WO2022089738A1

WO2022089738A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserverbundmaterials

Info

Publication number: WO2022089738A1
Application number: PCT/EP2020/080305
Authority: WO
Inventors: André LÜCK
Original assignee: Neue Materialien Fürth GmbH
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Faserverbundmaterials aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial, umfassend - zwei gegenüberliegende Werkzeugteile (2, 3), zwischen denen eine das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassende Materialanordnung (4) anordenbar ist, - eine Pressvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile mit einer Pressenkraft zum Imprägnieren des Fasermaterials durch das sich in einem fließfähigen Zustand befindliche Matrixmaterial und/oder zum Konsolidieren des Fasermaterials und des Matrixmaterials und/oder zum Solidifizieren des Matrixmaterials zu beaufschlagen, und - eine Abdichtvorrichtung (6), die dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung von einer Seite aus in Randabschnitten (8, 9) des Fasermaterials stärker als zwischen den Randabschnitten (8, 9) zu komprimieren, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials zu erhöhen, wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, eine der Abdichtvorrichtung (6) abgewandte Seite der Materialanordnung (4) auf einer nicht konkaven Oberfläche gegen die Kompression durch die Abdichtvorrichtung (6) abzustützen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundmatenals

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundmatenals aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial, umfassend zwei gegenüberliegende Werkzeugteile, zwischen denen eine das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassende Materialanordnung anordenbar ist, eine Pressvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile mit einer Pressenkraft zum Imprägnieren des Fasermaterials durch das sich in einem fließfähigen Zustand befindliche Matrixmaterial und/oder zum Konsolidieren des Fasermaterials und des Matrixmaterials und/oder zum Sol idif izieren des Matrixmaterials zu beaufschlagen, und eine Abdichtvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung von einer Seite aus in Randabschnitten des Fasermaterials stärker als zwischen den Randabschnitten zu komprimieren, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials zu erhöhen.

Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundmaterials.

Bei der Herstellung eines Faserverbundmaterials wird typischerweise eine ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial umfassende Materialanordnung mittels einer Pressvorrichtung verpresst, damit das Matrixmaterial das Fasermaterial imprägnieren kann und/oder das Matrixmaterial und das Fasermaterial konsolidiert werden können und/oder das Matrixmaterial solid ifiziert werden kann. Um eine gute Qualität des Faserverbundmaterials zu erzielen, sollte Luft, die sich im Fasermaterial befindet, während des Verpressens möglichst vollständig entweichen und durch das Matrixmaterial verdrängt werden. Um zu vermeiden, dass das Matrix- material während des Verpressens seitlich durch Randabschnitte aus dem Fasermaterial heraustritt und es so zu übermäßigen Verlusten des Matrixmaterials kommt, wurde bereits vorgeschlagen, die Materialanordnung in den Randabschnitten stärker zu komprimieren als zwischen ihnen. Dadurch wird ein Fließwiderstand des Matrixmaterials so erhöht, dass einerseits die Luft entweichen kann und andererseits ein Heraustreten des Matrixmaterials und damit ein Druckverlust verhindert wird.

Das Dokument DE 10 2012 217 373 A1 offenbart beispielsweise eine Pressvorrichtung zum Erzeugen von Faserverbundbauteilen mit einer ersten und einer relativ hierzu beweglichen zweiten Werkzeughälfte, wobei die beiden Werkzeughälften im geschlossenen Zustand der Pressvorrichtung zwischen den beiden Werkzeughälften einen formgebenden Zwischenraum zur Aufnahme und flächigen Druckbeaufschlagung eines zu pressenden Faserhalbzeugs definieren. Die Pressvorrichtung umfasst eine um den Zwischenraum um laufende Stauanordnung, welche dazu ausgebildet ist, eine gegenüber dem Zwischenraum lokal verstärkte Kompression des zu pressenden Faserhalbzeugs bereitzustellen. Die Stauanordnung umfasst eine Staustruktur mit einer Stauschwelle. Ein auf der ersten Werkzeughälfte angeordneter erster Teil der Staustruktur ist im Wesentlichen komplementär zu einem auf der zweiten Werkzeughälfte angeordneten nutförmigen zweiten Teil der Staustruktur ausgebildet, sodass der erste Teil und der zweite Teil der Staustruktur im geschlossenen Zustand der Pressvorrichtung derart Zusammenwirken, dass zwischen beiden Teilen ein spaltförmiger Durchgang zwischen dem Zwischenraum und einer Umgebung der Pressvorrichtung definiert wird.

