WO2020127538A2 - Verfahren zur herstellung eines formelements - Google Patents

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WO2020127538A2
WO2020127538A2 PCT/EP2019/086026 EP2019086026W WO2020127538A2 WO 2020127538 A2 WO2020127538 A2 WO 2020127538A2 EP 2019086026 W EP2019086026 W EP 2019086026W WO 2020127538 A2 WO2020127538 A2 WO 2020127538A2
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semi
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energy
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Inventor
Gregor Daun
Jan Wucherpfennig
Henning EILS
Martin Moeller
Original Assignee
Basf Polyurethanes Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/02—Bending or folding
    • B29C53/12—Bending or folding helically, e.g. for making springs

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a molded element. Furthermore, the invention relates to a shaped element, a computer program and a device for producing shaped elements.
  • Vehicle springs for automobiles are traditionally made from steel wire.
  • the wire is shaped into a helical structure using a so-called free-form process.
  • the wire is continuously pulled and pushed through tools, which causes local or regional instantaneous plastic deformation of the incremental segments of the wire with a predetermined radius and pitch. This method is preferred because of its speed and variety of custom shapes without the need for custom tools.
  • springs made of fiber-reinforced plastics are typically made from a soft wire comprising a large number of fibers and a thermoplastic or thermosetting reactive plastic, the wire being introduced into an inner or outer mold and hardened until the plastic is fully hardened.
  • the hardening action typically lasts several minutes and is too slow to carry out a continuous molding similar to a freeforming of metals.
  • Fiber-reinforced plastics contain the essential components of a plastic matrix system in which reinforcing fibers, for example based on glass, carbon, aramid or nylon, are embedded. Particularly heavily loaded components such as Wind turbine blades, tennis rackets or leaf springs made with continuous fibers, i.e. not cut fibers.
  • the plastics reinforced in this way can hardly be reshaped due to their high strength in the fully reacted state. For this reason, continuous fiber-reinforced components are usually made from liquid thermosetting reactive plastics, more rarely also from liquid thermoplastic reactive plastics, which only react in the final form.
  • thermosetting reactive plastics undergo a curing reaction from a liquid mixture of monomers to a covalently cross-linked network of macromolecules.
  • thermoplastic reactive plastics undergo a curing reaction from a liquid mixture of monomers to a solid made from long-chain macromolecules.
  • fiber-reinforced reactive plastics are usually brought into contact with the fibers in a mold in the liquid state or placed together in a mold as a semi-finished product that has already been bonded, and in the mold, for example, by heat feed hardened.
  • the curing reaction can take from a few minutes to several hours.
  • the shortest possible residence time of the material in the mold is desirable.
  • a conventionally applied method for shortening the coating time of the mold is preheating the semi-finished product before inserting it into the mold, ie heating the still uncrosslinked liquid reactive plastic and the fibers embedded therein before they are placed in the mold. Preheating with steam, hot air, radiation or by induction is generally used, as described, for example, in US Pat. No. 2,512,364 A.
  • an efficient and reliable manufacture of molded elements without compromising on the quality and durability of the elements should be guaranteed.
  • the terms “have”, “have”, “include” or “include” or any grammatical deviations therefrom are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, besides the feature introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the expression “A has B”, “A has B,” A includes B “or” A includes B” can both refer to the situation in which, apart from B, no other element in A is present (ie a situation in which A consists exclusively of B) as well as the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element e, elements C and D or even other elements.
  • the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without restricting the possibility that the feature or element can be provided one or more times.
  • the terms “preferably”, “in particular”, “for example” or similar terms are used in conjunction with optional features in the following, without alternative embodiments being restricted thereby.
  • a method for fixing at least one molded element is proposed, the molded element having a geometry.
  • the process includes the following steps:
  • a “molded element” is understood to mean any element, in particular a molded part, which comprises a hardened fiber-reinforced reactive plastic, in particular a hardened fiber-reinforced thermosetting plastic or thermoplastic, and has a geometry, in particular a free-formed geometry.
  • the shaped element can be a spring, in particular a coil spring or a torsion bar spring, a tube, a stabilizer, a steering linkage, a handrail, a railing, a leaf spring, a meander spring, a C spring or the like.
  • the shaped element can also include stabilizers and helical springs, in particular for automotive applications.
  • a “semi-finished product” is any prefabricated workpiece, in particular a blank.
  • the semifinished product can have a prefabricated mixture of substances which have been impregnated or impregnated with reinforcing fibers in a reactive plastic, in particular in a thermosetting or thermoplastic matrix, a curing reaction of the reactive plastic material not yet being completed.
  • the reinforcing fibers are at least partially embedded in the reactive plastic material.
  • the semi-finished product can have reinforcing fibers which are wetted or impregnated with an uncrosslinked or uncured thermosetting or thermoplastic material, for example a reactive resin.
  • the semi-finished product can include fibers, in particular reinforcing fibers, the surface of which is wetted with the thermosetting or thermoplastic material.
  • the reinforcing fibers can be based, for example, on glass, carbon, aramid, nylon, flax, jute or cotton.
  • the reinforcing fibers can be selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, basalt fibers, nylon fibers and aramid fibers.
  • reinforcing fibers can be understood to mean continuous fibers which are used as single fibers or bundled.
  • the reinforcing fibers can be used in the form of so-called “rovings” as a bundle, strand or multifilament yarn made of essentially parallel filaments (continuous fibers).
  • the cross section of a ro ving is preferably elliptical or rectangular, elliptical also comprising the round shape.
  • the semifinished product in particular a fiber matrix semifinished product, can be present, for example, as an extruded profile.
  • the semifinished product can be, for example, an extruded profile produced in a filament winding, a pultrusion or a pull winding process, for example in so-called prepreg machines.
  • a “reactive plastic material” is basically to be understood as any plastic material.
  • the reactive plastic material can be a reactive plastic whose monomers are predominantly unreacted at the beginning of processing and polymerize only in the course of processing to thermoplastic macromolecules or thermosetting networks.
  • the reactive plastic material can comprise a thermosetting material, for example a thermosetting system.
  • the reactive plastic material can comprise a thermoplastic material, for example a thermoplastic system.
  • thermoset material is basically to be understood as any thermoset or any material from a preliminary stage of a thermoset or thermoset.
  • the thermosetting material can comprise, for example, a reactive resin, in particular a mixture of substances, which is set up to undergo a curing reaction during its production.
  • the thermosetting material can be, for example, a thermosetting system.
  • thermoset system is to be understood as a thermoset matrix system.
  • the thermosetting system can have at least one matrix system comprising at least one thermosetting polymer.
  • the thermoset system can be a thermoset system based on polyester, epoxy resin, vinyl ester, dicyclopentadiene, polyurethane, acrylate or polyurethane-acrylate.
  • thermoplastic material is to be understood in particular as a reactive resin, in particular a mixture of substances, which is set up to undergo a curing reaction during its production.
  • the thermoplastic material can be, for example, a thermoplastic system.
  • a “thermoplastic system” is to be understood as a reactive thermoplastic matrix system.
  • the thermoplastic system can have at least one matrix system comprising at least one thermoplastic polymer.
  • the thermoplastic system can be a thermoplastic system based on caprolactam or polymethyl methacrylate.
  • a "curing reaction” is basically to be understood as a polymerization or crosslinking reaction in which monomers are converted into polymers.
  • the curing reaction can convert a mixture of monomers, in particular a liquid mixture of monomers, into covalently cross-linked polymers, in particular into a network of thermosetting macromolecules or a solid mixture of thermoplastic long-chain macromolecules.
  • a progress of the curing reaction of the material can be indicated by means of an average degree of conversion p of the reactive plastic.
  • the curing reaction can be, for example, an exothermic reaction.
  • a “degree of conversion” is basically to be understood as meaning a proportion of monomers crosslinked to form polymers. In particular, it can Degree of conversion deal with a proportion of reacted monomer molecules. For example, the percentage of sales can be specified in%.
  • the degree of conversion can also be a number, for example a number, of reacted monomer molecules.
  • the degree of conversion can be a difference between a number N 0 of monomer molecules originally present, for example in the liquid starting material, and a number N of monomer molecules currently present, that is to say for example in a current state, in a ratio to the number No of the originally present ones Be monomer molecules.
  • the degree of turnover p can be determined, for example, by means of a quotient in accordance with the following regulation:
  • a counter of the quotient for determining the degree of conversion p can comprise the difference between the number No of monomer molecules originally present and the number N of monomer molecules currently present.
  • a denominator of the quotient for determining the degree of conversion p can correspond, for example, to the number No of monomer molecules originally present.
  • first In connection with the degree of sales, but also in a different context, the terms "first”, “second” and other terms of a similar nature are used as nomenclature, without specifying an order or ranking. Several “first” or “second” properties and / or elements can also be provided.
  • a semifinished product is provided in a limp state (I), the semifinished product in the limp state (I) having a first degree of conversion pi.
  • “providing the semi-finished product in a flexible state (I)” can be understood to mean producing and / or producing the semi-finished product in the flexible state (I).
  • the semi-finished product in the limp state (I) can be provided, for example, as an extruded profile.
  • a “semi-finished product in a limp condition” is basically to be understood as any unstable semi-finished product.
  • the semi-finished product in the limp state (I) can change its shape, for example its geometry, under the influence of gravity.
  • the semi-finished product in the limp state (I) can yield to gravity by adapting its shape.
  • the semi-finished product in particular the reactive plastic material of the semi-finished product, for example also referred to as the plastic material of the semi-finished product, has a viscosity hi.
  • the viscosity hi of the plastic material of the semi-finished product in the limp state can be measured in particular in millipascal seconds (mPa s).
  • the semi-finished product in the limp state (I) can have the viscosity hi at room temperature, for example at 20 ° C.
  • the first Degree of conversion pi of the semi-finished product in the limp state for example 0% ⁇ pi ⁇ 20%, in particular 0% ⁇ pi ⁇ 15%, preferably 0% ⁇ pi ⁇ 10%.
  • the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product from the limp state (I) to the rigid state (IV) can be supplied to the semi-finished product in method step b), in particular by supplying the first amount of energy.
  • an amount of energy can be supplied to the semi-finished product only in method step b), in particular in the form of the first amount of energy.
  • the amount of energy required to transfer the semi-finished product from the limp state (I) to the rigid state (IV), in particular in the form of the first amount of energy can be fed to the semi-finished product.
  • the amount of energy supplied in process step b) can be sufficient to convert the semi-finished product from the limp state (I) to the rigid state (IV).
  • the semi-finished product can be transferred from the limp state (I) to a malleable state (II).
  • the semi-finished product can be transferred from the malleable state (II) to a dimensionally stable state (III).
  • a quantity of energy required to transfer the semi-finished product in step c) from the moldable state (II) to the dimensionally stable state (III) can be part of the energy quantity supplied in method step b), in particular the first energy quantity.
  • the semi-finished product can be transferred from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV).
  • An amount of energy required for transferring the semi-finished product in step d) from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) can be part of the amount of energy supplied in method step b), in particular the first amount of energy.
  • the transfer of the semi-finished product from the limp state (I) to a malleable state (II) in step b) is carried out by supplying a first amount of energy Ei.
  • the supply of the first amount of energy Ei can trigger or drive the curing reaction, for example the polymerization, of the thermosetting or thermoplastic material of the semi-finished product.
  • the semi-finished product can be transferred from the limp state (I) to the malleable state (II).
  • the first amount of energy Ei can be supplied to the semi-finished product, for example in the form of heat.
  • the semi-finished product can be heated in the limp state (I) by the first amount of energy egg.
  • an “amount of energy” is basically to be understood as a quantitatively or qualitatively measurable amount of any form of energy, for example heat.
  • the first amount of energy can be a heating power that is required to heat or heat the semi-finished product to a predetermined temperature.
  • “transfer” is basically to be understood to mean a progress of the curing reaction, in particular the crosslinking in the case of thermosets and chain formation in the case of thermoplastics.
  • the transfer in particular the progress of the reaction, can be passive, that is to say by merely advancing the time, for example due to an independent hardening reaction of the thermosetting or thermoplastic material.
  • the transfer can also take place actively, that is to say the networking can in particular be actively promoted.
  • an active transfer of the semifinished product from one state to another can be achieved, in particular an active advancement of the polymerization, for example an increase in the degree of conversion, the material of the semifinished product, by supplying an amount of energy.
  • a “semi-finished product in a malleable state” is basically to be understood as any deformable and / or deformable semi-finished product.
  • the semifinished product in the malleable state (II), in particular the malleable semifinished product can for example be plastically deformable or plastically deformable.
  • plastic shaping of the semifinished product in the formable state (II) can be carried out without destroying the semifinished product.
  • the moldable semi-finished product, in particular the thermosetting or thermoplastic material of the semi-finished product in the moldable state can be shaped without breaking.
  • the semifinished product in the malleable state (II) has a second degree of conversion p, where p> Pi.
  • the second degree of conversion p can, for example, be below the degree of conversion of a gel point of a reactive plastic material, in particular it can be smaller.
  • a “gel point” is basically a stage, state or point of the curing reaction in which an elastic part of a complex shear module is similar to a viscous part of the complex shear module.
  • a storage module of a reactive plastic material located in the gel point can be as large as a loss module.
  • the gel point of the curing reaction can, for example, characterize a state or a stage in which a curing material loses its flowable or moldable properties and can no longer be deformed without material damage.
  • the semifinished product in particular the reactive plastic material of the semifinished product, for example the plastic material of the semifinished product, may have a viscosity rp, for example.
  • the viscosity rp of the reactive plastic material of the moldable semi-finished product can be, for example, 100 mPas ⁇ rp ⁇ 100,000 mPas, in particular 1000 mPas ⁇ rp ⁇ 80,000 mPas, preferably 10,000 mPas ⁇ rp ⁇ 60,000 mPas.
  • the second degree of conversion p in particular the degree of conversion of the semi-finished product in the malleable state (II), can be, for example, 0% ⁇ p ⁇ 50%, in particular 5% ⁇ p ⁇ 45%, preferably 10% ⁇ p ⁇ 40%.
  • the semi-finished product in the moldable state (II) have the viscosity rp at a processing temperature, the processing temperature being higher than a room temperature, for example higher than 20 ° C.
  • step c) the geometry of the molded element is impressed on the semi-finished product, in particular the semi-finished product in the malleable state (II).
  • the semi-finished product is, for example, transferred from the malleable state (II) to a dimensionally stable state (III).
  • a "semi-finished product in a dimensionally stable state (III)" is basically any in its To understand shape or geometry resistant semi-finished products.
  • the semi-finished product can no longer be plastically deformed in the dimensionally stable state.
  • the semifinished product in the dimensionally stable state (III) can have a degree of conversion above the degree of conversion of the gel point.
  • Imprinting should be understood to mean any change in shape due to the application of force.
  • a pressure exerted by a tool for example a die, a negative form or a stamp, pressure and / or tension can impart a predetermined shape, shape or geometry to a semifinished product.
  • the material of the semi-finished product with the reinforcing fibers embedded in it can yield to the pressure, in particular a pressure profile, of the tool and thus have the geometry of the molded element imprinted.
  • the stamping of the geometry of the molded element can include, for example, placing the semifinished product in an outer form, for example an outer form with a helical groove, or winding the semifinished product onto an inner form, for example an inner form with a helical groove.
  • the dimensionally stable semi-finished product can have at least one elastic property.
  • the dimensionally stable semi-finished product can, for example, return to its original shape when it is relieved after a previous deformation, for example after a deformation caused by external load.
  • the dimensionally stable semi-finished product can, for example, take back the geometry of the molded element impressed during the shaping when it is relieved after a previous deformation.
  • the dimensionally stable semi-finished product can spring back.
  • a deformation, for example a forming or deforming, of the semi-finished product in the dimensionally stable state (III) can lead to material damage or breakage.
  • the semifinished product in particular the reactive plastic material of the semifinished product, for example the plastic material of the semifinished product, can have, for example, a third degree of conversion p3, where p3> P2.
  • the third degree of conversion p3, in particular the degree of conversion of the semi-finished product in the dimensionally stable state (III) can be, for example, 40% ⁇ p3 ⁇ 90%, in particular 45% ⁇ p3 ⁇ 80%, preferably 50% ⁇ p3 ⁇ 70%.
  • step d) the semi-finished product is transferred from the dimensionally stable state (III) to a rigid state (IV).
  • a “semi-finished product in a rigid state (IV)” is basically to be understood as any hardened semi-finished product.
  • the semi-finished product in the rigid state (IV) in particular the reactive plastic material of the semi-finished product, for example the plastic material of the semi-finished product, can have a fourth degree of conversion p4, where p4> P3.
  • the fourth degree of conversion p4, in particular the degree of conversion of the semi-finished product in the rigid state (IV) can be, for example, 70% ⁇ P4 ⁇ 100%, in particular 80% ⁇ P4 ⁇ 98%, preferably 90% ⁇ P4 ⁇ 95%.
  • the semi-finished product can have almost complete crosslinking in the rigid state (IV) for example.
  • the semi-finished product in the rigid state (IV) can have maximum mechanical and thermal stability for the selected material.
  • the method for producing at least one molded element can comprise, for example, a continuous production method.
  • the method for the production can comprise, for example, a continuous production of at least one molding element.
  • a “continuous” production process is basically to be understood as any continuous process for production.
  • the continuous production process can be a continuous process, with waiting or empty times being possible.
  • the waiting and idle times in the continuous production process can make up proportions of 0% to 30% inclusive, in particular 0% to 20%, preferably 0% to 10%, of a total duration of the continuous production process.
  • the continuous manufacturing process can also have a continuous processing chain that is not interrupted by waiting or idle times, ie waiting and idle times can account for 0% of the total duration of the continuous manufacturing process.
  • the continuous manufacturing process can have a continuous manufacturing process.
  • the continuous manufacturing process may include an uninterrupted continued manufacturing process.
  • the semi-finished product for example the semi-finished product provided in step a
  • the semifinished product can be sealed on the surface.
  • the semifinished product can be sealed, for example, by means of a film layer applied to an outer surface of the semifinished product.
  • an outer layer of the semi-finished product can be formed by a film.
  • the semifinished product in step c) can be converted from the moldable state (II) to the dimensionally stable state (III) by supplying at least one amount of energy, for example a second amount of energy.
  • a transfer of the semi-finished product from the formable state (II) to the dimensionally stable state (III) can be done by supplying the second amount of energy.
  • the polymerization or crosslinking reaction of the semifinished product, in particular the curing reaction of the plastic material of the semifinished product can be advanced by supplying the second amount of energy, so that the semifinished product changes from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III).
  • the progress of the curing reaction of the plastic material of the semi-finished product can be accelerated by the supply of the second amount of energy.
  • the second amount of energy can be part of the first amount of energy which is added to the semi-finished product in process step b).
  • the second amount of energy required for the transfer of the semi-finished product in step c) can already be added to the semi-finished product in method step b) as part of the first amount of energy.
  • the first amount of energy in particular the amount of energy that is supplied to the semi-finished product in process step b), can be selected such that the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product in step c) is already contained in it and / or is included by it .
  • the first amount of energy for example the amount of energy to be supplied to the semifinished product in process step b
  • the amount of energy can be selected such that it is suitable for triggering and / or driving the curing reaction of the reactive plastic material of the semifinished product.
  • the amount of energy can be selected such that an energy released in the curing reaction is sufficient for the transfer of the semi-finished product in step c), that is to say Example corresponds quantitatively to the second amount of energy.
  • the required first amount of energy in particular the amount of energy supplied to the semi-finished product in step b), can be predetermined, for example, by means of a simulation, a calculation and / or an experiment.
  • the first amount of energy can depend on the properties of the reactive plastic material of the semi-finished product, on a shape of the semi-finished product and / or on a weight of the semi-finished product.
  • the second amount of energy can be supplied to the semi-finished product in step c) as a further amount of energy that is independent of the first amount of energy.
  • the semi-finished product in step d) can be transferred from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) by supplying at least one amount of energy, for example a third amount of energy.
  • the semi-finished product can be transferred from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) by supplying the third amount of energy.
  • the polymerization or crosslinking reaction of the semifinished product, in particular the curing reaction of the plastic material of the semifinished product can be advanced by supplying the third amount of energy, so that the semifinished product changes from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV).
  • the progress of the curing reaction of the plastic material of the semi-finished product can be accelerated by the supply of the third amount of energy.
  • the third amount of energy can be part of the first amount of energy which is added to the semi-finished product in process step b).
  • the third amount of energy required for the transfer of the semi-finished product in step d) can already be added to the semi-finished product in process step b) as part of the first amount of energy.
  • the first amount of energy in particular the amount of energy that is supplied to the semi-finished product in method step b), can be selected such that the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product in step d) is already contained in it and / or comprises it is.
  • the first amount of energy for example the amount of energy supplied to the semi-finished product in method step b
  • the amount of energy can be selected such that it is suitable for triggering and / or driving the curing reaction of the reactive plastic material of the semi-finished product.
  • the amount of energy can be selected such that an energy released in the curing reaction is sufficient for the transfer of the semi-finished product in step d), that is to say, for example, it corresponds quantitatively to the third amount of energy.
  • the required first amount of energy in particular the amount of energy supplied to the semi-finished product in step b), can be predetermined, for example, by means of a simulation, a calculation and / or an experiment.
  • the first amount of energy can depend on the properties of the reactive plastic material of the semi-finished product, on a shape of the semi-finished product and / or on a weight of the semi-finished product.
  • the third amount of energy can be supplied to the semi-finished product in step d) as a further amount of energy that is independent of the first amount of energy.
  • the amount of energy in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy, can be supplied to the semi-finished product in particular by one or more of convection, radiation and induction.
  • the semi-finished product for transferring from the limp state (I) to the malleable state (II) in step b) can be supplied with the first amount of energy, for example by convection, radiation, induction or any combination thereof.
  • the semi-finished product can also be used for transfer from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) in step c) the second amount of energy can be supplied, for example, by convection, radiation, induction or any combination thereof.
  • the third quantity of energy can also be supplied to the semi-finished product for converting from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) in step d), for example by convection, radiation, induction or any combination thereof.
  • the amount of energy in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy, can be supplied to the semifinished product, for example by means of a gas, a vapor or a liquid.
  • the amount of energy supplied to the semifinished product in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy, can be, for example, an amount of heat.
  • the amount of energy, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy can be supplied to the semifinished product, for example by means of thermal radiation, in particular by infrared or high-frequency electromagnetic waves, for example by high-frequency radio waves.
  • the amounts of energy for example the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy
  • the first amount of energy can be transmitted by a different transmission mechanism than the second and / or third amount of energy.
  • the transmission mechanisms of the second and third amounts of energy can also differ.
  • the amounts of energy, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy can also be transmitted by the same transmission mechanism or the same transmission mechanisms.
  • the supply of the material for the transfer of the semi-finished product from the limp state (I) to the malleable state (II), from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable state ( III) in the rigid state (IV) required amount of energy completely in method step b), in particular by adding the first amount of energy.
  • the amounts of energy can further differ in their size, ie in their amount.
  • the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy can be of different sizes.
  • the amounts of energy, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy can also be of the same size.
  • the first amount of energy can be suitable to convert the semi-finished product from the flexible, limp state (I) to the rigid state (IV) without a large supply of energy quantities, for example from the second energy quantity and / or the third energy quantity , the semi-finished product is fed.
  • the first amount of energy in particular the amount of energy that is supplied to the semi-finished product in process step b
  • the amount of energy can be selected such that the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product changes from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable state (III) in the rigid state (IV) is already contained in it and / or is encompassed by it.
  • the amount of energy can be chosen such that it is suitable to trigger and / or advance the curing reaction of the reactive plastic material of the semi-finished product.
  • the amount of energy can be selected such that an energy released in the curing reaction for the transfer of the semi-finished product from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) is sufficient.
  • the amount of energy required for this can be predetermined, for example by means of a simulation, a calculation and / or an experiment.
  • the amount of energy in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy, can be obtained from the semifinished product, for example in an oil bath, i.e. by convection.
  • the semi-finished product can be passed through a basin or a trough filled with warm or hot oil in order to supply the energy quantity to the semi-finished product.
  • the semi-finished product provided in step a) can have an initial shape, the initial shape being selected from the group consisting of: an extrusion, in particular an extrusion profile; a rod; a pipe; a plate; an endless profile, an endless plate.
  • the semi-finished product provided in step a) can have an elongated initial shape.
  • the starting shape of the semifinished product can have, for example, a longitudinal extent or a planar extent.
  • the initial shape of the semi-finished product can have, for example, a circular or oval, hollow or solid profile.
  • the semi-finished product provided in step a) can be produced in particular by means of filament winding, pultrusion or pull winding or prepreg processes, for example in so-called prepreg machines.
  • the starting shape of the semi-finished product can have a shape that is typical of this type of production.
  • the shaping of the semifinished product in step c) can include forming, for example creating, a profile of the semifinished product.
  • the profile of the semi-finished product, for example in step c) can be brought into a predetermined shape, for example.
  • a “profile of the semifinished product” can in principle be understood to mean any shape or geometry of a cross section, in particular a cross section of a long side of the semifinished product.
  • the profile of a tubular semi-finished product can be a circle or an annulus.
  • the semifinished product can be shaped, for example, in such a way that the semifinished product has a profile after the shaping, in particular a predetermined, defined profile, for example a defined quality.
  • the shaping of the semi-finished product in step c) can include a curving of the semi-finished product around at least one axis.
  • the semi-finished product can be curved in step c) about at least one axis.
  • the semifinished product can have at least one curvature after the shaping in step c).
  • the curved semifinished product can have, for example, at least one radius of curvature R k .
  • R k For example, 1 cm ⁇ R k ⁇ 100 cm. In particular, 2 cm ⁇ R k ⁇ 50 cm. Preferably 3 cm ⁇ Ft k ⁇ 20 cm.
  • the semifinished product can be shaped into a helical or spiral shape in step c).
  • the shaping of the semifinished product in step c) may include shaping the semifinished product into a helical or spiral shape.
  • a “helical or spiral shape” is basically understood to mean any helical geometry winding around an axis, it being possible for both an incline and a radius to be variable.
  • the semifinished product brought into the helical or spiral shape can at least partially have the shape of a helical spring.
  • the semi-finished product in step e) can be shaped continuously or in segments.
  • the semi-finished product in step e) can be formed continuously, for example continuously or continuously.
