / or compositions of preforms 26 and / or products, for which determination results are determined in the database by means of one of the methods 100, 104 or devices 30 described above and which differ from the given geometry and / or composition.
[0064] Es wird ein Konzept zur Bestimmung des Verhaltens von faserverstärkten Kunststoffen offenbart, welches diese während ihrer Herstellung zeigen. Mit dem Bestimmungsergeb- nis kann auf das Verhalten der faserverstärkten Kunststoffe während ihrer Herstellung in einem Strangziehprozess ge schlossen werden. In Ausführungsformen des erfindungsgemä ßen Verfahrens 100 weist das Verfahren 100 das Aufbringen eine Faser/Kunststoff-Preformlings 26 auf einen Rotations dorn 24 und das Einbringen 102 des Dorns in eine beheizte Versuchsform 25 auf (Schritt 101) . Form 25 und Dorn 26 wer den relativ zueinander gedreht (Schritt 102) und wenigstens ein Wert des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments wird erfasst (Schritt 103) . Mittels des wenigstens einen Wertes kann ein Parameter eines Produktionsprozesses in ei ner Fertigungslinie 10 zum Strangziehen ermittelt werden. A concept for determining the behavior of fiber-reinforced plastics is disclosed, which these show during their manufacture. With the determination result nis can be concluded on the behavior of the fiber-reinforced plastics during their production in a continuous drawing process. In embodiments of the method 100 according to the invention, the method 100 has the application of a fiber / plastic preform 26 to a rotating mandrel 24 and the introduction 102 of the mandrel into a heated test mold 25 (step 101). Form 25 and mandrel 26 are rotated relative to one another (step 102) and at least one value of the drive torque and / or the support torque is recorded (step 103). By means of the at least one value, a parameter of a production process in a production line 10 for extruding can be determined.
Bezugs zeichenliste : Reference character list:
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Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren (100) zur Bestimmung des Verhaltens von fa serverstärkten Kunststoffen während der Herstellung, bei dem 1. A method (100) for determining the behavior of fiber reinforced plastics during manufacture, in which
- ein Preformling (26) zwischen einem Rotationsdorn (24) und einer Form (25) angeordnet (101) wird,a preform (26) is arranged (101) between a rotating mandrel (24) and a mold (25),
- der Dorn (24) und die Form (25) relativ zueinander gedreht werden (102), - The mandrel (24) and the mold (25) are rotated relative to each other (102),
- wenigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Abstützmoments erfasst wird (103) .  - At least one value of a drive torque and / or a support torque is recorded (103).
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Antriebsmo ment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst wird (103'), wobei der zeitliche Momentenverlauf in einen Kraftverlauf umgerechnet wird (104) . 2. The method (100) according to claim 1, wherein the drive torque and / or the support torque is recorded over time (103 '), the torque curve over time being converted into a force curve (104).
3. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Preformlings (26) während des Bestimmens der Winkelgeschwindigkeit des Dorns (24) relativ zu der Form (25) entspricht. 3. The method (100) according to one of the preceding claims, wherein the angular velocity of the preform (26) corresponds to the shape (25) during the determination of the angular velocity of the mandrel (24).
4. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Form (25) und/oder der Dorn (24) geheizt werden . 4. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the mold (25) and / or the mandrel (24) are heated.
5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Verhaltens mit wenigstens zwei unterschiedlichen Preformlingen (26) durchgeführt wird und aus den Ergebnissen auf das Verhalten eines drit ten Preformlings geschlossen wird. 5. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the behavior is determined using at least two different preforms (26) and the results are used to infer the behavior of a third preform.
6. Verfahren (104) zum Entwerfen, Einrichten und/oder Steuern eines Fertigungsprozesses, bei dem anhand des ermittelten Verhaltens, welches mittels eines Verfah rens (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche er mittelt wurde, wenigstens ein Parameter des Ferti gungsprozesses festgelegt wird. 6. The method (104) for designing, setting up and / or controlling a production process, in which at least one parameter of the production process is determined on the basis of the behavior determined, which was determined by means of a method (100) according to one of the preceding claims.
7. Verfahren (104) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der wenigstens eine Parameter die Temperatur oder der Temperaturverlauf, zeitlich und/oder örtlich, in der Fertigungsform (15), die Geschwindigkeit, die Länge und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Fertigungs form (15), das Material und/oder die innere Gestalt der Fertigungsform (15) und/oder die Zusammensetzung des Materials des Faser/Matrixmaterial-Preformlings und/oder die Zusammensetzung des Produkts ist. 7. The method (104) according to the preceding claim, wherein the at least one parameter, the temperature or the temperature profile, temporally and / or locally, in the manufacturing mold (15), the speed, the length and / or the surface condition of the manufacturing mold (15 ), the material and / or the inner shape of the manufacturing mold (15) and / or the composition of the material of the fiber / matrix material preform and / or the composition of the product.
8. Vorrichtung (30) zur Bestimmung des Verhaltens von fa serverstärkten Kunststoffen während der Herstellung mit einer Form (25), einem Dorn (24), auf welchem ein Faser/Matrixmaterial-Preformling (26) anordnenbar ist, so dass der Faser/Matrixmaterial-Preformling (26) zwi schen dem Dorn (24) und der Form (25) aufgenommen ist, einer Einrichtung (35, 36, 37) zum relativen Drehen zueinander des Dorns (24) und der Form (25) und we nigstens einer Einrichtung (38, 41) zum Erfassen des Antriebs- und/oder Abstützmomentes. 8. Device (30) for determining the behavior of fiber reinforced plastics during manufacture with a mold (25), a mandrel (24) on which a fiber / matrix material preform (26) can be arranged, so that the fiber / matrix material -Preformling (26) between the mandrel (24) and the mold (25) is received, a device (35, 36, 37) for rotating relative to each other of the mandrel (24) and the mold (25) and we least one device (38, 41) for detecting the drive and / or support torque.
9. Vorrichtung (30) nach Anspruch 8, wobei die Rauheit des Dorns (24) verschieden von der Rauheit der Form (25) ist. 9. The device (30) according to claim 8, wherein the roughness of the mandrel (24) is different from the roughness of the mold (25).
10. Anlage zur Produktion und/oder Produktionspla nung, welche eine Datenbank mit wenigstens einem Er gebnis der Bestimmung des Verhaltens von faserver stärkten Kunststoffen mittels eines Verfahrens (100, 104) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer der Vorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9 enthält. 10. Plant for production and / or production planning, which has a database with at least one result of determining the behavior of fiber-reinforced plastics by means of a method (100, 104) according to at least one of claims 1 to 7 and / or one of the devices ( 30) according to any one of claims 8 to 9.
11. Anlage nach Anspruch 10, wobei die Anlage eine Eingabeeinrichtung und eine Ermittlungseinrichtung aufweist, wobei Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anlage über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder Zusammensetzung eines Preform- lings oder Produktes vorgeben kann und die Ermitt lungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter anhand von Geometrien und/oder Zusammensetzungen von Preformlingen und/oder Produkten ermittelt, für welche Bestimmungsergebnisse in der Datenbank vorliegen und welche verschieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammensetzung sind. 11. The system as claimed in claim 10, the system having an input device and a determination device, the system being set up in such a way that a user of the system can use the input device to specify a geometry and / or composition of a preform or product and the determination device at least a production parameter is determined on the basis of geometries and / or compositions of preforms and / or products, for which determination results are available in the database and which are different from the specified geometry and / or composition.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4783301A (en) * 1986-10-30 1988-11-08 The Dow Chemical Company Polybutene molded article and method for making same
US20020155287A1 (en) * 1998-01-28 2002-10-24 Nelson Arthur Russell Yarn blend for friction applications