Greift jedoch eine konvex geformte Abdichtvorrichtung beim Verpressen in eine nutartige bzw. konkave Abdichtvorrichtung ein, werden beide werkzeugteilseitigen Oberflächen der zwischen den Werkzeugteilen eingelegten Materialanordnung mehrfach gebogen. Dies erschwert ein Lösen der Abdichtvorrichtung beim Auseinanderbewegen der Werkzeugteile nach erfolgter Imprägnierung bzw. Konsolidierung bzw. Solidifizierung. Gleichzeitig wird eine der Oberflächen mit größeren Kräften belastet als die andere Oberfläche. Daraus resultiert eine Inhomogenität der Faserstruktur, die ihrerseits zu unerwünschten großen Materialanisotropien im hergestellten Faserverbundmaterial führt.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Herstellung eines Faserverbundmaterials anzugeben, bei der sowohl eine gute Entlüftung eines Fasermaterials als auch eine Begrenzung von Verlusten eines Matrixmaterials gewährleistet ist und gleichzeitig der Herstellungsprozess, die Qualität und die Entformbarkeit des Faserverbundmatenals verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine der Abdichtvorrichtung abgewandte Seite der Materialanordnung auf einer nicht konkaven Oberfläche gegen die Kompression durch die Abdichtvorrichtung abzustützen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich auf gegenüberliegenden werkzeugteilseitigen Oberflächen der Materialanordnung auftretende Kräfte erheblich reduzieren lassen, wenn die die Randabschnitte komprimierende Abdichtvorrichtung gegen eine nicht konkave, also insbesondere eine ebene oder konvexe, Oberfläche abgestützt wird. Dadurch wird ein beidseitiges Umbiegen der Materialanordnung vermieden, wodurch unterschiedlich starke Spannungen auf beiden Seiten der Materialanordnung verringert werden. Gleichsam wird ein vereinfachtes Entfernen der Abdichtvorrichtung aus den komprimierten Randabschnitten der Materialanordnung ermöglicht, wenn die Werkzeugteile nach erfolgter Imprägnierung bzw. Konsolidierung bzw. Sol idif izierung auseinander geführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung realisiert mit Vorteil eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses des Faserverbundmaterials und reduziert zusätzlich Anisotropien des Faserverbundmaterials, die aus den erheblich divergierenden Kräften bei einer herkömmlicherweise vorgenommenen Abstützung gegen eine konkave Oberfläche resultieren. Dadurch wird die Qualität des hergestellten Faserverbundmaterials verbessert.

Es wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, wenn die Abdichtvorrichtung für einen jeweiligen Randabschnitt ein zumindest abschnittsweise konvexes Abdichtelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung im Randabschnitt zu komprimieren. Besonders bevorzugt ist das Abdichtelement in seinen die Randabschnitte abdichtenden Bereichen vollständig konvex. Das Abdichtelement kann vollständig abgerundet sein oder einen abgerundeten Abschnitt aufweisen. Der abgerundete Abschnitt kann an einer Kante des Abdichtelements enden. Es ist auch möglich, dass das Abdichtelement abschnittsweise einen ebenen und/oder einen schrägen Abschnitt aufweist. Besonders bevorzugt umfasst das Abdichtelement eine sich entlang der Richtung der Pressenkraft erstreckende Innenfläche, die, insbesondere abgerundet, in eine schrägen Abschnitt übergeht, der wiederum, insbesondere unter Ausbildung einer Kante, in einen ebenen Abschnitt übergeht, der, insbesondere abgerundet, in eine sich in Richtung der Pressenkraft erstreckendende Außenfläche des Abdichtelements übergeht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Abdichtvorrichtung außerhalb der Werkzeugteile angeordnet. Dadurch lassen sich herkömmliche Werkzeugteile einfach mit der Abdichtvorrichtung nachrüsten. Typischerweise wird die Abdichtvorrichtung an einem der Werkzeugteile angeordnet.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform ist die Abdichtvorrichtung in eines der Werkzeugteile integriert. Dabei ist es möglich, dass die Abdichtvorrichtung einstückig mit dem Werkzeugteil ausgebildet ist oder an einem der Werkzeugteile befestigt ist. Alternativ weist das Werkzeugteil, insbesondere für jedes Abdichtelement, eine oder mehrere Eintiefungen auf, in welche die Abdichtvorrichtung eingesetzt ist.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Federanordnung umfasst, wobei die Abdichtvorrichtung gegen eine von der Federanordnung bereitgestellte Rückstellkraft beweglich gelagert ist. Durch die Federanordnung lässt sich die zum Komprimieren der Randabschnitte aufgewendete Kraft im Hinblick auf die Verwendung unterschiedlicher Fasermaterialien und/oder Dicken des Fasermaterials einstellen. Die Federanordnung kann durch eine oder mehrere Metallfedern und/oder Gummielemente und/oder Luftfedern und/oder Gasdruckfedern ausgebildet sein. Die Federanordnung kann mehrere Federelemente aufweisen, die zum Ausüben einer Teilkraft der Rückstellkraft auf die Abdichtvorrichtung eingerichtet sind. Insbesondere sind Federkonstanten der Federelemente unterschiedlich. Auf diese Weise kann die Abdichtvorrichtung an unterschiedliche Eigenschaften der Werkzeugteile oder der Vorrichtung sowie an unterschiedliche Materialzustände an unterschiedlichen Positionen des Werkzeugs und bei mehreren Pressvorgängen angepasst werden. So kann Variationen und/oder Schwankungen des Fließwiderstands des Matrixmaterials durch variierende Komprimierung entgegengewirkt werden.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdichtvorrichtung entlang eines jeweiligen Randabschnitts segmentiert ist und die Federelemente zum Ausüben einer jeweiligen Teilkraft auf ein jeweiliges Segment der Abdichtvorrichtung eingerichtet sind.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese eine zweite Abdichtvorrichtung umfassen, welche die nicht konkave Oberfläche bildet und dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung von der der ersten Abdichtvorrichtung gegenüberliegenden Seite der Materialanordnung aus in den Randabschnitten zu komprimieren. Die Abdichtvorrichtungen können insbesondere gleichartig ausgebildet sein, sodass die auf beide werkzeugteilseitigen Oberflächen der Materialanordnung wirkenden Kräfte ähnlich oder sogar praktisch gleichgroß sind. So können die unerwünschten Materialanisotropien weitestgehend vermieden werden. Gleichsam muss die Materialanordnung auf jeder Seite nur mit ungefähr der Hälfte der Eindringtiefe, die bei nur einer Abdichtvorrichtung verwendet wird, komprimiert werden, um den den Fließwiderstand erhöhenden Effekt zur Vermeidung des Austretens des Matrixmaterials zu erzielen.