  • continuous shaping of the semi-finished product can take place.
  • step c) can comprise an uninterrupted continuation of the shaping of the semi-finished product.
  • the semi-finished product in step c) can be formed segment by segment, in particular section by segment.
  • the method can further comprise changing a spatial position of the semi-finished product by means of at least one movement unit.
  • the semi-finished product can be spatially moved, for example, with at least one movement unit.
  • the movement unit can, for example, be set up to move the semi-finished product by tension and / or pressure.
  • the movement unit can comprise at least one element selected from the group consisting of: a role, in particular a combination of roles; a conveyor chain; a conveyor belt; a clamping drive.
  • the movement unit can be set up to effect a spatial movement of the semi-finished product by means of the at least one element.
  • the clamping drive can be a device in which a workpiece, in particular the semi-finished product, can be drawn step by step.
  • the semifinished product can be pulled stepwise by means of the clamping drive, in which at least one gripper can grip or grasp the semifinished product in a starting position, the semifinished product can then be pulled to a new position by moving the at least one gripper in the direction of movement of the gripper and can remain in this position by loosening the gripper.
  • the gripper can then move back to its starting position, for example, and grab or grasp the semi-finished product at a next point.
  • the semi-finished product can be moved or pulled step by step, for example, by repeating the sequence of gripping, moving and releasing.
  • the semi-finished product can be formed in step c), for example by means of at least one shaping unit.
  • the shaping unit can be set up to impress the geometry of the shaping element on the semi-finished product.
  • the molding unit can have a negative shape of the molding element.
  • the shaping unit can, for example, be integrated into the movement unit.
  • the shaping unit and the movement unit can in particular be designed integrally.
  • the shaping unit can comprise at least one element selected from the group consisting of: a die; an outer shape, in particular an outer shape with a helical groove, an outer shape with a movable contact surface or with an immovable, smooth and slidable contact surface; an inner shape, in particular an inner shape with a helical groove; a role; an opening.
  • Step c), in particular the shaping of the semifinished product in step c), can comprise a relative movement of the semifinished product and the shaping unit.
  • the geometry of the molding element can be impressed on the semi-finished product by a relative movement between the shaping unit and the semi-finished product.
  • the continuous shaping of the semi-finished product can be characterized, for example, by a constant relative speed between the shaping unit and the semi-finished product.
  • segment-wise shaping of the semi-finished product can be characterized, for example, by a variable relative speed between the shaping unit and the semi-finished product.
  • the method can also have at least one control step e).
  • the control step e) can include, for example, the following substeps:
  • the control step can, for example, control and / or regulate and / or control the first amount of energy.
  • the first amount of energy for example a total amount of energy and / or a total amount of energy required, especially the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product from the limp state (I) to the malleable state (II), from the malleable state (II) in the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV).
  • the first amount of energy and / or the total amount of energy can be checked and / or regulated and / or controlled in the control step.
  • the total amount of energy can be measured in the control step and adapted to a predetermined amount of energy, for example by means of a simulation, a calculation and / or an experiment.
  • the total amount of energy E n can be composed of the amount of energy required to transfer the semi-finished product from the limp state (I) to the malleable state (II), the second amount of energy E2, the third amount of energy E3 and the fourth amount of energy E4 for example, be supplied to the semi-finished product as the first amount of energy in step b).
  • the control step can in particular be carried out in parallel or simultaneously with one or more process steps of the process for producing at least one molded element.
  • the control step can be carried out repeatedly, for example repeated several times.
  • the control step can, for example, also be integrated into one or more steps of the method for producing at least one molding element.
  • the control step can be integrated in one or both of steps b) and c).
  • the control step can intervene, for example, in one or more steps of the method for producing at least one molded element.
  • the control step can intervene, for example, in one or both of steps b) and c).
  • the degree of conversion in step e1) can be determined, for example, either indirectly via the mechanical rigidity of the semi-finished product or via ultrasound or surface temperature.
  • the degree of conversion in step e1) can also be determined indirectly via a heat balance, for example via a heat difference between the semi-finished product in the limp state (I) and in the malleable state (II), and / or via a released enthalpy of reaction.
  • Formability is basically the ability of any element to change its shape. Thus, a hard or solid element can have a low formability, whereas a soft or flexible element can have a high formability.
  • determining a formability of the semi-finished product is basically to be understood as determining at least one hardness or resistance of the semi-finished product.
  • the formability of the semi-finished product can be determined by determining, in particular by measuring, a surface hardness of the semi-finished product.
  • the formability of the semi-finished product can also be determined by determining a resistance force, for example a force magnitude which is at least necessary for the forming or deforming of the semi-finished product.
  • the regulation of the speed of the semifinished product and / or the energy supply in step e2) can comprise, for example, an adaptation of the speed of the semifinished product and / or the energy supply to the semifinished product, in particular the regulation can, for example, by the adaptation regulate and / or at least influence the degree of turnover or formability.
  • the degree of conversion or the formability can be regulated via a take-off speed and or an amount of energy, in particular the energy supply.
  • the degree of conversion or the formability can be supplied via the Take-off speed must be regulated.
  • the degree of conversion or the formability for example after the supply of energy in step b) has been carried out, can be regulated via the take-off speed, in particular by adjusting the speed of the semi-finished product.
  • the first amount of energy in particular the amount of energy added to the semifinished product in step b
  • the first amount of energy can be set up to influence the degree of conversion and / or the formability, in particular in step c), in such a way that the semifinished product can be shaped.
  • control step e) can be carried out, for example, before the molding in step c).
  • the degree of conversion can be determined in step e1) before the molding in step c).
  • the supplied first amount of energy for example an energy supply, is throttled in step b).
  • the degree of sales of the semi-finished product in step c) is too high, in particular is greater than a predetermined value or a predetermined range, and / or the formability of the semi-finished product in step c) is not sufficiently large is, in particular is smaller than a predetermined value or a predetermined range
  • the speed of the semi-finished product increases the who.
  • the supplied first amount of energy in step b) is increased.
  • step e2) can be carried out, for example, if, for example, the semi-finished product after performing step b) does not have the malleable state (II) and / or if the semi-finished product does not have the dimensionally stable state after performing step c) ( III) has.
  • step e2) can include increasing the first amount of energy in step b) and / or reducing the speed of the semifinished product if the semifinished product continues to have the malleable state (II) after performing step c).
  • Step e2) can include, for example, a decrease or decrease in the first amount of energy in step b) and / or an increase in the speed of the semi-finished product if, after performing step b), the semi-finished product already has, for example, the dimensionally stable state (III) or the rigid state (IV ) having.
  • a molded element is proposed, the molded element being produced by a method according to the invention for producing at least one molded element according to one of the embodiments described above or explained in more detail below. Accordingly, for definitions and optional configurations, reference can be made to the description of the method according to the invention.
  • a computer program comprising computer-executable instructions for carrying out a control step
  • the control step for regulating the degree of turnover can be based on the determination of a degree of turnover and / or a deformability of a semifinished product, for example as an input variable, the control step also continuing Adjusting a speed of the semi-finished product and / or an energy supply to the semi-finished product comprises.
  • an electronic storage medium for example a data carrier
  • a data structure can be stored on the data carrier, which can carry out the control step after loading into a working and / or the main memory of a computer or computer network.
  • an electronic control device is proposed which comprises such an electronic storage medium.
  • a device for producing shaped elements comprises:
  • At least one shaping unit At least one shaping unit
  • At least one energy supply unit At least one energy supply unit
  • the device being set up to convert a semi-finished product from a limp state (I) to a rigid state (IV), the semi-finished product in the limp state (I) having a first degree of conversion, the semi-finished product in a malleable state ( II) has a second degree of turnover, the first degree of turnover being lower than the second degree of turnover, the semifinished product having a reactive plastic material and reinforcing fibers, the reinforcing fibers being at least partially embedded in the reactive plastic material.
  • a “shaping unit” is basically to be understood as an arbitrary device which is set up in order to transmit or impress a predetermined shape, shape or geometry to any element.
  • the Shaping unit can be set up to emboss a geometry of the molding element on the semi-finished product.
  • the molding unit can have a negative shape of the molding element.
  • the shaping unit can comprise a tool.
  • the shaping unit can be the shaping unit mentioned above, which can be used in the method for producing shaped elements for shaping the semi-finished product in step c).
  • a “movement unit” is to be understood in principle as any device that is set up to spatially move any element.
  • the movement unit can be set up to move the semifinished product spatially.
  • the movement unit can move the semi-finished product by tension and / or pressure.
  • the movement unit can be the movement unit mentioned above, which can be used in the method for producing shaped elements.
  • an “energy supply unit” is to be understood in principle as any device which is set up to supply energy to any element.
  • the energy supply unit can be set up to supply energy to the semi-finished product, for example an amount of energy mentioned above, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy.
  • the energy supply unit can be set up to supply the semi-finished product with the amount of energy, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy, by convection and / or radiation and / or induction.
  • the energy supply unit can be set up to supply the semi-finished product with the amount of energy in step b).
  • the energy supply unit can be set up in order to supply the semi-finished product with the amount of energy which is suitable for converting the semi-finished product from the slack state (I) to the rigid state (IV).
  • the energy supply unit can be set up to give the semifinished product the amount of energy required for the transfer of the semifinished product from the limp state (I) to the malleable state, from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable Add state (III) to the rigid state (IV).
  • the energy supply unit can, for example, be set up to supply the semifinished product with the amount of energy for converting the semifinished product from the slack state (I) to the rigid state (IV) by convection and / or radiation and / or induction.
  • the energy supply unit can have a heating bath, in particular an oil bath, or a heating furnace.
  • the energy supply unit can have, for example, a continuous path, in particular a continuous path that passes through the semi-finished product, wherein the semifinished product can be supplied with the amount of energy, in particular the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy while passing through the run section.
  • the device for producing molded elements can furthermore have at least one control unit.
  • a “control unit” is to be understood in principle as any device that is set up to control, operate and / or control any process, in particular at least one step or sub-step of the method.
  • the control unit can, for example, be set up to carry out a control step.
  • the control can in particular build on the inclusion of a degree of sales of a semi-finished product.
  • the control step can include, for example, determining a formability of a semi-finished product.
  • the control step in particular determining the degree of conversion and / or the formability of the semi-finished product, may include, for example, measuring the degree of conversion and / or the formability of the semi-finished product. H. have a measuring step.
  • the control step can include, for example, adjusting a speed of the semi-finished product and / or an energy supply to the semi-finished product.
  • control step can be, for example, the control step mentioned above, which can be part of the method for producing formulas.
  • control unit can in particular be set up to carry out the control step, in particular in parallel or simultaneously with one or more further steps of the method for producing at least one molding element.
  • control step can be repeated, for example repeated several times.
  • control unit can be set up to integrate the control step, for example, into one or more steps of the method for producing at least one molding element, for example into one or both of steps b) and c).
  • control unit can be set up to carry out the control step, for example, in such a way that the control step can intervene in one or more steps of the method for producing at least one molding element, for example in one or both of steps b) and c).
  • control unit can further comprise at least one memory.
  • the control unit can include a hard disk.
  • the control unit can be set up to store at least one control parameter in the memory.
  • the control unit can be set up to store the at least one control parameter on the hard disk.
  • a “control parameter” is basically to be understood as any information regarding a setting of the control unit.
  • the control parameter can in particular include information about an amount of energy supplied to the semi-finished product, in particular information about the first amount of energy and / or the second amount of energy and / or the third amount of energy.
  • the control Parameters include, for example, information about a speed of the semi-finished product.
  • the control parameter can also include settings of the shaping unit and / or the movement unit.
  • the device for producing molded elements can furthermore have, for example, a cutting device for separating the molded element.
  • the cutting device can have at least one cutting unit, for example a pair of scissors, a saw, a grinder, in particular an angle grinder, or a similar device.
  • the device for producing molded elements can, for example, be set up to carry out at least steps b) to d) of a method for producing at least one molded element according to one of the embodiments described above or explained in more detail below. Accordingly, the description can be used for definitions and optional configurations of the method according to the invention.
  • the method according to the invention for producing at least one molded element, the molded element, the computer program and the device for producing molded elements have numerous advantages over conventional methods and devices.
  • the manufacturing or production times can be achieved, for example, by a 5 to 20-fold reduction in holding times, in particular mold holding times, for example times in which the semifinished product has to be kept in shape because, for example, the time-consuming energy supply and / or the start of the polymerization reaction takes place partially or completely before the actual shaping process.
  • a reduction in the production time required can lead to significant cost savings.
  • the methods and devices according to the invention can be more environmentally friendly compared to conventional methods and devices.
  • the process can e.g. Reduce energy consumption because e.g. the energy supply from an oil bath for warming up a semi-finished product through the partially. then heat released from the semifinished product into the oil bath can be compensated for from the reaction enthalpy, which can significantly reduce the energy requirement of the process.
  • the methods and devices according to the invention can be used to produce molded elements from fiber-reinforced reactive plastic material with a high degree of design freedom.
  • expensive customized shapes can be dispensed with, for example.
  • costs and storage space can be saved, since it can be sufficient to store control parameters for different designs, for example.
  • large processes can be dispensed with in the methods and devices according to the invention, for example in comparison with conventional methods and devices, in particular in comparison with methods and devices of metallic molded parts. So they can Devices and methods according to the invention, for example in the shaping, in particular in particular the shaping of sheet products, lower forces are required than in the shaping of metal parts which are produced by conventional methods and apparatus.
  • springs produced by methods and devices according to the invention for example springs for use in vehicles, require less force in the lubrication position than in the lubrication position of metallic springs, in particular metallic springs for use in vehicles.
  • a 10 mm thick circular metal wire and an 18 mm thick composite wire can absorb similar torsional forces.
  • the forming of the composite wire described below, for example, can follow in particular with a force of 22 N.
  • reshaping a comparable metal wire could require a force of approximately 60,000 N, i.e. for example, that a weight of approx. 2 kg can be offset by a weight of 6 t in the present example.
  • metal forming machines in particular for vehicle metal coil springs, can be built very stably and weigh several tons, while a system can be built much more easily using the proposed method.
  • the methods and devices according to the invention can be more precise and safer than conventional methods and devices.
  • a computer-controlled, model-based, in particular model-supported, provision of shaped elements by means of the methods and devices according to the invention can be more secure than conventional methods.
  • the heating and shaping of the continuously or sequential, for example quasi-continuously, shaped sheet of flap of the method and devices according to the invention which is controlled in this way can enable a more secure, for example also segmentally different, deformation in a narrow processing time window.
  • the proposed devices and methods, in particular this new technology enable and accelerate the primary shaping of continuous fiber-reinforced extruded profiles, for example for the manufacture of helical springs made of fiber composite material.
  • the continuous fiber-reinforced reactive plastic material can usually be embossed discontinuously in a fixed, heated form. Reshaping reactive plastic materials can be difficult, especially at the beginning of the polymerization, since the fiber-reinforced materials can be too soft to retain an embossed geometry, and the reactive plastic could leak out of the fibers without an encompassing shape. For example, reshaping at the end of the polymerization can be difficult because the material is so hard that it can break when a new geometry is applied.
  • this can mean that a shape is imprinted on a defined segment of a sheet for so long until it is hard, then release that segment and shape the next segment.
  • these segments can, for example, be incrementally small, and transport, forming and demolding can, for example, take place continuously.
  • a progress of the crosslinking reaction in particular a reaction accelerated by heating, can be favored by a heat capacity of the plastic material and the fibers for storing a heat of reaction released in combination with a poor thermal conductivity of plastics, which can prevent, for example, rapid cooling.
  • maximum temperatures of up to 175 ° C were later measured after leaving an oil bath in the GRP component due to the continuous reaction.
  • Embodiment 1 Method for securing at least one molded element, the molded element having a geometry, the method comprising the following steps: a) providing a sheet material in a pliable state (I), the sheet material comprising a reactive plastic material and reinforcing fibers, wherein the reinforcing fibers are at least partially embedded in the reactive plastic material;
  • Embodiment 2 Method according to the preceding embodiment, wherein the method for setting at least one molding element comprises a continuous production method.
  • Embodiment 3 Method according to one of the preceding embodiments, the sheet being sealed on the surface, in particular by means of a film layer applied to an outer surface.
  • Embodiment 4 Method according to one of the preceding embodiments, the sheet being converted in step c) from the moldable state (II) to the dimensionally stable state (III) by supplying at least a second amount of energy.
  • Embodiment 5 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product in step d) being converted from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) by supplying at least a third amount of energy.
  • Embodiment 6 Method according to one of the preceding embodiments, the amount of energy being supplied to the semi-finished product by one or more of convection; Radiation; Induction.
  • Embodiment 7 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product provided in step a) having an initial shape selected from the group consisting of: a strand, in particular a strand profile; a rod; a pipe; a plate; an endless profile, an endless plate.
  • Embodiment 8 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product provided in step a) being produced by means of filament winding or pultrusion or pull winding or prepreg method.
  • Embodiment 9 Method according to one of the preceding embodiments, the shaping of the semifinished product in step c) comprising forming a profile of the semifinished product.
  • Embodiment 10 Method according to one of the preceding embodiments, wherein the shaping of the semi-finished product in step c) comprises a curving of the semi-finished product around at least one axis.
  • Embodiment 11 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product being shaped into a helical or spiral shape in step c).
  • Embodiment 12 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product being shaped continuously or in segments in step e).
  • Embodiment 13 Method according to one of the preceding embodiments, the method further comprising changing a spatial position of the semi-finished product by means of at least one movement unit.
  • Embodiment 14 Method according to the preceding embodiment, wherein the movement unit comprises at least one element selected from the group consisting of: a role, in particular a combination of roles; a conveyor chain; a conveyor belt; a clamping drive.
  • Embodiment 15 Method according to one of the preceding embodiments, the semi-finished product being shaped in step c) by means of at least one shaping unit.
  • Embodiment 16 Method according to embodiments 13 and 15, the shaping unit being integrated in the movement unit.
  • Embodiment 17 Method according to one of the two preceding embodiments, where the shaping unit comprises at least one element selected from the group consisting of: a die; an outer shape, in particular an outer shape with a helical groove, an outer shape with a movable contact surface or with an immovable, smooth and slidable contact surface; an inner shape, in particular an inner shape with a helical groove; a role; an opening.
  • the shaping unit comprises at least one element selected from the group consisting of: a die; an outer shape, in particular an outer shape with a helical groove, an outer shape with a movable contact surface or with an immovable, smooth and slidable contact surface; an inner shape, in particular an inner shape with a helical groove; a role; an opening.
  • Embodiment 18 Method according to one of the three preceding embodiments, where, in step c), a relative movement of the sheet and the shaping unit comprises.
  • Embodiment 19 Method according to one of the preceding embodiments, the method further comprising at least one control step e), comprising:
  • e1) determining the degree of turnover and / or a formability of the sheet; and e2) controlling a speed of the sheet and / or an energy supply.
  • Embodiment 20 Method according to the preceding embodiment, wherein the control step e) is carried out before the molding in step c).
  • Embodiment 21 molded element produced by means of a method according to one of the preceding embodiments.
  • Embodiment 22 Computer program comprising computer-executable instructions for performing a control step when the program is executed on a computer or computer network, the control step comprising determining a degree of turnover and / or a formability of a sheet material, the control step further regulating the process by adapting one Velocity of the sheet and / or an energy supply to the sheet comprises.
  • Embodiment 23 Device for positioning molded elements, the device comprising:
  • At least one shaping unit At least one shaping unit
  • At least one energy supply unit At least one energy supply unit
  • the device being set up in order to transfer a sheet from a pliable state (I) to a rigid state (IV), the plank in the pliable state (I) having a first degree of conversion, the flat material in a formable state ( II) has a second degree of turnover, the first degree of turnover being less than the second degree of turnover, the flat sheet comprising a reactive plastic material and reinforcing fibers, the reinforcing fibers being at least partially embedded in the reactive plastic material.
  • Embodiment 24 Device according to the preceding embodiment, the device further comprising at least one control unit, the control unit being set up to carry out a control step, the control step comprising determining a degree of turnover and / or a formability of a semi-finished product, the control tion step further includes regulating, in particular by adjusting, a speed of the semi-finished product and / or an energy supply to the semi-finished product.
  • Embodiment 25 Device according to the preceding embodiment, wherein the control unit further comprises at least one memory, the control unit being set up to store at least one control parameter in the memory.
  • Embodiment 26 Device according to one of the three preceding embodiments, the device being set up to carry out at least steps b) to d) of a method for producing at least one molding element according to one of the preceding embodiments relating to a method.
  • Embodiment 27 A method for producing at least one molded element, the molded element having a geometry, the method comprising the following steps: a) providing a semi-finished product in a flexible state (I), the semi-finished product comprising a reactive plastic material and reinforcing fibers, wherein the reinforcing fibers are at least partially embedded in the reactive plastic material;
  • Embodiment 28 Method according to the preceding embodiment, wherein in the method only in step b) an amount of energy is supplied to the semi-finished product.
  • Embodiment 29 Method according to one of the two preceding embodiments, where in step b) the semi-finished product is completely supplied with the amount of energy required to convert the semi-finished product from the slack state (I) to the rigid state (IV).
  • Embodiment 30 Method according to the preceding embodiment, the amount of energy supplied in method step b) being sufficient to convert the semi-finished product from the sagging state (I) to the rigid state (IV).
  • Embodiment 31 Method according to one of the four preceding embodiments, where the method for producing at least one molding element comprises a continuous production method.
  • Embodiment 32 Method according to one of the five preceding embodiments, in which the semi-finished product is sealed on the surface.
  • Embodiment 33 Method according to one of the six preceding embodiments, wherein an amount of energy required to transfer the semi-finished product in step c) from the moldable state (II) to the dimensionally stable state (III) is part of the amount of energy supplied in method step b).
  • Embodiment 34 6.8. Method according to one of the preceding claims, wherein an amount of energy required for transferring the semi-finished product in step d) from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) is part of the energy quantity supplied in method step b).
  • Embodiment 35 Method according to one of the eight preceding embodiments, where the semi-finished product provided in step a) has an initial shape selected from the group consisting of: a strand, in particular a strand profile; a rod; a pipe; a plate; an endless profile, an endless plate.
  • Embodiment 36 Method according to one of the nine preceding embodiments, the semi-finished product provided in step a) being produced by means of filament winding or pultrusion or pullwinding or prepreg process.
  • Embodiment 37 Method according to one of the ten preceding embodiments, wherein the shaping of the semi-finished product in step c) comprises a curving of the semi-finished product around at least one axis.
  • Embodiment 38 Method according to one of the eleven previous embodiments, the semi-finished product being shaped into a helical or spiral shape in step c).
  • Embodiment 39 Method according to one of the twelve previous embodiments, the method further comprising at least one control step e), comprising: e1) determining the degree of conversion and / or a formability of the semi-finished product; and e2) regulating a speed of the semi-finished product and / or an energy supply.
  • Embodiment 40 molded element produced by means of a method according to one of the three ten previous embodiments.
  • Embodiment 41 Computer program comprising computer-executable instructions for carrying out a method for carrying out a method according to one of the preceding, relating to a method, when the program is executed on a computer or computer network, wherein the control step comprises determining a degree of conversion and / or a formability of a semi-finished product, wherein the control step further comprises adjusting a speed of the semi-finished product and / or an energy supply to the semi-finished product.
  • Embodiment 42 Device for producing shaped elements, the device comprising:
  • At least one shaping unit At least one shaping unit
  • At least one energy supply unit At least one energy supply unit
  • the device being set up to transfer a semi-finished product from a limp state (I) to a rigid state (IV), the semi-finished product in the limp state (I) having a first degree of conversion, the semi-finished product in a malleable state ( II) has a second degree of turnover, the first degree of turnover being less than the second degree of turnover, the semifinished product having a reactive plastic material and reinforcing fibers, the reinforcing fibers being at least partially embedded in the reactive plastic material, the device being set up, in order to carry out at least steps b) to d) of a method for producing at least one molding element according to one of the embodiments 27 to 39.
  • Embodiment 43 Device according to the preceding embodiment, the device further comprising at least one control unit, the control unit being set up to carry out a control step, the control step comprising determining a degree of turnover and / or a formability of a semi-finished product, the control step further comprises adjusting a speed of the semi-finished product and / or an energy supply to the semi-finished product.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of two exemplary embodiments of a method for setting at least one molding element
  • FIG. 3 shows a diagram of a bending stiffness of a sheet in an exemplary embodiment of a method for locating at least one shaped element
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the degrees of conversion, bending stiffness and surface hardness of a sheet in an exemplary embodiment of a method for producing at least one molded element
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a continuous shaping
  • Figure 6 is a schematic representation of a segmental shape
  • FIGS. 7A to 9C show schematic representations of exemplary embodiments of shaping units
  • FIGS. 10A to 10D are schematic representations of exemplary embodiments of movement units
  • Figure 1 1 is a schematic representation of an embodiment of an on device for setting mold elements
  • Figures 12A to 12C embodiments of a molded element in a schematic representation ( Figure 12A, in a detailed view ( Figure 12B) and in a sectional view ( Figure 12 C);
  • FIG. 13 shows a diagram of experimental results on the viscosity of a reactive plastic material of a sheet material in an exemplary embodiment of a method for setting at least one molding element
  • Figure 14 shows a test setup of a three-point bending test in a schematic representation
  • FIG. 15 shows a diagram of experimental results on the resistance of a sheet in an exemplary embodiment of a method for setting at least one molded element
  • FIG. 16 shows an experimental setup for forming a semi-finished product in step c) of an exemplary embodiment of a method for producing at least one molded element
  • Figure 17 is a flowchart of an embodiment of a method for
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of two exemplary embodiments of a method for producing at least one molding element.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for producing at least one molded element 1 10. The method comprises the following steps:
  • a) (identified by reference numeral 1 12) providing a semi-finished product 1 14 in a limp state (I), the semi-finished product 1 14 comprising a reactive plastic material, for example a reactive plastic material, and reinforcing fibers, the reinforcing fibers at least partially are embedded in the reactive plastic material;
  • the molded element 1 10 can be a molded part.
  • the shaped element 1 10 can be selected from the group consisting of a coil spring, a torsion bar, egg nem tube, a stabilizer, a steering linkage, a handrail, a railing, a leaf spring, a meander spring and a C-spring.
