WO2024068491A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von komposit-formteilen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von komposit-formteilen Download PDF

Info

Publication number
WO2024068491A1
WO2024068491A1 PCT/EP2023/076309 EP2023076309W WO2024068491A1 WO 2024068491 A1 WO2024068491 A1 WO 2024068491A1 EP 2023076309 W EP2023076309 W EP 2023076309W WO 2024068491 A1 WO2024068491 A1 WO 2024068491A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laminate
winding core
fiber
winding
unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Kun
Original Assignee
steptics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by steptics GmbH filed Critical steptics GmbH
Publication of WO2024068491A1 publication Critical patent/WO2024068491A1/de

Links

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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/753—Medical equipment; Accessories therefor
    • B29L2031/7532—Artificial members, protheses

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing composite molded parts, in particular prosthesis composite molded parts, which comprise fiber-reinforced plastics.
  • the invention further relates to a device for producing said composite molded parts.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • Prosthetic molded parts made from CFRP have a layer-like structure in which a plurality of individual CFRP or fiber layers are placed one on top of the other until a desired material thickness is achieved.
  • This manufacturing method is particularly advantageous because the material thickness of the molded parts produced can be flexibly adjusted in sections and the arrangement and orientation of individual fiber layers can also be influenced. This makes it possible in particular to set a desired strength and elasticity of a prosthesis molding. Consequently, specific properties of a foot prosthesis, for example its energy absorption, degree of damping, deflection and energy release, which are of essential importance for the Movement sequences while walking are specifically designed during the production of the CFRP molded parts.
  • EP 3 193 789 B1 discloses a foot prosthesis with variable stiffness, the corresponding foot prosthesis comprising an elongated foot element and a heel element.
  • the elongated foot element and the heel element are connected to each other via screw connections and thus imitate the shape of a human foot.
  • the rigidity and flexibility of the foot prosthesis is also largely determined by the interaction of the elongated foot element and the heel element.
  • DE 10 2014 213 294 B4 discloses a method in which foot prosthesis composite molded parts made of CFRP can be produced using a so-called wet wrapping process. For this purpose, in a first step, several layers or layers of at least one carbon fiber impregnated with epoxy resin are wound around a winding core or winding dome in order to produce a multi-layer laminate.
  • the laminate then consolidates on the winding core or can be consolidated in an accelerated manner by means of heat treatment, so that a hardened, dimensionally stable material is created which has the shape of the winding core, ie in particular is cylindrical or oval.
  • the consolidation process involves curing the epoxy resin, creating a solid plastic matrix composite material in which the carbon fiber is embedded.
  • the consolidated laminate is then removed from the winding core and separated into several prosthetic composite molded parts with a predetermined shape for further processing.
  • the disadvantage of the manufacturing method described is that the shape of the prosthesis composite moldings is dictated by the winding core.
  • the winding core In order to enable efficient winding of the carbon fiber onto the winding core, the winding core must be continuous in curvature, that is, in particular, cylindrical or oval.
  • the consolidated laminate only has a curvature that is identical to that of the winding core, which severely limits the shape of the prosthesis composite moldings to be produced.
  • some prostheses may require at least one change in curvature in sections.
  • a resilient heel portion of a prosthetic foot may include both a concave and a convex region.
  • such prosthetic composite molded parts cannot be produced using the method described above.
  • a method for producing composite moldings in particular prosthesis composite moldings, which have fiber-reinforced plastic, the method comprising a step of producing a multi-layer laminate using a wet winding process, which involves forming a A plurality of layers comprising winding at least one impregnated fiber onto a winding core; a step of detaching the laminate from the winding core; a step of reshaping the laminate so that the laminate has at least a predetermined curvature; and a step of consolidating the laminate to obtain a composite molding, the method steps according to the invention preferably being carried out in the order specified.
  • the said wet winding process can in particular be a process according to the wet winding process described above, that is, a fiber or a fiber thread or a yarn, which are also referred to as roving in this context, for impregnation with a liquid or viscous resin Polymer base is conducted.
  • a fiber or a fiber thread or a yarn which are also referred to as roving in this context
  • Polymer base is conducted.
  • vinyl ester resins, vitrimer resins and/or other polymers, for example elastomers or duromers can also be used to impregnate the fiber used. It is also conceivable that a pre-impregnated fiber is used as the starting material.
  • the fiber does not necessarily have to be impregnated in the course of the method according to the invention, but can be in the form of a pre-impregnated roving or a pre-impregnated fiber.
  • a pre-impregnated roving also known as “towpreg”
  • towpreg are commercially available.
  • the impregnated fiber is then wound onto a winding core, whereby the fiber can be attached to the winding core at one end and is rolled or spooled onto it in a controlled manner as the winding core rotates.
  • the winding core can also be wound around the fiber.
  • several fibers can be wound onto the winding core at the same time and at high speed and precisely combined, making the wet winding process an extremely time-efficient and productive manufacturing method. Furthermore, this process can be fully automated or carried out by machine, so that the composite molded parts can be manufactured particularly easily and therefore cost-effectively.
  • a homogeneous and multi-layered laminate is created by continuously winding a fiber onto the winding core, which has a fiber architecture surrounded by a viscous polymer matrix and is therefore classified as a composite material.
  • a first fiber layer is usually formed, which covers a surface area of the winding core.
  • a second layer can then be wound onto the first layer so that the two Layers are arranged directly adjacent to one another and thus create the layered structure of the laminate.
  • the winding of the fiber can be carried out in particular according to the circumferential winding method or the cross winding method.
  • the impregnated fiber within a layer is continuously wound along the main extension direction of the winding core, so that the outer surface of the winding core is essentially completely covered by a first wound layer.
  • the fiber windings, which are aligned parallel to one another within a layer, are in continuous contact with one another in the circumferential direction.
  • a first fiber layer is wound onto the winding core at a first specific angle and a subsequent second fiber layer is wound onto the winding core at a second specific angle, wherein the second specific angle can deviate by +/- 30° - 60° from the first specific angle, so that, viewed in the radial direction, two fiber layers wound one above the other have an essentially cross-shaped pattern.
  • additional layers can be wound onto the existing layers so that the thickness of the laminate can be precisely controlled via the number of layers.
  • a preferred thickness of the laminate after detachment from the winding core, i.e. when the laminate is spread out over a large area, can be, for example, 1 mm to 12 mm.
  • its dimensions in the main extension direction of the winding core can also be adjusted as desired, so that several composite molded parts can be made from a laminate produced in a single wet winding process.
  • the detachment of the wound multilayer laminate occurs immediately after the step of producing the laminate, that is, immediately after the winding of the impregnated fiber on the winding core and thus at a time at which the resulting The resulting laminate has not yet been consolidated.
  • the method according to the invention differs from the known wet winding method described above for the production of prosthesis composite moldings, in particular in the time at which the laminate is detached from the winding core.
  • the wound laminate is consolidated on the winding core in the conventional shaping process
  • the laminate is detached from the winding core according to the invention preferably before the laminate is consolidated.
  • the process of detachment is understood to mean a manual or mechanical separation or cutting of the laminate so that it can be removed from the winding core essentially without loss of material.
  • Detaching the multi-layer laminate from the winding core before the consolidation step has the particular advantage that the detached laminate is still soft or loose in shape at room temperature, thus enabling a high degree of freedom in the shaping of the composite moldings produced from the laminate.
  • the shape of the composite moldings according to the known wet winding process is significantly influenced by the shape of the winding core and is therefore limited by consolidating the laminate on the winding core.
  • the laminate is reshaped after the step of detaching the laminate.
  • reshaping the laminate is understood to mean converting the planar or flat initial shape of the detached laminate into a predetermined shape, said shape preferably corresponding at least in sections to the shape of a prosthesis.
  • the soft, unconsolidated laminates can be molded into a prosthetic composite molding.
  • the laminate has at least one predetermined curvature, which contributes in particular to improving the damping and deflection properties of a prosthesis made from the laminate.
  • the shaping of the laminate takes place in a shaping unit specially set up for this purpose, which is able to shape the laminate and the to maintain the shape obtained, for example by means of pressurized, complementary counter surfaces.
  • the laminate detached from the winding core and formed is consolidated to produce a composite molded part in order to consolidate the shape of the multilayer laminate obtained during the forming process.
  • the viscous polymer matrix of the laminate is consolidated by means of heat treatment, for example by hot pressing, so that a dimensionally stable composite material is created.
  • the consolidation step can also include a cooling process to cool the previously pressure and heat-treated laminate. The cooling of the laminate is advantageously carried out evenly over its entire extent in order to prevent the formation of thermal stresses within the laminate.
  • the winding core is set up in the course of the method according to the invention to reshape the laminate in the wound state, for example via flexible shaped elements on the surface of the winding core, which in combination with external, complementary counter surfaces are able to do this. to convert the laminate into a predetermined shape.
  • the step of consolidating the laminate could also be carried out in the wound state of the laminate, whereupon the laminate is detached from the winding core in the consolidated state and then separated into at least one prosthesis composite molding for further processing.
  • a first layer of impregnated fiber wound onto the winding core can advantageously have at least a second layer to the first Layer contact adjacent layer of impregnated fiber over their entire extent.
  • all other layers ie in particular a third layer which is wound onto the second layer, etc., also contact their respective adjacent layers.
  • the term "contact” in this context is understood to mean an essentially complete surface overlap of a layer with respect to its immediately adjacent layer, so that a particularly homogeneous and compact fiber architecture can be created.
  • the individual fiber layers can be directly adjacent to one another, whereby particularly high bonding forces can be achieved between the individual wound layers.
  • a consolidated laminate which predominantly comprises fiber layers arranged parallel to the main direction of extension of the laminate, can, for example, have increased flexibility transversely to the main direction of extension.
  • the specific angles of the first layer and the second layer are identical or essentially identical.
  • the detachment of the laminate from the winding core can be carried out by separating the laminate essentially parallel and/or transversely to a longitudinal axis of the winding core.
  • the longitudinal axis of the winding core can in particular produce a substantially rectangular laminate, which is then further processed by forming.
  • the laminate can be separated simultaneously both parallel and once or multiple times transversely to the longitudinal axis of the winding core, so that a plurality of uniform laminate blanks are obtained from a single wound laminate in the course of the separation.
  • the laminate or a laminate blank can be cut into a predetermined shape before the forming step.
  • laminate blanks in this context refers both to laminates which are cut directly on the winding core and to laminates which are converted into a predetermined shape before the forming step.
  • the secondary step of cutting is particularly useful if the laminate blanks are to have a shape before forming which cannot or can only be achieved with difficulty when the laminate is removed from the winding core.
  • the laminate blanks are preferably cut uniformly, which means that a plurality of rectangular laminate blanks can be made from one laminate in particular.
  • the subsequent forming of the laminate blanks can thus be simplified, particularly in the case of automated or machine forming, since all laminate blanks have the same shape and can therefore be processed in an identical manner.
  • the laminate blanks can be cut into different shapes, for example into differently sized rectangular, round and/or oval shapes. This enables the production of differently shaped composite moldings from a laminate, so that all composite moldings required for the production of a prosthesis can be formed in the course of a single wet wrapping process.
  • a laminate as well as a laminate cut can be used. Accordingly, the term “laminate” in the following section also includes a laminate cut.
  • the laminate can have at least one concave section and at least one convex section as a result of the forming process, whereby the laminate comprises at least one change in curvature.
  • a section is understood to mean an area of the laminate which can extend both longitudinally and transversely to the main direction of extension of the laminate and can have a predetermined dimension.
  • a concave section does not necessarily have to be provided with the same dimensions as a convex section, since it can be necessary, particularly in the case of foot prostheses, for a single prosthetic composite molded part to be designed with a plurality of concave or convex sections in order to imitate the functionality and, if applicable, the shape of a human foot as precisely as possible.