Grundsätzlich lassen sich sämtliche Ausführungen zur ersten Abdichtvorrichtung auf die zweite Abdichtvorrichtung übertragen. So kann die zweite Abdichtvorrichtung für einen jeweiligen Randabschnitt ein zumindest abschnittsweise konvexes Abdichtelement aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung im Randabschnitt zu komprimieren, und/oder außerhalb der Werkzeugteile angeordnet oder in eines der Werkzeugteile integriert sein und/oder gegen eine von einer Federanordnung der Vorrichtung bereitgestellte Rückstellkraft beweglich gelagert sein.

Alternativ zu einer zweiten Abdichtvorrichtung kann vorgesehen sein, dass eines der Werkzeugteile die nicht konkave Oberfläche bildet.

Die Vorteile der Abdichtvorrichtung lassen sich auch bei der Herstellung eines Faserverbundmaterials im Rahmen eines kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozesses realisieren, wenn die Vorrichtung ferner eine Zuführungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, den Werkzeugteilen das Fasermaterial als endloses Fasermaterial entlang einer Produktionsrichtung zuzuführen, wobei sich die Randabschnitte längs der Produktionsrichtung erstrecken.

Die Vorrichtung kann ferner eine Temperiervorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile zu temperieren. Die Temperiervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Werkzeuge entlang der Erstreckungsrichtung der Randabschnitte mit unterschiedlichen Temperaturen zu beaufschlagen. Es ist zweckmäßig, die Abdichtvorrichtung wie zuvor beschrieben zu segmentieren, um die Stärke der Kompression an die unterschiedlichen Temperaturen und damit an das unterschiedliche Fließverhalten des Matrixmaterials anzupassen.

Bevorzugt bilden die Temperiervorrichtung und die Pressvorrichtung eine Intervallheißpresse aus.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese ferner eine Trennmittelbereitstellungsvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, ein Trennmittel als Teil der Materialanordnung einseitig oder beidseitig, die Randabschnitte überdeckend auf das Fasermaterial aufzubringen. Das Trennmittel kann ein oder mehrere Trennbleche, Trennfolien oder Trennpapiere umfassen. Insbesondere bei der Verwendung eines Trennmittels als Teil der Materialanordnung werden besondere Vorteile dadurch erzielt, dass die Abdichtvorrichtung gegen eine nicht konkave Oberfläche abgestützt wird. Denn so wird ein die Herstellung des Faserverbundmaterials erheblich erschwerendes Verkanten des Trennmittels verhindert. So wird nicht nur das Entfernen der Abdichtvorrichtung von dem infolge der Kompression der Materialanordnung verformten Trennmittel erleichtert, sondern auch eine an das Verpressen anschließende Entfernung des Trennmittels vom Faserverbundmaterial.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundmaterials aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial gelöst, umfassend folgende Schritte: Anordnen einer das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassenden Materialanordnung zwischen zwei gegenüberliegenden Werkzeugteilen; Beaufschlagen der Werkzeugteile derart mit einer Pressenkraft, dass das Matrixmaterial in einem fließfähigen Zustand das Fasermaterial imprägniert und/oder das Fasermaterial und das Matrixmaterial konsolidiert werden und/oder das Matrixmaterial solid ifiziert wird; und Komprimieren der Materialanordnung von einer Seite in Randabschnitten des Fasermaterials, wobei die Materialanordnung in den Randabschnitten stärker als zwischen den Randabschnitten komprimiert wird, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterial innerhalb des Fasermaterial zu erhöhen, wobei eine gegenüberliegende Seite der Materialanordnung auf einer nicht konkaven Oberfläche gegen die Kompression abgestützt wird.