  • the semifinished product 1 14 can be a prefabricated mixture of substances which can consist of a plastic material, for example of a hardenable reactive plastic, and reinforcing fibers embedded therein.
  • the half tool 1 14 can be provided, for example, as an extruded profile.
  • the semifinished product can be, for example, a hollow or solid profile and can be produced in a filament winding, a pultrusion, a prepreg or a pull winding process, for example in so-called prepreg machines.
  • Figures 2 and Figures 4 to 12C and 16 show embodiments in which the semifinished product 1 14 is provided as a tube or rod.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method for producing a molded element 110.
  • the method steps can be carried out in spatially separate areas, which are illustrated in FIG. 2 by the dashed boxes.
  • the upper row of FIG. 2 shows an embodiment of the process in a batch process and the lower row of FIG. 2 shows an embodiment of the process in a continuous process.
  • step a) 112 a semi-finished product 114 is provided in a limp state (I), the semi-finished product 114 in the limp state (I) having a first degree of conversion pi.
  • the transfer of the semi-finished product 1 14 from the slack state (I) to a formable state (II) in step b) 116 is carried out by supplying a first amount of energy Ei.
  • the supply of the first amount of energy Ei can trigger or advance the curing reaction, for example the polymerization, of the reactive plastic material of the semi-finished product 114.
  • the semifinished product 114 can be transferred from the limp state (I) to the malleable state (II).
  • the first amount of energy Ei can be supplied to the semi-finished product 114, for example in the form of heat.
  • the semi-finished product 114 can be heated in the limp state (I) by the first amount of energy Ei.
  • the semifinished product 14 in the malleable state (II) has a second degree of conversion P2, where P2> Pi
  • step e) 118 the semifinished product 114, in particular the semifinished product 1 14 in the formable state (II), the geometry of the molding element 1 10 is impressed.
  • the semifinished product 1 14 is transferred, for example, from the malleable state (II) to a dimensionally stable state (III).
  • the semifinished product 114 in particular the reactive plastic material of the semifinished product 114, can have, for example, a third degree of conversion p3, where p3> P2.
  • the semi-finished product 114 can be transferred from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) by supplying the second amount of energy E2, where E2 * can be Ei.
  • the semifinished product 114 is transferred from the dimensionally stable state (III) to a rigid state (IV).
  • the semifinished product 114 in the rigid state (IV) in particular the reactive plastic material of the semifinished product 114, can have a fourth degree of conversion p4, where p4> P3.
  • the semi-finished product 114 can be transferred from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV) by supplying the third energy quantity E3, where E3 * E2 and / or E3 * Ei can be.
  • the semifinished product 114 can have the pliable state (I) from a point in time marked by a first circle 122, have the malleable state (II) from a point in time marked by a second circle 124, from a point in time marked by a third circle 126 have the dimensionally stable state (III) and, from a point in time marked by a third circle 128, have the rigid state (IV).
  • the method for producing at least one molded element 110 can furthermore have at least one control step e) (identified by reference number 130).
  • Control step e) 130 can include, for example, the following substeps, not shown here:
  • e1) determining the degree of turnover and / or a formability of the semi-finished product 114; and e2) controlling a speed, for example a process speed or throughput speed or dwell time, of the semi-finished product 114 and / or an energy supply.
  • Control step e) 130 can, as shown in FIG. 1, for example between step a)
  • control step e) 130 can be carried out between step b) 116 and step c) 118.
  • control step e) 130 can be carried out between step c) 118 and step d) 120. Simultaneous execution of control step e) 130 with one or more of steps a), b), c) and d) of the method for producing at least one molding element 110 is also possible, not illustrated here.
  • FIG. 3 schematically shows a diagram of a bending force F for reshaping a semi-finished product 114 in an exemplary embodiment of a method for producing at least one element 110.
  • the bending force F applied logarithmically on the vertical axis for reshaping the semi-finished product 114 varies with the different states (I ) to (IV) of the semifinished product 1 14 over the course of steps b), c) and d) of the process.
  • the horizontal axis shows a linear time course t.
  • a curing reaction for example the polymerization reaction
  • a total duration of the curing reaction in particular a total duration of, for example, several minutes, in three phases of the development of the bending force, for example by the Steps b) 1 16, c) 118 and d) 120 marked, are divided.
  • the transfer of the semifinished product 1 14 from the limp state (I) to the malleable state (II) by supplying the first amount of energy E1 of step b) may include heating various elements of the reactive plastic material, some of the elements melting, for example can, for example of solid crystals in liquid reactants, for example reagents.
  • the bending force for forming and / or a viscosity of the semi-finished product 114 for example the semi-finished product 114 as a complete system, can initially be reduced initially by supplying the first energy quantity E1 because a physical lowering of the viscosity with increasing temperature may take place faster than an increase in the Viscosity through polymerization.
  • the semifinished product 114 can reach a chemical transition point, for example a polymerization level, before reaching the mouldable state (II), from which only a solidification and thus an increase in the bending force for reshaping the semifinished product 114 can take place.
  • a chemical transition point for example a polymerization level
  • the transfer of the semifinished product 1 14 from the malleable state (II) to the dimensionally stable state (III) of step c) may include that the semifinished product 114 by the increasing degree of sales, for example from the second sales rate p2 to the third sales rate P3, in particular due to the increasing level of polymerization, becomes firmer and thus the necessary bending force for forming the semi-finished product 1 14 increases.
  • the bending force for reshaping the semifinished product 1 14 in step e) 1 18 can rise to a point from which it is no longer possible to form it without damaging the semifinished product 1 14, for example with very great effort, ie until it is reached the dimensionally stable state (III) of the semi-finished product 1 14.
  • the curing reaction can be an exothermic reaction, for example, so that the polymerization of the semifinished product 14 can increase the temperature of the semifinished product 14, for example.
  • the curing reaction of the semifinished product 1 14 can intensify itself, so that, for example in step c) 1 18, an exponential increase in the bending force for forming the semifinished product can take place.
  • the semi-finished product 1 14 can e.g. have a high bending force for shaping the semi-finished product, its maximum properties, e.g. mechanical strength, in particular bending stiffness and glass transition temperature, for example, have not yet been achieved.
  • the implementation of step c) can be a critical phase of the production process, for example since the semi-finished product 14 is formed in this phase, this phase being able to last, for example, less than 30 s, in particular a fifth, for example a tenth of the total duration of the curing reaction .
  • step d) 120 the semifinished product 1 14 is transferred from the dimensionally stable state (III) to the rigid state (IV), i. H.
  • the semifinished product 1 14 can, for example, achieve its maximum or final properties after this phase has been completed.
  • Figure 4 shows a schematic representation of degrees of conversion p, bending stiffness E and surface hardness H of a semifinished product 1 14 in an embodiment of a process for producing at least one molded element 1 10.
  • the process steps b) to d) run in the scheme shown in Figure 4, according to the horizontal time axis t, from left to right.
  • a degree of conversion p increasing from left to right is shown.
  • An increase in the bending stiffness or dimensional stability from left to right is illustrated in the image series marked with E and the image series marked with H shows an increasing surface hardness H from left to right.
  • the shaping of the semifinished product 1 14 in step c), in particular both a continuous shaping shown in FIG. 5 and a segment-by-section shaping illustrated in FIG. 6, can include a curvature of the semifinished product 1 14 around at least one axis 132.
  • the semifinished product 114 can be curved in step c) about the at least one axis 132.
  • the semifinished product 132 can have at least one curvature after the shaping in step c) 118.
  • the curved semifinished product 14 can have, for example, at least one radius of curvature Ft k .
  • step c) 118 of the method for setting at least one molding element 110 can have a time-dependent radius of curvature R k (t).
  • the radius of curvature R k (t) can, for example, have a continuously changing function over time.
  • the continuous shaping can in particular comprise a continuous or continuous shaping.
  • the flal material 1 14 can be moved continuously at a speed V 134.
  • the shaping, in particular the continuous shaping, of the sheet 1 14 may, for example, comprise an uninterrupted molding of the sheet 1 14.
  • step c) may include an uninterrupted continuation of the shaping of the sheet 14.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a segment-by-segment shaping, as can be carried out, for example, in step c) 118 of the method for setting at least one molding element 110.
  • a radius of curvature Ft k ' which varies in segments can be impressed on the length of the flat sheet 1 14 over a time At' over a length 138 AL 'of the flat sheet 1 14, in particular over a profile length.
  • the shaping, in particular the segment-wise shaping, of the sheet material 1 14 can, for example, comprise an embossing of a shape, for example a curve, a section or segment of the sheet material 1 14, alternating with a further movement of the sheet material 1 14.
  • FIGS. 7A to 9C show, for example, schematic representations of exemplary embodiments of shaping units 140.
  • the shaping unit 140 can be designed differently.
  • the shaping unit 140 can have an outer shape, in particular an outer shape with a movable contact surface or with an immovable and slidable contact surface.
  • FIGS. 7A to 7J show exemplary embodiments of shaping units 140 for continuous shaping, wherein the shaping unit 140 can have, for example, stationary elements or rotating elements, for example rollers 144.
  • FIGS. 8A to 8FH show, for example, exemplary embodiments of shaping units 140 for segment-by-segment shaping, wherein the shaping unit 140 can have movable elements, for example.
  • FIGS. 8A to 8FH show, for example, exemplary embodiments of shaping units 140 for segment-by-segment shaping, wherein the shaping unit 140 can have movable elements, for example.
  • further positions of the movable elements of the shaping unit 140 can be illustrated in the figures by a dashed line.
  • a movement of the movable elements of the shaping unit 140 can also be indicated in the figures by means of arrows.
  • FIGS. 9A to C show a three-dimensional representation of an exemplary embodiment of a shaping unit 140, similar to the two-dimensionally shown shaping unit 140 in FIGS. 8G and 8FH.
  • the shaping unit 140 can have an inner shape, for example an inner shape with a helical groove.
  • a shaping unit 140 shaped in this way can be used, for example, for shaping the sheet 1 14 into a FHelix or spiral shape can be used.
  • the shaping unit 140 can also perform a movement, for example a combined movement of rotation and translation, in order to shape the semifinished product 1 14 into the helical or spiral shape.
  • the shaping unit 140 as shown in the figures, can rotate about the axis 132 and at the same time be moved translationally along the axis 132 in order to shape the semifinished product 1 14 into the helical or spiral shape.
  • FIG. 9 is shown three-dimensionally in order to clarify by way of example that generally three-dimensional curved helical shapes can also be produced with the shaping units 140 shown in the two-dimensionally illustrated FIGS. 7 and 8.
  • the shaping unit 140 can be set up to implement an incremental continuous or quasi-continuous bending and embossing of the semi-finished product 14.
  • a continuously running combination of a plurality of rollers 144 for bending under longitudinal tension or longitudinal pressure can impart the desired geometry of the molding element 1 10 to the semi-finished item 1 14.
  • a continuously running combination of several cross-sectional openings for example similar or analogous to a Nissin process, as can be shown in FIGS. 7E and 7F, can change the shape of the semifinished product 1 14 into the desired geometry of the molded element 1 10 .
  • the semi-finished product 1 14 can, for example, be embossed with the desired geometry of the molded element 1 10 by the semi-finished product 1 14 passing through an outer shape with an immovable, smooth and slidable contact surface.
  • the desired geometry of the molded element 1 10 can also be impressed on the semi-finished product 1 14 by the semi-finished product 1 14 having an outer shape with a movable contact surface, for example, realized e.g. through rollers 144, conveyor chains or belts on guide rails or clamping drives.
  • a quasi-continuous, step-by-step form with geometry that varies per sequence sequence and with sequential insertion, holding and execution is also possible.
  • the shaping unit 140 can have a shape which, for example, is unchanged in its geometry during a sequence of insertion, holding and executing, or is expanded during insertion, is shaping narrow when holding and expanded when executing.
  • FIGS. 10A to 10D show schematic representations of exemplary embodiments of movement units 142.
  • the movement unit 142 can, in particular, be set up to move the semifinished product 14 spatially, for example by pulling and / or pushing.
  • the movement unit 142 may have rollers 144, in particular take-off rollers, and / or conveying elements 146, for example a conveyor chain or conveyor belt, in particular in a caterpillar take-off, and or a clamping drive, one of the rollers 144 or in each case being only playful in the figures the conveyor elements 146 is marked.
  • the semifinished product 1 14 in the limp state (I) or in the malleable state (II) can, for example, by means of the movement unit 142 are pulled.
  • the semifinished product 1 14 can be pulled or pushed in the stable form (III) or in the rigid state (IV) by means of the movement unit 142.
  • the shaping unit 140 and the movement unit 142 can also be configured integrally.
  • the exemplary embodiments of the shaping unit 140 shown in FIGS. 7A to 7D can have rollers 144 which are suitable both for shaping and for moving the semifinished product 114.
  • Both the shaping unit 140 and the movement unit 142 are part of a device 148 according to the invention for producing shaped elements 110, as is shown schematically, for example, in FIG.
  • the device 148 further comprises at least one energy supply unit 150 and is designed to convert a semifinished product 1 14 from a slack state (I) to a rigid state (IV), the semifinished product 1 18 in the slack state (I) having a first degree of conversion pi, the semi-finished product in a malleable state (II) having a second degree of conversion p2, where pi ⁇ p2.
  • the semifinished product 14 is a reactive plastic material and has reinforcing fibers, the reinforcing fibers being at least partially embedded in the reactive plastic material.
  • the semifinished product 1 14 can be moved along a straight line and / or a line having curvatures and can be heated, for example, by the energy supply unit 150.
  • the energy supply unit 150 can have a heating bath, in particular an oil bath, or a heating furnace which, for example, passes through the semifinished product 1 14, as illustrated in FIG. 11.
  • the device 148 for producing shaped elements 110 can furthermore have at least one control unit 152.
  • the control unit 152 can in particular be set up to carry out a control step, for example the control step e) 130 of the method for producing a molding element 110, as shown, for example, in FIG.
  • the control unit 152 can have at least one temperature sensor 154 for determining a temperature and / or a speed sensor 155 for determining a speed V of the semi-finished product 14 for determining the degree of conversion and / or the deformability of the semi-finished product 114.
  • control unit 152 for adjusting the speed of the semifinished product 1 14 and / or the energy supply to the semifinished product 1 14 can comprise at least one drive 156 for driving the movement unit 142 and / or for driving the energy supply unit 150.
  • the control unit 152 can have at least one quality sensor 158 for measuring the viscosity or temperature or necessary bending force for determining the degree of conversion or the formability of the semi-finished product 14 to determine the degree of conversion and / or the formability of the semi-finished product 14.
  • the control unit 152 can also have two quality sensors 158.
  • the semifinished product 1 14 can be fed to the device 148 in the limp state (I).
  • the semifinished product 114 can be encapsulated, for example, by means of at least one film, in particular by filming, and in this way be protected against leakage of the reactive plastic material.
  • the semifinished product 1 14 can be reacted in particular by the energy supply unit, for example in a continuous or quasi-continuous process before the shaping, in particular before deformation by the shaping unit 140, by supplying energy, in particular by at least supplying the first amount of energy Ei .
  • the semi-finished product 1 14 can thereby achieve the malleable state (II) and e.g. as the curing reaction progresses from liquid to solid without further energy supply in the molding unit 140, in particular in a narrow or narrow time window, for example while the semifinished product 14 is being transferred from the moldable state (II) to the dimensionally stable state (III) .
  • the semifinished product 1 14 can receive its final curvature during molding, which can be imprinted on the semifinished product 1 14 until it has reached the dimensionally stable state (III).
  • the shaping of the semifinished product 1 14 can be adjusted over a time and / or a length of the shaped semifinished product 1 14.
  • different curvature media and / or divisions can be impressed on the semifinished product 1 14.
  • the movement unit 142 for example a pulling device, can also be located at the end of the device 148, for example after the shaping unit 140.
  • the device 148 according to the invention can be operated, for example, in a constant train operation, for example similar to a free-form steel wire.
  • the semifinished product 114 in the device 148 according to the invention can also be drawn step by step, in particular with a shaped tool, for example similar to a radial pultrusion.
  • the device 148 for producing molded elements 10 can, for example, have a cutting device (not shown in FIG. 11) for separating the molded element 110.
  • the semifinished product 114 formed by the shaping unit 140 in particular at least an already shaped section of the semifinished product 140, can be pushed forward while maintaining its shape, for example by means of the movement unit 142.
  • the semifinished product 14 in the dimensionally stable state (III) can be suitable to withstand gravity, in particular a force caused by its own weight.
  • an oil bath arranged after the shaping unit 140 can, for example, reduce stress on the shaped semifinished product 1 14 by its own gravity directly after the shaping.
  • the semifinished product 140 can be heated, for example directly, after the shaping, for example by exposing the semifinished product 1 14 to hot air, hot liquid or heat radiation. Furthermore, the semifinished product 1 14 after the shaping also undergo a complete hardening, for example a post-hardening, in an oven or oil bath.
  • FIG. 12A shows an exemplary embodiment of a molded element 110.
  • the shaped element 1 10 can in particular have a helical or spiral shape, wherein a pitch F1 and a diameter D can be constant, for example.
  • a pitch angle ⁇ can also be constant for example.
  • FIG. 12B shows a detail of the formula 110 illustrated in FIG. 12A in a view from above.
  • FIG. 12C shows a sectional view of the detail of the shaped element 1 10 illustrated in FIG. 12B.
  • the flab material 1 14 and the shaped element 1 10 can be hollow, for example.
  • an outer diameter d e may, for example, be larger than an inner diameter d.
  • the sheet 1 14 can also be filled, for example, with an inliner, for example the inner diameter d 1 of the sheet 1 14 can be filled with an inliner.
  • FIG. 13 shows a diagram of experimental results on the viscosity of a reactive plastic material of a sheet product 14 in an exemplary embodiment of a method 148 for providing at least one molded element 110.
  • the diagram shows the course over time of the viscosity h 160, of a memory module G '162 and a loss modulus G “164 of the reactive plastic material.
  • the illustrated measured values were determined, for example, for a reactive plastic material between oscillating disks of a rheometer at a temperature of 150 ° C.
  • the viscosity h 160 values are plotted linearly on the left vertical axis 166 in millipascal seconds [mPa s].
  • the values of the memory module G ′′ and the loss module G ′′ are plotted logarithmically on the vertical axis 168 arranged in Pa on the right.
  • the horizontal axis shows a linear time course t in minutes.
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a test setup for a three-point bending test 169 in a schematic illustration.
  • the flat sheet 1 14 is placed at two bearings Li and L2, in particular at the two ends of the flat sheet 1 14, is held fixed, while at a third point L3, for example arranged centrally between the two bearing points Li and L2, a force F. the flat sheet 1 14 is exercised.
  • FIG. 15 shows a diagram of experimental results on the resistance of a flat material 1 14 in an exemplary embodiment of a method for the provision of at least one shaped element 110.
  • results of a three-point bending test 169 are illustrated with flat products 114, which Cured in an oil bath at 140 ° C, 150 ° C and 160 ° C.
  • the horizontal axis shows a linear time course t in seconds.
  • An average force AF (t) in Newtons [N] for deflecting the sheet 1 14 by 2 mm is plotted on the vertical axis.
  • Three-point bending tests 169 were carried out to determine the force profiles, in particular the first mean force profile 170 at 140 ° C., the second mean force profile 172 at 150 ° C. and the third average force profile 174 at 160 ° C.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • dynamic three-point bending tests 169 with semi-finished products 114 were carried out during the curing reaction, in particular from the limp state (I) to the rigid state (IV), at temperatures of 140 ° C., 150 ° C. and 160 ° C.
  • a force was determined for each of the semifinished products 1 14, which led to a deflection of the semifinished product 1 14, in particular to a deflection of the semifinished product 1 14, up and / or down by 2 mm. From this, an average force AF (t) was determined for each of the three temperatures, 140 ° C, 150 ° C and 160 ° C, which led to a deflection of the semi-finished products 1 14 of 2 mm.
  • the semifinished products 1 14 are in the limp state.
  • the changes in the average force AF (t) determined in the test arrangement in particular an increase in the force curves illustrated in FIG. 15, can be qualitative, for example because the semi-finished product 14, which was initially soft, adapted to the requirements and the entire structure as a result for example, was less stiff.
  • FIG. 16 shows an experimental setup for forming a semi-finished product 1 14 in step c) of an exemplary embodiment of a method for producing at least one molding element 1 10.
  • an experimental setup for example similar or analogous to a pipe bending machine, is shown in which the semi-finished product 1 14, in particular a composite tube, a geometry of the molded element 1 10 is impressed.
  • the semifinished product 1 14 was initially at a constant temperature, for example at 150 ° C., for a defined period of time, e.g. for five minutes, heated in an oil bath, which can correspond, for example, to step b) 1 16 of the process for producing molded elements 1 10.
  • the semifinished product 114 was then introduced in a first position 176 into the test setup shown in FIG.
  • the semifinished product 14 was clamped between a pressure roller 178 and a circular die 180.
  • the pressure roller 178 and the circular die 180 are, for example, part of a shaping unit 140, the pressure roller 178 being able to be moved at an angle q about an axis 132, the axis 132 passing through the center of the circular die 180.
  • the semi-finished product 1 14 was pressed against the circular die 180 by moving the rotating pressure roller 178 at a constant speed v, which, for example, the step c) 1 18 of the process for the production of elements 1 10 may correspond.
  • One of the Pressure roller 178 on the semifinished product 1 14 force F () was applied over a rope with a lever of 50 mm and measured continuously.
  • the semifinished product 114 underwent a curing reaction during the shaping, so that due to this ongoing polymerization, the force to be applied for the shaping continuously increased, in particular, increased.
  • the force F (d) exerted by the pressure roller 178 on the semifinished product 14 was again determined, the test being carried out when approx. 80 to 100 N, for example 85 N ⁇ F (d) ⁇ 100 N, was canceled to protect the system.
  • a residual enthalpy was measured, for example a residual exotherm, of 1.9 joules per gram [J / g] of the semifinished product 1 14, for example the composite tube, via differential scanning calorimetry (DSC), which corresponds, for example, to 0.9% of an original reaction enthalpy.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the following table shows exemplary values which can be observed, can occur or can be measurable when carrying out a test, in particular when carrying out a test as described above.
  • the reactive plastic system used in the examples consisted, for example, of the resin bisphenol A diglycidyl ether and the hardener dicyanamide (6.5% by weight) + 1 to 3% by weight of latent uron, for example obtainable under the brand name Dyhard ® UR700.
  • the fiber mass fraction was calculated using the amount of glass material, core material, auxiliary materials and the total weight of the semi-finished products at 65% +/- 2%.
  • FIG. 17 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for producing at least one molded element 1 10.
  • the method comprises the following steps: a) (identified by reference number 186) providing a semi-finished product 1 14 in a limp state (I), the semi-finished product 1 14 has a reactive plastic material, for example a reactive plastic material, and reinforcing fibers, the reinforcing fibers being at least partially embedded in the reactive plastic material;
  • the molded element 1 10 can be a molded part.
  • the shaped element 1 10 can be selected from the group consisting of a coil spring, a torsion bar, egg nem tube, a stabilizer, a steering linkage, a handrail, a railing, a leaf spring, a meander spring and a C-spring.
  • the semifinished product 1 14 can be a prefabricated mixture of substances which can consist of a plastic material, for example of a hardenable reactive plastic, and reinforcing fibers embedded therein.
  • the half tool 1 14 can be provided, for example, as an extruded profile.
  • the semifinished product can be, for example, a hollow or solid profile and can be produced in a filament winding, a pultrusion, a prepreg or a pull winding process, for example in so-called prepreg machines.
  • Figures 2 and Figures 4 to 12C and 16 show embodiments in which the semifinished product 1 14 is provided as a tube or rod.
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a method for producing a molded element 110.
  • the method steps can be carried out in spatially separate areas, which are illustrated in FIG. 18 by the dashed boxes.
  • the upper row of FIG. 18 shows an embodiment of the method in a batch process and the lower row of FIG. 18 shows an embodiment of the method in a continuous process.
  • step a) 112 a semifinished product 114 is provided in a limp state (I), the semifinished product 114 in the limp state (I) having a first degree of conversion pi.
  • the transfer of the semi-finished product 1 14 from the slack state (I) to a formable state (II) in step b) 1 16 is carried out by supplying an amount of energy E n .
  • the supply of the energy amount E n can trigger or advance the curing reaction, for example the polymerization, of the reactive plastic material of the semi-finished product 114.
  • the semifinished product 1 14 can be transferred from the limp state (I) to the malleable state (II).
  • the amount of energy E n can be supplied to the semi-finished product 14 in the form of heat, for example.
  • the semifinished product 1 14 can be heated in the flexible, limp state (I) by the amount of energy E n .
  • the semifinished product 1 14 in the malleable state (II) has a second degree of conversion p2, where P2> pi.
  • the amount of energy E n can be enough to the semifinished product 1 14 to transfer from the non-rigid state (I) in the rigid state (IV).
  • step e) 118 the semifinished product 1 14, in particular the semifinished product 1 14 in the formable state (II), the geometry of the molding element 1 10 is impressed.
  • the semifinished product 1 14 is transferred, for example, from the malleable state (II) to a dimensionally stable state (III).
  • the semifinished product 114, in particular the reactive plastic material of the semifinished product 1 14, can have, for example, a third degree of conversion p3, where p3> P2.
  • step d) 120 the semifinished product 114 is transferred from the dimensionally stable state (III) to a rigid state (IV).
  • the semi-finished product 114 in the rigid state (IV) in particular the reactive plastic material of the semi-finished product 114, has a fourth degree of conversion p4, where p4> P3.
  • the semifinished product 114 can have the pliable state (I) from a point in time marked by a first circle 122, have the malleable state (II) from a point in time marked by a second circle 124, from a point in time marked by a third circle 126 have the dimensionally stable state (III) and, from a point in time marked by a third circle 128, have the rigid state (IV).
  • Control step e) can include the following, for example:
  • e1) determining the degree of turnover and / or a formability of the semi-finished product 114; and e2) regulating a speed, for example a process speed or through running speed or dwell time, of the semi-finished product 114 and / or an energy supply.
  • the control step e) can include, for example, checking and / or regulating and / or controlling the first amount of energy.
  • the first amount of energy for example a total amount of energy and / or a total amount of energy required, sen, in particular the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product 114 from the limp state (I) to the malleable state (II), from the malleable State (II) in the dimensionally stable state (III) and from the dimensionally stable state (III) in the rigid state (IV).