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014222846A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Process for pultrusion Manufacture of fiber composite profile parts and fiber composite profile part

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4783301A (en) * 1986-10-30 1988-11-08 The Dow Chemical Company Polybutene molded article and method for making same
US20020155287A1 (en) * 1998-01-28 2002-10-24 Nelson Arthur Russell Yarn blend for friction applications

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. LACKEYJ.G. VAUGHAN: "An Analysis of Factors Effecting Pull Force for the Pultrusion of Graphite/Epoxy Composites", J.REINF. PLAST. COMPOS., March 1994 (1994-03-01), pages 188 - 198
G. SALAC. CUTOLO: "Compos. Part A Appl. Sci. Manuf.", January 1997, article "The pultrusion of powder-impregnated thermoplastic composites", pages: 637 - 646
S. LIL. XUZ. DINGL.J.LEEH. ENGELEN: "J. Comos. Mater.", January 2003, article "Experimental and Theoretical Analysis of Pulling Force in Pultrusion and Resin Injection Pultrusion (RIP)-Part I: Experimental", pages: 163 - 189
S.N. GREGORIEVA.N. KRASNOWSKIII.A. KAZAKOV: "Appl. Compos. MATR", 2014, article "The Friction Force Determination of Large-Sized Composite Rods in Pultrusion", pages: 651 - 659
SALA G ET AL: "THE PULTRUSION OF POWDER-IMPREGNATED THERMOPLASTIC COMPOSITES", COMPOSITES, IPC BUSINESS PRESS LTD. HAYWARDS HEATH, GB, vol. 28A, no. 7, 1 January 1997 (1997-01-01), pages 637 - 646, XP000658861, ISSN: 0010-4361 *

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