Das Matrixmaterial und/oder das Fasermaterial können auch mehrere Teilmaterialen umfassen. Als Matrixmaterial wird bevorzugt ein Polymer, insbesondere ein Thermoplast, verwendet. Nach dem Imprägnieren und/oder Konsolidieren wird die Materialanordnung solidifiziert.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass durch das Komprimieren ein innerhalb der Materialanordnung quer zu den Randabschnitten wirkender Druck des fließfähigen Matrixmaterials homogenisiert wird. Zweckmäßigerweise wird das Fasermaterial beim Einwirken der Pressenkraft durch die komprimierten Randabschnitte entlüftet.

Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, sodass auch mit diesem die zuvor erwähnten Vorteile erzielt werden können. Insbesondere können die zuvor erwähnten Komponenten der Vorrichtung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine querschnittliche Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Werkzeugteil des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Werkzeugteil eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 bis 7 jeweils eine querschnittliche Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 8 und 9 jeweils eine Draufsicht auf ein Werkzeugteil eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 10 bis 15 jeweils eine querschnittliche Prinzipskizze eines Abdichtelements eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 16 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 ist eine querschnittliche Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Faserverbundmatenals aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial. Anhand dieses und weiterer Ausführungsbeispiele werden auch Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Herstellung des Faserverbundmaterials erläutert.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein erstes Werkzeugteil 2 und ein zweites Werkzeugteil 3, die einander gegenüber liegen und zwischen denen eine das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassende Materialanordnung 4 angeordnet ist. Daneben umfasst die Vorrichtung 1 eine Pressvorrichtung 5, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile 2, 3 mit einer Pressenkraft zum Imprägnierendes Fasermaterials durch das sich in einem fließfähigen Zustand befindliche Matrixmaterial, zum Konsolidieren des Fasermaterials und des Matrixmaterials und zum Solidifizieren des Matrixmaterials zu beaufschlagen. Die Pressvorrichtung 5 ist vorliegend als hydraulische, elektrische oder fluide Pressvorrichtung ausgebildet, wobei in Fig. 1 hydraulische, elektrische bzw. fluide Komponenten der Pressvorrichtung 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.

Daneben umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Abdichtvorrichtung 6 und eine zweite Abdichtvorrichtung 7, die jeweils dazu eingerichtet sind, die Materialanordnung 4 von einer Seite aus in Randabschnitten 8, 9 des Fasermaterials stärker als zwischen den Randabschnitten 8, 9 zu komprimieren, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials zu erhöhen.

Die erste Abdichtvorrichtung 6 umfasst ein erstes Abdichtelement 10 zum Komprimieren der Materialanordnung 4 im ersten Randabschnitt 8 und ein zweites Abdichtelement 11 zum Komprimieren der Materialanordnung im Bereich des zweiten Randabschnitts 9. Für jedes Abdichtelement 10, 11 der ersten Abdichtvorrichtung 6 weist das erste Werkzeugteil 2 eine Eintiefung 12,13 auf, in der das entsprechende Abdichtelement 10, 11 beweglich angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Abdichtvorrichtung 7 ebenfalls zwei Abdichtelemente 14,15, die analog zur ersten Abdichtvorrichtung 6 in Eintiefungen 16, 17 des zweiten Werkzeugteils 3 beweglich angeordnet sind.

Die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 sind jeweils im Bereich ihrer die Matenalanordnung 4 beim Verpressen berührenden Oberflächen konvex ausgebildet und dazu eingerichtet die Materialanordnung 4 in den entsprechenden Randabschnitten 8, 9 zu komprimieren. Dabei wird eine der ersten Abdichtvorrichtung 6 abgewandte Seite der Materialanordnung 4 durch eine konvexe Oberfläche der zweiten Abdichtvorrichtung 7 und umgekehrt abgestützt. Konkret wird dabei das erste Abdichtelement 10 auf der konvexen Oberfläche des ersten Abdichtelements 14 der zweiten Abdichtvorrichtung 7 und das zweite Abdichtelement 11 der ersten Abdichtvorrichtung 6 auf der konvexen Oberfläche des zweiten Abdichtelements 15 der zweiten Abdichtvorrichtung 7 gegen die Kompression abgestützt.