  • the anatomy of the underside of the foot which has a change in curvature, for example, in the transition areas between the rear foot, i.e. the heel area, the midfoot and the forefoot.
  • the method described enables the production of specific prosthetic composite molded parts that can precisely reproduce the curvature of the bottom of the foot.
  • the forming of the laminate is not limited to the formation of concave or convex sections. Rather, the laminate can be converted into all conceivable shapes relevant to the construction of a prosthesis during the forming process.
  • the formed laminate can have sections that are at right angles to one another.
  • it can already be provided at the time of forming to form at least one notch, one slot and/or one tapered section in or on the laminate.
  • the laminate can be held by a support surface during the forming process, and the consolidation of the laminate can be carried out while the support surface holds the laminate.
  • the support surface can be In particular, this can be a surface or a section of the aforementioned forming unit, which is designed to form the laminate detached from the winding core and/or the laminate blanks.
  • a counter surface complementary to the receiving surface can be provided, which in combination with the receiving surface provides a predetermined shape for the laminate.
  • the laminate or one or possibly several laminate blanks can be attached to the said receiving surface at the same time, so that they do not slip accidentally during the forming process.
  • both the forming and the consolidation can be carried out while the laminate is held by the receiving surface, the forming and consolidation can advantageously be carried out at the same time.
  • the receiving surface and optionally the complementary counter surface can be subjected to pressure and temperature in order to cause the laminate to be hot-pressed. Due to the procedure described, the duration of the manufacturing process for a composite molded part is reduced in particular and the handling of the formed laminates is simplified, since they do not have to be brought into a separate consolidation unit after forming. Alternatively, however, it is also conceivable that the forming and consolidation of the laminate takes place in two staggered processes.
  • the laminate can be cooled for storage before the forming step, preferably at a temperature of 10 to -100 ° C, particularly preferably at a temperature of -15 to -30 ° C.
  • the laminate is cooled or deep-frozen after it has been detached from the winding core and, if necessary, after the laminate blanks have been produced, so that the material, which is loose in shape or pliable at room temperature, can be temporarily stored for a longer period of time.
  • laminate can be pre-produced at any time using the wet wrapping process described and, if necessary, ie as soon as there is a specific order for the production of prosthesis composite moldings, heated or thawed and then further processed.
  • the laminate is further processed in the cooled state, that is, in particular, it is formed and consolidated.
  • the laminate can be cooled for storage after the forming step, preferably at a temperature of 10 to -100 °C, particularly preferably at a temperature of -15 to -30 °C.
  • cooling the laminate after forming but before consolidation should be considered in particular, whereby it can be advantageous to cool the formed laminate in its position in the receiving surface or in the forming unit so that the shape of the laminate, which has already been formed but is slack at room temperature, is not lost during the cooling process.
  • the laminate to be cooled can be removed from the forming unit together with the receiving surface and, if applicable, the counter surface complementary to the receiving surface, in order to avoid having to cool the entire forming unit.
  • the consolidation step can be carried out at a pressure of 1 to 150 bar, preferably 1 to 120 bar, particularly preferably 1 to 40 bar, and at a temperature of 0 to 300 °C, preferably 20 to 200 °C, particularly preferably 40 to 120 °C, over a period of 10 s to 30 min, preferably 30 s to 20 min, or over a period of 3 min to 40 min.
  • the corresponding parameters can be adapted depending on the polymer used and the fiber used in order to ensure optimal curing of the polymer matrix.
  • the consolidation time for fast-curing polymers can be just a few seconds, while slow-curing polymers can be cured over a period of several minutes. To save energy costs, it is therefore advantageous to use a polymer that has short curing times or cures even at low pressures and temperatures.
  • the at least one fiber can be a carbon fiber, a glass fiber, an aramid fiber, a Include basalt fiber, a ceramic fiber, a natural fiber or a combination thereof.
  • the type of fiber has a significant influence on the material properties as well as on the weight of the fiber-reinforced plastic and thus also on the functionality of the composite molding to be produced.
  • the strength and elasticity of the composite molding is determined by the fiber used and its fiber architecture, ie its arrangement and orientation in the polymer matrix.
  • the use of carbon fiber should be emphasized in particular, since carbon fiber, in particular anisotropic carbon fiber, has high strength and rigidity while at the same time having a low elongation at break in the axial direction.
  • a fiber thread is a bundle of fibers whose individual filaments are aligned parallel and at the same time untwisted and unspun.
  • this can be post-processed in order to adapt the composite molding at least in sections.
  • a machining process is particularly suitable for this, i.e. processing the composite molded part by means of drilling, milling and/or grinding. For example, it may be necessary to locally reduce the material thickness of the composite molding or to drill holes in order to insert threads into the composite molding.
  • the object is achieved according to the invention in a second aspect by a device for producing composite moldings, in particular prosthesis composite moldings, which have fiber-reinforced plastic, the device having a fiber feed unit which is set up to feed at least one fiber lead; a winding core having a substantially cylindrical shape; a winding unit which is designed to wind the fiber onto the winding core in multiple layers; a detachment unit which is designed to detach a laminate wound onto the winding core from the winding core; a forming unit which is set up for this purpose to transform the laminate that has been removed from the winding core into a predetermined shape and has a receiving surface for the laminate; and a consolidation unit which is designed to produce a composite molding by consolidating the laminate.
  • the device according to the invention can be designed with an impregnation unit.
  • This impregnation unit is designed in particular to impregnate the fiber used by passing the fiber through the impregnation unit before it is wound onto the winding core.
  • the impregnation unit can have a reservoir of viscous plastic matrix material, the corresponding plastic matrix material serving to impregnate the fiber.
  • the use of pre-impregnated fibers or pre-impregnated rovings is particularly suitable.
  • the fiber feed unit, the winding core and the forming unit of the device according to the invention are, in particular, units which are set up to carry out a wet winding process according to the first aspect.
  • the fiber feed unit can be set up to unwind at least one fiber from a fiber spool, align it and set a predetermined tension of the fiber.
  • the task of the winding unit is in particular to wind the impregnated fiber precisely onto the winding core.
  • the winding unit actively winds the fiber around the winding core and/or comprises a guide unit by means of which the orientation or the deposition angle of the fiber on the winding core is specified.
  • the winding of the fiber The application of the fiber to the winding core can be carried out in particular by rotating the winding core about its longitudinal axis.
  • the winding unit applies a carrier film to the winding core before winding the fiber. Such a carrier film serves in particular to protect the winding core and makes it easier to remove the wound laminate from the winding core.
  • the laminate produced during the wet winding process is released from the winding core before forming and consolidation.
  • the detachment unit of the device according to the invention can be set up to separate the laminate into a plurality of laminate blanks, so that several laminate blanks can advantageously be obtained from a single wound laminate. Due to this property, the time required to produce composite molded parts in particular is improved compared to the manual production mentioned at the beginning.
  • the winding core can also have a removable carrier film on its surface, which is designed to simplify the removal of the laminate from the winding core.
  • the removal unit removes the laminate together with the carrier film from the winding core.
  • the carrier film which then extends over the laminate on one side, is used in this case in particular for transporting and handling the laminate and protects it, at least on one side, from contamination.
  • the device according to the invention can further comprise a plurality of forming units and consolidation units in order to process several laminates or several laminate blanks at the same time.
  • the receiving surface of the forming unit can, as already described, comprise a complementary counter surface, so that the laminate can be fixed on both sides during forming and a counter pressure required for forming can be applied via the counter surface. Both the receiving surface and the complementary countersurface can be designed with at least one curvature, which is transferred to the laminate during the forming process.
  • the detachment unit can comprise cutting means which are designed to cut the laminate into a predetermined shape.
  • the cutting devices can cut the laminate fully automatically or can optionally be operated manually.
  • the cutting means can be blades or knives, for example rotary knives, carpet knives and/or ultrasonic knives.
  • the cutting means are in particular designed to cut the laminate into uniform laminate blanks which have a uniform, rectangular shape.
  • the device can comprise a cooling unit for cooling the laminate.
  • the cooling unit can in particular be a refrigerator and/or a freezer integrated into the device.
  • the cooling unit can also be designed outside the device according to the invention, for example in the form of a cooling chamber in which a plurality of laminates can be cooled or deep-frozen.
  • cooling the laminate is used in particular for interim storage, so that laminate can be pre-produced at a given time and cooled or frozen for storage.
  • the forming unit and the consolidation unit can process a laminate in a combined work step. Accordingly, it can be advantageous for the receiving surface of the forming unit to hold the laminate, and the consolidation unit can be designed to consolidate the laminate while the laminate is held on the receiving surface. If the laminate is provided with the carrier film, the consolidation unit can be designed to remove the carrier film from the laminate before consolidation. Alternatively, the carrier film can also be removed manually before forming and/or before consolidation. However, it can also be provided that the carrier film remains on the laminate during forming and consolidation.
  • the invention further relates to a composite molded part, in particular a prosthesis composite molded part, which can be produced according to the features of the first aspect, wherein a device according to the second aspect is used to produce said composite molded part. Consequently, all features and embodiments of the method according to the invention and of the device according to the invention can be transferred to the composite molded part according to the third aspect.
  • the correspondingly produced composite molded part can form at least part of a foot prosthesis or an entire foot prosthesis.
  • Figure 1 a shows an exemplary representation of a wet winding process according to a first exemplary embodiment
  • Figure 1 b shows an exemplary representation of a wet winding process according to a second embodiment
  • Figure 2 is a perspective view of a winding core
  • Figure 3 is a perspective view of the winding core with detached laminate blanks
  • Figure 4 is a perspective view of a laminate blank
  • Figure 5 shows an exemplary representation of further processing of the laminate blank from Figure 4;
  • Figure 6 is a perspective view of a forming and consolidation unit;
  • Figure 7a shows an exemplary representation of a composite molded part
  • FIG. 7b shows an exemplary representation of a prosthesis composite molded part produced from the composite molded part of FIG. 7a;
  • Figure 8a is a perspective view of another prosthetic composite molded part produced according to the invention.
  • Figure 8b is a perspective view of a foot prosthesis, which comprises two prosthesis composite moldings produced according to the invention.
  • Figure 9a is a perspective view of a prosthesis composite molding of the foot prosthesis from Figure 8b.
  • Figure 9b is a cross-sectional view of the prosthesis composite molding from Figure 9a.
  • the following figures explain the method according to the invention, including advantageous embodiments, in detail.
  • the description of the method also includes an illustration of the device according to the invention or its units, which can be used to produce composite molded parts, in particular prosthetic composite molded parts.
  • the fact that the individual units are shown and described in isolation below does not conflict with the invention. Rather, it is pointed out at this point that the units of the device according to the invention can be provided both as independent units and can be integrated into the device according to the invention.
  • FIG 1 a shows a wet winding process according to a first embodiment which is suitable in a known manner for producing composite materials.
  • a fiber 10 is provided in a first step, which serves as the starting material.
  • the fiber 10 is in particular a carbon fiber, since this carbon-containing material is advantageous for the production of functional prosthetic composite moldings due to its high strength and rigidity.
  • Corresponding prosthetic composite moldings are described in detail with reference to Figures 8a to 9b.
  • the fiber 10 in the context of the invention is also understood to mean a fiber thread, a filament, a yarn or a roving, all of which are suitable for use in the wet winding process.
  • a roving is referred to as a bundle, strand or multifilament yarn made of parallel arranged filaments, whereby a roving can comprise several thousand filaments.
  • the fibers 10 can be processed at the same time during a wet winding process in order to increase the efficiency of the wet winding process.
  • the fibers 10 are each provided by a fiber spool 12, from which the fibers 10 are unwound, aligned and, if necessary, adjusted to a predetermined tension by means of a fiber feed unit 14.