  • the first amount of energy and / or the total amount of energy can be checked and / or regulated and / or controlled in the control step.
  • the total amount of energy can be measured in the control step and adapted to a predetermined amount of energy, for example by means of a simulation, a calculation and / or an experiment.
  • the total amount of energy E n can be composed of the amount of energy required for the transfer of the semi-finished product 114 from the sagging state (I) to the malleable state (II), the second amount of energy E2, the third amount of energy E3 and the fourth amount of energy E4.
  • the total amount of energy can, for example, be supplied to the semi-finished product 114 as the first amount of energy in step b).
  • Control step e) can be carried out, for example, between step a) 186 and step b) 188 of the method. Alternatively or additionally, control step e) can be carried out between step b) 188 and step c) 190. Alternatively or additionally, control step e) can be carried out between step c) 190 and step d) 192. It is also possible to carry out control step e) simultaneously with one or more of steps a), b), c) and d) of the method for producing at least one molding element 110.

Abstract

Die Erfindung betrifftein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements (110). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formelement (110), ein Computerprogramm sowie eine Vorrichtung (148) zum Herstellen von Formelementen (110). Das Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements (110) umfasst: a) Bereitstellen eines Halbzeugs (114) in einem biegeschlaffen Zustand (I), wobei das Halbzeug (114) ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind; b) Überführen des Halbzeugs (114) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) durch Zufuhr einer Energiemenge, wobei das Halbzeug (114) in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgradaufweist, wobei das Halbzeug (114) in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgradaufweist, wobei der erste Umsatzgradgeringer ist als der zweite Umsatzgrad; c) Formen des Halbzeugs(114), wobei dem Halbzeug (114) die Geometrie des Formelements (110) aufgeprägt wird, wobei das Halbzeug (114) während der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt wird;und d) Überführen des Halbzeugs (114) von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV), wobei die für die Überführung des Halbzeugs (114) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) dem Halbzeug (114) zugeführt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formelements. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formelement, ein Computerprogramm sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen.
Fahrzeugfedern für Automobile werden traditionell aus Stahldraht hergestellt. Der Draht wird in eine schraubenförmige Struktur geformt mittels eines so genannten Freiformverfahrens. Wäh rend des Freiformverfahrens wird der Draht kontinuierlich durch Werkzeuge gezogen und ge schoben, welches eine lokale oder regionale instantane plastische Deformation der inkremen teilen Segmente des Drahtes mit einem vorgegebenen Radius und Steigung bewirkt. Dieses Verfahren wird wegen seiner Geschwindigkeit und Vielzahl von Möglichkeiten von kundenspezi fischen Formen ohne Notwendigkeit von kundenspezifischem Werkzeug bevorzugt.
Als Alternative zu Stahlfedern werden Federn aus faserverstärkten Kunststoffen typischerweise aus einem weichen Draht umfassend eine Vielzahl von Fasern und einem thermoplastischen oder duroplastischen Reaktivkunststoff hergestellt, wobei der Draht in eine innere oder äußere Form eingebracht wird und gehärtet wird bis der Kunststoff vollständig gehärtet ist. Die Härtere aktion dauert typischerweise mehrere Minuten und ist zu langsam um ein kontinuierliches For men ähnlich eines Freiformens von Metallen durchzuführen.
Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen zeichnen sich gegenüber Metallteilen durch eine Vielzahl von Vorteilen wie beispielsweise Gewichtsersparnis, Korrosionsbeständigkeit und Ver sagens-Zuverlässigkeit aus und finden daher eine zunehmende Anwendung in Industrie und Forschung. Faserverstärkte Kunststoffe enthalten als wesentliche Komponenten ein Matrixsys tem aus Kunststoff in das Verstärkungsfasern, beispielsweise basierend auf Glas, Kohlenstoff, Aramid oder Nylon, eingebettet sind. Dabei werden besonders stark belastete Bauteile wie z.B. Windturbinenflügel, Tennisschläger oder Blattfedern mit Endlosfasern, also nicht geschnittenen Fasern, gefertigt. Die so verstärkten Kunststoffe können wegen ihrer hohen Festigkeit im ausre agierten Zustand kaum mehr umgeformt werden. Daher werden endlosfaserverstärkte Bauteile in der Regel aus flüssigen duroplastischen Reaktivkunststoffen, seltener auch aus flüssigen thermoplastischen Reaktivkunststoffen hergestellt, die erst in der endgültigen Form ausreagie ren.
Duroplastische Reaktivkunststoffe durchlaufen bei ihrer Herstellung eine Aushärtungsreaktion von einem flüssigen Gemisch von Monomeren zu einem kovalent vernetzten Netzwerk aus Makromolekülen. Thermoplastische Reaktivkunststoffe durchlaufen bei ihrer Herstellung eine Aushärtungsreaktion von einem flüssigen Gemisch von Monomeren zu einem Feststoff aus langkettigen Makromolekülen. So werden faserverstärkte Reaktivkunststoffe in der Regel in flüssigem Zustand mit den Fasern in einer Form in Kontakt gebracht oder gemeinsam als be reits verbundenes Halbzeug in eine Form gelegt und in der Form beispielsweise durch Wärme- zufuhr ausgehärtet. Abhängig von dem verwendeten System, insbesondere von der chemi schen Zusammensetzung des Materials, kann die Aushärtungsreaktion über wenige Minuten bis zu mehreren Stunden dauern. Für eine wirtschaftliche Herstellung von faserverstärkten Re aktivkunststoff-Bauteilen ist eine möglichst kurze Aufenthaltszeit des Materials in der Form, ins besondere eine möglichst kurze Belegzeit der Form, wünschenswert. Ein herkömmlich ange wandtes Verfahren zur Verkürzung der Belegzeit der Form, ist ein Vorheizen des Halbzeugs vor dem Einlegen in die Form, d.h. ein Erwärmen des noch unvernetzten flüssigen Reaktivkunst stoffes und der darin eingebetteten Fasern bevor diese in die Form gelegt werden. In der Regel wird ein Vorwärmen mit Dampf, Heißluft, Strahlung oder durch Induktion verwendet, wie z.B. in US 2,512,364 A beschrieben.
Trotz der zeitlichen Effizienz von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstel lung von faserverstärkten Reaktivkunststoff-Bauteilen, wie beispielsweise in FR 2 837 250 A1 , JP 54-90272 A und DE 30 37 616 A1 beschrieben, können die Fertigungszeiten, insbesondere von in großen Stückzahlen verwendeten Formteilen wie beispielsweise Schraubenfedern, nicht mit den Fertigungszeiten für Metallteile konkurrieren. So sind die Stückzeiten von Herstellungs und Fertigungsverfahren für metallische oder thermoplastische Formteile, wie beispielsweise aus DE 40 15 117 A1 , DE 10 2005 013 750 B3, US 2002/046587 A1 und DE 10 2012 219 639 A1 bekannt, in der Regel geringer als die Stückzeiten für form- oder funktionsgleiche faserver stärkte Reaktivkunststoffe. Um eine steigende Nachfrage von faserverstärkten Reaktivkunst stoff-Bauteilen zu bedienen, ohne Kompromisse in Qualität und Lebensdauer einzugehen, sind schnelle und zuverlässige Herstellungsverfahren für endlosfaserverstärkte Reaktivkunststoff- Bauteile wünschenswert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formele ments sowie ein Formelement, ein Computerprogramm und eine Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfah ren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine effiziente und zuverlässige Her stellung von Formelementen, ohne Kompromisse in Qualität und Lebensdauer der Formele mente, gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren, Vorrichtungen und Computerprogramme mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, die isoliert o- der in beliebigen Kombinationen realisiert werden können, sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Im Folgenden werden die Begriffe„haben“,„aufweisen“,„umfassen“ oder„einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, ne ben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispiels weise kann sich der Ausdruck„A hat B“,„A weist B auf,„A umfasst B“ oder„A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element e, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„mindestens ein“ und„ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Ein führung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff„mindestens ein“ oder„ein oder meh rere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merk mal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. Weiterhin werden im Folgen den die Begriffe„vorzugsweise“,„insbesondere“,„beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Ver bindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hier durch beschränkt werden. So sind Merkmale, deren Beschreibung durch diese Begriffe einge leitet wird, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutz umfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausge staltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch„in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch„in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ ein geleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestal tungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden sollen. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch ein geleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-opti onale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Fierstellung mindestens eines Formelements vor geschlagen, wobei das Formelement eine Geometrie aufweist. Das Verfahren umfasst die fol genden Schritte:
a) Bereitstellen eines Flalbzeugs in einem biegeschlaffen Zustand (I), wobei das Flalbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) Überführen des Flalbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zu stand (II) durch Zufuhr einer ersten Energiemenge, wobei das Flalbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Flalbzeug in einem formbaren Zu stand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) Formen des Flalbzeugs, wobei dem Flalbzeug die Geometrie des Formelements aufge prägt wird, wobei das Flalbzeug während der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt wird; und
d) Überführen des Flalbzeugs von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zu stand (IV). Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei ei ner oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden kön nen und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung er wähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
Unter einem„Formelement“ ist ein beliebiges Element, insbesondere Formteil, zu verstehen, welches einen ausgehärteten faserverstärkten Reaktivkunststoff, insbesondere einen ausgehär teten faserverstärkten Duroplasten oder Thermoplasten, umfasst und eine Geometrie, insbe sondere eine freigeformte Geometrie, aufweist. So kann das Formelement beispielsweise eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder oder eine Drehstabfeder, ein Rohr, ein Stabilisator, ein Lenkgestänge, ein Handlauf, ein Geländer, eine Blattfeder, eine Mäanderfeder, eine C-Fe- der oder ähnliches sein. Beispielsweise kann das Formelement auch Stabilisatoren und Schrau benfedern, insbesondere für automobile Anwendungen, umfassen.
Unter einem„Halbzeug“ ist ein beliebiges vorgefertigtes Werkstück, insbesondere ein Rohling, zu verstehen. Insbesondere kann das Halbzeug ein vorgefertigtes Stoffgemisch, welches in ei nem Reaktivkunststoff, insbesondere in einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix, getränkte oder imprägnierte Verstärkungsfasern aufweisen, wobei eine Aushärtungsreaktion des Reaktivkunststoff-Materials noch nicht abgeschlossen ist. Die Verstärkungsfasern sind zu mindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet. Beispielsweise kann das Halb zeug Verstärkungsfasern aufweisen, welche mit einem unvernetzten oder ungehärteten duro plastischen oder thermoplastischen Material, beispielsweise einem Reaktivharz, benetzt oder imprägniert sind.
Unter„Imprägnieren“ kann ein beliebiger Vorgang verstanden werden, bei welchem ein fester Stoff mit einer gelösten, emulgierten oder dispergierten Substanz behandelt, insbesondere in Kontakt gebracht, wird. Nach der Imprägnierung kann zumindest ein Teil der Substanz auf einer Oberfläche des Stoffs verbleiben. So kann das Halbzeug beispielsweise Fasern, insbesondere Verstärkungsfasern, umfassen deren Oberfläche mit dem duroplastischen oder thermoplasti schen Material benetzt ist. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise auf Glas, Kohlenstoff, Aramid, Nylon, Flachs, Jute oder Baumwolle basieren. So können die Verstärkungsfasern bei spielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfa sern, Nylon-Fasern und Aramid-Fasern. Insbesondere können als Verstärkungsfasern bei spielsweise Glas- oder Kohlenstofffasern unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere mit un terschiedlichen Festigkeiten und/oder Steifigkeiten, verwendet werden. Unter„Verstärkungsfa- ser(n)“ können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Endlosfasern verstanden werden, wel che als Einzelfaser oder gebündelt eingesetzt werden. Die Verstärkungsfasern können in Form von so genannten“Rovings“ als Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus im Wesentlichen pa rallel angeordneten Filamenten (Endlosfasern) eingesetzt werden. Der Querschnitt eines Ro vings ist vorzugsweise elliptisch oder rechteckig, wobei elliptisch auch die runde Form umfasst. Bevorzugt werden Glasfaser-Rovings mit einer Feinheit im Bereich von 100 bis 10.000 tex, vor zugsweise im Bereich von 600 bis 4000 tex, eingesetzt. Das Halbzeug, insbesondere ein Faser-Matrix-Halbzeug, kann beispielsweise als Strangprofil vorliegen. Insbesondere kann das Halbzeug beispielsweise ein in einem Filamentwinding-, ei nem Pultrusions- oder einem Pullwinding-Verfahren, beispielsweise in sogenannten Prepreg- Maschinen, hergestelltes Strangprofil sein.
Unter einem„Reaktivkunststoff-Material“ ist grundsätzlich ein beliebiges Kunststoff-Material zu verstehen. Insbesondere kann das Reaktivkunststoff-Material ein Reaktivkunststoff sein dessen Monomere zu Beginn einer Verarbeitung vorwiegend unreagiert vorliegen und erst im Verlauf der Verarbeitung zu thermoplastischen Makromolekülen oder duroplastischen Netzwerken poly merisieren. So kann das Reaktivkunststoff-Material beispielsweise ein duroplastisches Material, zum Beispiel ein Duroplastsystem, umfassen. Insbesondere kann das Reaktivkunststoff-Mate rial ein thermoplastisches Material, beispielsweise ein Thermoplastsystem, umfassen.
Unter einem„duroplastischen Material“ ist grundsätzlich ein beliebiges Duromer oder ein belie biges Material einer Vorstufe eines Duromer oder Duroplast zu verstehen. Insbesondere kann das duroplastische Material beispielsweise ein Reaktivharz, insbesondere ein Stoffgemisch, umfassen, welches eingerichtet ist, um bei seiner Herstellung eine Aushärtungsreaktion zu durchlaufen. Insbesondere kann das duroplastische Material beispielsweise ein Duroplastsys tem sein. Unter einem„Duroplastsystem“ ist ein duroplastisches Matrixsystem zu verstehen.
Das Duroplastsystem kann mindestens ein Matrixsystem umfassend mindestens ein duroplasti sches Polymer aufweisen. Das Duroplastsystem kann ein Duroplastsystem auf Basis von Poly ester, Epoxidharz, Vinylester, Dicyclopentadien, Polyurethan, Acrylat oder Polyurethan-Acrylat sein.
Unter einem„thermoplastischen Material“ ist insbesondere ein Reaktivharz, insbesondere ein Stoffgemisch, zu verstehen, welches eingerichtet ist, um bei seiner Herstellung eine Aushär tungsreaktion zu durchlaufen. Insbesondere kann das thermoplastische Material beispielsweise ein Thermoplastsystem sein. Unter einem„Thermoplastsystem“ ist ein reaktives thermoplasti sches Matrixsystem zu verstehen. Das Thermoplastsystem kann mindestens ein Matrixsystem umfassend mindestens ein thermoplastisches Polymer aufweisen. Das Thermoplastsystem kann ein Thermoplastsystem auf Basis von Caprolactam oder Polymethyl Methacrylat sein.
Unter einer„Aushärtungsreaktion“ ist grundsätzlich eine Polymerisation oder Vernetzungsreak tion zu verstehen bei der Monomere in Polymere überführt werden. Beispielsweise kann die Aushärtungsreaktion ein Gemisch von Monomeren, insbesondere ein flüssiges Gemisch von Monomeren, in kovalent vernetzte Polymere, insbesondere in ein Netzwerk aus duroplastischen Makromolekülen oder eine feste Mischung von thermoplastischen langkettigen Makromolekülen überführen. Beispielsweise kann ein Fortschritt der Aushärtungsreaktion des Materials mittels eines durchschnittlichen Umsatzgrads p des Reaktivkunststoffs angegeben sein. Die Aushär tungsreaktion kann beispielsweise eine exotherme Reaktion sein.
Unter einem„Umsatzgrad“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Anteil von zu Polymeren vernetzten Monomeren zu verstehen. Insbesondere kann es sich bei dem Umsatzgrad um einen Anteil von abreagierten Monomermolekülen handeln. So kann der Um satzgrad insbesondere in % angegeben sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Umsatzgrad auch um eine Zahl, beispielsweise eine Anzahl, von abreagierten Monomermolekülen handeln. So kann der Umsatzgrad beispielsweise eine Differenz zwischen einer Anzahl N0 von ursprüng lich, beispielsweise in dem flüssigen Ausgangsmaterial, vorhandenen Monomermolekülen und einer Anzahl N von aktuell, also beispielsweise in einem momentanen Zustand, vorhandenen Monomermolekülen, in einem Verhältnis zur Anzahl No der ursprünglich vorhandenen Mono mermoleküle sein. Insbesondere kann der Umsatzgrad p beispielsweise mittels eines Quotien ten gemäß folgender Vorschrift bestimmbar sein:
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So kann ein Zähler des Quotienten zur Bestimmung des Umsatzgrads p beispielsweise die Dif ferenz zwischen der Anzahl No von ursprünglich vorhandenen Monomermolekülen und der An zahl N von aktuell vorhandenen Monomermolekülen umfassen. Ein Nenner des Quotienten zur Bestimmung des Umsatzgrads p kann beispielsweise der Anzahl No von ursprünglich vorhande nen Monomermolekülen entsprechen.
Im Zusammenhang mit dem Umsatzgrad, jedoch auch in anderem Zusammenhang, werden die Begriffe„erste“,„zweite“ sowie weitere Begriffe ähnlicher Art als Nomenklatur verwendet, ohne hierdurch eine Reihenfolge oder Rangfolge vorzugeben. Auch können mehrere„erste“ oder „zweite“ Eigenschaften und/oder Elemente vorgesehen sein.
In Schritt a) wird beispielsweise ein Halbzeug in einem biegeschlaffen Zustand (I) bereitgestellt, wobei das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad pi aufweist. Beispielsweise kann unter„Bereitstellen des Halbzeugs in einem biegeschlaffen Zustand (I)“ ein Erzeugen und/oder Herstellen des Halbzeugs in dem biegeschlaffen Zustand (I) verstanden werden. Insbesondere kann das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) beispielsweise als Strangprofil bereitgestellt werden.
Unter einem„Halbzeug in einem biegeschlaffen Zustand“ ist grundsätzlich ein beliebiges form labiles Halbzeug zu verstehen. So kann das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) bei spielsweise unter Einfluss einer Schwerkraft seine Form, beispielsweise seine Geometrie, ver ändern. Insbesondere kann das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) durch Anpassung seiner Form einer Schwerkraft nachgeben. In dem biegeschlaffen Zustand (I) kann das Halb zeug, insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs, beispielsweise auch als Kunststoff-Material des Halbzeugs bezeichnet, eine Viskosität hi aufweisen. Die Viskosität hi des Kunststoff-Materials des Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand kann insbesondere in Millipascalsekunden (mPa s) gemessen werden. Beispielsweise kann 10 mPa s < hi < 60 000 mPa s, insbesondere 100 mPa s < hi < 40 000 mPa s, vorzugsweise 1000 mPa s < hi < 20 000 mPa s, sein. Beispielsweise kann das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) die Viskosität hi bei einer Raumtemperatur aufweisen, beispielsweise bei 20 °C. Insbesondere kann der erste Umsatzgrad pi des Halbzeugs in dem biegeschlaffen Zustand beispielsweise 0 % < pi < 20 %, insbesondere 0 % < pi < 15 %, vorzugsweise 0 % < pi < 10 %, sein.
Beispielsweise kann die für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) dem Halbzeug zugeführt werden, insbesondere durch Zufuhr der ersten Energiemenge. In dem Ver fahren kann einzig in Verfahrensschritt b) eine Energiemenge dem Halbzeug zugeführt werden, insbesondere in Form der ersten Energiemenge. In Verfahrensschritt b) kann dem Halbzeug vollständig die zur Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den bie gesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge, insbesondere in Form der ersten Energie menge, zugeführt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in den weiteren Verfah rensschritten keine weitere Energiezufuhr erfolgt. Die in Verfahrensschritt b) zugeführte Ener giemenge, kann ausreichend sein, um das Halbzeug von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen. Durch Zufuhr der ersten Energiemenge kann das Überführen des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) erfolgen. Insbesondere anschließend, kann das Halbzeug von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt werden. Eine zur Überführung des das Halbzeugs in Schritt c) von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) benötigte Energie menge kann Teil der in Verfahrensschritt b) zugeführten Energiemenge, insbesondere der ers ten Energiemenge, sein. Weiter, insbesondere anschließend, kann das Halbzeug von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) überführt werden. Eine zur Überfüh rung des Halbzeugs in Schritt d) von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge kann Teil der in Verfahrensschritt b) zugeführten Energiemenge, insbesondere der ersten Energiemenge, sein.
Das Überführen des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) in Schritt b) erfolgt durch Zufuhr einer ersten Energiemenge Ei. So kann beispielsweise die Zufuhr der ersten Energiemenge Ei die Aushärtungsreaktion, beispielsweise die Polymerisa tion, des duroplastischen oder thermoplastischen Materials des Halbzeugs auslösen oder vo rantreiben. Auf diese Weise kann das Halbzeug von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II) überführt werden. Insbesondere kann die erste Energiemenge Ei dem Halbzeug beispielsweise in Form von Wärme zugeführt werden. Beispielsweise kann das Halb zeug in biegeschlaffem Zustand (I) durch die erste Energiemenge Ei erhitzt werden.
Unter einer„Energiemenge“ ist grundsätzlich eine quantitativ oder qualitativ messbare Menge einer beliebigen Energieform, beispielsweise Wärme, zu verstehen. So kann die erste Energie menge beispielsweise eine Heizleistung sein, welche benötigt wird, um das Halbzeug auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen oder zu erwärmen.
Unter„Überführen“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Voranschreiten der Aushärtungsreaktion, insbesondere der Vernetzung bei Duroplasten und Kettenbildung bei Thermoplasten, zu verstehen. Beispielsweise kann das Überführen, insbesondere das Voran schreiten der Reaktion, passiv, d.h. durch ledigliches Voranschreiten der zeit, beispielsweise aufgrund von einer selbstständig ablaufenden Aushärtungsreaktion des duroplastischen oder thermoplastischen Materials, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Überführen auch ak tiv erfolgen, d.h. die Vernetzung kann insbesondere aktiv vorangetrieben werden. Beispiels weise kann ein aktives Überführen des Halbzeugs von einem Zustand in einen anderen Zu stand, insbesondere ein aktives Vorantreiben der Polymerisation, beispielsweise eine Steige rung des Umsatzgrads, des Materials des Halbzeugs, durch Zuführen einer Energiemenge er reicht werden.
Unter einem„Halbzeug in einem formbaren Zustand“ ist grundsätzlich ein beliebiges deformier bares und/oder umformbares Halbzeug zu verstehen. Das Halbzeug in dem formbaren Zustand (II), insbesondere das formbare Halbzeug, kann beispielsweise plastisch verformbar oder plas tisch umformbar sein. Insbesondere kann ein plastisches Umformen des Halbzeugs in formba rem Zustand (II) ohne Zerstörung des Halbzeugs durchgeführt werden. So kann das formbare Halbzeug, insbesondere das duroplastische oder thermoplastische Material des Halbzeugs in dem formbaren Zustand, beispielsweise geformt werden ohne dabei zu brechen.
Das Halbzeug in dem formbaren Zustand (II) weist einen zweiten Umsatzgrad p auf, wobei p > Pi . Insbesondere kann der zweite Umsatzgrad p beispielsweise unter dem Umsatzgrad eines Gelpunkts eines Reaktivkunststoff-Materials liegen, insbesondere kleiner sein. Unter einem „Gelpunkt“ ist grundsätzlich ein Stadium, Zustand oder Punkt der Aushärtungsreaktion zu ver stehen, in dem ein elastischer Anteil eines komplexen Schubmoduls einem viskosen Anteil des komplexen Schubmoduls gleicht. Insbesondere kann ein Speichermodul eines sich im Gelpunkt befindlichen Reaktivkunststoff-Materials genauso groß sein wie ein Verlustmodul. Der Gelpunkt der Aushärtungsreaktion kann beispielsweise einen Zustand oder ein Stadium charakterisieren in dem ein aushärtendes Material seine fließfähigen oder formbaren Eigenschaften verliert und sich nicht mehr ohne Materialschädigung verformen lässt.
In dem formbaren Zustand (II) kann das Halbzeug, insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs, zum Beispiel das Kunststoff-Material des Halbzeugs, beispielsweise eine Visko sität rp aufweisen. Die Viskosität rp des Reaktivkunststoff-Materials des formbaren Halbzeugs kann beispielsweise 100 mPa s < rp ^ 100 000 mPa s, insbesondere 1000 mPa s < rp ^ 80 000 mPa s, vorzugsweise 10 000 mPa s < rp ^ 60 000 mPa s, sein. Der zweite Umsatzgrad p , ins besondere der Umsatzgrad des Halbzeugs in dem formbaren Zustand (II), kann beispielsweise 0 % < p ^ 50 %, insbesondere 5 % < p ^ 45 %, vorzugsweise 10 % < p ^ 40 %, sein. Bei spielsweise kann das Halbzeug in dem formbaren Zustand (II) die Viskosität rp bei einer Verar beitungstemperatur aufweisen, wobei die Verarbeitungstemperatur höher sein kann als eine Raumtemperatur, beispielsweise höher als 20 °C.
In Schritt c) wird dem Halbzeug, insbesondere dem Halbzeug in formbarem Zustand (II), die Geometrie des Formelements aufgeprägt. Während dieser Formgebung wird das Halbzeug bei spielsweise von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt. Unter einem„Halbzeug in einem formstabilen Zustand (III)“ ist grundsätzlich ein beliebiges in seiner Form oder Geometrie beständiges Halbzeug zu verstehen. So kann das Halbzeug in dem form stabilen Zustand beispielsweise nicht mehr plastisch verformbar sein. Insbesondere kann das Halbzeug in dem formstabilen Zustand (III) einen Umsatzgrad oberhalb des Umsatzgrads des Gelpunkts aufweisen.