Die Kompression des Fasermaterials in den Randabschnitten 8, 9 erhöht den Fließwiderstand des Matrixmaterials derart, dass eine durch die Pressenkraft erzeugter Druckverteilung in Querrichtung zur Erstreckungsrichtung der Randabschnitte 8, 9 homogenisiert wird, sodass das Fasermaterial gleichmäßig durch das Matrixmaterial imprägniert wird. Durch die lokale Kompaktierung mittels der Abdichtvorrichtungen 6, 7 ist der Fließwiderstand in den Randabschnitten 8, 9 so hoch, dass das Matrixmaterial nicht aus dem Fasermaterial heraustritt. Dadurch werden Matrixverluste effektiv reduziert oder gar verhindert. Da die Abdichtvorrichtungen 6, 7 die Materialanordnung 4 aber nicht derart stark kompaktieren, dass eine vollständige Abschnürung des Fasermaterials erfolgt, wie es beispielsweise herkömmlicherweise bei der Verwendung von Tauchkanten der Fall ist, kann weiterhin seitlich Luft, die durch das fließende Matrixmaterial im Inneren der Materialanordnung 4 verdrängt wird, aus dem Fasermaterial heraustreten.

Da die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 jeweils zumindest abschnittsweise nicht konkav, hier sogar konvex, ausgebildet sind, wird es auch vermieden, dass auf beiden werkzeugteilseitigen Oberflächen des Fasermaterials eine unterschiedliche Kräfte erzeugende Biegung auftritt. Dies ermöglicht es, die Abdichtvorrichtungen 6, 7 beim Auseinanderführen der Werkzeugteile 2,3 einfach von der Materialanordnung 4 zu entfernen. Dies gilt insbesondere, wenn die Materialanordnung, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Trennmittel in Form von zwei auf beiden Seiten des Fasermaterials angeordneten Trennblechen 18, 19 umfasst. Da diese ebenfalls durch die Abdichtvorrichtungen 6, 7 komprimiert werden, wird auch bezüglich des Trennmittels ein einfaches Ablösen der Abdichtvorrichtung 6, 7 ermöglicht.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine erste Federanordnung 20, die mehrere Federelemente 21 , 22 aufweist. Die Federanordnung 20 stellt eine Rückstellkraft bereit, gegen welche die Abdichtvorrichtung 6 beweglich gelagert ist. Dabei sind die Federelemente 21 , 22 in den Eintiefungen 12, 13 angeordnet und lagern die Abdichtelemente 10, 11 beweglich entlang der Richtung der Pressenkraft. Für jedes Abdichtelement 10, 11 können ein oder mehrere Federelemente 21 , 22 vorgesehen sein. Außerdem ist eine zweite Federanordnung 23 mit Federelementen 24, 25 vorgesehen, welche die zweite Abdichtvorrichtung 7 in analoger Weise zur Abstützung der ersten Abdichtvorrichtung 6 durch die erste Federanordnung 20 lagert. Werden mehrere Federelement 22 verwendet, können diese entlang einer Produktionsrichtung 38 (vgl. Fig. 16) unterschiedlich starke Rückstellkräfte bereitstellen, um auf prozess- oder materialbedingte Variationen des Fließwiderstands reagieren zu können.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das erste Werkzeugteil 2 der Vorrichtung 1.

Ersichtlich erstrecken sich die Eintiefungen 12, 13 entlang der gesamten Länge des ersten Werkzeugteils 2, sodass die als stabförmig zu erachtenden Abdichtelemente 10, 11 in die entsprechenden Eintiefungen 12,13 aufgenommen werden können. So wird mittels eines jeweiligen Abdichtelements 10, 11 die Materialanordnung 4 in beiden Randabschnitten 8, 9 über die gesamte Länge des ersten Werkzeugteils 2 komprimiert. Dies gilt analog auch für das zweite Werkzeugteil 3, die darin vorgesehenen Eintiefungen 16, 17 und die darin beweglich angeordneten Abdichtelemente 14, 15.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das erste Werkzeugteil 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 , auf welche sich sämtliche vorangegangenen Ausführungen übertragen lassen. Die Eintiefungen 12, 13 erstrecken sich hier jedoch nur über einen Teil der Länge des ersten Werkzeugteils 2. Die Vorrichtung 1 ist derart eingerichtet, dass die Materialanordnung 4 durch die Abdichtelemente 10, 11 nur in solchen Bereichen komprimiert wird, in denen das Matrixmaterial fließfähig ist. Dies gilt analog auch für das zweite Werkzeugteil 3, die darin vorgesehenen Eintiefungen 16, 17 und die darin beweglich angeordneten Abdichtelemente 14, 15.

Fig. 4 ist eine querschnittliche Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 , die dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird.