  • the fibers 10 are then passed through an impregnation unit 16 which comprises a viscous polymer-based resin.
  • the resin is usually epoxy resin, but the use of other resins or polymers, for example vinyl ester resin, Vitrimer resin, elastomers or duromers, is also possible.
  • the fibers 10 are guided through the impregnation unit 16, they are impregnated with the corresponding resin.
  • a container filled with viscous or liquid resin can be provided, through which the fibers 10 are guided.
  • Spray system is conceivable, which sprays the resin onto the fibers 10.
  • a winding unit (not shown in Figure 1 a) can also be provided, which comprises, for example, a guide that can be displaced along the winding core 18, whereby the fibers 10 can be bundled and wound onto the winding core 18 in a targeted manner at a specific position, in particular according to the circumferential winding method or the cross winding method described at the beginning.
  • the fibers 10 can be provided to vary a winding angle or an angular placement of the fibers 10 relative to the circumferential direction of the winding core 18, in particular in an angle range between 0° and 90°, preferably between 0.2° and 89°, in order to be able to adapt the orientation or alignment of the fibers 10 during winding onto the winding core 18 and thus to enable a variable fiber architecture in a laminate to be produced by winding, which is indicated in Figure 1 a only by the individual fibers 10 wound onto the winding core 18.
  • the said fiber architecture of the laminate can therefore comprise several fiber layers, each of which has a predetermined placement angle.
  • the winding core 18 can also be possible for the winding core 18 to be wound around the fibers 10, in which case the winding unit can be set up to control the movement sequence of the winding core 18 required for this purpose.
  • the winding core 18 is coated with a carrier film before the fibers 10 are wound up, which enables handling of the laminate and in particular prevents the impregnated fibers 10 from sticking to the winding core 18. Consequently, contamination of the winding core 18 is prevented.
  • the dimensions of the winding core 18 can also be varied depending on the size of the laminate to be produced, in particular the winding core 18 can have a length of 0.3 m to 15 m and a diameter of 10 cm to 300 cm.
  • the winding core 18 is shown with a cylindrical shape, whereby the winding core 18 can optionally also have an oval shape.
  • the shape of the winding core 18 enables continuous winding, ie winding or layering of several layers of the fibers 10 onto the winding core 18 into a winding package, wherein the fibers 10 to be wound are continuously in contact with the winding core 18 or an already wound fiber layer in order to produce a durable composite material.
  • the said grain posit material is produced by the process of winding the impregnated fibers 10 onto the winding core 18 in the form of a laminate, not illustrated in more detail in Figure 1a.
  • the laminate comprises the fibers 10 enclosed in a polymer matrix and thus represents a fiber-reinforced plastic, for example a CFRP.
  • the laminate can consist of a single fiber material as well as different types of fibers. The processes described for producing the laminate and the units involved can all operate fully automatically, so that the wet winding process is particularly suitable for producing laminates on an industrial scale.
  • Figure 1b shows a wet winding process according to a second embodiment, which differs from the first embodiment shown in Figure 1a only in the absence of the impregnation unit 16. Consequently, only the differences between Figure 1b and Figure 1a will be discussed in this context, while reference is made to Figure 1a for all common features.
  • fiber spools 12 with pre-impregnated fibers are used, so that the impregnation of the fiber during the wet winding process is eliminated.
  • the winding core 18 is shown in isolation, whereby it comprises a wound laminate.
  • the wall thickness or thickness of a wound laminate can be, for example, 0.1 mm to 30 mm and depends in particular on the desired material properties of a prosthetic composite molded part to be produced from the laminate. For example, it can preferably It may be necessary to produce prosthetic composite molded parts, which are intended to withstand high loads, with a comparatively large wall thickness.
  • the cutting lines 20, 22 shown in Figure 2 indicate the detachment of the laminate from the winding core 18, namely by cutting the laminate along the lines 20, 22 manually or automatically using a detachment unit and then pulling it off the winding core 18.
  • the arrangement of the cutting lines 20, 22 is to be regarded as preferred in this context, i.e. that the laminate is separated along the longitudinal axis of the winding core 18 (cutting line 20), whereby a single laminate can be pulled off the winding core 18 if desired, and that the laminate is separated at least once transversely to the longitudinal axis of the winding core 18 (cutting line 22).
  • the latter enables the laminate to be divided into a plurality of uniform laminate cuts, which are explained in more detail with reference to Figure 3.
  • Cutting means in particular rotary knives, carpet knives and/or ultrasonic knives, can be used to separate the laminate, which are controlled, for example, by the detachment unit not shown in Figure 2.
  • the detachment unit can be, among other things, an industrial robot arm which is set up to both cut the laminate along the cutting lines 20, 22 and to pull it off the winding core 18 in order to obtain a plurality of laminate blanks 24. If a carrier film has been applied to the winding core 18, this advantageously makes it easier to pull off the laminate blanks and also protects the winding core 18 from damage caused by the knife used to separate the laminate.
  • Said laminate blanks 24 are illustrated in Figure 3, whereby the laminate blanks 24 shown here were produced by separating the winding core 18 using the cutting lines 20, 22 shown in Figure 2. This results in rectangular laminate blanks 24, all of which have the same dimensions. sions.
  • the carrier film which is also detached when the laminate blanks are pulled off the winding core 18, is now located on the underside of the laminate blanks 24 and serves in particular for improved handling, since the laminate blanks 24 can be transported without contamination thanks to the carrier film.
  • the carrier film is advantageously made of a flexible material which is pressure and temperature resistant, so that the laminate blanks 24 can be formed and/or consolidated together with the carrier film if necessary.
  • the laminate blanks 24 are dimensionally or pliable at room temperature and are therefore particularly easy to deform.
  • the laminate blanks 24 can now be cut again, as illustrated in Figures 4 and 5, for example in order to adapt the dimensions of a laminate blank 24 at least in sections and/or in order to obtain a plurality of smaller blanks 28 from a laminate blank 24. Cutting the laminate blanks 24 that have already been detached is particularly easier to carry out than cutting the laminate in the wound state, which makes the former particularly advantageous.
  • the cutting of the laminate blanks 24 shown in Figures 4 and 5 is preferably carried out using the same cutting means 26 as for detaching the laminate from the winding core 18.
  • the laminate blanks 24 can not only be processed by cutting, but that other processing steps can also be considered, for example compressing the laminate blanks 24 in order to reduce their layer thickness.
  • the forming unit 30 here has a receiving surface 32 and a counter surface 34 that is complementary to the receiving surface 32, the two surfaces 32, 34 in turn being formed with shaping elements 36, 38 that are complementary to one another.
  • the first shaping element 36 is provided here, for example, as a concave section, so that the second shaping element 38 of the complementary counter surface 34 consequently comprises a convex section.
  • the laminate blank 24 is now placed on the receiving surface 32 of the forming unit 30 and, if necessary, fixed.
  • the dimension of the receiving surface 32 preferably corresponds to the dimension of the laminate blank 24, so that the positioning of the laminate blank 24 in the forming unit 30 is clearly specified.
  • the shaping elements 36, 38 are arranged in such a way that when the two surfaces 32, 34 are brought together, they engage with one another in a precise manner, whereby the shape of the shaping elements 36, 38 is transferred to the laminate blank 24.
  • the convex second shaping element 38 of the counter surface 34 presses the laminate blank 24 into the concave first shaping element 36 of the receiving surface 32, whereby a concave section is produced in the laminate blank 24.
  • the shaping elements 36, 38 are shown here only as examples. Rather, the shaping elements 36, 38 can be designed depending on the type and functionality of the prosthesis to be produced, so that a variety of prosthesis shapes can be produced using the method described. It should be particularly emphasized here that the prosthesis composite molding to be produced can in particular have at least one change in curvature, that is to say in particular comprises a concave and a convex section.
  • the forming unit 30 can, for example, have several shaping elements 36, each arranged offset from one another. 38 may be provided on the receiving surface 32 and on the complementary counter surface 34.
  • the forming unit 30 can be set up according to an advantageous embodiment to consolidate the laminate blank 24, i.e. the forming unit 30 additionally represents a consolidation unit. Consequently, the laminate blank 24 can be consolidated directly together or at the same time as the forming step, so that a dimensionally stable composite molded part is created.
  • the consolidation step is in particular a conventional hot pressing process, i.e.
  • a predetermined pressure and a predetermined temperature can be applied to the laminate blank 24 by means of the receiving surface 32 and in particular by means of the complementary counter surface 34 in order to form the plastic matrix of the Laminate blank 24 to harden.
  • the pressures and temperatures applied vary depending on the plastic matrix material used and are usually in a range from 1 bar to 120 bar, preferably in a range from 1 to 40 bar, and 20 ° C to 200 ° C, preferably 40 to 120 ° C, whereby a laminate cut can also be cooled during consolidation, for example to 6°C.
  • the consolidation time is usually between 30 s and 20 minutes or between 3 minutes and 40 minutes. If the laminate blank 24 to be formed and consolidated has a carrier film, this can either be removed before insertion into the forming unit 30 or together with the laminate -Blank 24 is formed and consolidated.
  • laminate blanks 24 may be desirable to store the laminate blanks 24 for a certain period of time, ie not to process them immediately after their production by consolidation into composite moldings. This may be the case, for example, if large quantities of starting material, i.e. fiber and polymer material, are available, but no immediate use is yet possible. orders for the production of composite molded parts.
  • laminate blanks 24 can be cooled or frozen, for example to -25°C.
  • the forming and consolidation unit 30 in particular can have a cooling unit, whereby the laminate blanks 24 can alternatively also be stored in an external cooling chamber. As soon as the laminate blanks 24 are to be formed and consolidated, they can be thawed and processed accordingly. Alternatively, cooling the laminate blanks 24 in the already formed state is also conceivable.
  • FIG 7a now shows an exemplary composite molded part 40 produced according to the described method.
  • the composite molded part 40 here has three concave sections 42 and two convex sections 44, which are each arranged alternately on the composite molded part 40 and can be produced by appropriately designed shaping elements 36, 38 of the forming and consolidation unit 30.
  • the composite molded part 40 shown in Figure 7a was made from a single laminate blank 24 and is particularly suitable for use as a prosthetic composite molded part 46, which is shown in Figure 7b.
  • holes 48 can be made in the composite molded part 40 in order to provide it with threads and to connect it to further prosthetic composite molded parts 46 in order to produce a complex prosthesis, as shown in Figure 8b.
  • the composite molded part 40 can, if desired, be divided into several segments, in particular into two or four segments, by means of notches or slots, which are illustrated by way of example using the embodiments shown in Figures 7b, 8a, 8b, and 9a, whereby, among other things, the flexibility of the prosthesis composite molded part 46 can be increased orthogonally to its main extension direction.
  • the composite molded part 40 can be coated with a sealing layer. which, for example, comprises a varnish or a polymer layer to seal roughened or porous surfaces.
  • Figures 8a and 8b show examples of prosthetic composite molded parts 50, 52 which are already fully developed and can be produced using the method described.
  • Figure 8a shows a first prosthetic composite molded part 50 of a foot prosthesis, which is in particular designed to be curvature-continuous and extends from a forefoot section 54 to a tibia and fibula section 56.
  • the first prosthetic composite molded part 50 is connected to a second prosthetic composite molded part 52, which has a heel section 58 and a metatarsal section 60.
  • the prosthesis composite molded parts 50, 52 represent a functional foot prosthesis made of fiber-reinforced plastic, for example made of CFRP, whereby such a form of a foot prosthesis is already known from the prior art, but can be produced particularly easily and inexpensively using the method according to the invention.
  • Figures 9a and 9b now once again illustrate the shape of the second prosthesis composite molding 52, with Figure 9a representing a perspective view and Figure 9b corresponding to a cross-sectional view.