Unter„Aufprägen“ ist grundsätzlich eine beliebige Formänderung durch Krafteinwirkung zu ver stehen. Beispielsweise kann ein von einem Werkzeug, beispielsweise einer Matrize, einer Ne gativform oder einem Stempel, ausgeübter Druck und/oder Zug einem Halbzeug eine vorbe stimmte Form, Gestalt oder Geometrie aufprägen. So kann beispielsweise das Material des Halbzeugs mit den darin eingebetteten Verstärkungsfasern dem Druck, insbesondere einem Druckprofil, des Werkzeugs nachgeben und so die Geometrie des Formelements aufgeprägt bekommen. Insbesondere kann das Aufprägen der Geometrie des Formelements beispiels weise ein Ablegen des Halbzeugs in eine Außenform, beispielsweise eine Außenform mit heli- kaler Nut oder ein Aufwickeln des Halbzeugs auf eine Innenform, beispielsweise eine Innenform mit helikaler Nut, umfassen.
Beispielsweise kann das formstabile Halbzeug mindestens eine elastische Eigenschaft aufwei sen. So kann das formstabile Halbzeug beispielsweise bei einer Entlastung nach einer voraus gegangenen Verformung, beispielsweise nach einer durch äußere Last hervorgerufenen Verfor mung, wieder in seine Ausgangsform zurückkehren. Insbesondere kann das formstabile Halb zeug beispielsweise bei Entlastung nach einer vorausgegangenen Verformung wieder die wäh rend der Formgebung aufgeprägte Geometrie des Formelements einnehmen. So kann das formstabile Halbzeug beispielsweise zurückfedern. Alternativ oder zusätzlich kann eine Defor mation, beispielsweise ein Umformen oder Verformen, des Halbzeugs in dem formstabilen Zu stand (III) zu Materialschäden oder Brüchen führen.
In dem formstabilen Zustand (III) kann das Halbzeug, insbesondere das Reaktivkunststoff-Ma terial des Halbzeugs, zum Beispiel das Kunststoff-Material des Halbzeugs, beispielsweise einen dritten Umsatzgrad p3 aufweisen, wobei p3 > P2. Der dritte Umsatzgrad p3, insbesondere der Umsatzgrad des Halbzeugs in dem formstabilen Zustand (III), kann beispielsweise 40 % < p3 ^ 90 %, insbesondere 45 % < p3 ^ 80 %, vorzugsweise 50 % < p3 < 70 %, sein.
In Schritt d) wird das Halbzeug von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV) überführt. Unter einem„Halbzeug in einem biegesteifen Zustand (IV)“ ist grundsätzlich ein beliebiges gehärtetes Halbzeug zu verstehen. Insbesondere kann das Halbzeug in dem biege steifen Zustand (IV), insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs, zum Beispiel das Kunststoff-Material des Halbzeugs, einen vierten Umsatzgrad p4 aufweisen, wobei p4 > P3. Der vierte Umsatzgrad p4, insbesondere der Umsatzgrad des Halbzeugs in dem biegesteifen Zustand (IV), kann beispielsweise 70 % < P4 ^ 100 %, insbesondere 80 % < P4 ^ 98 %, vor zugsweise 90 % < P4 ^ 95 %, sein. Das Halbzeug kann in dem biegesteifen Zustand (IV) bei spielsweise eine nahezu vollständige Vernetzung aufweisen. Insbesondere kann das Halbzeug in dem biegesteifen Zustand (IV) eine für das gewählte Material maximale mechanische und thermische Stabilität aufweisen. Das Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements kann beispielsweise ein konti nuierliches Herstellungsverfahren umfassen. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung beispielsweise eine kontinuierliche Herstellung mindestens eines Formelements aufweisen. Un ter einem„kontinuierlichen“ Herstellungsverfahren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges durchgehendes Verfahren zur Herstellung zu verstehen. Insbeson dere kann es sich bei dem kontinuierlichen Herstellungsverfahren um ein durchgängiges Ver fahren handeln, wobei Warte- oder Leerzeiten möglich sind. Beispielsweise können die Warte- und Leerzeiten in dem kontinuierlichen Herstellungsverfahren Anteile von 0 % bis einschließlich 30 %, insbesondere von 0 % bis 20 %, vorzugsweise von 0 % bis 10 %, einer Gesamtdauer des kontinuierlichen Herstellungsverfahrens ausmachen. Alternativ kann das kontinuierliche Herstel lungsverfahren auch eine durchgängige Bearbeitungskette aufweisen, welche nicht durch Warte- oder Leerzeiten unterbrochen ist, d.h. Warte- und Leerzeiten können einen Anteil von 0 % der Gesamtdauer des kontinuierlichen Herstellungsverfahrens ausmachen. Insbesondere kann das kontinuierliche Herstellungsverfahren einen stetigen Herstellungsprozess aufweisen. So kann das kontinuierliche Herstellungsverfahren insbesondere eine ununterbrochene Fort dauer der Herstellung umfassen.
Insbesondere kann das Halbzeug, beispielsweise das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug, oberflächlich versiegelt sein. Insbesondere kann das Halbzeug beispielsweise mittels einer auf einer äußeren Oberfläche des Halbzeugs applizierten Folienschicht versiegelt sein. So kann beispielsweise eine äußere Schicht des Halbzeugs durch eine Folie gebildet werden.
Das Halbzeug in Schritt c) kann durch Zufuhr mindestens einer Energiemenge, beispielsweise einer zweiten Energiemenge, von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) überführt werden. Insbesondere kann ein Überführen des Halbzeugs von dem formbaren Zu stand (II) in den formstabilen Zustand (III) durch Zufuhr der zweiten Energiemenge geschehen. Beispielsweise kann die Polymerisation oder Vernetzungsreaktion des Halbzeugs, insbeson dere die Aushärtungsreaktion des Kunststoff-Materials des Halbzeugs, durch Zufuhr der zwei ten Energiemenge vorangetrieben werden, so dass das Halbzeug von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) übergeht. Insbesondere kann ein Fortschreiten der Aushär tungsreaktion des Kunststoff-Materials des Halbzeugs durch die Zufuhr der zweiten Energie menge beschleunigt werden. Die zweite Energiemenge kann Teil der ersten Energiemenge sein, welche dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugefügt wird. Die für die Überführung des Halbzeugs in Schritt c) benötigte zweite Energiemenge kann dem Halbzeug bereits in Verfah rensschritt b) als Teil der ersten Energiemenge zugefügt werden. So kann die erste Energie menge, insbesondere die Energiemenge die dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugeführt wird, beispielsweise derart gewählt sein, dass die für die Überführung des Halbzeugs in Schritt c) benötigte Energiemenge bereits in ihr enthalten ist und/oder von ihr umfasst ist. Insbeson dere kann die erste Energiemenge, beispielsweise die dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zu geführte Energiemenge, derart gewählt sein, dass sie geeignet ist, um die Aushärtungsreaktion des Reaktivkunststoff-Materials des Halbzeugs auszulösen und/oder voranzutreiben. So kann die Energiemenge beispielsweise derart gewählt werden, dass eine in der Aushärtungsreaktion frei werdende Energie für die Überführung des Halbzeug in Schritt c) ausreichend ist, also zum Beispiel quantitativ der zweiten Energiemenge entspricht. Die benötigte erste Energiemenge, insbesondere die dem Halbzeug in Schritt b) zugeführte Energiemenge, kann beispielsweise mittels einer Simulation, einer Berechnung und/oder einem Experiment, vorbestimmt sein. Ins besondere kann die erste Energiemenge abhängig sein von den Eigenschaften des Reaktivkun- stoff-Materials des Halbzeugs, von einer Form des Halbzeugs und/oder von einem Gewicht des Halbzeugs. Alternativ kann die zweite Energiemenge als weitere, von der ersten Energiemenge unabhängige Energiemenge dem Halbzeug in Schritt c) zugeführt werden.
Das Halbzeug in Schritt d) kann durch Zufuhr mindestens einer Energiemenge, beispielsweise einer dritten Energiemenge, von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) überführt werden. Insbesondere kann ein Überführen des Halbzeugs von dem formstabilen Zu stand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) durch Zufuhr der dritten Energiemenge geschehen. Beispielsweise kann die Polymerisation oder Vernetzungsreaktion des Halbzeugs, insbeson dere die Aushärtungsreaktion des Kunststoff-Materials des Halbzeugs, durch Zufuhr der dritten Energiemenge vorangetrieben werden, so dass das Halbzeug von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) übergeht. Insbesondere kann ein Fortschreiten der Aushär tungsreaktion des Kunststoff-Materials des Halbzeugs durch die Zufuhr der dritten Energie menge beschleunigt werden. Die dritte Energiemenge kann Teil der ersten Energiemenge sein, welche dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugefügt wird. Die für die Überführung des Halb zeugs in Schritt d) benötigte dritte Energiemenge kann dem Halbzeug bereits in Verfahrens schritt b) als Teil der ersten Energiemenge zugefügt werden. So kann die erste Energiemenge, insbesondere die Energiemenge die dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugeführt wird, bei spielsweise derart gewählt sein, dass die für die Überführung des Halbzeugs in Schritt d) benö tigte Energiemenge bereits in ihr enthalten ist und/oder von ihr umfasst ist. Insbesondere kann die erste Energiemenge, beispielsweise die dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugeführte Energiemenge, derart gewählt sein, dass sie geeignet ist, um die Aushärtungsreaktion des Re aktivkunststoff-Materials des Halbzeugs auszulösen und/oder voranzutreiben. So kann die Energiemenge beispielsweise derart gewählt werden, dass eine in der Aushärtungsreaktion frei werdende Energie für die Überführung des Halbzeug in Schritt d) ausreichend ist, also zum Bei spiel quantitativ der dritten Energiemenge entspricht. Die benötigte erste Energiemenge, insbe sondere die dem Halbzeug in Schritt b) zugeführte Energiemenge, kann beispielsweise mittels einer Simulation, einer Berechnung und/oder einem Experiment, vorbestimmt sein. Insbeson dere kann die erste Energiemenge abhängig sein von den Eigenschaften des Reaktivkunstoff- Materials des Halbzeugs, von einer Form des Halbzeugs und/oder von einem Gewicht des Halbzeugs. Alternativ kann die dritte Energiemenge als weitere, von der ersten Energiemenge unabhängige Energiemenge dem Halbzeug in Schritt d) zugeführt werden.
Die Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, kann dem Halbzeug insbesondere durch eines oder mehre- res von Konvektion, Strahlung und Induktion zugeführt werden. So kann dem Halbzeug zur Überführung von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II) in Schritt b) die erste Energiemenge beispielsweise durch Konvektion, Strahlung, Induktion oder einer beliebi gen Kombination daraus zugeführt werden. Zudem kann dem Halbzeug auch zur Überführung von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) in Schritt c) die zweite Energie menge beispielsweise durch Konvektion, Strahlung, Induktion oder einer beliebigen Kombina tion daraus zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dem Halbzeug auch zur Überfüh rung von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) in Schritt d) die dritte Energiemenge beispielsweise durch Konvektion, Strahlung, Induktion oder einer beliebigen Kombination daraus zugeführt werden. Alternativ kann die Zufuhr der für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), von dem formba ren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigten Energiemenge vollständig in Verfahrensschritt b), insbe sondere durch zufügen der ersten Energiemenge, erfolgen. So kann die für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigten Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) durch eines oder mehreres von Konvektion, Strahlung und Induktion zugeführt werden.
Die Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, kann dem Halbzeug beispielsweise mittels eines Gases, ei nes Dampfs oder einer Flüssigkeit zugeführt werden. Insbesondere kann die dem Halbzeug zu geführte Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energie menge und/oder die dritte Energiemenge, beispielsweise eine Wärmemenge sein. So kann die Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, dem Halbzeug beispielsweise mittels einer Wärmestrahlung, insbesondere durch Infrarot oder hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, beispielsweise durch hochfrequente Radiowellen, zugeführt werden.
Insbesondere können die Energiemengen, beispielsweise die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, durch unterschiedliche Übertragungs mechanismen, d.h. durch Konvektion und/oder Strahlung und/oder Induktion, übertragen wer den, insbesondere dem Halbzeug zugeführt werden. Beispielsweise kann die erste Energie menge durch einen anderen Übertragungsmechanismus übertragen werden als die zweite und/oder dritte Energiemenge. Beispielsweise können sich auch die Übertragungsmechanis men der zweiten und dritten Energiemenge unterscheiden. Alternativ, können die Energiemen gen, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, auch durch denselben Übertragungsmechanismus oder dieselben Über tragungsmechanismen übertragen werden. Insbesondere kann, wie oben ausgeführt, die Zufuhr der für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigten Energiemenge vollständig in Verfahrensschritt b), insbesondere durch zufügen der ersten Energiemenge, erfolgen.
Die Energiemengen, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, können sich weiterhin in ihrer Größe, d.h. in ihrer Menge, un terscheiden. Beispielsweise können die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge unterschiedlich groß sein. Alternativ können die Energiemen gen, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, auch gleich groß sein. Insbesondere kann, wie oben ausgeführt, die Zu fuhr der für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formba ren Zustand (II), von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigten Energiemenge vollständig in Verfahrensschritt b), insbesondere durch zufügen der ersten Energiemenge, erfolgen. Bei spielsweise kann die erste Energiemenge geeignet sein, um das Halbzeug von dem biege schlaffen Zustand (I) bis in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, ohne dass eine weite Zufuhr von Energiemengen, beispielsweise von der zweiten Energiemenge und/oder der dritten Energiemenge, dem Halbzeug zugeführt wird. So kann die erste Energiemenge, insbesondere die Energiemenge die dem Halbzeug in Verfahrensschritt b) zugeführt wird, beispielsweise der art gewählt sein, dass die für die Überführung des Halbzeugs benötigte Energiemenge von dem formbaren Zustand (II) in der formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) bereits in ihr enthalten ist und/oder von ihr umfasst ist. Insbe sondere kann die Energiemenge derart gewählt sein, dass sie geeignet ist, um die Aushär tungsreaktion des Reaktivkunststoff-Materials des Halbzeugs auszulösen und/oder voranzutrei ben. So kann die Energiemenge beispielsweise derart gewählt werden, dass eine in der Aus härtungsreaktion frei werdende Energie für die Überführung des Halbzeug von dem formbaren Zustand (II) in der formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den bie gesteifen Zustand (IV) ausreichend ist. Die dafür notwendige Energiemenge kann beispiels weise mittels einer Simulation, einer Berechnung und/oder einem Experiment, vorbestimmt sein.
Die Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, kann dem Halbzeug beispielsweise in einem Ölbad, d.h. durch Konvektion, zugeführt werden. Insbesondere kann das Halbzeug durch ein mit warmem oder heißem Öl gefülltes Becken oder eine Wanne geführt werden, um dem Halbzeug die Ener giemenge zuzuführen.
Das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug kann eine Ausgangsform aufweisen, wobei die Aus gangsform ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus: einem Strang, insbesondere einem Strangprofil; einem Stab; einem Rohr; einer Platte; einem Endlosprofil, einer Endlos platte. So kann das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug beispielsweise eine langgestreckte Ausgangsform aufweisen. Insbesondere kann die Ausgangsform des Halbzeugs beispielsweise eine Längsausdehnung oder flächige Ausdehnung aufweisen. Die Ausgangsform des Halb zeugs kann beispielsweise ein kreisförmiges oder ovales, Hohl- oder Vollprofil aufweisen.
Das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug kann insbesondere mittels Filamentwinding, Pultru- sion oder Pullwinding oder Prepregverfahren, beispielsweise in sogenannten Prepreg-Maschi- nen, hergestellt sein. So kann die Ausgangsform des Halbzeugs beispielsweise eine für diese Herstellungsart typische Form aufweisen. Die Formgebung des Halbzeugs in Schritt c) kann ein Umformen, beispielsweise ein Erzeugen, eines Profils des Halbzeugs umfassen. Insbesondere kann das Profil des Halbzeugs beispiels weise in Schritt c) beispielsweise in eine vorbestimmte Form gebracht werden. Unter einem „Profil des Halbzeugs“ kann grundsätzlich eine beliebige Form oder Geometrie eines Quer schnitts, insbesondere eines Querschnitts einer Längsseite des Halbzeugs, verstanden werden. So kann das Profil eines rohrförmigen Halbzeugs beispielsweise ein Kreis oder ein Kreisring sein. In Schritt c) kann das Halbzeug beispielsweise derart geformt werden, dass das Halbzeug nach der Formgebung ein Profil, insbesondere ein vorbestimmtes definiertes Profil, beispiels weise eine definierte Qualität, aufweist.
Das Formen des Halbzeugs in Schritt c) kann ein Krümmen des Halbzeugs um mindestens eine Achse umfassen. Insbesondere kann das Halbzeug in Schritt c) um mindestens eine Achse ge krümmt werden. So kann das Halbzeug nach der Formgebung in Schritt c) beispielsweise min destens eine Krümmung aufweisen. Insbesondere kann das gekrümmte Halbzeug beispiels weis mindestens einen Krümmungsradius Rk aufweisen. Beispielsweise kann 1 cm < Rk ^ 100 cm sein. Insbesondere kann 2 cm < Rk ^ 50 cm sein. Vorzugsweise kann 3 cm < Ftk ^ 20 cm sein.
Das Halbzeug kann in Schritt c) in eine Helix- oder Spiralform geformt werden. Insbesondere kann das Formen des Halbzeugs in Schritt c) ein Formen des Halbzeugs in eine Helix- oder Spiralform umfassen. Unter einer„Helix- oder Spiralform“ wird grundsätzlich eine beliebige schraubenförmige sich um eine Achse windende Geometrie verstanden, wobei sowohl eine Steigung als auch ein Radius variabel sein können. Insbesondere kann das in die Helix- oder Spiralform gebrachte Halbzeug zumindest teilweise die Form einer Schraubenfeder aufweisen.
Das Halbzeug in Schritt e) kann kontinuierlich oder segmentweise geformt werden. Insbeson dere kann das Halbzeug in Schritt e) kontinuierlich, beispielsweise durchgängig oder stetig, ge formt werden. So kann beispielsweise ein ununterbrochenes Formen des Halbzeugs stattfin den. Zum Beispiel kann Schritt c) eine ununterbrochene Fortdauer des Formens des Halbzeugs umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Halbzeug in Schritt c) segmentweise, insbeson dere abschnittsweise, geformt werden.
Das Verfahren kann weiterhin eine Änderung einer räumlichen Lage des Halbzeugs mittels min destens einer Bewegungseinheit umfassen. Insbesondere kann das Halbzeug beispielsweise mit mindestens einer Bewegungseinheit räumlich bewegt werden. Die Bewegungseinheit kann beispielsweise eingerichtet sein, um das Halbzeug durch Zug und/oder Druck zu bewegen. Die Bewegungseinheit kann mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus: einer Rolle, insbesondere einer Kombination von Rollen; einer Förderkette; einem Förderband; einem Klemmantrieb. Insbesondere kann die Bewegungseinheit eingerichtet sein mittels des mindestens einen Elements eine räumliche Bewegung des Halbzeugs zu bewirken. Beispielsweise kann der Klemmantrieb eine Einrichtung sein bei der ein Werkstück, insbeson dere das Halbzeug, schrittweise gezogen werden kann. Insbesondere kann das Halbzeug mittels des Klemmantriebs schrittweise gezogen werden, in dem mindestens ein Greifer das Halbzeug in einer Ausgangsposition greifen oder fassen kann, das Halbzeug dann durch eine Bewegung des mindestens einen Greifers in die Bewegungs richtung des Greifers zu einer neuen Position gezogen werden kann und durch ein Lösen des Greifers in dieser Position liegen bleiben kann. Der Greifer kann sich anschließend beispiels weise wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegen und das Halbzeug an einer nächsten Stelle greifen oder fassen. Auf diese Weise kann das Halbzeug beispielsweise durch ein Wie derholen der Abfolge von Greifen, Bewegen und Loslassen schrittweise bewegt oder gezogen werden.
Das Halbzeug kann in Schritt c) beispielsweise mittels mindestens einer Formgebeeinheit ge formt werden. Insbesondere kann die Formgebeeinheit eingerichtet sein, um dem Halbzeug die Geometrie des Formelements aufzuprägen. Insbesondere kann die Formgebeeinheit eine Ne gativform des Formelements aufweisen.
Die Formgebeeinheit kann beispielsweise in die Bewegungseinheit integriert sein. So können die Formgebeeinheit und die Bewegungseinheit insbesondere integral ausgestaltet sein.
Die Formgebeeinheit kann mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus: einer Matrize; einer Außenform, insbesondere einer Außenform mit helikaler Nut, einer Außenform mit beweglicher Kontaktfläche oder mit unbeweglicher, glatter und gleitfähiger Kontaktfläche; einer Innenform, insbesondere einer Innenform mit helikaler Nut; einer Rolle; ei ner Öffnung.
Schritt c), insbesondere das Formen des Halbzeugs in Schritt c), kann ein Relativbewegen des Halbzeugs und der Formgebeeinheit umfassen. So kann dem Halbzeug beispielsweise durch eine Relativbewegung zwischen der Formgebeeinheit und dem Halbzeug die Geometrie des Formelements aufgeprägt werden. Insbesondere kann das kontinuierliche Formen des Halb zeugs beispielsweise durch eine gleichbleibende Relativgeschwindigkeit zwischen Formgebe einheit und Halbzeug charakterisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein segmentweises Formen des Halbzeugs beispielsweise durch eine veränderliche Relativgeschwindigkeit zwi schen Formgebeeinheit und Halbzeug charakterisiert sein.
Das Verfahren kann weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) aufweisen. Der Steue rungsschritt e) kann beispielsweise die folgenden Teilschritte umfassen:
e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Halbzeugs; und e2) Regeln einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezufuhr.
Der Steuerungsschritt kann beispielsweise ein kontrollieren und/oder regeln und/oder steuern der ersten Energiemenge umfassen. Insbesondere kann die erste Energiemenge, beispiels weise eine Gesamtenergiemenge und/oder eine Gesamtmenge von benötigter Energie, umfas sen, insbesondere die für die Überführung des Halbzeugs benötigte Energiemenge von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), von dem formbaren Zustand (II) in der formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV). Insbesondere kann die erste Energiemenge und/oder die Gesamtenergiemenge in dem steuerungsschritt kontrolliert und/oder geregelt und/oder gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Gesamtenergiemenge in dem Steuerungsschritt gemessen und an eine beispielsweise mit tels einer Simulation, einer Berechnung und/oder einem Experiment, vorbestimmte Energie menge angepasst werden. Insbesondere kann die Gesamtenergiemenge En zusammengesetzt sein aus der zur Überführung des Halbzeugs benötigten Energiemenge von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), der zweiten Energiemenge E2, der dritten Energie menge E3 und der vierten Energiemenge E4.Die Gesamtenergiemenge kann beispielsweise als erste Energiemenge in Schritt b) dem Halbzeug zugeführt werden.
Der Steuerungsschritt kann insbesondere parallel oder gleichzeitig zu einem oder mehreren Verfahrensschritten des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements durchge führt werden. Beispielsweise kann der Steuerungsschritt wiederholt, beispielsweise mehrfach wiederholt, durchgeführt werden. Insbesondere kann der Steuerungsschritt beispielsweise auch in einen oder mehrere Schritte des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements integriert sein. So kann der Steuerungsschritt insbesondere in einen oder beide der Schritte b) und c) integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerungsschritt beispielsweise in ei nen oder mehrere Schritte des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements ein- greifen. Insbesondere kann der Steuerungsschritt beispielsweise in einen oder beide der Schritte b) und c) eingreifen.
Insbesondere kann der Umsatzgrad in Schritt e1 ) beispielsweise entweder indirekt über die me chanische Steifigkeit des Halbzeugs oder über Ultraschall oder Oberflächentemperatur be stimmt werden Beispielsweise kann der Umsatzgrad in Schritt e1 ) auch indirekt über eine Wär mebilanz bestimmt werden, beispielsweise über eine Wärmedifferenz zwischen dem Halbzeug in biegeschlaffem Zustand (I) und in formbarem Zustand (II), und/oder über eine freigesetzte Reaktionsenthalpie.
Unter einer„Umformbarkeit“ ist grundsätzlich die Fähigkeit eines beliebigen Elements zu verste hen, seine Form zu verändern. So kann ein hartes oder festes Element eine niedrige Umform barkeit aufweisen, wohingegen ein weiches oder nachgiebiges Element eine hohe Umformbar keit aufweisen kann. Unter einem„Bestimmen einer Umformbarkeit des Halbzeugs“ ist im Rah men der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Ermitteln mindestens einer Härte oder Wider standskraft des Halbzeugs zu verstehen. So kann die Umformbarkeit des Halbzeugs beispiels weise durch Ermitteln, insbesondere durch Messen, einer Oberflächenhärte des Halbzeugs be stimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Umformbarkeit des Halbzeugs auch durch ein Bestimmen einer Widerstandskraft ermittelt werden, beispielsweise einer Kraftgröße welche für ein Umformen oder Deformieren des Halbzeugs mindestens notwendig ist.
Das Regeln der Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder der Energiezufuhr in Schritt e2) kann beispielsweise ein Anpassen der Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder der Energiezufuhr zu dem Halbzeug umfassen, insbesondere kann das Regeln, zum Beispiel durch das Anpassen den Umsatzgrad oder die Umformbarkeit regeln und/oder zumindest beeinflussen. So kann der Umsatzgrad oder die Umformbarkeit beispielsweise über eine Abzugsgeschwindigkeit und oder eine Höhe der Energiemenge, insbesondere der Energiezufuhr, geregelt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise in einem Fall in dem die für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Ener giemenge dem Halbzeug in dem Verfahrensschritt b) zugeführt wird, der Umsatzgrad oder die Umformbarkeit über die Abzugsgeschwindigkeit geregelt sein. Insbesondere kann der Umsatz grad oder die Umformbarkeit, beispielsweise nach erfolgter Zufuhr der Energiemenge in Schritt b), geregelt sein über die Abzugsgeschwindigkeit, insbesondere über ein Anpassen der Ge schwindigkeit des Halbzeugs. Beispielsweise kann die erste Energiemenge, insbesondere die dem Halbzeug in Schritt b) zugefügte Energiemenge, eingerichtet sein, um den Umsatzgrad und/oder die Umformbarkeit, insbesondere in Schritt c), derart zu beeinflussen, dass ein For men des Halbzeugs erfolgen kann.
Der Steuerungsschritt e) kann beispielsweise vor dem Formen in Schritt c) durchgeführt wer den. So kann insbesondere das Bestimmen des Umsatzgrads in Schritt e1 ) vor dem Formen in Schritt c) durchgeführt werden.