Bei dem Ausgangsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Abdichtvorrichtungen 6, 7 nicht in den Werkzeugteilen 2, 3 integriert, sondern außerhalb der Werkzeugteile 2, 3 angeordnet. Die erste Abdichtvorrichtungen 6 umfasst für ein jeweiliges Abdichtelement 10, 11 einen Körper 26, 27. Die zweite Abdichtvorrichtung 7 umfasst entsprechend für ein jeweiliges Abdichtelement 14, 15 einen Körper 28, 29. In einem jeweiligen Körper 26 bis 29 ist dabei die entsprechende zum Anordnen des Abdichtelements 10, 11 , 14, 15 vorgesehene Eintiefung 12,13, 16,17 ausgebildet.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abdichtvorrichtungen 6, 7 unmittelbar an den Werkzeugteilen 2, 3 angeordnet. In Fig. 4 ist ferner gezeigt, dass die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 durch einen Spalt von den Werkzeugteilen 2, 3 beabstandet sind, wodurch die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 thermisch stärker von den Werkzeugteilen 2, 3 entkoppelt sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 gleitend an den Werkzeugteilen 2, 3 angeordnet sind und eine Spaltbildung weitestgehend vermieden wird.

Fig. 5 ist eine querschnittliche Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 , das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird. In Fig. 5 sind die Abdichtvorrichtungen 6, 7 dadurch in die Werkzeugteile 2, 3 integriert, dass die Abdichtvorrichtung 6, 7 bzw. die Abdichtelemente 10, 11 , 14, 15 einstückig mit den Werkzeugteilen 2, 3 ausgebildet sind. Auf Eintiefungen und Federanordnungen wird dementsprechend verzichtet.

Fig. 6 ist eine querschnittliche Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 , welches dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist lediglich die Abdichtvorrichtung 6 für die erste Werkzeughälfte 2 vorgesehen, wohingegen für die zweite Werkzeughälfte 3 keine Abdichtvorrichtung vorgesehen ist. Die der Abdichtvorrichtung 6 abgewandte Seite der Materialanordnung 4 wird folglich bei der Kompression durch die Abdichtvorrichtung 6 bzw. durch die Abdichtelemente 10, 11 gegen das zweite Werkzeugteil 3, welches die nicht konkave, hier ebene, Oberfläche bildet, abstützt.

Fig. 7 ist eine querschnittliche Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 , welches dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entspricht, soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 erstrecken sich die Abdichtelemente 10, 11 durch das Werkzeugteil 2 hindurch und sind mittels der Federelemente 21 , 22 gegen ein Basisteil 45 der Vorrichtung 1 gelagert. Dies lässt sich auch auf das zweite Werkzeugteil 3 übertragen, wenn zwei Abdichtvorrichtungen 6, 7 vorgesehen sind.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf das erste Werkzeugteil 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, sofern im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben ist.

Die Abdichtvorrichtung 6 ist entlang eines jeweiligen Randabschnitts 8, 9 segmentiert. Dabei ist ein jeweiliges Segment 28 in einer separaten Eintiefung 12 angeordnet. Für jedes Segment weist die Federanordnung 20 ein oder mehrerer Federelemente 21 , 22 auf, die derart eingerichtet sind, dass die auf ein jeweiliges Segment 28 wirkenden Teilkräfte der Rückstellkraft unterschiedlich groß sind. Die Ausführungen zum ersten Werkzeugteil 2 und zur segmentierten Abdichtvorrichtung 6 lassen sich auf das zweite Werkzeugteil 3 und die zweiten Abdichtvorrichtung 7 übertragen.

Fig. 9 ist eine Draufsicht auf das erste Werkzeugteil 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das erste Werkzeugteil 2 demjenigen gemäß Fig. 8 entspricht, sofern im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben ist. Im Unterschied zu Fig. 8 sind die Segmente 28 hier jedoch nur über einen Teil der Länge des ersten Werkzeugteils 2 vorgesehen. Die Vorrichtung 1 ist derart eingerichtet, dass die Materialanordnung 4 durch die Abdichtelemente 10, 11 nur in solchen Bereichen komprimiert wird, in denen das Matrixmaterial fließfähig ist. Die Ausführungen zum ersten Werkzeugteil 2 und zur segmentierten Abdichtvorrichtung 6 lassen sich auf das zweite Werkzeugteil 3 und die zweiten Abdichtvorrichtung 7 übertragen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die in den Fig. 8 oder Fig. 9 gezeigte Segmentierung auch bei den zu Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Anwendung kommen, indem für jedes Segment 28 ein Körper vorgesehen ist oder ein Körper mehrere Eintiefungen zur Aufnahme von Segmenten 28 aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können auch die einstückig mit den Werkzeughälften 2, 3 ausgebildeten Abdichtvorrichtungen 6, 7 gemäß dem zu Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 8 oder Fig. 9 segmentiert sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kommt die in Fig. 8 oder Fig. 9 beschriebene Segmentierung bei der Abdichtvorrichtung 6 der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 6 zum Einsatz.

Fig. 10 bis Fig. 15 zeigen jeweils eine querschnittliche Prinzipskizze eines Abdichtelements 10, dessen Form bei Abdichtelementen 10, 11 , 14, 15 der vorangegangenen Anführungsbeispiele zum Einsatz kommen kann. Die Abdichtelemente 10 weisen jeweils eine Innenfläche 29 und eine Außenfläche 30 auf, die sich entlang der Richtung der Pressenkraft erstrecken.