  • the second prosthesis composite molding 52 includes both a concave section 42 in the area of the heel section 58 and a convex section 44 in the area of the metatarsal section 60.
  • the second prosthesis composite molded part 52 shown in FIGS. 8b, 9a and 9b has at least one change in curvature over its respective main extension direction, analogous to the prosthesis composite molded part 46 shown in FIG. 7b.
  • Such a shape has a positive effect on important properties of a foot prosthesis, in particular on the energy absorption, the degree of damping, the deflection and the energy output of the foot prosthesis.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are particularly suitable for producing such foot prosthesis composite molded parts 46, 50, 52, since a high degree of freedom in the shaping and in particular the curvature of the Prosthetic composite molded parts 46, 50, 52 is made possible with little time expenditure.
  • the wet winding process comprising forming a plurality of layers by winding at least one impregnated fiber (10) onto a winding core (18);
  • 2nd example Method according to the 1st example, wherein a first layer of impregnated fiber (10) wound on the winding core (18) contacts at least one second layer of impregnated fiber (10) adjacent to the first layer over their entire extent.
  • Example 3 Method according to one of the preceding examples, wherein a first layer of impregnated fiber (10) is wound relative to the winding core (18) at a first specific angle and a second layer of impregnated fiber (10) is wound relative to the winding core (18) at a second specific angle which deviates from the first specific angle, and wherein all specific angles are between 0° and 90°.
  • Example 5 Method according to one of the preceding examples, wherein the laminate is cut into a predetermined shape before the forming step.
  • Example 6 Method according to one of the preceding examples, wherein the laminate has at least one concave section (42) and at least one convex section (44) due to the forming.
  • Example 7 Method according to one of the preceding examples, wherein the laminate is held by a receiving surface (32) during forming, and wherein the consolidation of the laminate is carried out while the receiving surface (32) holds the laminate.
  • Example 9 Process according to one of Examples 1 to 7, wherein the laminate is cooled for storage after the forming step, preferably at a temperature of 10 to -100 °C, particularly preferably at a temperature of -15 to -30 °C.
  • the at least one fiber (10) comprises a carbon fiber, a glass fiber, an aramid fiber, a basalt fiber, a ceramic fiber, a natural fiber or a combination thereof.
  • detachment unit which is adapted to detach a laminate wound onto the winding core (18) from the winding core (18);
  • a forming unit (30) which is designed to transform laminate detached from the winding core (18) into a predetermined shape and has a receiving surface (32) for the laminate;
  • 13th example Device according to the 12th example, wherein the winding unit is further configured to wind a first layer of impregnated fiber (10) onto the winding core (18) such that the first layer contacts at least one second layer of impregnated fiber (10) adjacent to the first layer over its entire extent.
  • Example Device according to one of Examples 12 to 14, wherein the detachment unit comprises cutting means (26) which are designed to cut the laminate into a predetermined shape.
  • Example Device according to one of examples 12 to 15, wherein the device comprises a cooling unit for cooling the laminate.
  • Example 17 Device according to one of examples 12 to 16, wherein the receiving surface (32) of the forming unit (30) holds the laminate, and wherein the consolidation unit is configured to consolidate the laminate while the laminate is held on the receiving surface (32).
  • Example Composite molding (40), in particular prosthesis composite molding (46, 50, 52), produced according to a method according to one of Examples 1 to 11 and by means of a device according to one of Examples 12 to 17.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Komposit- Formteilen (40), insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen (46, 50, 52), welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei das Verfahren einen Schritt eines Erzeugens eines mehrschichtigen Laminats unter Verwendung eines Nasswickelvorgangs, welcher ein Bilden einer Mehrzahl von Schichten durch Aufwickeln wenigstens einer imprägnierten Faser (10) auf einen Wickelkern (18) umfasst; einen Schritt eines Ablösens des Laminats von dem Wickelkern (18); einen Schritt eines Umformens des Laminats, sodass das Laminat wenigstens eine vorbestimmte Krümmung aufweist; und einen Schritt eines Konsolidierens des Laminats umfasst, um ein Komposit-Formteil (40) zu erhalten. Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtung zur Herstellung von Komposit-Formteilen (40) und ein Komposit-Formteil (40).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON KOMPOSIT-FORMTEILEN
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Komposit- Formteilen, insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen, welche faserverstärkte Kunststoffe aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung besagter Komposit-Formteile.
Prothesen jeglicher Art und insbesondere Fußprothesen wurden im Verlauf der letzten Jahre stetig weiterentwickelt, um diese sowohl individuell an die Bedürfnisse eines betroffenen Patienten anpassen zu können als auch um die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Prothesen zu verbessern. Besagte Prothesen müssen ein hohes Maß an Festigkeit und Elastizität aufweisen, während deren eigenes Gewicht vorteilhafterweise, möglichst gering ausfällt. Dies wird unter anderem durch kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) ermöglicht, welcher bereits seit längerem bei der Herstellung von Prothesen zum Einsatz kommt. Bei CFK handelt es sich um einen Verbund- bzw. Kompositwerkstoff, welcher in eine Kunststoff- Matrix eingebettete Kohlenstofffasern umfasst. Die entsprechende Kunststoff-Matrix wird dabei regelmäßig von Epoxidharz gebildet.
Aus CFK hergestellte Prothesen-Formteile weisen einen schichtartigen Aufbau auf, bei welchem eine Mehrzahl einzelner CFK- bzw. Faserlagen schichtweise übereinandergelegt wird, bis eine gewünschte Materialdicke erreicht ist. Dieses Herstellungsverfahren ist insbesondere vorteilhaft, da die Materialdicke erzeugter Formteile abschnittsweise flexibel anpassbar ist und ferner auch die Anordnung sowie die Ausrichtung einzelner Faserlagen beeinflusst werden kann. Dadurch wird insbesondere das Einstellen einer gewünschten Festigkeit und Elastizität eines Prothesen-Formteils ermöglicht. Folglich können spezifische Eigenschaften einer Fußprothese, beispielsweise deren Energieaufnahme, Dämpfungsgrad, Durchbiegung sowie Energieabgabe, welche von wesentlicher Bedeutung für die Bewegungsabläufe während des Gehens sind, bereits bei der Herstellung der CFK-Formteile gezielt ausgebildet werden.
So offenbart beispielsweise die EP 3 193 789 B1 eine Fußprothese mit variabler Steifigkeit, wobei die entsprechende Fußprothese ein längliches Fußelement und ein Fersenelement umfasst. Das längliche Fußelemente und das Fersenelement sind über Schraubverbindungen miteinander verbunden und imitierten somit die Gestalt eines menschlichen Fußes. Die Steifigkeit und Flexibilität der Fußprothese wird ferner maßgeblich durch das Zusammenwirken des länglichen Fußelements und des Fersenelements bestimmt.
Da sich die Anforderungen einer Prothese in Bezug auf deren Größe und Funktion je nach Patient stark unterscheiden können, werden besagte Prothesen herkömmlicherweise manuell hergestellt. Dies ist jedoch sehr zeit- sowie kostenintensiv. Dementsprechend herrscht ein allgemeines Bestreben die Anfertigung von Prothesen zu vereinfachen, sodass insbesondere die aus CFK bestehenden Formteile einer Prothese im industriellen Maßstab ausgebildet werden können. Diesbezüglich offenbart die DE 10 2014 213 294 B4 ein Verfahren, bei welchem Fußprothe- sen-Komposit-Formteile aus CFK mittels eines sogenannten Nasswickelverfahrens angefertigt werden können. Dazu werden in einem ersten Schritt mehrere Schichten bzw. Lagen wenigstens einer mit Epoxidharz imprägnierten Kohlefaser um einen Wickelkern bzw. Wickeldom gewickelt, um ein mehrschichtiges Laminat zu erzeugen. Daraufhin konsolidiert das Laminat auf dem Wickelkern bzw. kann mittels Wärmebehandlung beschleunigt konsolidiert werden, sodass ein ausgehärtetes, formstabiles Material entsteht, welches die Form des Wickelkerns aufweist, d.h. insbesondere zylinderförmig oder oval ist. Bei dem Vorgang des Konsolidierens handelt es sich um ein Aushärten des Epoxidharzes, wodurch ein fester Kunststoff-Matrix-Kompositwerkstoff erzeugt wird, in welcher die Kohlefaser eingebettet ist. Im Anschluss wird das konsolidierte Laminat von dem Wickelkern gelöst und zur Weiterverarbeitung in mehrere Prothesen-Komposit-Formteile mit vorbestimmter Form aufgetrennt. Nachteilig an dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist jedoch, dass die Form der Prothesen-Komposit-Formteile durch den Wickelkern vorgegeben wird. Um ein effizientes Aufwickeln der Kohlefaser auf den Wickelkern zu ermöglichen, muss der Wickelkern krümmungsstetig sein, d.h. insbesondere zylinderförmig oder oval. Folglich weist das konsolidierte Laminat lediglich eine zu dem Wickelkern identische Krümmung auf, wodurch die Formgebung der zu erzeugenden Prothesen- Komposit-Formteile stark limitiert wird. Insbesondere kann es bei einigen Prothesen erforderlich sein, abschnittsweise wenigstens einen Krümmungswechsel aufzuweisen. So kann beispielsweise ein federnder Fersenabschnitt einer Fußprothese sowohl einen konkaven als auch einen konvexen Bereich umfassen. Derartige Prothesen-Komposit-Formteile sind allerdings nicht durch das oben beschriebene Verfahren herstellbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen, insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen bereitzustellen, welches eine besonders einfache und zeiteffiziente Anfertigung einer Mehrzahl von Komposit-Formteilen mit variabler Formgebung ermöglicht. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, welche dazu eingerichtet ist, Komposit-Formteile gemäß dem erfindungsmäßen Verfahren herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem ersten Aspekt durch ein Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen gelöst, insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen, welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei das Verfahren einen Schritt eines Erzeugens eines mehrschichtigen Laminats unter Verwendung eines Nasswickelvorgangs, welcher ein Bilden einer Mehrzahl von Schichten durch Aufwickeln wenigstens einer imprägnierten Faser auf einen Wickelkern umfasst; einen Schritt eines Ablösens des Laminats von dem Wickelkern; einen Schritt eines Umformens des Laminats, sodass das Laminat wenigstens eine vorbestimmte Krümmung aufweist; und einen Schritt eines Konsolidierens des Laminats umfasst, um ein Komposit-Formteil zu erhalten, wobei die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen sind. Bei dem besagten Nasswickelvorgang kann es sich insbesondere um einen Vorgang gemäß dem eingangs beschriebenen Nasswickelverfahren handeln, d.h. dass eine Faser bzw. ein Faserfaden oder ein Garn, welche in diesem Zusammenhang auch als Roving bezeichnet werden, zur Imprägnierung durch ein flüssiges bzw. viskoses Harz auf Polymerbasis geleitet wird. Neben Epoxidharz können auch Vinylesterharze, Vitrimerharze und/oder anderweitige Polymere, beispielsweise Elastomere oder Duromere zur Imprägnierung der verwendeten Faser zum Einsatz kommen. Dabei ist es ebenfalls denkbar, dass als Ausgangsmaterial eine vorimprägnierte Faser verwendet wird. Dementsprechend muss die Faser nicht zwangsläufig im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens imprägniert werden, sondern kann in Form eines vorimprägnierten Rovings bzw. einer vorimprägnierten Faser vorliegen. Derartige vorimprägnierte Rovings, welche auch als „Towpreg“ bezeichnet werden, sind kommerziell verfügbar.