Beispielsweise kann für den Fall, dass der Umsatzgrad das Halbzeugs in Schritt c) zu hoch ist, insbesondere größer ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, und/oder die Umformbarkeit das Halbzeugs in Schritt c) nicht ausreichend groß ist, insbesondere kleiner ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, die zugeführte erste Energie menge, beispielsweise eine Energiezufuhr, in Schritt b) gedrosselt werden. Alternativ oder zu sätzlich kann für den Fall, dass der Umsatzgrad das Halbzeugs in Schritt c) zu hoch ist, insbe sondere größer ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, und/oder die Um formbarkeit das Halbzeugs in Schritt c) nicht ausreichend groß ist, insbesondere kleiner ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, die Geschwindigkeit des Halbzeugs, beispielsweise die Abzugsgeschwindigkeit und/oder eine Zuführgeschwindigkeit, erhöht wer den.
Beispielsweise kann für den Fall, dass der Umsatzgrad das Halbzeugs in Schritt c) zu niedrig ist, insbesondere geringer ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, und/o der die Umformbarkeit das Halbzeugs in Schritt c) zu groß ist, insbesondere größer ist als ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebener Bereich, die zugeführte erste Energiemenge in Schritt b) erhöht werden.
Insbesondere kann beispielsweise der Schritt e2) genau dann ausgeführt werden, wenn zum Beispiel das Halbzeug nach Durchführen des Schritts b) nicht den formbaren Zustand (II) auf weist und/oder wenn das Halbzeug nach Durchführen des Schritts c) nicht den formstabilen Zu stand (III) aufweist. So kann Schritt e2) beispielsweise ein Erhöhen der ersten Energiemenge in Schritt b) und/oder eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Halbzeugs umfassen, falls das Halbzeug nach Durchführen des Schritts c) weiterhin den formbaren Zustand (II) aufweist. Schritt e2) kann beispielsweise ein erniedrigen oder verringern der ersten Energiemenge in Schritt b) und/oder eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Halbzeugs umfassen, falls das Halbzeug nach durchführen des Schritts b) beispielsweise bereits den formstabilen Zustand (III) oder den biegesteifen Zustand (IV) aufweist.
In einem weiteren Aspekt wird ein Formelement vorgeschlagen, wobei das Formelement herge stellt ist durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formele ments nach einer der oben ausgeführten oder unten näher erläuterten Ausführungsformen. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen werden.
In einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm umfassend computerausführbare Anwei sungen zur Durchführung eines Steuerungsschritts vorgeschlagen, wobei der Steuerungsschritt zur Regelung des Umsatzgrades auf der Bestimmung eines Umsatzgrads und/oder einer Um formbarkeit eines Halbzeugs, beispielsweise als Eingangsgröße, aufbauen kann, wobei der Steuerungsschritt weiterhin ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezufuhr zu dem Halbzeug umfasst.
Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium, beispielsweise ein Datenträger, vorgeschla gen, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Insbesondere kann auf dem Datenträger eine Datenstruktur gespeichert sein, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/o der Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes den Steuerungsschritt ausfüh ren kann. Weiterhin wird ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches ein solches elektronisches Speichermedium umfasst.
In einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen vorgeschla gen. Die Vorrichtung umfasst:
mindestens eine Formgebeeinheit;
mindestens eine Bewegungseinheit; und
mindestens eine Energiezuführeinheit,
wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um ein Halbzeug von einem biegeschlaffen Zustand (I) in einen biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, wobei das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zu stand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad, wobei das Halbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern auf weist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material ein gebettet sind.
Unter einer„Formgebeeinheit“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine be liebige Vorrichtung zu verstehen die eingerichtet ist, um einem beliebigen Element eine vorbe stimmte Form, Gestalt oder Geometrie zu übertragen oder aufzuprägen. Insbesondere kann die Formgebeeinheit eingerichtet sein, um dem Halbzeug eine Geometrie des Formelements aufzu prägen. Insbesondere kann die Formgebeeinheit eine Negativform des Formelements aufwei sen. Beispielsweise kann die Formgebeeinheit ein Werkzeug umfassen.
Insbesondere kann es sich bei der Formgebeeinheit um die weiter oben erwähnte Formgebe einheit handeln, welche in dem Verfahren zur Herstellung von Formelementen zum Formen des Halbzeugs in Schritt c) verwendet werden kann.
Unter einer„Bewegungseinheit“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen die eingerichtet ist, um ein beliebiges Element räumlich zu bewegen. Insbesondere kann die Bewegungseinheit eingerichtet sein, um das Halbzeug räum lich zu bewegen. Beispielsweise kann die Bewegungseinheit das Halbzeug durch Zug und/oder Druck bewegen.
Insbesondere kann es sich bei der Bewegungseinheit um die weiter oben erwähnte Bewe gungseinheit handeln, welche in dem Verfahren zur Herstellung von Formelementen verwendet werden kann.
Unter einer„Energiezuführeinheit“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen welche eingerichtet ist, um einem beliebigen Element Ener gie zuzuführen. Insbesondere kann die Energiezuführeinheit eingerichtet sein, um dem Halb zeug Energie zuzuführen, beispielsweise eine weiter oben erwähnte Energiemenge, insbeson dere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energie menge. So kann die Energiezuführeinheit beispielsweise eingerichtet sein, um dem Halbzeug die Energiemenge, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, durch Konvektion und/oder Strahlung und/oder Induktion zu zuführen. Beispielsweise kann die Energiezuführeinheit eingerichtet sein, um dem Halbzeug die Energiemenge in Schritt b) zuzuführen. Insbesondere kann die Energiezuführeinheit eingerich tet sein, um dem Halbzeug die Energiemenge zuzuführen, die geeignet ist, um das Halbzeug von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen. So kann die Energiezuführeinheit beispielsweise eingerichtet sein, um dem Halbzeug die für die Über führung des Halbzeugs benötigte Energiemenge von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand, von dem formbaren Zustand (II) in der formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) zuzuführen. Die Energiezu führeinheit kann beispielsweise eingerichtet sein, um dem Halbzeug die Energiemenge zur Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) durch Konvektion und/oder Strahlung und/oder Induktion zuzuführen.
Beispielsweise kann die Energiezuführeinheit ein Heizbad, insbesondere ein Ölbad, oder einen Heizofen aufweisen. Insbesondere kann die Energiezuführeinheit beispielsweise eine Durch laufstrecke aufweisen, insbesondere eine Durchlaufstrecke welche das Halbzeug durchläuft, wobei dem Halbzeug während des Durchlaufens der Durch laufstrecke die Energiemenge zuge führt werden kann, insbesondere die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge.
Die Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen kann weiterhin mindestens eine Steuerein heit aufweisen. Unter einer„Steuereinheit“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grund sätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen die eingerichtet ist, um ein beliebiges Verfah ren, insbesondere mindestens einen Schritt oder Teilschritt des Verfahrens, zu kontrollieren, zu betreiben und/oder zu leiten. Die Steuereinheit kann beispielsweise eingerichtet sein, um einen Steuerungsschritt durchzuführen. Die Steuerung kann insbesondere auf der Bestimmung eines Umsatzgrads eines Halbzeugs aufbauen bzw. diese inkludieren. Der Steuerungsschritt kann beispielsweise ein Bestimmen einer Umformbarkeit eines Halbzeugs umfassen. So kann der Steuerungsschritt, insbesondere das Bestimmen des Umsatzgrads und/oder der Umformbarkeit des Halbzeugs, beispielsweise ein Messen des Umsatzgrads und/oder der Umformbarkeit des Halbzeugs umfassen, d. h. einen Mess-Schritt aufweisen. Weiterhin kann der Steuerungsschritt beispielsweise ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezu fuhr zu dem Halbzeug umfassen.
Insbesondere kann es sich bei dem Steuerungsschritt beispielsweise um den weiter oben er wähnten Steuerungsschritt handeln, welcher Teil des Verfahrens zur Herstellung von Formele menten sein kann. So kann die Steuereinheit insbesondere eingerichtet sein, um den Steue rungsschritt durchzuführen, insbesondere parallel oder gleichzeitig zu einem oder mehreren weiteren Schritten des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements. Beispiels weise kann der Steuerungsschritt wiederholt, beispielsweise mehrfach wiederholt, durchgeführt werden. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, um den Steuerungsschritt bei spielsweise in einen oder mehrere Schritte des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements, zum Beispiel in einen oder beide der Schritte b) und c), zu integrieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eingerichtet sein, um den Steuerungsschritt beispiels weise derart durchzuführen, dass der Steuerungsschritt in einen oder mehrere Schritte des Ver fahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements, beispielsweise in einen oder beide der Schritte b) und c), eingreifen kann.
Beispielsweise kann die Steuereinheit weiterhin mindestens einen Speicher umfassen. So kann die Steuereinheit beispielsweise eine Festplatte umfassen. Insbesondere kann die Steuerein heit eingerichtet sein, um mindestens einen Steuerungsparameter in dem Speicher zu spei chern. So kann die Steuereinheit beispielsweise eingerichtet sein, um den mindestens einen Steuerungsparameter auf der Festplatte zu speichern. Unter einem„Steuerungsparameter“ ist grundsätzlich eine beliebige Information einer Einstellung der Steuereinheit zu verstehen. Der Steuerungsparameter kann insbesondere Informationen über eine dem Halbzeug zugeführte Energiemenge, insbesondere Informationen über die erste Energiemenge und/oder die zweite Energiemenge und/oder die dritte Energiemenge, umfassen. Weiterhin kann der Steuerungspa- rameter beispielsweise Informationen zu einer Geschwindigkeit des Halbzeugs umfassen. Ins besondere kann der Steuerungsparameter auch Einstellungen der Formgebeeinheit und/oder der Bewegungseinheit umfassen.
Die Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen kann weiterhin beispielsweise eine Schnei devorrichtung zum Abtrennen des Formelements aufweisen. Insbesondere kann die Schneide vorrichtung mindestens eine Abtrenneinheit, beispielsweise eine Schere, eine Säge, einen Schleifer, insbesondere einen Winkelschleifer, oder eine ähnliche Einrichtung, aufweisen.
Die Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen kann beispielsweise eingerichtet sein, um zumindest Schritte b) bis d) eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements nach einer der oben ausgeführten oder unten näher erläuterten Ausführungsformen auszufüh ren. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen auf die Beschrei bung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements, das Form element, das Computerprogramm sowie die Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen weisen gegenüber herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. So kann es möglich sein, durch die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen Formele mente, beispielsweise Formteile, aus faserverstärktem Reaktivkunststoff-Material schneller her zustellen als bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen. Insbesondere können die Her- stellungs- oder Produktionszeiten beispielsweise durch eine 5 bis 20-fache Verkürzung von Hal tezeiten erreicht werden, insbesondere von Formhaltezeiten, beispielsweise Zeiten in denen das Halbzeug in Form gehalten werden muss, weil zum Beispiel die zeitaufwendige Energiezu fuhr und/oder das Anlaufen der Polymerisationsreaktion teilweise oder vollständig vor dem ei gentlichen formgebenden Prozess ablaufen. Eine Reduktion der benötigten Produktionszeit kann zu einer deutlichen Einsparung von Kosten führen.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen im Vergleich zu her kömmlichen Verfahren und Vorrichtungen umweltfreundlicher sein. Insbesondere kann der Pro zess z.B. Energieverbräuche senken, da z.B. die Energiezufuhr aus einem Ölbad für das Auf wärmen eines Halbzeuges durch die z.T. danach vom Halbzeug in das Ölbad abgegebene Wärme aus der Reaktionsenthalpie ausgeglichen werden kann, was den Energiebedarf des Prozesses deutlich reduzieren kann.
Zudem kann es möglich sein, dass durch die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen Formelemente aus faserverstärktem Reaktivkunststoff-Material mit einer hohen Designfreiheit hergestellt werden können. Insbesondere kann beispielsweise auf teure angepasste Formen verzichtet werden. So können beispielsweise Kosten und Lagerplatz gespart werden, da es für unterschiedliche Designs beispielsweise ausreichen kann, Steuerungsparameter zu speichern. Zudem kann bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen beispielsweise im Ver gleich zu herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere im Vergleich zu Verfahren und Vorrichtungen metallischer Formteile, auf große Anlagen verzichtet werden. So können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren beispielsweise bei der Formgebung, insbe sondere dem Formen von Flalbzeugen, niedrigere Kräfte benötigt werden, als in der Formge bung von Metallteilen welche durch herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen hergestellt sind. Insbesondere können durch erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen hergestellte Federn, beispielsweise Federn zur Anwendung in Fahrzeugen, weniger Kraft in der Fierstellung benötigt werden, als bei der Fierstellung von metallischen Federn, insbesondere metallischen Federn zur Anwendung in Fahrzeugen.
Zum Beispiel können ein 10 mm dicker kreisförmiger Metalldraht und ein 18 mm dicker Compo- sitedraht, beispielsweise ein Draht aus ausgehärtetem Reaktivkunststoff mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern, ähnliche Torsionskräfte aufnehmen. Die Umformung beispielsweise des weiter unten beschriebenen Compositedrahtes kann insbesondere mit einer Kraft von 22 N er folgen. Die Umformung eines vergleichbaren Metalldrahtes könnte beispielsweise eine Kraft von ca. 60000 N erfordern, d.h. beispielsweise, dass einer Gewichtskraft von ca. 2 kg in dem vorliegenden Beispiel eine Gewichtskraft von 6 t gegenüber stehen kann. So können beispiels weise Metallumform-Maschinen, insbesondere für Fahrzeug-Metallschraubenfedern, sehr stabil gebaut sein und mehrere Tonnen wiegen, während eine Anlage nach dem vorgeschlagenen Verfahren viel leichter gebaut werden kann.
Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen genauer und si cherer sein als herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen. Insbesondere kann beispielsweise eine computergesteuerte, auf ein Modell gestützte, insbesondere modellunterstützte, Flerstel- lung von Formelementen mittels der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen sicherer sein als herkömmliche Verfahren. Insbesondere können die auf diese Weise gesteuerte Erwär mung und Umformung des kontinuierlich oder sequentiellen, beispielsweise quasikontinuierlich, bewegten Flalbzeuges der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen eine sicherere, beispielsweise auch segmentweise unterschiedliche, Verformung in einem engen Verarbei tungszeitfenster ermöglichen. Beispielsweise können die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren, insbesondere diese neue Technologie, das Urformen von endlosfaserverstärkten Strangprofilen ermöglichen und beschleunigen, zum Beispiel für die Fertigung von Schrauben federn aus Faserverbundwerkstoff.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können es beispielsweise ermöglichen Nachteile herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen zu überwinden. Beispielsweise kann in herkömmlichen Verfahren das Prägen eines endlosfaserverstärkten Reaktivkunststoff-Materials zu seiner geometrischen Gestalt in der Regel diskontinuierlich in einer festen beheizten Form geschehen. Ein Umformen von Reaktivkunststoff-Materialien kann insbesondere zu Beginn der Polymerisation schwierig sein, da die faserverstärkten Materialien zu weich sein können, um eine aufgeprägte Geometrie zu behalten, und es ohne umschließende Form auch zum Auslau fen des Reaktivkunststoffs aus den Fasern kommen könnte. Beispielsweise kann ein Umformen am Ende der Polymerisation schwierig sein, da das Material so hart ist, dass es beim Aufprägen einer neuen Geometrie brechen kann. In einem quasikontinuierlichen Prozess kann das bedeu ten, dass einem definierten Segment eines Flalbzeuges eine Form so lange aufgeprägt werden sollte, bis es hart ist, um dieses Segment dann frei zu geben und das nächste Segment zu for men. In einem kontinuierlichen Prozess können diese Segmente zum Beispiel inkrementeil klein sein und Transport, Umformung und Entformung können beispielsweise kontinuierlich erfolgen.
Beispielsweise kann ein Fortschreiten der Vernetzungsreaktion, insbesondere einer sich durch eine Erwärmung beschleunigenden Reaktion, begünstigt werden von einer Wärmekapazität des Kunststoff-Materials und der Fasern zum Speichern einer freiwerdenden Reaktionswärme in Kombination mit einer schlechten Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen, die beispielsweise ein schnelles Abkühlen verhindern können. So wurden in Experimenten, die beispielsweise ganz oder teilweise analog zu dem unten aufgeführten Versuch verliefen, nach dem Verlassen eines 150°C heißen Ölbades im GFK-Bauteil durch die fortlaufende Reaktion später maximale Tem peraturen von bis zu 175°C gemessen.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:
Ausführungsform 1 : Verfahren zur Fierstellung mindestens eines Formelements, wobei das Formelement eine Geometrie aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Flalbzeugs in einem biegeschlaffen Zustand (I), wobei das Flalbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) Überführen des Flalbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zu stand (II) durch Zufuhr einer ersten Energiemenge, wobei das Flalbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Flalbzeug in einem formbaren Zu stand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) Formen des Flalbzeugs, wobei dem Flalbzeug die Geometrie des Formelements aufge prägt wird, wobei das Flalbzeug während der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt wird; und
d) Überführen des Flalbzeugs von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zu stand (IV).
Ausführungsform 2: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Ver fahren zur Fierstellung mindestens eines Formelements ein kontinuierliches Flerstellungsverfah- ren umfasst.
Ausführungsform 3: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Flalbzeug oberflächlich versiegelt ist, insbesondere mittels einer auf eine äußere Oberflä che applizierten Folienschicht.
Ausführungsform 4: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Flalbzeug in Schritt c) durch Zufuhr mindestens einer zweiten Energiemenge von dem form baren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) überführt wird. Ausführungsform 5: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Halbzeug in Schritt d) durch Zufuhr mindestens einer dritten Energiemenge von dem form stabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) überführt wird.
Ausführungsform 6: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Energiemenge dem Halbzeug zugeführt wird durch eines oder mehreres von Konvektion; Strahlung; Induktion.
Ausführungsform 7: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug eine Ausgangsform aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Strang, insbesondere einem Strangprofil; einem Stab; einem Rohr; einer Platte; einem Endlosprofil, einer Endlosplatte.
Ausführungsform 8: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug mittels Filamentwinding oder Pultrusion oder Pullwin- ding oder Prepreg-Verfahren hergestellt ist.
Ausführungsform 9: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Formgebung des Halbzeugs in Schritt c) ein Umformen eines Profils des Halbzeugs um fasst.
Ausführungsform 10: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Formen des Halbzeugs in Schritt c) ein Krümmen des Halbzeugs um mindestens eine Achse umfasst.
Ausführungsform 11 : Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Halbzeug in Schritt c) in eine Helix- oder Spiralform geformt wird.
Ausführungsform 12: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Halbzeug in Schritt e) kontinuierlich oder segmentweise geformt wird.
Ausführungsform 13: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren weiterhin eine Änderung einer räumlichen Lage des Halbzeugs mittels mindes tens einer Bewegungseinheit umfasst.
Ausführungsform 14: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Bewe gungseinheit mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: ei ner Rolle, insbesondere einer Kombination von Rollen; einer Förderkette; einem Förderband; einem Klemmantrieb.
Ausführungsform 15: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Halbzeug in Schritt c) mittels mindestens einer Formgebeeinheit geformt wird. Ausführungsform 16: Verfahren nach den Ausführungsformen 13 und 15, wobei die Formge- beeinheit in die Bewegungseinheit integriert ist.
Ausführungsform 17: Verfahren nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei die Formgebeeinheit mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus: einer Matrize; einer Außenform, insbesondere einer Außenform mit helikaler Nut, ei ner Außenform mit beweglicher Kontaktfläche oder mit unbeweglicher, glatter und gleitfähiger Kontaktfläche; einer Innenform, insbesondere einer Innenform mit helikaler Nut; einer Rolle; ei ner Öffnung.
Ausführungsform 18: Verfahren nach einer der drei vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei Schritt c) ein Relativbewegen des Flalbzeugs und der Formgebeeinheit umfasst.
Ausführungsform 19: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) aufweist, umfassend:
e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Flalbzeugs; und e2) Regeln einer Geschwindigkeit des Flalbzeugs und/oder einer Energiezufuhr.
Ausführungsform 20: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Steue rungsschritt e) vor dem Formen in Schritt c) durchgeführt wird.
Ausführungsform 21 : Formelement hergestellt mittels einem Verfahren nach einer der vorher gehenden Ausführungsformen.
Ausführungsform 22: Computerprogramm umfassend computerausführbare Anweisungen zur Durchführung eines Steuerungsschritts wenn das Programm auf einem Computer oder Compu ternetzwerk ausgeführt wird, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmen eines Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit eines Flalbzeugs umfasst, wobei der Steuerungsschritt weiterhin ein Regeln des Prozesses durch Anpassen einer Geschwindigkeit des Flalbzeugs und/oder ei ner Energiezufuhr zu dem Flalbzeug umfasst.
Ausführungsform 23: Vorrichtung zum Fierstellen von Formelementen, die Vorrichtung umfas send:
mindestens eine Formgebeeinheit;
mindestens eine Bewegungseinheit; und
mindestens eine Energiezuführeinheit,
wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um ein Flalbzeug von einem biegeschlaffen Zustand (I) in einen biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, wobei das Flalbzeug in dem biegeschlaffen Zu stand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Flalbzeug in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad, wobei das Flalbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern auf weist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material ein gebettet sind. Ausführungsform 24: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Vor richtung weiterhin mindestens eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um einen Steuerungsschritt durchzuführen, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmenei- nes Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit eines Halbzeugs umfasst, wobei der Steue rungsschritt weiterhin ein Regeln, insbesondere durch Anpassen, einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezufuhr zu dem Halbzeug umfasst.
Ausführungsform 25: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Steu ereinheit weiterhin mindestens einen Speicher umfasst, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um mindestens einen Steuerungsparameter in dem Speicher zu speichern.
Ausführungsform 26: Vorrichtung nach einer der drei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um zumindest Schritte b) bis d) eines Verfahrens zur Her stellung mindestens eines Formelements gemäß einer der vorhergehenden, sich auf ein Ver fahren beziehenden Ausführungsformen auszuführen.
Ausführungsform 27: Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements, wobei das Formelement eine Geometrie aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Halbzeugs in einem biegeschlaffen Zustand (I), wobei das Halbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungs fasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) Überführen des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zu stand (II) durch Zufuhr einer Energiemenge, wobei das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) Formen des Halbzeugs, wobei dem Halbzeug die Geometrie des Formelements aufge prägt wird, wobei das Halbzeug während der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt wird; und
d) Überführen des Halbzeugs von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zu stand (IV),
wobei die für die Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biege steifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) dem Halbzeug zuge führt wird.
Ausführungsform 28: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei in dem Verfahren einzig in Verfahrensschritt b) eine Energiemenge dem Halbzeug zugeführt wird.
Ausführungsform 29: Verfahren nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei in Verfahrensschritt b) dem Halbzeug vollständig die zur Überführung des Halbzeugs von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge zuge führt wird. Ausführungsform 30: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die in Ver fahrensschritt b) zugeführte Energiemenge ausreichend ist, um das Halbzeug von dem biege schlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen.
Ausführungsform 31 : Verfahren nach einer der vier vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei das Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements ein kontinuierliches Herstel lungsverfahren umfasst.
Ausführungsform 32: Verfahren nach einer der fünf vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei das Halbzeug oberflächlich versiegelt ist.
Ausführungsform 33: Verfahren nach einer der sechs vorhergehenden Ausführungsformen, wobei eine zur Überführung des das Halbzeugs in Schritt c) von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) benötigte Energiemenge Teil der in Verfahrensschritt b) zugeführ ten Energiemenge ist.
Ausführungsform 34: 6.8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zur Überführung des Halbzeugs in Schritt d) von dem formstabilen Zustand (III) in den biege steifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge Teil der in Verfahrensschritt b) zugeführten Ener giemenge ist.
Ausführungsform 35: Verfahren nach einer der acht vorhergehenden Ausführungsformen, wo bei das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug eine Ausgangsform aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Strang, insbesondere einem Strangprofil; einem Stab; einem Rohr; einer Platte; einem Endlosprofil, einer Endlosplatte.
Ausführungsform 36: Verfahren nach einer der neun vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das in Schritt a) bereitgestellte Halbzeug mittels Filamentwinding oder Pultrusion oder Pullwinding oder Prepregverfahren hergestellt ist.
Ausführungsform 37: Verfahren nach einer der zehn vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Formen des Halbzeugs in Schritt c) ein Krümmen des Halbzeugs um mindestens eine Achse umfasst.
Ausführungsform 38: Verfahren nach einer der elf vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Halbzeug in Schritt c) in eine Helix- oder Spiralform geformt wird.
Ausführungsform 39: Verfahren nach einer der zwölf vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) aufweist, umfassend: e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Halbzeugs; und e2) Regeln einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezufuhr. Ausführungsform 40: Formelement hergestellt mittels einem Verfahren nach einem der drei zehn vorhergehenden Ausführungsformen.
Ausführungsform 41 : Computerprogramm umfassend computerausführbare Anweisungen zur Durchführung eines zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der vorhergehenden, sich auf ein Verfahren beziehenden Ausführungsformen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computernetzwerk ausgeführt wird, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmen eines Um satzgrads und/oder einer Umformbarkeit eines Halbzeugs umfasst, wobei der Steuerungsschritt weiterhin ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Energiezufuhr zu dem Halbzeug umfasst.
Ausführungsform 42: Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen, die Vorrichtung umfas send:
mindestens eine Formgebeeinheit;
mindestens eine Bewegungseinheit; und
mindestens eine Energiezuführeinheit,
wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um ein Halbzeug von einem biegeschlaffen Zustand (I) in einen biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, wobei das Halbzeug in dem biegeschlaffen Zu stand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad, wobei das Halbzeug ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern auf weist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material ein gebettet sind, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um zumindest Schritte b) bis d) eines Ver fahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 39 auszuführen.