Das in Fig. 10 gezeigte Abdichtelement 10 weist einen ersten gebogenen Abschnitt 31 , der eine Kante 32 mit der Innenfläche 29 ausbildet und einen zweiten gebogenen Abschnitt 31 a, der an den ersten gebogenen Abschnitt anschließt und eine Kante 34 mit der Außenfläche 30 ausbildet, auf.

Fig. 11 zeigt ein Abdichtelement 10, welches einen schrägen Abschnitt 35 aufweist, welcher eine Kante 32 mit der Innenfläche 29 und eine Kante 34 mit der Außenfläche 30 ausbildet.

Fig. 12 zeigt ein Abdichtelement 10, welches nur einen gebogenen Abschnitt 31 aufweist, der ohne jegliche Kantenbildung in die Innenfläche 29 und in die Außenfläche 30 übergeht.

Fig. 13 zeigt ein Abdichtelement 10 mit einem gebogenen Abschnitt 31 , der jeweils unter Ausbildung von Kanten 32, 34 in die Innenfläche 29 bzw. in die Außenfläche 30 übergeht.

Fig. 14 zeigt ein Abdichtelement 10, bei dem die Innenfläche 29 in einen ersten gebogenen Abschnitt 31 übergeht. Der gebogene Abschnitt geht ohne Kantenbildung in einen ebenen Abschnitt 36 über. Der ebene Abschnitt 36 geht in einen zweiten gebogenen Abschnitt 31 a über, der wiederum in die Außenfläche 30 übergeht. Fig. 15 zeigt ein Abdichtelement 10 mit einem ersten gebogenen Abschnitt 31 , der einerseits in die Innenfläche 29 und andererseits in einen schrägen Abschnitt 35 übergeht. Der schräge Abschnitt 35 geht unter Bildung einer Kante 32 in einen ebenen Abschnitt 36 über, der wiederum in einen zweiten gebogenen Abschnitt 31 a übergeht. Der zweite gebogene Abschnitt 31 a geht schließlich in die Außenfläche 30 über.

Fig. 16 ist eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Bei diesem können die Abdichtvorrichtungen 6, 7, die Werkzeugteile 2, 3 und die Federanordnungen 20, 23 - sofern jeweils vorhanden - einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Zuführvorrichtung 37, die dazu eingerichtet ist, den Werkzeugteilen 2, 3 das Fasermaterial als endloses Fasermaterial entlang einer Produktionsrichtung 38 zuzuführen. Dementsprechend erstrecken sich die Randabschnitte 8, 9 entlang der Produktionsrichtung 38. Daneben weist die Vorrichtung 1 eine Trennmittelbereitstellungsvorrichtung 39 auf, welche dazu eingerichtet ist, das Trennmittel als Teil der Materialanordnung beidseitig, die Randabschnitte 8, 9 überdeckend auf das Fasermaterial aufzubringen.

Außerdem weist die Vorrichtung 1 eine Temperiervorrichtung 40 auf, die dazu eingerichtet ist die Werkzeugteile 2, 3 zu temperieren. Dabei umfasst die Temperiervorrichtung 40 bezüglich der Produktionsrichtung 38 zunächst mehrere Heizelemente 41 und daran anschließend mehrere Kühlelemente 42, um die Werkzeugelemente 2, 3 entlang Produktionsrichtung 38 unterschiedlich zu temperieren.

Die Pressvorrichtung 5 und die Temperiervorrichtung 4 bilden eine Intervallheißpresse zur quasikontinuierlichen Herstellung des Faserverbundmaterials aus.

Mit Bezug auf die anhand von Fig. 8 beschriebene Segmentierung kann jedem Heizelement 41 und jedem Kühlelement 42 ein Segment 28 zugeordnet sein, um die jeweiligen Teilkräfte der Rückstellkraft temperaturabhängig bereitzustellen. Alternativ können gemäß Fig. 9 nur in den Bereichen mit dem Heizelement 41 Segmente 28 und Bereichen mit den Kühlelementen 42 keine Segmente vorgesehen sein. Die Temperiervorrichtung 40 kann dazu ausgebildet sein, dass Matrixmaterial in den fließfähigen Zustand zu überführen. Optional kann auch eine Plastifiziervorrichtung 43 vorgesehen sein, die der Temperiervorrichtung 40 vorgeschaltet ist, und zum Überführen des Matrixmaterials in den fließfähigen Zustand eingerichtet ist. Daneben umfasst die Vorrichtung 1 eine Trennmittelentfernungsvorrichtung 44, welche dazu eingerichtet ist, das Trennmittel nach einem Verpressen der Materialanordnung von dieser zu entfernen.