Anschließend wird die imprägnierte Faser auf einen Wickelkern aufgewickelt, wobei die Faser dazu an einem Faserende an dem Wickelkern befestigbar ist und im Zuge eines Rotierens des Wickelkerns kontrolliert auf diesen aufgerollt bzw. aufgespult wird. Alternativ kann auch der Wickelkern um die Faser gewickelt werden. Vorteilhafterweise können mehrere Fasern gleichzeitig und mit hoher Geschwindigkeit auf den Wickelkern aufgewickelt und präzise kombiniert werden, wodurch das Nasswickelverfahren eine äußerst zeiteffiziente und produktive Herstellungsmethode darstellt. Ferner kann dieses Verfahren vollautomatisiert bzw. maschinell durchgeführt werden, sodass die Komposit-Formteile besonders einfach und somit kosteneffizient hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß entsteht im Zuge des Nasswickelvorgangs durch das kontinuierliche Aufwickeln einer Faser auf den Wickelkern ein homogenes sowie mehrschichtiges bzw. mehrlagiges Laminat, welches eine von einer viskosen Polymermatrix umgebene Faserarchitektur aufweist und folglich als Verbund- bzw. Kompo- sitwerkstoff klassifiziert wird. Dazu wird in der Regel eine erste Faserschicht ausgebildet, welche eine Mantelfläche des Wickelkerns bedeckt. Eine zweite Schicht kann daraufhin auf die erste Schicht aufgewickelt werden, sodass die beiden Schichten unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind und somit den schichtartigen Aufbau des Laminats erzeugen. Das Aufwickeln der Faser kann dabei insbesondere nach dem Umfangswickel-Verfahren oder dem Kreuzwickel-Verfahren durchgeführt werden. Bei dem Umfangswickel-Verfahren wird die imprägnierte Faser innerhalb einer Schicht kontinuierlich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Wickelkerns aufgewickelt, sodass die Mantelfläche des Wickelkerns im Wesentlichen vollständig durch eine erste gewickelte Schicht bedeckt wird. Die innerhalb einer Schicht jeweils parallel zueinander ausgerichteten Faserwicklungen kontaktieren sich dabei in Umfangsrichtung durchgehend. Im Gegensatz dazu wird beim sogenannten Kreuzwickel-Verfahren eine erste Faserschicht unter einem ersten spezifischen Winkel auf den Wickelkern aufgewickelt und eine darauffolgende zweite Faserschicht unter einem zweiten spezifischen Winkel auf den Wickelkern aufgewickelt, wobei der zweite spezifische Winkel um +/- 30° - 60° von dem ersten spezifischen Winkel abweichen kann, sodass, in radialer Richtung betrachtet, zwei übereinander aufgewickelte Faserschichten ein im Wesentlichen kreuzförmiges Muster aufweisen.
Je nach gewünschter Stärke bzw. Dicke des herzustellenden Laminats, können weitere Schichten auf die bereits vorhandenen Schichten aufgewickelt werden, sodass die Dicke des Laminats über die Anzahl der Schichten präzise gesteuert werden kann. Eine bevorzugte Dicke des Laminats nach dem Ablösen von dem Wickelkern, d.h. wenn das Laminat insbesondere flächig ausgebreitet ist, kann beispielsweise 1 mm bis 12 mm betragen. Neben der Anzahl der Schichten bzw. Lagen und somit der Dicke des Laminats kann ferner auch dessen Abmessung in der Haupterstreckungsrichtung des Wickelkerns beliebig eingestellt werden, sodass aus einem in einem einzelnen Nasswickelvorgang erzeugten Laminat mehrere Komposit-Formteile angefertigt werden können.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ablösen des aufgewickelten mehrschichtigen Laminats unmittelbar nach dem Schritt des Erzeugens des Laminats, d.h. unmittelbar nach dem Aufwickeln der imprägnierten Faser auf den Wickelkern und somit zu einem Zeitpunkt, an welchem das er- zeugte Laminat noch nicht konsolidiert ist. Daraus ergibt sich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren von dem eingangs beschriebenen bekannten Nasswickelverfahren zur Herstellung von Prothesen-Komposit-Formteilen insbesondere durch den Zeitpunkt des Ablösens des Laminats von dem Wickelkern unterscheidet. Während das aufgewickelte Laminat bei dem herkömmlichen Verfahren zur Formgebung auf dem Wickelkern konsolidiert wird, erfolgt das Ablösen des Laminats von dem Wickelkern erfindungsgemäß vorzugsweise vor dem Konsolidieren des Laminats. Unter dem Vorgang des Ablösens wird in diesem Zusammenhang ein händisches oder maschinelles Auftrennen bzw. Aufschneiden des Laminats verstanden, sodass dieses im Wesentlichen ohne Materialverlust von dem Wickelkern entfernt werden kann.
Das Ablösen des mehrschichtigen Laminats von dem Wickelkern vor dem Schritt des Konsolidierens hat insbesondere den Vorteil, dass das abgelöste Laminat bei Raumtemperatur noch weich bzw. formschlaff ist und somit ein hoher Freiheitsgrad bei der Formgebung der aus dem Laminat erzeugten Komposit-Formteile ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu wird die Form der Komposit-Formteile gemäß dem bekannten Nasswickelverfahren durch das Konsolidieren des Laminats auf dem Wickelkern maßgeblich von der Form des Wickelkerns beeinflusst und somit limitiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt nach dem Schritt des Ablösens des Laminats das Umformen des Laminats. Unter dem Umformen des Laminats ist in diesem Zusammenhang das Überführen der planaren bzw. ebenen Ausgangsform des abgelösten Laminats in eine vorbestimmte Form zu verstehen, wobei die besagte Form vorzugsweise wenigstens abschnittsweise der Gestalt einer Prothese entspricht. Mit anderen Worten formuliert, kann des weiche, nicht-konsolidierte Laminate in ein Prothesen-Komposit-Formteil geformt werden. Erfindungsgemäß weist das Laminat dazu wenigstens eine vorbestimmte Krümmung auf, welche insbesondere zur Verbesserung der Dämpfungs- sowie Durchbiegungseigenschaften einer aus dem Laminat angefertigten Prothese beiträgt. Vorteilhafterweise erfolgt das Umformen des Laminats in einer speziell für diesen Zweck eingerichteten Umformungseinheit, welche dazu in der Lage ist, das Laminat umzuformen und die dabei erhaltene Form aufrechtzuerhalten, beispielsweise mittels druckbeaufschlagter, komplementärer Gegenflächen.
Abschließend wird das von dem Wickelkern abgelöste und umgeformte Laminat zur Erzeugung eines Komposit-Formteils konsolidiert, um die im Zuge des Umformens erhaltene Form des mehrschichtigen Laminats zu festigen. Wie bereits erwähnt, wird dabei die viskose Polymermatrix des Laminats mittels Wärmebehandlung konsolidiert, beispielsweise durch Heißpressen, sodass ein formstabiles Kompositmaterial entsteht. Insbesondere kann der Schritt des Konsolidierens auch einen Abkühlvorgang umfassen, um das zuvor druck- und wärmebehandelte Laminat abzukühlen. Vorteilhafterweise erfolgt das Kühlen des Laminats gleichmäßig über dessen gesamte Erstreckung, um die Ausbildung von thermischen Spannungen innerhalb des Laminats zu verhindern. Durch das Konsolidieren des Laminats wird eine in einer formstabilen Polymermatrix eingebettete Faserstruktur erzeugt, wobei das konsolidierte Laminat einen faserverstärkten Kunststoff darstellt.
Alternativ ist es ebenso vorstellbar, dass der Wickelkern im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu eingerichtet ist, das Laminat bereits im aufgewickelten Zustand umzuformen, beispielswiese über flexible Formelemente auf der Oberfläche des Wickelkerns, welche in Kombination mit externen, komplementären Gegenflächen dazu in der Lage sind, das Laminat in eine vorbestimmte Form zu überführen. In diesem Fall könnte der Schritt des Konsolidierens des Laminats ebenfalls im aufgewickelten Zustand des Laminats durchgeführt werden, woraufhin das Laminat im konsolidierten Zustand von dem Wickelkern abgelöst und anschließend zur Weiterverarbeitung in wenigstens ein Prothesen-Komposit-Formteil aufgetrennt wird.
Um während des Nasswickelvorgangs ein möglichst homogenes Laminat zu erzeugen, welches sich im Anschluss besonders einfach zu Komposit-Formteilen weiterverarbeiten lässt, kann vorteilhafterweise eine erste auf den Wickelkern aufgewickelte Schicht aus imprägnierter Faser wenigstens eine zweite zu der ersten Schicht benachbarte Schicht aus imprägnierter Faser über deren gesamte Erstreckung kontaktieren. Es versteht sich, dass auch alle weiteren Schichten, d.h. insbesondere eine dritte Schicht, welche auf die zweite Schicht aufgewickelt wird, usw., ihre jeweils benachbarten Schichten kontaktieren. Unter dem Begriff „kontaktieren“ ist in diesem Zusammenhang ein im Wesentlichen vollständiges flächiges Überlappen einer Schicht in Bezug auf deren unmittelbar benachbarte Schicht zu verstehen, sodass eine besonders homogene sowie kompakte Faserarchitektur erzeugt werden kann. Mit anderen Worten formuliert, können die einzelnen Faserschichten unmittelbar aneinander angrenzen, wodurch besonders hohe Bindungskräfte zwischen den einzelnen aufgewickelten Schichten erzielt werden können.
Optional kann eine erste Schicht aus imprägnierter Faser relativ zu dem Wickelkern unter einem ersten spezifischen Winkel aufgewickelt werden und eine zweite Schicht aus imprägnierter Faser relativ zu dem Wickelkern unter einem zweiten spezifischen Winkel aufgewickelt werden, welcher von dem ersten spezifischen Winkel abweicht, und wobei alle spezifischen Winkel relativ zu der Umfangsrichtung des Wickelkerns zwischen 0° und 90° liegen. Dabei kann der spezifische Winkel, welcher auch als Ablagewinkel oder Wickelwinkel bezeichnet wird, je nach Schicht variiert werden, um eine Faserarchitektur mit vorbestimmten Eigenschaften auszubilden. So kann insbesondere die Flexibilität des herzustellenden Kom- posit-Formteils durch die Ausrichtung der individuellen Schichten innerhalb der Faserarchitektur des Laminats beeinflusst werden. Ein konsolidiertes Laminat, welches überwiegend parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Laminats angeordnete Faserschichten umfasst, kann beispielsweise eine erhöhte Biegsamkeit quer zur Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass die spezifischen Winkel der ersten Schicht sowie der zweiten Schicht identisch bzw. im Wesentlichen identisch sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Ablösen des Laminats von dem Wickelkern durch Auftrennen des Laminats im Wesentlichen parallel und/oder quer zu einer Längsachse des Wickelkerns durchgeführt werden. Durch das entsprechende Auftrennen des Laminats parallel zu der Längsachse des Wickelkerns kann insbesondere ein im Wesentlichen rechteckiges Laminat erzeugt werden, welches anschließend durch Umformung weiterverarbeitet wird. Optional ist das Auftrennen des Laminats zeitgleich sowohl parallel als auch einfach oder mehrfach quer zu der Längsachse des Wickelkerns durchführbar, sodass aus einem einzelnen aufgewickelten Laminat im Zuge des Auftrennens eine Mehrzahl einheitlicher Laminat-Zuschnitte erhalten wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Laminat oder ein Laminat-Zuschnitt vor dem Schritt des Umformens in eine vorbestimmte Form zugeschnitten werden. Dadurch können spezifisch geformte Laminat-Zuschnitte erzeugt werden, welche im Zuge der weiteren Verfahrensschritte in Komposit-Form- teile verarbeitet werden können. Der Begriff „Laminat-Zuschnitte“ bezieht sich in diesem Zusammenhang sowohl auf Laminate, welche unmittelbar auf dem Wickelkern zugeschnitten werden, als auch auf Laminate, welche vor dem Schritt des Umformens in eine vorbestimmte Form überführt werden. Der sekundäre Schritt eines Zuschneidens ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Laminat-Zuschnitte bereits vor dem Umformen eine Form aufweisen sollen, welche sich im Zuge des Ablösens des Laminats von dem Wickelkern nicht oder nur schwer realisieren lässt.