Ausführungsform 43: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Vor richtung weiterhin mindestens eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um einen Steuerungsschritt durchzuführen, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmen ei nes Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit eines Halbzeugs umfasst, wobei der Steue rungsschritt weiterhin ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs und/oder einer Ener giezufuhr zu dem Halbzeug umfasst.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirk licht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbei spiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Fi guren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einan der entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen: Figur 1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur
Fierstellung mindestens eines Formelements;
Figur 2 eine schematische Darstellung zweier Ausführungsbeispiele eines Ver fahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements;
Figur 3 ein Diagramm einer Biegesteifigkeit eines Flalbzeugs in einem Ausfüh rungsbeispiel eines Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Form elements;
Figur 4 eine schematische Darstellung von Umsatzgraden, Biegesteifigkeiten und Oberflächenhärten eines Flalbzeugs in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Formgebung; Figur 6 eine schematische Darstellung einer segmentweisen Formgebung;
Figuren 7A bis 9C schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Formgebe- einheiten;
Figuren 10A bis 10D schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Bewe gungseinheiten;
Figur 1 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vor richtung zum Fierstellen von Formelementen;
Figuren 12A bis 12C Ausführungsbeispiele eines Formelements in einer schematischen Dar stellung (Figur 12A, in einer Detailansicht (Figur 12B) und in einer Schnittansicht (Figur 12 C);
Figur 13 ein Diagramm von experimentellen Ergebnissen zur Viskosität eines Re aktivkunststoff-Materials eines Flalbzeugs in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements;
Figur 14 ein Versuchsaufbau eines Dreipunktbiegeversuchs in einer schemati schen Darstellung;
Figur 15 ein Diagramm von experimentellen Ergebnissen zur Widerstandskraft eines Flalbzeugs in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements; Figur 16 ein Versuchsaufbau zum Formen eines Halbzeugs in Schritt c) eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung mindestens ei nes Formelements;
Figur 17 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur
Herstellung mindestens eines Formelements; und
Figur 18 eine schematische Darstellung zweier Ausführungsbeispiele eines Ver fahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements 1 10. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
a) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 1 12) Bereitstellen eines Halbzeugs 1 14 in einem bie geschlaffen Zustand (I), wobei das Halbzeug 1 14 ein Reaktivkunststoff-Material, beispielsweise ein reaktives Kunststoff-Material, und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfa sern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 1 16) Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem biege schlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) durch Zufuhr einer ersten Energiemenge, wobei das Halbzeug 1 14 in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug 1 14 in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 1 18) Formen des Halbzeugs 1 14, wobei dem Halb zeug 1 14 die Geometrie des Formelements 1 10 aufgeprägt wird, wobei das Halbzeug 1 14 wäh rend der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) über führt wird; und
d) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 120) Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem form stabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV).
Beispielsweise kann das Formelement 1 10 ein Formteil sein. So kann das Formelement 1 10 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Schraubenfeder, einer Drehstabfeder, ei nem Rohr, einem Stabilisator, einem Lenkgestänge, einem Handlauf, einem Geländer, einer Blattfeder, einer Mäanderfeder und einer C-Feder. Das Halbzeug 1 14 kann ein vorgefertigtes Stoffgemisch sein, welches aus einem Kunststoff-Material, beispielsweise aus einem aushärt baren Reaktivkunststoff, und darin eingebetteten Verstärkungsfasern bestehen kann. Das Halb zeug 1 14 kann beispielsweise als Strangprofil bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Halbzeug beispielsweise ein Hohl- oder Vollprofil sein und in einem Filamentwinding-, einem Pultrusions-, einem Prepreg- oder einem Pullwinding-Verfahren, beispielsweise in sogenannten Prepreg-Maschinen, hergestellt sein. Figuren 2 und Figuren 4 bis 12C und 16 zeigen Ausfüh rungsformen, in welchen das Halbzeug 1 14 als ein Rohr oder Stab bereitgestellt wird. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Formelements 110. Beispielsweise können die Verfahrensschritte in räumlich getrennten Bereichen durchgeführt werden, welche in Figur 2 durch die gestrichelten Kästen il lustriert sind. Die obere Reihe von Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens in einem diskontinuierlichen Prozess und die untere Reihe von Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens in einem kontinuierlichen Prozess. In Schritt a) 112 wird ein Halbzeug 114 in einem biegeschlaffen Zustand (I) bereitgestellt, wobei das Halbzeug 114 in dem biegeschlaffen Zu stand (I) einen ersten Umsatzgrad pi aufweist.
Das Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zu stand (II) in Schritt b) 116 erfolgt durch Zufuhr einer ersten Energiemenge Ei. So kann bei spielsweise die Zufuhr der ersten Energiemenge Ei die Aushärtungsreaktion, beispielsweise die Polymerisation, des reaktiven Kunststoff-Materials des Halbzeugs 114 auslösen oder vorantrei ben. Auf diese Weise kann das Halbzeug 114 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den form baren Zustand (II) überführt werden. Insbesondere kann die erste Energiemenge Ei dem Halb zeug 114 beispielsweise in Form von Wärme zugeführt werden. Beispielsweise kann das Halb zeug 114 in biegeschlaffem Zustand (I) durch die erste Energiemenge Ei erhitzt werden. Das Halbzeug 1 14 in dem formbaren Zustand (II) weist einen zweiten Umsatzgrad P2 auf, wobei P2 > Pi-
In Schritt e) 118 wird dem Halbzeug 114, insbesondere dem Halbzeug 1 14 in formbarem Zu stand (II), die Geometrie des Formelements 1 10 aufgeprägt. Während dieser Formgebung wird das Halbzeug 1 14 beispielsweise von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zu stand (III) überführt. In dem formstabilen Zustand (III) kann das Halbzeug 114, insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs 114, beispielsweise einen dritten Umsatzgrad p3 aufweisen, wobei p3 > P2. Beispielsweise kann ein Überführen des Halbzeugs 114 von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) durch Zufuhr der zweiten Energiemenge E2 geschehen, wobei E2 * Ei sein kann.
In Schritt d) 120 wird das Halbzeug 114 von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV) überführt. Insbesondere kann das Halbzeug 114 in dem biegesteifen Zustand (IV), insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs 114, einen vierten Umsatzgrad p4 aufweisen, wobei p4 > P3. Beispielsweise kann ein Überführen des Halbzeugs 114 von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV) durch Zufuhr der dritten Energie menge E3 geschehen, wobei E3 * E2 und/oder E3 * Ei sein kann.
Insbesondere kann das Halbzeug 114 ab einem durch einen ersten Kreis 122 markierten Zeit punkt den biegeschlaffen Zustand (I) aufweisen, ab einem durch einen zweiter Kreis 124 mar kierten Zeitpunkt den formbaren Zustand (II) aufweisen, ab einem durch einen dritten Kreis 126 markierten Zeitpunkt den formstabilen Zustand (III) aufweisen und ab einem durch einen dritten Kreis 128 markierten Zeitpunkt den biegesteifen Zustand (IV) aufweisen. Das Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements 1 10 kann weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 130) aufweisen. Der Steue rungsschritt e) 130 kann beispielsweise die folgenden hier nicht dargestellten Teilschritte um fassen:
e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Halbzeugs 114; und e2) Regeln einer Geschwindigkeit, beispielsweise einer Prozessgeschwindigkeit oder Durch laufgeschwindigkeit oder Verweilzeit, des Halbzeugs 114 und/oder einer Energiezufuhr.
Der Steuerungsschritt e) 130 kann, wie in Figur 1 gezeigt, beispielsweise zwischen Schritt a)
1 12 und Schritt b) 1 16 des Verfahrens durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerungsschritt e) 130 zwischen Schritt b) 116 und Schritt c) 118 durchgeführt werden. Alter nativ oder zusätzlich kann der Steuerungsschritt e) 130 zwischen Schritt c) 1 18 und Schritt d) 120 durchgeführt werden. Auch eine hier nicht illustrierte zeitgleiche Durchführung von Steue rungsschritt e) 130 mit einem oder mehrerer der Schritte a), b), c) und d) des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements 110, ist möglich.
Figur 3 zeigt schematisch ein Diagramm einer Biegekraft F zum Umformen eines Halbzeugs 1 14 in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formele ments 110. Die logarithmisch auf der vertikalen Achse aufgetragene Biegekraft F zum Umfor men des Halbzeugs 114 variiert mit den unterschiedlichen Zuständen (I) bis (IV) des Halbzeugs 1 14 über den Verlauf der Schritte b), c) und d) des Verfahrens. Die horizontale Achse zeigt ei nen linearen Zeitverlauf t. Insbesondere kann in dem in Figur 3 illustrierten Diagramm beispiels weise eine Aushärtereaktion, beispielsweise die Polymerisationsreaktion, des Halbzeugs 1 14 zeigen, wobei eine Gesamtdauer der Aushärtereaktion, insbesondere eine Gesamtdauer von beispielsweise mehreren Minuten, in drei Phasen der Entwicklung der Biegekraft, beispiels weise durch die Schritte b) 1 16, c) 118 und d) 120 gekennzeichnet, unterteilt werden.
Beispielsweise kann das Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II) durch Zufuhr der ersten Energiemenge E1 des Schritts b) umfassen, dass verschiedene Elemente des Reaktivkunststoff-Materials aufgeheizt werden, wobei manche der Elemente beispielsweise schmelzen können, zum Beispiel von festen Kristallen in flüssige Reaktanden, beispielsweise Reagenzien. So kann die Biegekraft zum Umformen und/oder eine Viskosität des Halbzeugs 114, beispielsweise des Halbzeugs 114 als Gesamtsystem, sich durch Zufuhr der ersten Energiemenge E1 anfangs zunächst sogar verringern kann weil eine physikalische Absenkung der Viskosität mit steigender Temperatur eventuell schneller erfolgt als eine Erhöhung der Viskosität durch Polymerisation. Beispielsweise kann das Halbzeug 114 vor Erreichen des formbaren Zustands (II) einen chemischen Umschlagpunkt, beispielsweise ein Polymerisationslevel, erreichen ab dem ausschließlich ein Verfestigen und somit ein Anstieg der Biegekraft zum Umformen des Halbzeugs 114 erfolgen kann.
Beispielsweise kann das Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) des Schritts c) umfassen, dass das Halbzeug 114 durch den anstei genden Umsatzgrad, beispielsweise von dem zweiten Umsatzgrad p2 zum dritten Umsatzgrad P3, insbesondere durch das ansteigende Polymerisationslevel, fester wird und somit die notwen dige Biegekraft zum Umformen des Halbzeugs 1 14 steigt. Insbesondere kann die Biegekraft zum Umformen des Halbzeugs 1 14 in Schritt e) 1 18 bis zu einem Punkt steigen ab dem ein For men nicht mehr möglich ist, ohne dabei das Halbzeug 1 14 zu beschädigen, beispielsweise mit sehr hohem Kraftaufwand, d.h. bis zum Erreichen des formstabilen Zustands (III) des Halb zeugs 1 14.
Die Aushärtungsreaktion kann beispielsweise eine exotherme Reaktion sein, so dass die Poly merisation des Halbzeugs 1 14 beispielsweise eine Temperatur des Halbzeugs 1 14 erhöhen kann. So kann sich die Aushärtungsreaktion des Halbzeugs 1 14 beispielsweise selbst verstär ken, so dass, beispielsweise in Schritt c) 1 18, ein exponentieller Anstieg der Biegekraft zum Umformen des Halbzeugs erfolgen kann.
Nach Durchführung des Schritts c) 1 18 kann das Halbzeug 1 14 z.B. eine hohe Biegekraft zum Umformen des Halbzeugs aufweisen, seine maximalen Eigenschaften, wie z.B. mechanische Festigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und Glasübergangstemperatur, beispielsweise jedoch noch nicht erreicht haben. Beispielsweise kann die Durchführung des Schritts c) eine kritische Phase des Herstellungsverfahrens sein, beispielsweise da das Halbzeug 1 14 in dieser Phase geformt wird, wobei diese Phase beispielsweise weniger als 30s, insbesondere ein Fünftel, bei spielsweise ein Zehntel der Gesamtdauer der Aushärtungsreaktion, andauern kann.
In Schritt d) 120 erfolgt das Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zustand (IV), d. h. das Halbzeug 1 14 kann beispielsweise nach Abschluss dieser Phase seine maximalen oder finalen Eigenschaften erreichen.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung von Umsatzgraden p, Biegesteifigkeiten E und Oberflächenhärten H eines Halbzeugs 1 14 in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements 1 10. Die Verfahrensschritte b) bis d) laufen in dem in Figur 4 dargestellten Schema, entsprechend der horizontalen Zeitachse t, von links nach rechts ab. In der mit P gekennzeichneten Bildreihe ist ein von links nach rechts ansteigender Umsatzgrad p dargestellt. In der mit E gekennzeichneten Bildreihe ist ein Ansteigen der Biege steifigkeit oder Formstabilität von links nach rechts illustriert und die mit H gekennzeichnete Bildreihe zeigt von links nach rechts eine steigende Oberflächenhärte H.
Das Formen des Halbzeugs 1 14 in Schritt c), insbesondere sowohl eine in Figur 5 gezeigte kon tinuierliche Formgebung als auch eine in Figur 6 illustrierte segmentweise Formgebung, kann ein Krümmen des Halbzeugs 1 14 um mindestens eine Achse 132 umfassen. Insbesondere kann das Halbzeug 1 14 in Schritt c) um die mindestens eine Achse 132 gekrümmt werden. So kann das Halbzeug 132 nach der Formgebung in Schritt c) 1 18 beispielsweise mindestens eine Krümmung aufweisen. Insbesondere kann das gekrümmte Halbzeug 1 14 beispielsweis mindes tens einen Krümmungsradius Ftk aufweisen. Insbesondere kann die in Figur 5 gezeigte kontinuierlichen Formgebung, wie sie beispielsweise in Schritt c) 1 18 des Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements 1 10 durchge führt werden kann, einen zeitabhängigen Krümmungsradius Rk(t) aufweisen. Insbesondere kann der Krümmungsradius Rk(t) beispielsweise eine sich zeitlich verändernde stetige Funktion aufweisen. Die kontinuierliche Formgebung kann insbesondere ein durchgängiges oder stetiges Formen umfassen. So kann das Flalbzeug 1 14 beispielsweise kontinuierlich mit einer Ge schwindigkeit V 134 bewegt werden. Für die Geschwindigkeit 134 kann beispielsweise folgende Formel gelten: V = dL/dt, wobei L einer zeitabhängigen Länge L(t) 136 des mit der Geschwin digkeit V 134 bewegten Flalbzeugs 1 14 entspricht. Das Formen, insbesondere die kontinuierli che Formgebung, des Flalbzeugs 1 14 kann beispielsweise ein ununterbrochenes Formen des Flalbzeugs 1 14 umfassen. Zum Beispiel kann Schritt c) eine ununterbrochene Fortdauer des Formens des Flalbzeugs 1 14 umfassen.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer segmentweisen Formgebung, wie sie bei spielsweise in Schritt c) 1 18 des Verfahrens zur Fierstellung mindesten eines Formelements 1 10 durchgeführt werden kann. Dabei kann dem Flalbzeug 1 14 ein segmentweise variierender Krümmungsradius Ftk' auf eine Länge 138 AL' des Flalbzeugs 1 14, insbesondere auf eine Profil länge, über eine Zeit At' aufgeprägt werden. Das Formen, insbesondere die segmentweise Formgebung, des Flalbzeugs 1 14 kann beispielsweise ein Aufprägen einer Form, beispiels weise ein Krümmen, eines Abschnitts oder Segments des Flalbzeugs 1 14 umfassen, in einem Wechsel mit einer Weiterbewegung des Flalbzeugs 1 14.
In den Figuren 7A bis 9C sind beispielsweise schematische Darstellungen von Ausführungsbei spielen von Formgebeeinheiten 140 dargestellt. Wie in den Figuren erkennbar, kann die Form- gebeeinheit 140 unterschiedlich ausgestaltet sein. So kann die Formgebeeinheit 140 beispiels weise eine Außenform, insbesondere eine Außenform mit beweglicher Kontaktfläche oder mit unbeweglicher und gleitfähiger Kontaktfläche, aufweisen. Beispielsweise zeigen die Figuren 7A bis 7J Ausführungsbeispiele von Formgebeeinheiten 140 für eine kontinuierliche Formgebung, wobei die Formgebeeinheit 140 beispielsweise stationäre Elemente oder rotierende Elemente, beispielsweise Rollen 144, aufweisen kann. Die Figurenpaare 7A und 7B, 7C und 7D, 7E und 7F, 7G und 7FH , 7I und 7J zeigen wie durch Änderung der Geometrie ein und derselben Form gebeeinheit 140 der Krümmungsradius kontinuierlich über die Zeit und Länge des Flalbzeugs verändert werden kann. Die Figuren 8A bis 8FH zeigen beispielsweise Ausführungsbeispiele von Formgebeeinheiten 140 für eine segmentweise Formgebung, wobei die Formgebeeinheit 140 beispielsweise bewegliche Elemente aufweisen kann. Insbesondere können weitere Positionen der beweglichen Elemente der Formgebeeinheit 140 in den Figuren durch eine gestrichelte Dar stellung illustriert sein. Eine Bewegung der beweglichen Elemente der Formgebeeinheit 140 kann in den Figuren auch mittels Pfeilen angezeigt sein.
In den Figuren 9A bis C ist eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Formgebeeinheit 140 dargestellt, ähnlich zur zweidimensional gezeigten Formgebeeinheit 140 in den Figuren 8G und 8FH . Insbesondere kann die Formgebeeinheit 140 eine Innenform, bei spielsweise eine Innenform mit helikaler Nut, aufweisen. Insbesondere kann eine derartig ge formte Formgebeeinheit 140 beispielsweise für ein Formen des Flalbzeugs 1 14 in eine FHelix- oder Spiralform verwendet werden. Beispielsweise kann die Formgebeeinheit 140 auch eine Bewegung, beispielsweise eine kombinierte Bewegung aus Rotation und Translation, ausfüh ren, um das Halbzeug 1 14 in die Helix- oder Spiralform zu formen. So kann die Formgebeein heit 140, wie in den Figuren gezeigt, eine Rotation um die Achse 132 ausführen und gleichzeitig entlang der Achse 132 translatorisch bewegt werden, um das Halbzeug 1 14 in die Helix- oder Spiralform zu formen.
Figur 9 ist dreidimensional dargestellt, um beispielhaft zu verdeutlichen, dass generell mit den in den zweidimensional dargestellten Figuren 7 und 8 gezeigten Formgebeeinheiten 140 auch dreidimensionale gekrümmte helixförmige Formen herstellbar sein können.
Beispielsweise kann die Formgebeeinheit 140 eingerichtet sein, um ein inkrementeiles kontinu ierliches oder quasikontinuierliches Biegen und Prägen des Halbzeugs 1 14 apparativ umzuset zen. So kann beispielsweise eine kontinuierlich durchlaufene in ihrer Konstellation veränderli che Kombination mehrerer Rollen 144 zum Biegen unter Längszug oder Längsdruck dem Halb zeug 1 14 die gewünschte Geometrie des Formelements 1 10 aufprägen. Alternativ oder zusätz lich kann beispielsweise eine kontinuierlich durchlaufene in ihrer Konstellation veränderliche Kombination mehrerer Querschnittsöffnungen, beispielsweise ähnlich oder analog zu einem Nissin-Prozess, wie beispielsweise in Figuren 7E und 7F gezeigt sein kann, dem Halbzeug 1 14 die gewünschte Geometrie des Formelements 1 10 aufprägen. Alternativ oder zusätzlich kann dem Halbzeug 1 14 beispielsweise die gewünschte Geometrie des Formelements 1 10 aufge prägt werden indem das Halbzeug 1 14 eine Außenform mit unbeweglicher, glatter und gleitfähi ger Kontaktfläche durchläuft. Alternativ oder zusätzlich kann dem Halbzeug 1 14 beispielsweise die gewünschte Geometrie des Formelements 1 10 auch aufgeprägt werden indem das Halb zeug 1 14 eine Außenform mit beweglicher Kontaktfläche, beispielsweise realisiert z.B. über Rollen 144, Förderketten oder Bänder auf Führungsschienen oder Klemmantriebe, durchläuft. Auch eine quasikontinuierlich schrittweise durchlaufene Form mit pro Sequenzfolge veränderli cher Geometrie und mit sequentiellem Einführen, Halten und Ausführen, ist möglich. So kann die Formgebeeinheit 140 beispielsweise eine Form aufweisen, welche beispielsweise während einer Sequenzfolge von Einführen, Halten und Ausführen entweder unverändert in ihrer Geo metrie ist oder beim Einführen geweitet, beim Halten formend eng und beim Ausführen geweitet ist.
Figuren 10A bis 10D zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Bewe gungseinheiten 142. Die Bewegungseinheit 142 kann insbesondere eingerichtet sein, um das Halbzeug 1 14 räumlich zu bewegen, beispielsweise durch Zug und/oder Druck. So kann die Be wegungseinheit 142 beispielsweise Rollen 144, insbesondere Abzugsrollen, und/oder För derelemente 146, beispielsweise einer Förderkette oder Förderband, insbesondere in einem Raupenabzug, und oder einen Klemmantrieb aufweisen, wobei in den Figuren jeweils nur bei spielhaft eine der Rollen 144 oder der Förderelemente 146 gekennzeichnet ist. Das Halbzeug 1 14 in biegeschlaffem Zustand (I) oder in formbarem Zustand (II) kann beispielsweise mittels der Bewegungseinheit 142 gezogen werden. Insbesondere kann das Halbzeug 1 14 in form stabilem Zustand (III) oder in biegesteifem Zustand (IV) mittels der Bewegungseinheit 142 ge zogen oder geschoben werden.
Insbesondere können die Formgebeeinheit 140 und die Bewegungseinheit 142 auch integral ausgestaltet sein. So können die in den Figuren 7A bis 7D dargestellten Ausführungsbeispiele der Formgebeeinheit 140 beispielsweise Rollen 144 aufweisen, welche sowohl zur Formgebung als auch zur Bewegung des Halbzeugs 1 14 geeignet sind.
Sowohl die Formgebeeinheit 140 als auch die Bewegungseinheit 142 sind Teil einer erfindungs gemäßen Vorrichtung 148 zum Herstellen von Formelementen 1 10, wie sie beispielsweise schematisch in Figur 1 1 dargestellt ist. Die Vorrichtung 148 umfasst weiterhin mindestens eine Energiezuführeinheit 150 und ist eingerichtet, um ein Halbzeug 1 14 von einem biegeschlaffen Zustand (I) in einen biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, wobei das Halbzeug 1 18 in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad pi aufweist, wobei das Halbzeug in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad p2 aufweist, wobei pi < p2. Das Halbzeug 1 14 ist ein Reaktivkunststoff-Material und weist Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstär kungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind.
Insbesondere kann das Halbzeug 1 14 entlang einer geraden Strecke und/oder einer Krümmun gen aufweisenden Strecke bewegt werden und dabei beispielsweise durch die Energiezufüh rungseinheit 150 erhitzt werden. Beispielsweise kann die Energiezuführeinheit 150 ein Heizbad, insbesondere ein Ölbad, oder einen Heizofen aufweisen, welches das Halbzeug 1 14, wie in Fi gur 1 1 illustriert, beispielsweise durchläuft.
Die Vorrichtung 148 zum Herstellen von Formelementen 1 10 kann weiterhin mindestens eine Steuereinheit 152 aufweisen. Die Steuereinheit 152 kann insbesondere eingerichtet sein, um einen Steuerungsschritt durchzuführen, beispielsweise den Steuerungsschritt e) 130 des Ver fahrens zur Herstellung eines Formelements 1 10, wie z.B. in Figur 1 gezeigt. Insbesondere kann die Steuereinheit 152 zum Bestimmen des Umsatzgrads und/oder der Umformbarkeit des Halbzeugs 1 14 mindestens einen Temperatursensor 154 zur Bestimmung einer Temperatur und/oder einen Geschwindigkeitssensor 155 zu Bestimmung einer Geschwindigkeit V des Halb zeugs 1 14 aufweisen. Weiterhin kann die Steuereinheit 152 zum Anpassen der Geschwindig keit des Halbzeugs 1 14 und/oder der Energiezufuhr zu dem Halbzeug 1 14 mindestens einen Antrieb 156 zum Antreiben der Bewegungseinheit 142 und/oder zum Antrieb der Energiezu führeinheit 150 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 152 zum Bestim men des Umsatzgrads und/oder der Umformbarkeit des Halbzeugs 1 14 mindestens einen Qua litätssensor 158 zur Messung der Viskositäts oder Temperatur oder notwendigen Biegekraft zum Bestimmen des Umsatzgrades oder der Umformbarkeit des Halbzeugs 1 14 aufweisen. Beispielweise kann die Steuereinheit 152, wie in Figur 1 1 gezeigt, auch zwei Qualitätssensoren 158 aufweisen. Beispielsweise kann das Halbzeug 1 14 der Vorrichtung 148 in dem biegeschlaffen Zustand (I) zugeführt werden. Dabei kann das Halbzeug 1 14 beispielsweise mittels mindestens einer Folie, insbesondere durch Folieren, umschossen sein und auf diese Weise gegen ein Auslaufen des Reaktivkunststoff-Materials geschützt sein.
Das Halbzeug 1 14 kann insbesondere durch die Energiezuführeinheit beispielsweise in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozess vor der Formgebung, insbesondere vor ei ner Verformung durch die Formgebeeinheit 140, durch Energiezufuhr, insbesondere durch min destens eine Zufuhr der ersten Energiemenge Ei, zur Reaktion gebracht werden. Beispiels weise kann das Halbzeug 1 14 dadurch den formbaren Zustand (II) erreichen und z.B. bei fort schreitender Aushärtungsreaktion von flüssig zu fest ohne weitere Energiezufuhr in der Form gebeeinheit 140, insbesondere in einem schmalen oder engen Zeitfenster, umgeformt werden, beispielsweise während das Halbzeug 1 14 von dem formbaren Zustand (II) in den formstabilen Zustand (III) überführt wird. So kann das Halbzeug 1 14 beispielsweise während des Formens seine endgültige Krümmung erhalten, wobei diese dem Halbzeug 1 14 so lange aufgeprägt wer den kann bis es den formstabilen Zustand (III) erreicht hat. Beispielsweise kann das Formen des Halbzeugs 1 14 über eine Zeit und/oder eine Länge des geformten Halbzeugs 1 14 ange passt werden. So können dem Halbzeug 1 14 beispielsweise unterschiedliche Krümmungsra dien und/oder Teilungen aufgeprägt werden.