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung (1 ) zur Herstellung eines Faserverbundmatenals aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial, umfassend

- zwei gegenüberliegende Werkzeugteile (2, 3), zwischen denen eine das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassende Materialanordnung (4) anordenbar ist,

- eine Pressvorrichtung (5), die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile mit einer Pressenkraft zum Imprägnieren des Fasermaterials durch das sich in einem fließfähigen Zustand befindliche Matrixmaterial und/oder zum Konsolidieren des Fasermaterials und des Matrixmaterials und/oder zum Sol idif izieren des Matrixmaterials zu beaufschlagen, und

- eine Abdichtvorrichtung (6), die dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung von einer Seite aus in Randabschnitten (8, 9) des Fasermaterials stärker als zwischen den Randabschnitten (8, 9) zu komprimieren, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) dazu eingerichtet ist, eine der Abdichtvorrichtung (6) abgewandte Seite der Materialanordnung (4) auf einer nicht konkaven Oberfläche gegen die Kompression durch die Abdichtvorrichtung (6) abzustützen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Abdichtvorrichtung (6) für einen jeweiligen Randabschnitt ein zumindest abschnittsweise konvexes Abdichtelement (10, 11 ) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung (4) im Randabschnitt (8, 9) zu komprimieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdichtvorrichtung (6) außerhalb der Werkzeugteile (2, 3) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdichtvorrichtung (6) in eines der Werkzeugteile (2, 3) integriert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Federanordnung (20), wobei die Abdichtvorrichtung (6) gegen eine von der Federanordnung (20) bereitgestellte Rückstellkraft beweglich gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Federanordnung mehrere Federelemente (21 , 22) aufweist, die zum Ausüben einer Teilkraft der Rückstellkraft auf die Abdichtvorrichtung (6) eingerichtet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abdichtvorrichtung (6) entlang eines jeweiligen Randabschnitts (8, 9) segmentiert ist und die Federelemente (21 , 22) zum Ausüben einer jeweiligen Teilkraft auf ein jeweiliges Segment (28) der Abdichtvorrichtung (6) eingerichtet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Abdichtvorrichtung (7), welche die nicht konkave Oberfläche bildet und dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung (4) von der der ersten Abdichtvorrichtung (6) gegenüberliegenden Seite der Materialanordnung (4) aus in den Randabschnitten (8, 9) zu komprimieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Abdichtvorrichtung (7)

- für einen jeweiligen Randabschnitt (8, 9) ein zumindest abschnittsweise konvexes Abdichtelement (14, 15) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Materialanordnung (4) im Randabschnitt (8, 9) zu komprimieren und/oder

- außerhalb der Werkzeugteile (2, 3) angeordnet oder in eines der Werkzeugteile (2, 3) integriert ist und/oder

- gegen eine von einer Federanordnung (23) der Vorrichtung (1) bereitgestellte Rückstellkraft beweglich gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eines der Werkzeugteile (2, 3) die nicht konkave Oberfläche bildet.

11 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Zuführvorrichtung (37), welche dazu eingerichtet ist, den Werkzeugteilen (2, 3) das Fasermaterial als endloses Fasermaterial entlang einer Produktionsrichtung (38) zuzuführen, wobei sich die Randabschnitte (8, 9) längs der Produktionsrichtung (38) erstrecken.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Temperiervorrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugteile (2, 3) zu temperieren.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Trennmittelbereitstellungsvorrichtung (39), welche dazu eingerichtet ist, ein Trennmittel als Teil der Materialanordnung (4) einseitig oder beidseitig, die Randabschnitte (8, 9) überdeckend auf das Fasermaterial aufzubringen.

14. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundmaterials aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial, umfassend folgende Schritte:

- Anordnen einer das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfassenden Materialanordnung (4) zwischen zwei gegenüberliegenden Werkzeugteilen (2, 3);

- Beaufschlagen der Werkzeugteile (2, 3) derart mit einer Pressenkraft, dass das Matrixmaterial in einem fließfähigen Zustand das Fasermaterial imprägniert und/oder das Fasermaterial und das Matrixmaterial konsolidiert werden und/oder das Matrixmaterial solidifiziert wird; und

- Komprimieren der Materialanordnung (4) von einer Seite in Randabschnitten (8, 9) des Fasermaterials, wobei die Materialanordnung in den Randabschnitten (8, 9) stärker als zwischen den Randabschnitten (8, 9) komprimiert wird, um einen Fließwiderstand des Matrixmaterial innerhalb des Fasermaterial zu erhöhen, wobei eine gegenüberliegende Seite der Materialanordnung (4) auf einer nicht konkaven Oberfläche gegen die Kompression abgestützt wird. 21

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei durch das Komprimieren ein innerhalb der Materialanordnung (4) quer zu den Randabschnitten wirkender Druck des fließfähigen Matrixmaterials homogenisiert wird und/oder das Fasermaterial beim Einwirken der Pressenkraft durch die komprimierten Randabschnitte (8, 9) entlüftet wird.