Die Laminat-Zuschnitte werden vorzugsweise einheitlich zugeschnitten, wodurch insbesondere aus einem Laminat eine Mehrzahl rechteckiger Laminat-Zuschnitte angefertigt werden kann. Somit kann die nachfolgende Umformung der Laminat- Zuschnitte vereinfacht werden, insbesondere im Fall einer automatisierten bzw. maschinellen Umformung, da alle Laminat-Zuschnitte die gleiche Form aufweisen und folglich auf eine identische Art und Weise verarbeitet werden können. Alternativ können die Laminat-Zuschnitte in voneinander abweichende Formen zugeschnitten werden, beispielsweise in unterschiedlich dimensionierte rechteckige, runde und/oder ovale Formen. Dies ermöglicht die Anfertigung unterschiedlich geformter Komposit-Formteile aus einem Laminat, sodass folglich alle für die Herstellung einer Prothese benötigten Komposit-Formteile im Zuge eines einzelnen Nasswickelvorgangs ausgebildet werden können. An dieser Stelle sei angemerkt, dass in Bezug auf die folgenden Verfahrensschritte ein Laminat sowie gleichermaßen ein Laminat-Zuschnitt verwendet werden kann. Dementsprechend schließt der Begriff „Laminat“ im folgenden Abschnitt auch einen Laminat-Zuschnitt mit ein.
Optional kann das Laminat durch das Umformen wenigstens einen konkaven Abschnitt sowie wenigstens einen konvexen Abschnitt aufweisen, wodurch das Laminat wenigstens einen Krümmungswechsel umfasst. Unter einem Abschnitt ist in diesem Zusammenhang ein Bereich des Laminats zu verstehen, welcher sich sowohl longitudinal als auch transversal zu der Haupterstreckungsrichtung des Laminats erstrecken und eine vorbestimmte Abmessung aufweisen kann. Ferner muss ein konkaver Abschnitt nicht zwangsläufig mit den gleichen Abmessungen wie ein konvexer Abschnitt bereitgestellt sein, da es insbesondere bei Fußprothesen notwendig sein kann, dass ein einzelnes Prothesen-Komposit-Formteil mit einer Mehrzahl von konkaven bzw. konvexen Abschnitten ausgebildet ist, um die Funktionalität und gegebenenfalls die Form eines menschlichen Fußes möglichst präzise zu imitieren. Konkret sei an dieser Stelle auf die Anatomie der Fußunterseite verwiesen, welche beispielsweise in den Übergangsbereichen zwischen dem Rückfuß, also dem Fersenbereich, dem Mittelfuß sowie dem Vorfuß jeweils einen Krümmungswechsel aufweist. Das beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung spezifischer Prothesen-Komposit-Formteile, welche den Krümmungsverlauf der Fußunterseite präzise wiedergeben können. An dieser Stelle sei zusätzlich erwähnt, dass das Umformen des Laminats nicht auf die Ausbildung von konkaven bzw. konvexen Abschnitten begrenzt ist. Vielmehr kann das Laminat im Zuge des Umformens in alle erdenklichen, für den Aufbau einer Prothese relevanten Formen überführt werden. Beispielsweise kann das umgeformte Laminat zueinander rechtwinklige Abschnitte aufweisen. Ferner kann es bereits zum Zeitpunkt des Umformens vorgesehen sein, wenigstens eine Einkerbung, einen Schlitz und/oder einen verjüngten Abschnitt in bzw. an dem Laminat auszubilden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Laminat während des Umformens von einer Aufnahmefläche gehaltert werden, und wobei das Konsolidieren des Laminats durchgeführt werden kann, während die Aufnahmefläche das Laminat haltert. Bei der Aufnahmefläche kann es sich insbesondere um eine Fläche bzw. einen Abschnitt der bereits erwähnten Umformungseinheit handeln, welche zum Umformen des von dem Wickelkern abgelösten Laminats und/oder der Laminat-Zuschnitte eingerichtet ist. Hierzu kann insbesondere eine zu der Aufnahmefläche komplementäre Gegenfläche bereitgestellt sein, welche in Kombination mit der Aufnahmefläche eine vorbestimmte Form für das Laminat vorgibt. An der besagten Aufnahmefläche kann das Laminat bzw. ein oder gegebenenfalls mehrere Laminat-Zuschnitte gleichzeitig befestigt werden, sodass diese während des Umformens nicht ungewollt verrutschen.
Da sowohl das Umformen als auch das Konsolidieren durchgeführt werden kann, während das Laminat von der Aufnahmefläche gehaltert wird, kann das Umformen und das Konsolidieren vorteilhafterweise zeitgleich durchgeführt werden. Dazu kann es vorgesehen sein, dass die Aufnahmefläche sowie optional die komplementäre Gegenfläche druck- und temperaturbeaufschlagbar sind, um ein Heißpressen des Laminats zu bewirken. Aufgrund der beschrieben Vorgehensweise wird insbesondere die Dauer des Herstellungsverfahrens eines Komposit-Form- teils reduziert und die Handhabung der umgeformten Laminate vereinfacht, da diese nach dem Umformen nicht in eine separate Konsolidierungseinheit gebracht werden müssen. Alternativ ist es jedoch ebenfalls denkbar, dass das Umformen und das Konsolidieren des Laminats in zwei zeitlich versetzten Vorgängen abläuft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Laminat vor dem Schritt des Umformens zur Lagerung gekühlt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis -100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von -15 bis -30 °C. Mit anderen Worten formuliert, wird das Laminat nach dem Ablösen von dem Wickelkern und gegebenenfalls nach dem Erzeugen der Laminat-Zuschnitte gekühlt bzw. tiefgekühlt, wodurch das bei Raumtemperatur form- bzw. biegeschlaffe Material über einen längeren Zeitraum zwischengelagert werden kann. Vorteilhafterweise kann somit jederzeit Laminat mittels des beschriebenen Nasswickelvorgangs vorproduziert werden und bei Bedarf, d.h. sobald ein konkreter Auftrag zur Herstellung von Prothesen-Komposit-Formteilen vorliegt, erwärmt bzw. aufgetaut und anschließend weiterverarbeitet werden. Ferner kann es ebenso vorgesehen sein, dass das Laminat im gekühlten Zustand weiterverarbeitet wird, d.h. insbesondere umgeformt und konsolidiert wird.
Alternativ dazu kann das Laminat nach dem Schritt des Umformens zur Lagerung gekühlt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis -100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von -15 bis -30 °C. In diesem Fall ist insbesondere die Kühlung des Laminats nach dem Umformen jedoch vor dem Konsolidieren in Betracht zu ziehen, wobei es hierbei vorteilhaft sein kann, das umgeformte Laminat in dessen Position in der Aufnahmefläche bzw. in der Umformungseinheit zu Kühlen, sodass die Form des bereits umgeformten jedoch bei Raumtemperatur formschlaffen Laminats im Zuge des Kühlungsvorgangs nicht verloren geht. In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, das zu kühlende Laminat mitsamt der Aufnahmefläche und gegebenenfalls der zu der Aufnahmefläche komplementären Gegenfläche aus der Umformungseinheit entnehmen zu können, um nicht die gesamte Umformungseinheit kühlen zu müssen.
Ferner kann der Schritt des Konsolidierens bei einem Druck von 1 bis 150 bar, vorzugsweise 1 bis 120 bar, besonders bevorzugt 1 bis 40 bar, und bei einer Temperatur von 0 bis 300 °C, vorzugsweise 20 bis 200 °C, besonders bevorzugt 40 bis 120 °C, über einen Zeitraum von 10 s bis 30 min, vorzugsweise 30 s bis 20 min, oder über einen Zeitraum von 3 min bis 40 min durchgeführt werden. Diesbezüglich können die entsprechenden Parameter je nach verwendetem Polymer und je nach verwendeter Faser angepasst werden, um ein optimales Aushärten der Polymermatrix zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Konsolidierungszeit für schnell aushärtende Polymere lediglich einige Sekunden betragen, während langsam aushärtende Polymere über einen Zeitraum von mehreren Minuten ausgehärtet werden können. Zur Einsparung von Energiekosten ist folglich die Verwendung eines Polymers vorteilhaft, welches geringe Aushärtezeiten aufweist bzw. bereits bei niedrigen Drücken und Temperaturen aushärtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die wenigstens eine Faser eine Kohlefaser, eine Glasfaser, eine Aramidfaser, eine Basaltfaser, eine Keramikfaser, eine Naturfaser oder eine Kombination davon umfassen. Die Art der Faser hat einen erheblichen Einfluss auf die Matenaleigenschaften sowie auf das Gewicht des faserverstärkten Kunststoffs und somit auch auf die Funktionalität des herzustellenden Komposit-Formteils. Insbesondere die Festigkeit und Elastizität des Komposit-Formteils wird durch die verwendete Faser sowie deren Faserarchitektur, d.h. deren Anordnung und Ausrichtung in der Polymermatrix, vorgegeben. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Verwendung von Kohlefaser hervorzuheben, da Kohlefaser, insbesondere anisotrope Kohlefaser, eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung aufweist. An dieser Stelle sei ebenfalls erwähnt, dass anstelle einer Faser auch ein Faserfaden, ein Faserbündel, ein Filament, ein Roving oder gegebenenfalls eine Kombination davon im Zuge des Nasswickelvorgangs verwendet werden kann. Bei einem Roving handelt es sich um ein Faserbündel, dessen Einzelfilamente parallel ausgerichtet sowie zeitgleich unverdreht und unversponnen sind.
Im Anschluss an das Konsolidieren des Laminats zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Komposit-Formteils kann dieses nachbearbeitet werden, um das Kom- posit-Formteil wenigstens abschnittsweise anzupassen. Dazu eignet sich insbesondere ein spanendes Verfahren, d.h. die Bearbeitung des Komposit-Formteils mittels Bohren, Fräsen und/oder Schleifen. Beispielsweise kann es notwendig sein, die Materialdicke des Komposit-Formteils lokal zu reduzieren oder Bohrungen durchzuführen, um Gewinde in das Komposit-Formteil einzufügen.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß in einem zweiten Aspekt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Komposit-Formteilen gelöst, insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen, welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei die Vorrichtung eine Faser-Zuführeinheit, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Faser zu führen; einen Wickelkern, welcher eine im Wesentliche zylindrische Form aufweist; eine Wickeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Faser auf den Wickelkern mehrschichtig aufzuwickeln; eine Ablöseeinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein auf den Wickelkern aufgewickeltes Laminat von dem Wickelkern abzulösen; eine Umformungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, von dem Wickelkern abgelöstes Laminat in eine vorbestimmte Form umzuformen und eine Aufnahmefläche für das Laminat aufweist; und eine Konsolidierungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, durch Konsolidieren des Laminats ein Kom- posit-Formteil zu erzeugen.
An dieser Stelle sei bereits angemerkt, dass sämtlich für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten Merkmale auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt anwendbar sind.
Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Imprägniereinheit ausgebildet sein. Diese Imprägniereinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, die verwendete Faser zu imprägnieren, indem die Faser vor dem Aufwickeln auf den Wickelkern durch die Imprägniereinheit geführt wird. Dazu kann die Imprägniereinheit ein Reservoir an viskosem Kunststoff-Matrixmaterial aufweisen, wobei das entsprechende Kunststoff-Matrixmaterial zur Imprägnierung der Faser dient. In diesem Zusammenhang sei ferner auf das Imprägnieren der Faser gemäß dem ersten Aspekt verwiesen. Insofern die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Imprägniereinheit aufweist, so kommt insbesondere die Verwendung von vorimprägnierten Fasern bzw. vorimprägnierten Rovings in Betracht.