Die Bewegungseinheit 142, beispielsweise eine Zugvorrichtung, kann sich alternativ oder zu sätzlich zu dem in Figur 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auch am Ende der Vorrichtung 148, beispielsweise nach der Formgebeeinheit 140 befinden. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 148 beispielsweise in einem konstanten Zugbetrieb betrieben werden, beispiels weise ähnlich wie bei einer Freiformung von Stahldraht. Alternativ kann das Halbzeug 1 14 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 148 beispielsweise auch schrittweise gezogen werden, ins besondere mit einem geformten Werkzeug, beispielsweise ähnlich wie in einer radialen Pultru- sion.
Die Vorrichtung 148 zum Herstellen von Formelementenl 10 kann beispielsweise eine in Figur 1 1 nicht dargestellte Schneidevorrichtung zum Abtrennen des Formelements 1 10 aufweisen.
Beispielsweise kann das durch die Formgebeeinheit 140 geformte Halbzeug 1 14, insbesondere zumindest ein bereits geformter Abschnitt des Halbzeugs 140, unter Beibehaltung seiner Form beispielsweise mittels der Bewegungseinheit 142 vorangeschoben werden. Insbesondere kann das Halbzeug 1 14 in dem formstabilen Zustand (III) geeignet sein einer Schwerkraft, insbeson dere einer durch sein Eigengewicht verursachten Kraft, standzuhalten. Beispielsweise kann ein nach der Formgebeeinheit 140 angeordnetes Ölbad, beispielsweise eine Belastung des geform ten Halbzeugs 1 14 durch seine eigene Schwerkraft direkt nach der Formgebung vermindern.
Alternativ oder zusätzlich, kann das Halbzeug 140, beispielsweise direkt, im Anschluss an die Formgebung erwärmt werden, z.B. indem das Halbzeug 1 14 heißer Luft, heißer Flüssigkeit oder Wärmestrahlung ausgesetzt wird. Weiterhin kann das Halbzeug 1 14 nach der Formgebung auch eine vollständige Aushärtung, beispielsweise eine Nachhärtung, in einem Ofen oder Ölbad durchlaufen.
In Figur 12A ist ein Ausführungsbeispiel eines Formelements 1 10 gezeigt. Das Formelement 1 10 kann insbesondere eine Helix- oder Spiralform aufweisen, wobei eine Steigung Fl und ein Durchmesser D beispielsweise konstant sein können. Auch ein Steigungswinkel a kann bei spielsweise konstant sein. In Figur 12B ist ein Ausschnitt des in Figur 12A illustrierten Formele ments 1 10 in einer Ansicht von oben dargestellt. Figur 12C zeigt eine Schnittansicht des in Fi gur 12B illustrierten Ausschnitts des Formelements 1 10. Wie in den Figuren dargestellt, können das Flalbzeug 1 14 sowie das Formelement 1 10 beispielsweise hohl ausgeführt sein. Insbeson dere kann ein Außendurchmesser de beispielsweise größer sein als ein Innendurchmesser d,. Alternativ kann das Flalbzeug 1 14 auch beispielsweise mit einem Inliner gefüllt sein, so kann beispielsweise der Innendurchmesser d, des Flalbzeugs 1 14 durch einen Inliner ausgefüllt sein.
Figur 13 zeigt ein Diagramm von experimentellen Ergebnissen zur Viskosität eines Reaktiv kunststoff-Materials eines Flalbzeugs 1 14 in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 148 zur Fierstellung mindestens eines Formelements 1 10. Das Diagramm zeigt den zeitlichen Ver lauf der Viskosität h 160, eines Speichermoduls G‘ 162 und eines Verlustmoduls G“ 164 des Reaktivkunststoff-Materials. Die illustrierten Messwerte wurden beispielsweise für ein Reaktiv kunststoff-Material zwischen oszillierenden Scheiben eines Rheometers bei einer Temperatur von 150°C bestimmt. Die Werte der Viskosität h 160 ist linear auf der linksseitig angeordneten vertikalen Achse 166 in Millipascal Sekunden [mPa s] aufgetragen. Die Werte des Speichermo duls G‘ und des Verlustmoduls G“ sind logarithmisch auf der rechtsseitig angeordneten vertika len Achse 168 in Pa aufgetragen. Die horizontale Achse zeigt einen linearen Zeitverlauf t in Mi nuten.
In Figur 14 ist ein Ausführungsbeispiel eines Versuchsaufbaus eines Dreipunkbiegeversuchs 169 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Darin wird das Flalbzeug 1 14 an zwei Lager stellen Li und L2, insbesondere an den beiden Enden des Flalbzeugs 1 14, fixiert gehalten, wäh rend an einer dritten Stelle L3, beispielsweise mittig zwischen den beiden Lagerstellen Li und L2 angeordnet, eine Kraft F auf das Flalbzeug 1 14 ausgeübt wird.
Figur 15 zeigt ein Diagramm von experimentellen Ergebnissen zur Widerstandskraft eines Flalb zeugs 1 14 in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Fierstellung mindestens eines Formelements 1 10. Insbesondere sind Ergebnisse eines Dreipunktbiegeversuchs 169, wie bei spielsweise in Figur 14 gezeigt, mit Flalbzeugen 1 14 illustriert, welche in einem Ölbad bei 140°C, 150°C und 160°C eine Aushärtungsreaktion durchliefen. Die horizontale Achse zeigt ei nen linearen Zeitverlauf t in Sekunden. Auf der vertikalen Achse ist eine mittlere Kraft AF(t) in Newton [N] zur Auslenkung des Flalbzeugs 1 14 um 2 mm aufgetragen. Zur Bestimmung der Kraftverläufe, insbesondere des ersten mittleren Kraftverlaufs 170 bei 140°C, des zweiten mitt leren Kraftverlaufs 172 bei 150°C und des dritten mittleren Kraftverlaufs 174 bei 160°C, wurden Dreipunktbiegeversuche 169 durchgeführt. Es wurden Dreipunktbiegeversuche 169 mit stabför migen Flalbzeugen 1 14 aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) in ausgehärtetem Zustand und während einem Durchlaufen der Aushärtungsreaktion in einem Ölbad bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Weiterhin wurden dynamische Dreipunktbiegeversuche 169 mit Halbzeugen 1 14 während des Durchlaufens der Aushärtungsreaktion, insbesondere von dem biegeschlaffen Zustand (I) bis hin zu dem biegesteifen Zustand (IV), bei Temperaturen von 140°C, 150°C und 160°C durchgeführt. Dabei betrug ein Abstand zwischen zwei Lagerpunkten, insbesondere zwischen zwei Auflagern, 150 mm. Die dynamischen Dreipunktbiegeversuche 169, insbesondere die Versuche im Ölbad, wurden mit einer Frequenz von 1 Hz und einer Amplitude von +/-2mm ausgeführt. Für jedes der Halbzeuge 1 14 wurde eine Kraft ermittelt, wel che zu einer Auslenkung des Halbzeugs 1 14, insbesondere zu einer Biegung des Halbzeugs 1 14, nach oben und/oder unten von 2mm führte. Daraus wurde für jede der drei Temperaturen, 140°C, 150°C und 160°C, eine mittlere Kraft AF(t) bestimmt, welche zu einer Auslenkung der Halbzeuge 1 14 von 2 mm führte. Zu Beginn des dynamischen Dreipunktbiegeversuchs 169 wie sen die Halbzeuge 1 14 den biegeschlaffen Zustand auf. Insbesondere können die in der Ver suchsanordnung ermittelten Veränderungen der mittleren Kraft AF(t), insbesondere eine Stei gung der in Figur 15 illustrierten Kraftkurven, qualitativ sein, beispielsweise da sich das zu Be ginn weiche Halbzeug 1 14 den Auflagen anpasste und der gesamte Aufbau dadurch beispiels weise weniger steif war.
Figur 16 zeigt einen Versuchsaufbau zum Formen eines Halbzeugs 1 14 in Schritt c) eines Aus führungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements 1 10. Ins besondere ist ein Versuchsaufbau, beispielsweise ähnlich oder analog zu einer Rohrbiegema- schine, dargestellt, in welchem dem Halbzeug 1 14, insbesondere einem Composite-Schlauch, eine Geometrie des Formelements 1 10 aufgeprägt wird. Bei der Durchführung des Versuchs wurde das Halbzeug 1 14 zunächst bei einer konstanten Temperatur, beispielsweise bei 150°C, für eine definierte Zeitdauer, z.B. für fünf Minuten, in einem Ölbad erhitzt, was beispielsweise dem Schritt b) 1 16 des Verfahrens zur Herstellung von Formelementen 1 10 entsprechen kann.
Danach wurde das Halbzeug 1 14 in einer ersten Position 176 in den in Figur 16 gezeigten Ver suchsaufbau eingebracht. Insbesondere wurde das Halbzeug 1 14 zwischen einer Andruckrolle 178 und einer kreisförmigen Matrize 180 eingespannt. Die Andruckrolle 178 und die kreisför mige Matrize 180 sind beispielsweise Teil einer Formgebeeinheit 140, wobei die Andruckrolle 178 in einem Winkel q um eine Achse 132 bewegt werden kann, wobei die Achse 132 durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Matrize 180 verläuft. In der ersten Position 176 befand sich die Andruckrolle 178 in einem Winkel von q = 0°.
Nach dem Einbringen des Halbzeugs 1 14 in der ersten Position 176 zwischen der Andruckrolle 178 und der kreisförmigen Matrize 180, wurde das Halbzeug 1 14 durch ein Bewegen der um laufenden Andruckrolle 178 mit konstanter Geschwindigkeit v gegen die kreisförmig Matrize 180 gedrückt, was beispielsweise dem Schritt c) 1 18 des Verfahrens zur Herstellung von Formele menten 1 10 entsprechen kann. Die Andruckrolle 178 wurde in die zweite Position 182 gebracht, wodurch das Halbzeug 1 14 beispielsweise zu einem Viertelkreis mit Radius R = 50 mm gebo gen wurde. Insbesondere wurde die Andruckrolle 178 um einen Winkel q = 90° um die kreisför mige Matrize 180 von der ersten Position 176 in die zweite Position 182 bewegt. Eine von der Andruckrolle 178 auf das Halbzeug 1 14 ausgeübte Kraft F( ) wurde dabei über ein Seil mit ei nem Hebel von 50 mm aufgebracht und kontinuierlich gemessen. Das Halbzeug 114 durchlief während der Umformung eine Aushärtungsreaktion, so dass aufgrund dieser laufenden Poly merisation die aufzubringende Kraft zur Umformung kontinuierlich zunahm insbesondere an- stieg.
Beim Erreichen von q = 90° Umformung, insbesondere entsprechend einem Viertelkreis, d.h. bei Erreichen der zweiten Position 182, wurde die Bewegung der Andruckrolle 178 gestoppt und die Umformung des Halbzeugs 114 für eine weitere definierte Zeiteinheit, beispielsweise für 30 Sekunden, angehalten. In dieser Haltephase wurde die Temperatur innerhalb des Halbzeugs 1 14, beispielsweise im Schlauch, bestimmt. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Tempe ratur des Halbzeugs 114, trotz Verlassen des Ölbades weiter anstieg. Dieser Temperaturan stieg des Halbzeugs 114 obwohl sich das Halbzeug 1 14 in der zweiten Position 182 und somit außerhalb des Ölbads befand kann beispielsweise begründet sein durch den exothermen Ver lauf der Aushärtungsreaktion, insbesondere durch eine Exothermie der Reaktion.
Nach der Haltephase wurde versucht die Andruckrolle 178 in eine dritte Position 184 zu bewe gen, um das Halbzeug 114 von dem Viertelkreis in einen Halbkreis mit Radius R = 50 umzufor men. Bei dem Versuch dieser Umformung wurde erneut die von der Andruckrolle 178 auf das Halbzeug 1 14 ausgeübte Kraft F(d) bestimmt, wobei der Versuch bei Erreichen von ca. 80 bis 100 N, beispielsweise 85 N < F(d) < 100 N, zum Schutz der Anlage abgebrochen wurde. Zuletzt wurde nach einem Abkühlen des Halbzeugs 114, beispielsweise auf Raumtemperatur, eine Restenthalpie gemessen, beispielsweise eine Restexothermie, von 1 ,9 Joule pro Gramm [J/g] des Halbzeugs 1 14, beispielsweise des Composite-Schlauchs, über Differential Scanning Calo- rimetry (DSC), was beispielsweise 0,9 % einer ursprünglichen Reaktionsenthalpie entspricht.
Die folgende Tabelle zeigt beispielhafte Werte, welche bei einer Versuchsdurchführung, insbe sondere bei einer Versuchsdurchführung wie oben beschrieben, eingehalten werden können, auftreten können oder messbar sein können. Insbesondere bestand das in den Beispielen ver wendete Reaktivkunststoff-System beispielsweise aus dem Harz Bisphenol-A-Diglycidylether und dem Härter Dicyanamid (6,5 Gew.%) + 1 bis 3 Gew. % latentem Uron, zum Beispiel erhält lich unter dem Markennamen Dyhard® UR700. Der Fasermassenanteil wurde rechnerisch über die verwendete Menge an Glasmaterial, Kernmaterial, Hilfsmaterialien und dem Gesamtgewicht der Halbzeuge bei 65% +/-2% ermittelt.
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Figur 17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstel lung mindestens eines Formelements 1 10. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 186) Bereitstellen eines Halbzeugs 1 14 in einem bie geschlaffen Zustand (I), wobei das Halbzeug 1 14 ein Reaktivkunststoff-Material, beispielsweise ein reaktives Kunststoff-Material, und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfa sern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 188) Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem biege schlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) durch Zufuhr einer Energiemenge, wobei das Halbzeug 1 14 in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug 1 14 in einem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 190) Formen des Halbzeugs 1 14, wobei dem Halb zeug 1 14 die Geometrie des Formelements 1 10 aufgeprägt wird, wobei das Halbzeug 1 14 wäh rend der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) über führt wird; und
d) (gekennzeichnet durch Bezugsziffer 192) Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem form stabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV).
wobei die für die Überführung des Halbzeugs (1 14) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) dem Halbzeug (1 14) zugeführt wird.
Beispielsweise kann das Formelement 1 10 ein Formteil sein. So kann das Formelement 1 10 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Schraubenfeder, einer Drehstabfeder, ei nem Rohr, einem Stabilisator, einem Lenkgestänge, einem Handlauf, einem Geländer, einer Blattfeder, einer Mäanderfeder und einer C-Feder. Das Halbzeug 1 14 kann ein vorgefertigtes Stoffgemisch sein, welches aus einem Kunststoff-Material, beispielsweise aus einem aushärt baren Reaktivkunststoff, und darin eingebetteten Verstärkungsfasern bestehen kann. Das Halb zeug 1 14 kann beispielsweise als Strangprofil bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Halbzeug beispielsweise ein Hohl- oder Vollprofil sein und in einem Filamentwinding-, einem Pultrusions-, einem Prepreg- oder einem Pullwinding-Verfahren, beispielsweise in sogenannten Prepreg-Maschinen, hergestellt sein. Figuren 2 und Figuren 4 bis 12C und 16 zeigen Ausfüh rungsformen, in welchen das Halbzeug 1 14 als ein Rohr oder Stab bereitgestellt wird. Figur 18 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Formelements 110. Beispielsweise können die Verfahrensschritte in räumlich getrennten Bereichen durchgeführt werden, welche in Figur 18 durch die gestrichelten Kästen illustriert sind. Die obere Reihe von Figur 18 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens in ei nem diskontinuierlichen Prozess und die untere Reihe von Figur 18 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens in einem kontinuierlichen Prozess. In Schritt a) 1 12 wird ein Halbzeug 1 14 in ei nem biegeschlaffen Zustand (I) bereitgestellt, wobei das Halbzeug 114 in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad pi aufweist.
Das Überführen des Halbzeugs 1 14 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zu stand (II) in Schritt b) 1 16 erfolgt durch Zufuhr einer Energiemenge En. So kann beispielsweise die Zufuhr der Energiemenge En die Aushärtungsreaktion, beispielsweise die Polymerisation, des reaktiven Kunststoff-Materials des Halbzeugs 114 auslösen oder vorantreiben. Auf diese Weise kann das Halbzeug 1 14 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II) überführt werden. Insbesondere kann die Energiemenge En dem Halbzeug 1 14 beispiels weise in Form von Wärme zugeführt werden. Beispielsweise kann das Halbzeug 1 14 in biege schlaffem Zustand (I) durch die Energiemenge En erhitzt werden. Das Halbzeug 1 14 in dem formbaren Zustand (II) weist einen zweiten Umsatzgrad p2 auf, wobei P2 > pi. Insbesondere kann die Energiemenge En ausreichen, um das Halbzeug 1 14 von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen.
In Schritt e) 118 wird dem Halbzeug 1 14, insbesondere dem Halbzeug 1 14 in formbarem Zu stand (II), die Geometrie des Formelements 1 10 aufgeprägt. Während dieser Formgebung wird das Halbzeug 1 14 beispielsweise von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zu stand (III) überführt. In dem formstabilen Zustand (III) kann das Halbzeug 114, insbesondere das Reaktivkunststoff-Material des Halbzeugs 1 14, beispielsweise einen dritten Umsatzgrad p3 aufweisen, wobei p3 > P2.
In Schritt d) 120 wird das Halbzeug 114 von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV) überführt. Insbesondere kann das Halbzeug 114 in dem biegesteifen Zustand (IV), insbesondere das Reaktivkunststoff- Material des Halbzeugs 114, einen vierten Umsatzgrad p4 aufweisen, wobei p4 > P3.
Insbesondere kann das Halbzeug 114 ab einem durch einen ersten Kreis 122 markierten Zeit punkt den biegeschlaffen Zustand (I) aufweisen, ab einem durch einen zweiter Kreis 124 mar kierten Zeitpunkt den formbaren Zustand (II) aufweisen, ab einem durch einen dritten Kreis 126 markierten Zeitpunkt den formstabilen Zustand (III) aufweisen und ab einem durch einen dritten Kreis 128 markierten Zeitpunkt den biegesteifen Zustand (IV) aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements 1 10 kann weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) aufweisen. Der Steuerungsschritt e) kann beispielsweise die folgen den umfassen:
e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Halbzeugs 114; und e2) Regeln einer Geschwindigkeit, beispielsweise einer Prozessgeschwindigkeit oder Durch laufgeschwindigkeit oder Verweilzeit, des Halbzeugs 114 und/oder einer Energiezufuhr.
Der Steuerungsschritt e) kann beispielsweise ein kontrollieren und/oder regeln und/oder steuern der ersten Energiemenge umfassen. Insbesondere kann die erste Energiemenge, beispiels weise eine Gesamtenergiemenge und/oder eine Gesamtmenge von benötigter Energie, umfas sen, insbesondere die für die Überführung des Halbzeugs 114 benötigte Energiemenge von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), von dem formbaren Zustand (II) in der formstabilen Zustand (III) und von dem formstabilen Zustand (III) in den biegesteifen Zu stand (IV). Insbesondere kann die erste Energiemenge und/oder die Gesamtenergiemenge in dem steuerungsschritt kontrolliert und/oder geregelt und/oder gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Gesamtenergiemenge in dem Steuerungsschritt gemessen und an eine beispielsweise mittels einer Simulation, einer Berechnung und/oder einem Experiment, vorbestimmte Energie menge angepasst werden. Insbesondere kann die Gesamtenergiemenge En zusammengesetzt sein aus der zur Überführung des Halbzeugs 114 benötigten Energiemenge von dem biege schlaffen Zustand (I) in den formbaren Zustand (II), der zweiten Energiemenge E2, der dritten Energiemenge E3 und der vierten Energiemenge E4. Die Gesamtenergiemenge kann beispiels weise als erste Energiemenge in Schritt b) dem Halbzeug 114 zugeführt werden.
Der Steuerungsschritt e) kann, beispielsweise zwischen Schritt a) 186 und Schritt b) 188 des Verfahrens durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerungsschritt e) zwi schen Schritt b) 188 und Schritt c) 190 durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerungsschritt e) zwischen Schritt c) 190 und Schritt d) 192 durchgeführt werden. Auch eine zeitgleiche Durchführung von Steuerungsschritt e) mit einem oder mehrerer der Schritte a), b), c) und d) des Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements 110, ist möglich.
Bezugszeichenliste
110 Formelement
112 Schritt a)
114 Halbzeug
116 Schritt b)
118 Schritt e)
120 Schritt d)
122 erster Kreis
124 zweiter Kreis
126 dritter Kreis
128 vierter Kreis
130 Steuerungsschritt e)
132 Achse
134 Geschwindigkeit V
136 Länge L(t)
138 Länge AL'
140 Formgebeeinheit
142 Bewegungseinheit
144 Rolle
146 Förderelemente
148 Vorrichtung zum Herstellen von Formelementen 150 Energiezuführeinheit
152 Steuereinheit
154 Temperatursensor
155 Geschwindigkeitssensor
156 Antrieb
158 Qualitätssensor
160 Viskosität h
162 Speichermodul G‘
164 Verlustmodul G“
166 linke vertikale Achse
168 rechte vertikale Achse
169 Dreipunktbiegeversuch
170 erster mittlerer Kraftverlauf bei 140°C
172 zweiter mittlerer Kraftverlauf bei 150°C
174 dritter mittlerer Kraftverlauf bei 160°C
176 erste Position
178 Andruckrolle
180 kreisförmige Matrize
182 zweite Position
184 dritte Position
186 Schritt a) 188 Schritt b) 190 Schritte) 192 Schritt d)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung mindestens eines Formelements (110), wobei das Formele ment (110) eine Geometrie aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Halbzeugs (1 14) in einem biegeschlaffen Zustand (I), wobei das Halb zeug (1 14) ein Reaktivkunststoff-Material und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstär kungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind;
b) Überführen des Halbzeugs (1 14) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in einen formbaren Zustand (II) durch Zufuhr einer Energiemenge, wobei das Halbzeug (1 14) in dem biegeschlaf fen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug (1 14) in einem formba ren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad;
c) Formen des Halbzeugs (114), wobei dem Halbzeug (1 14) die Geometrie des Formele ments (110) aufgeprägt wird, wobei das Halbzeug (1 14) während der Formgebung von dem formbaren Zustand (II) in einen formstabilen Zustand (III) überführt wird; und
d) Überführen des Halbzeugs (1 14) von dem formstabilen Zustand (III) in einen biegesteifen Zustand (IV),
wobei die für die Überführung des Halbzeugs (114) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge in dem Verfahrensschritt b) dem Halbzeug (1 14) zugeführt wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Verfahren einzig in Verfah rensschritt b) eine Energiemenge dem Halbzeug (114) zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt b) dem Halbzeug (114) vollständig die zur Überführung des Halbzeugs (1 14) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) benötigte Energiemenge zugeführt wird.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die in Verfahrensschritt b) zuge führte Energiemenge ausreichend ist, um das Halbzeug (114) von dem biegeschlaffen Zustand (I) in den biegesteifen Zustand (IV) zu überführen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur Herstel lung mindestens eines Formelements (1 10) ein kontinuierliches Herstellungsverfahren umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbzeug (1 14) ober flächlich versiegelt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt a) bereitge stellte Halbzeug (1 14) eine Ausgangsform aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Strang, insbesondere einem Strangprofil; einem Stab; einem Rohr; einer Platte; einem Endlosprofil, einer Endlosplatte.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt a) bereitge stellte Halbzeug (1 14) mittels Filamentwinding oder Pultrusion oder Pullwinding oder Prepreg- verfahren hergestellt ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, wobei das Formen des Halbzeugs
(1 14) in Schritt c) ein Krümmen des Halbzeugs (1 14) um mindestens eine Achse (132) umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, wobei das Halbzeug (1 14) in Schritt c) in eine Helix- oder Spiralform geformt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin mindestens einen Steuerungsschritt e) aufweist, umfassend:
e1 ) Bestimmen des Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit des Halbzeugs (1 14); und e2) Regeln einer Geschwindigkeit des Halbzeugs (1 14) und/oder einer Energiezufuhr.
12. Formelement (1 10) hergestellt mittels einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Computerprogramm umfassend computerausführbare Anweisungen zur Durchführung ei nes Steuerungsschritts zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden, sich auf ein Verfahren beziehenden Ansprüche, wenn das Programm auf einem Computer oder Computernetzwerk ausgeführt wird, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmen eines Umsatz grads und/oder einer Umformbarkeit eines Halbzeugs (1 14) umfasst, wobei der Steuerungs schritt weiterhin ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs (1 14) und/oder einer Ener giezufuhr zu dem Halbzeug (1 14) umfasst.
14. Vorrichtung (148) zum Herstellen von Formelementen (1 10), die Vorrichtung umfassend: mindestens eine Formgebeeinheit (140);
mindestens eine Bewegungseinheit (142); und
mindestens eine Energiezuführeinheit (150),
wobei die Vorrichtung (148) eingerichtet ist, um ein Halbzeug (1 14) von einem biegeschlaffen Zustand (I) in einen biegesteifen Zustand (IV) zu überführen, wobei das Halbzeug (1 14) in dem biegeschlaffen Zustand (I) einen ersten Umsatzgrad aufweist, wobei das Halbzeug (1 14) in ei nem formbaren Zustand (II) einen zweiten Umsatzgrad aufweist, wobei der erste Umsatzgrad geringer ist als der zweite Umsatzgrad, wobei das Halbzeug (1 14) ein Reaktivkunststoff-Mate rial und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern zumindest teilweise in das Reaktivkunststoff-Material eingebettet sind, wobei die Vorrichtung (148) eingerichtet ist, um zu mindest Schritte b) bis d) eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines Formelements (1 10) gemäß einem der vorhergehenden, sich auf ein Verfahren beziehenden Ansprüche aus zuführen.
15. Vorrichtung (148) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (148) wei terhin mindestens eine Steuereinheit (152) aufweist, wobei die Steuereinheit (152) eingerichtet ist, um einen Steuerungsschritt durchzuführen, wobei der Steuerungsschritt ein Bestimmen ei nes Umsatzgrads und/oder einer Umformbarkeit eines Halbzeugs (1 14) umfasst, wobei der Steuerungsschritt weiterhin ein Anpassen einer Geschwindigkeit des Halbzeugs (114) und/oder einer Energiezufuhr zu dem Halbzeug (1 14) umfasst.
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