Bei der Faser-Zuführeinheit, dem Wickelkern und der Umformungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich insbesondere um Einheiten, welche dazu eingerichtet sind, einen Nasswickelvorgang gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. In diesem Zusammenhang kann die Faser-Zuführeinheit dazu eingerichtet sein, wenigstens eine Faser von einer Faserspule abzuspulen, auszurichten und eine vorbestimmte Spannung der Faser einzustellen.
Die Aufgabe der Wickeleinheit besteht insbesondere darin, die imprägnierte Faser präzise auf den Wickelkern aufzuwickeln. Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wickeleinheit die Faser aktiv um den Wickelkern wickelt und/oder eine Führungseinheit umfasst, mittels welcher die Ausrichtung bzw. der Ablagewinkel der Faser auf dem Wickelkern vorgegeben wird. Das Aufwickeln der Fa- ser auf den Wickelkern kann dabei insbesondere durch die Rotation des Wickelkerns um dessen Längsachse erfolgen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Wickeleinheit vor dem Aufwickeln der Faser eine Trägerfolie auf den Wickelkern aufbringt. Eine derartige Trägerfolie dient insbesondere zum Schutz des Wickelkerns und erleichtert das Ablösen des aufgewickelten Laminats von dem Wickelkern.
Wie bereits erwähnt, wird gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung das im Zuge des Nasswickelvorgangs erzeugte Laminat vor dem Umformen und Konsolidieren von dem Wickelkern gelöst. In diesem Zusammenhang kann die Ablöseeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet sein, das Laminat in eine Mehrzahl von Laminat-Zuschnitten aufzutrennen, sodass aus einem einzelnen aufgewickelten Laminat vorteilhafterweise mehrere Laminat-Zuschnitte erhalten werden können. Aufgrund dieser Eigenschaft wird insbesondere der zeitliche Aufwand zur Herstellung von Komposit-Formteilen im Vergleich zur eingangs erwähnten manuellen Anfertigung verbessert. Der Wickelkern kann an dessen Oberfläche ferner eine ablösebare Trägerfolie aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, das Ablösen des Laminats von dem Wickelkern zu vereinfachen.
Wird das Laminat mittels der Ablöseeinheit von dem Wickelkern entfernt, so löst die Ablöseeinheit das Laminat mitsamt der Trägerfolie von dem Wickelkern ab. Die Trägerfolie, welche sich daraufhin einseitig über das Laminat erstreckt, dient in diesem Fall insbesondere zum Transport und zur Handhabung des Laminats und schützt dieses, zumindest einseitig, vor Verunreinigungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Mehrzahl von Umformungseinheiten sowie Konsolidierungseinheiten umfassen, um mehrere Laminate bzw. mehrere Laminat-Zuschnitte zeitgleich zu verarbeiten. Die Aufnahmefläche der Umformungseinheit kann, wie bereits beschrieben, eine komplementäre Gegenfläche umfassen, sodass das Laminat während des Umformens beidseitig fixierbar ist und über die Gegenfläche ein für das Umformen benötigter Gegendruck aufgebracht werden kann. Sowohl die Aufnahmefläche als auch die komplementäre Gegenfläche können mit wenigstens einer Krümmung ausgebildet sein, welche im Zuge des Umformens auf das Laminat übertragen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Ablöseeinheit Schneidemittel umfassen, welche dazu eingerichtet sind, das Laminat in eine vorbestimmte Form zuzuschneiden. Die Schneidemittel können das Laminat vollautomatisch zuschneiden oder optional auch händisch bedient werden. Bei den Schneidemitteln kann es sich um Klingen bzw. Messer handeln, beispielsweise um Rollmesser, Teppichmesser und/oder Ultraschallmesser. Die Schneidemittel sind insbesondere dazu eingerichtet, das Laminat in gleichmäßige Laminat-Zuschnitte zuzuschneiden, welche eine einheitliche, rechteckige Form aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Kühleinheit zum Kühlen des Laminats umfassen. Bei der Kühleinheit kann es sich insbesondere um einen in der Vorrichtung integrierten Kühlschrank und/oder eine Tiefkühltruhe handeln. Alternativ kann die Kühleinheit auch außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Kühlkammer, in welcher eine Mehrzahl von Laminaten gekühlt bzw. tiefgekühlt werden kann. Wie bereits erwähnt, dient das Kühlen des Laminats insbesondere zur Zwischenlagerung, sodass Laminat zu einem gegebenen Zeitpunkt vorproduziert und zur Lagerung gekühlt bzw. eingefroren werden kann.
Um die Erzeugung der Komposit-Formteile mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichst zeiteffizient durchzuführen, können die Umformungseinheit und die Konsolidierungseinheit ein Laminat in einem kombinierten Arbeitsschritt bearbeiten. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, dass die Aufnahmefläche der Umformungseinheit das Laminat haltert, und wobei die Konsolidierungseinheit dazu eingerichtet sein kann, das Laminat zu konsolidieren, während das Laminat an der Aufnahmefläche gehaltert ist. Insofern das Laminat mit der Trägerfolie bereitgestellt ist, so kann die Konsolidierungseinheit dazu eingerichtet sein, die Trägerfolie vor dem Konsolidieren von dem Laminat zu entfernen. Alternativ kann die Trägerfolie vor dem Umformen und/oder vor dem Konsolidieren auch händisch entfernt werden. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, dass die Trägerfolie während dem Umformen und Konsolidieren auf dem Laminat verbleibt. In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Komposit-Formteil, insbesondere ein Prothesen-Komposit-Formteil, welches gemäß den Merkmalen des ersten Aspekts herstellbar ist, wobei zur Herstellung des besagten Komposit- Formteils eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt verwendet wird. Folglich sind sämtliche Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das Komposit-Formteil gemäß dem dritten Aspekt übertragbar. Das entsprechend erzeugte Komposit-Formteil kann wenigstens einen Teil einer Fußprothese oder eine gesamte Fußprothese bilden.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Komposit-Formteilen sowie ein Komposit-Formteil selbst in größerem Detail anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Es stellt dar:
Figur 1 a eine exemplarische Darstellung eines Nasswickelvorgangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 1 b eine exemplarische Darstellung eines Nasswickelvorgangs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Wickelkerns;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Wickelkerns mit abgelösten Laminat-Zuschnitten;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Laminat-Zuschnitts;
Figur 5 eine exemplarische Darstellung einer Weiterverarbeitung des Laminat-Zuschnitts aus Figur 4; Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Umformungs- und Konsolidierungseinheit;
Figur 7a eine exemplarische Darstellung eines Komposit-Formteils;
Figur 7b eine exemplarische Darstellung eines aus dem Komposit-Formteil der Figur 7a hergestellten Prothesen-Komposit-Formteils;
Figur 8a eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäß hergestellten Prothesen-Komposit-Formteils;
Figur 8b eine perspektivische Ansicht einer Fußprothese, welche zwei erfindungsgemäß hergestellte Prothesen-Komposit-Formteile umfasst;
Figur 9a eine perspektivische Ansicht eines Prothesen-Komposit-Formteils der Fußprothese aus Figur 8b; und
Figur 9b eine Querschnittsansicht des Prothesen-Komposit-Formteils aus Figur 9a.
In den nachfolgenden Figuren wird das erfindungsgemäße Verfahren inklusive vorteilhafter Ausführungsformen im Detail erläutert. Die Beschreibung des Verfahrens umfasst ebenso die Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. deren Einheiten, welche zur Herstellung von Komposit-Formteilen, insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen zum Einsatz kommen können. Dabei steht es der Erfindung nicht entgegen, dass die einzelnen Einheiten nachfolgend teilweise isoliert dargestellt und beschrieben werden. Es wird an dieser Stelle vielmehr darauf hingewiesen, dass die Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl als eigenständige Einheiten bereitgestellt sein können als auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung integriert sein können.
Figur 1 a stellt einen Nasswickelvorgang gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dar, welcher in bekannter Weise zur Erzeugung von Kompositwerkstoffen geeignet ist. Dazu wird in einem ersten Schritt eine Faser 10 bereitgestellt, welche als Ausgangsmaterial dient. Bei der Faser 10 handelt es sich insbesondere um eine Kohlefaser, da dieses kohlenstoffhaltige Material aufgrund dessen hoher Festigkeit und Steifigkeit für die Herstellung von funktionalen Prothesen-Komposit-Form- teilen vorteilhaft ist. Entsprechende Prothesen-Komposit-Formteile werden unter Bezugnahme auf die Figuren 8a bis 9b detailliert beschrieben.
Anstelle von Kohlefaser können hier jedoch auch anderweitige Ausgangsmatenalien verwendet werden, beispielsweise Glasfaser, Aramidfaser, Basaltfaser, Keramikfaser, Naturfaser oder eine Kombination davon. Die Wahl des Ausgangsmatenals kann dabei je nach Art und Funktionalität einer herzustellenden Prothese sowie nach den anfallenden Matenaleigenschaften und Materialkosten des Ausgangsmatenals getroffen werden. Ferner sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass unter der Faser 10 im Zuge der Erfindung auch ein Faserfaden, ein Filament, ein Garn oder ein Roving verstanden wird, welche sich allesamt zur Verwendung für den Nasswickelvorgang eignen. Als ein Roving wird in diesem Zusammenhang ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten bezeichnet, wobei ein Roving mehrere tausend Filamente umfassen kann.
Wie in Figur 1a dargestellt, können im Zuge eines Nasswickelvorgangs mehrere Fasern 10 zeitgleich verarbeitet werden, um die Effizienz des Nasswickelvorgangs zu steigern. Die Fasern 10 werden jeweils von einer Faserspule 12 bereitgestellt, von welcher die Fasern 10 mittels einer Faser-Zuführeinheit 14 abgespult, ausgerichtet und gegebenenfalls auf eine vorbestimmte Spannung eingestellt werden. Die Fasern 10 werden anschließend durch eine Imprägniereinheit 16 geführt, welche ein viskoses Harz auf Polymerbasis umfasst. Bei dem Harz handelt es sich üblicherweise um Epoxidharz, die Verwendung anderweitiger Harze bzw. Polymere, beispielsweise Vinylesterharz, Vitrimerharz, Elastomere oder Duromere, ist jedoch ebenfalls möglich. Während die Fasern 10 durch die Imprägniereinheit 16 geführt werden, erfolgt deren Imprägnierung mit dem entsprechenden Harz. Dazu kann beispielsweise ein mit viskosem bzw. flüssigem Harz gefüllter Behälter vorgesehen sein, durch welchen die Fasern 10 geführt werden. Alternativ ist auch ein Sprühsystem denkbar, welches das Harz auf die Fasern 10 aufsprüht.
Von der Imprägniereinheit 16 werden die Fasern 10 zu einem rotierbar gelagerten Wickelkern 18 geführt, an diesem flächig befestigt und durch die Rotation des Wickelkerns 18 gezielt auf den Wickelkern 18 aufgewickelt. Dazu kann ferner eine in Figur 1 a nicht dargestellte Wickeleinheit vorgesehen sein, welche beispielsweise eine entlang dem Wickelkern 18 verlagerbare Führung umfasst, wodurch die Fasern 10 gebündelt und gezielt an einer spezifischen Position auf den Wickelkern 18 aufgewickelt werden können, insbesondere gemäß den eingangs beschriebenen Umfangswickel-Verfahren oder dem Kreuzwickel-Verfahren. Dazu kann es vorgesehen sein, einen Wickelwinkel bzw. eine Winkelablage der Fasern 10 relativ zu der Umfangsrichtung des Wickelkerns 18 zu variieren, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 0.2° und 89°, um die Orientierung bzw. die Ausrichtung der Fasern 10 während des Aufwickelns auf den Wickelkern 18 anpassen zu können und somit eine variable Faserarchitektur in einem durch Aufwickeln zu erzeugenden Laminat zu ermöglichen, welches in Figur 1 a lediglich durch die einzelnen auf dem Wickelkern 18 aufgewickelten Fasern 10 angedeutet ist. Die besagte Faserarchitektur des Laminats kann folglich mehreren Faserschichten umfassen, welche jeweils einen vorbestimmten Ablagewinkel aufweisen. Alternativ kann es auch möglich sein, dass der Wickelkern 18 um die Fasern 10 gewickelt wird, wobei die Wickeleinheit in diesem Fall dazu eingerichtet sein kann, den dafür notwendigen Bewegungsablauf des Wickelkerns 18 zu steuern.
Vorzugsweise wird der Wickelkern 18 vor dem Aufwickeln der Fasern 10 mit einer Trägerfolie beschichtet, wodurch ein Handling des Laminates ermöglicht, und insbesondere ein Verkleben der imprägnierten Fasern 10 mit dem Wickelkern 18 verhindert wird. Folglich wird eine Verschmutzung des Wickelkerns 18 unterbunden. Die Abmessungen des Wickelkerns 18 sind ferner je nach Größe des herzustellenden Laminats variierbar, insbesondere kann der Wickelkern 18 eine Länge von 0.3 m bis 15 m und einen Durchmesser von 10 cm bis 300 cm aufweisen. In Figur 1a ist der Wickelkern 18 mit einer zylindrischen Form dargestellt, wobei der Wickelkern 18 optional auch eine ovale Form aufweisen kann. Wichtig ist in diesem Zusammenhang lediglich, dass die Form des Wickelkerns 18 ein kontinuierliches Aufwickeln ermöglicht, d.h. ein Aufwickeln bzw. Aufschichten mehrerer Schichten der Fasern 10 auf den Wickelkern 18 in ein Wickelpacket, wobei die aufzuwickelnden Fasern 10 durchgehend in Kontakt mit dem Wickelkern 18 oder einer bereits aufgewickelten Faserschicht sind, um einen beständigen Kompositwerkstoff zu erzeugen.
Der besagte Korn posit-Werkstoff wird durch den Vorgang des Aufwickelns der imprägnierten Fasern 10 auf den Wickelkern 18 in Form eines in Figur 1a nicht näher veranschaulichten Laminats erzeugt. Das Laminat umfasst die in einer Polymermatrix eingeschlossenen Fasern 10 und stellt somit einen faserverstärkten Kunststoff dar, beispielsweise einen CFK. Dabei kann das Laminat sowohl aus einem einzelnen Fasermaterial als auch aus unterschiedlichen Faserarten bestehen. Die beschriebenen Vorgänge zur Erzeugung des Laminats sowie die hierzu involvierten Einheiten können allesamt vollautomatisch agieren, sodass sich das Nasswickelverfahren insbesondere zur Anfertigung von Laminaten im industriellen Maßstab eignet.
Die Figur 1 b stellt einen Nasswickelvorgang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dar, welches sich von dem in Figur 1a gezeigten ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch das Fehlen der Imprägniereinheit 16 unterscheidet. Folglich wird in diesem Zusammenhang nur auf die Unterschiede der Figur 1 b zu der Figur 1a eingegangen, während für alle gemeinsamen Merkmale auf Figur 1a verwiesen wird. Bei dem in Figur 1 b gezeigten Nasswickelvorgang werden Faserspulen 12 mit vorimprägnierten Fasern verwendet, sodass das Imprägnieren der Faser im Zuge des Nasswickelvorgangs entfällt.
In Figur 2 ist nun der Wickelkern 18 isoliert dargestellt, wobei dieser ein aufgewickeltes Laminat umfasst. Die Wandstärke bzw. Dicke eines aufgewickelten Laminats kann beispielsweise 0.1 mm bis 30 mm betragen und richtet sich insbesondere nach den gewünschten Materialeigenschaften eines aus dem Laminat herzustellenden Prothesen-Komposit-Formteils. So kann es unter anderem bevorzugt sein, Prothesen-Komposit-Formteile, welche hohen Belastungen standhalten sollen, mit einer vergleichsweiße großen Wandstärke auszubilden.
Durch die in Figur 2 eingezeichneten Schnittlinien 20, 22 wird das Ablösen des Laminats von dem Wickelkern 18 angedeutet, nämlich indem das Laminat entlang der Linien 20, 22 händisch oder mittels einer Ablöseeinheit automatisiert aufgeschnitten und anschließend von dem Wickelkern 18 abgezogen wird. Die Anordnung der Schnittlinien 20, 22 ist in diesem Zusammenhang als bevorzugt anzusehen, d.h. dass das Laminat einerseits entlang der Längsachse des Wickelkerns 18 (Schnittlinie 20) aufgetrennt wird, wodurch gewünschtenfalls ein einzelnes Laminat von dem Wickelkern 18 abgezogen werden kann, und andererseits das Laminat wenigstens einmal quer zu der Längsachse des Wickelkerns 18 (Schnittlinie 22) aufgetrennt wird. Letzteres ermöglicht insbesondere die Aufteilung des Laminats in eine Mehrzahl einheitlicher Laminat-Zuschnitte, welche unter Bezugnahme auf Figur 3 genauer erläutert werden. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, dass Laminat anderweitig aufzutrennen, beispielsweise um unterschiedliche Laminat- Zuschnitte mit variierenden Abmessungen zu erhalten. Zum Auftrennen des Laminats können Schneidemittel, insbesondere Rollmesser, Teppichmesser und/oder Ultraschallmesser verwendet werden, welche beispielsweise von der in Figur 2 nicht dargestellten Ablöseeinheit gesteuert werden. Bei der Ablöseeinheit kein es sich unter anderem um einen industriellen Roboterarm handeln, welcher dazu eingerichtet ist, das Laminat entlang der Schnittlinien 20, 22 sowohl zuzuschneiden als auch von dem Wickelkern 18 abzuziehen, um eine Mehrzahl von Laminat-Zuschnitte 24 zu erhalten. Insofern eine Trägerfolie auf den Wickelkern 18 aufgebracht wurde, so erleichtert diese vorteilhafterweise das Abziehen der Laminat-Zuschnitte und schützt den Wickelkern 18 ferner vor Beschädigungen durch das zum Auftrennen des Laminats verwendete Messer.
Besagte Laminat-Zuschnitte 24 sind in Figur 3 veranschaulicht, wobei die hier dargestellten Laminat-Zuschnitte 24 anhand der in Figur 2 eingezeichneten Schnittlinien 20, 22 durch Auftrennen an dem Wickelkern 18 erzeugt wurden. Daraus resultieren rechteckige Laminat-Zuschnitte 24, welche allesamt die gleichen Abmes- sungen aufweisen. Somit können aus einem einzelnen Nasswickelvorgang mehrere Laminat-Zuschnitte 24 angefertigt werden, welche sich zur Weiterverarbeitung in Prothesen-Komposit-Formteile eignen. Die beim Abziehen der Laminat-Zuschnitte von dem Wickelkern 18 ebenfalls abgelöste Trägerfolie befindet sich nun auf der Unterseite der Laminat-Zuschnitte 24 und dient insbesondere zur verbesserten Handhabung, da die Laminat-Zuschnitte 24 dank der Trägerfolie kontaminationsfrei transportiert werden können. Dementsprechend ist die Trägerfolie vorteilhafterweise aus einem flexiblen Material gebildet, welches druck- und temperaturbeständig ist, sodass die Laminat-Zuschnitte 24 gegebenenfalls mitsamt der Trägerfolie umgeformt und/oder konsolidiert werden können.
Die Laminat-Zuschnitte 24 sind bei dem in Figur 3 dargestellten Zustand, d.h. vor dem Schritt des Umformens und des Konsolidierens, bei Raumtemperatur form- bzw. biegeschlaff und daher besonders leicht verformbar. Optional können die Laminat-Zuschnitte 24 nun, wie in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht, ein weiteres Mal zugeschnitten werden, beispielsweise um die Abmessungen eines Laminat- Zuschnitts 24 wenigstens abschnittsweise anzupassen und/oder um aus einem Laminat-Zuschnitt 24 eine Mehrzahl kleinerer Zuschnitte 28 zu erhalten. Das Zuschneiden der bereits abgelösten Laminat-Zuschnitte 24 ist insbesondere einfacher durchzuführen als das Zuschneiden des Laminats im aufgewickelten Zustand, wodurch ersteres besonders vorteilhaft ist. Das in den Figuren 4 und 5 dargestellte Zuschneiden der Laminat-Zuschnitte 24 wird vorzugsweise mit denselben Schneidemitteln 26 wie zum Ablösen des Laminats von dem Wickelkern 18 durchgeführt. An dieser Stelle sein ebenfalls erwähnt, dass die Laminat-Zuschnitte 24 nicht nur durch Zuschneiden bearbeitet werden können, sondern dass hier vielmehr auch anderweitige Bearbeitungsschritte in Betracht kommen können, beispielsweise ein Komprimieren der Laminat-Zuschnitte 24, um deren Schichtdicke zu reduzieren.
In Figur 6 ist nun eine Umformungseinheit 30 dargestellt, welche dazu eingerichtet ist, einen Laminat-Zuschnitt 24 bzw. einen Zuschnitt 28 umzuformen. Diesbezüglich wird angemerkt, dass ein Zuschnitt 28 im weiteren Verlauf anstelle eines La- minat-Zuschnitts 24 oder auch eines Laminats verwendet werden kann. Aus Übersichtsgründen wird jedoch lediglich der Begriff „Laminat-Zuschnitt“ 24 erwähnt, wobei dieser Begriff die Verwendung eines Laminats sowie eines Zuschnitts 28 umfasst. Umformen bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass der Laminat-Zuschnitt 24 in eine vorbestimmte Prothesenform überführt wird. Dazu weist die Umformungseinheit 30 hier eine Aufnahmefläche 32 und eine zu der Aufnahmefläche 32 komplementäre Gegenfläche 34 auf, wobei die beiden Flächen 32, 34 wiederum mit zueinander komplementären Formgebungselemente 36, 38 ausgebildet sind. Das erste Formgebungselement 36 ist hier beispielhaft als konkaver Abschnitt bereitgestellt, sodass das zweite Formgebungselement 38 der komplementären Gegenfläche 34 folglich einen konvexen Abschnitt umfasst.
Zum Umformen wird der Laminat-Zuschnitt 24 nun auf der Aufnahmefläche 32 der Umformungseinheit 30 abgelegt und gegebenenfalls fixiert. Vorzugsweise entspricht die Abmessung der Aufnahmefläche 32 der Abmessung des Laminat-Zuschnitts 24, sodass die Positionierung des Laminat-Zuschnitts 24 in der Umformungseinheit 30 eindeutig vorgegeben ist. Die Formgebungselemente 36, 38 sind derart angeordnet, dass diese beim Zusammenführen der beiden Flächen 32, 34 passgenau miteinander in Eingriff treten, wodurch die Form der Formgebungselemente 36, 38 auf den Laminat-Zuschnitt 24 übertragen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Umformungseinheit 30 drückt das konvex ausgebildete zweite Formgebungselement 38 der Gegenfläche 34 den Laminat-Zuschnitt 24 in das konkav ausgebildete erste Formgebungselement 36 der Aufnahmefläche 32, wodurch ein konkaver Abschnitt in dem Laminat-Zuschnitt 24 erzeugt wird. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass die Formgebungselemente 36, 38 hier lediglich exemplarisch dargestellt sind. Die Formgebungselemente 36, 38 können vielmehr je nach Art und Funktionalität der herzustellenden Prothese ausgebildet sein, sodass mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens eine Vielzahl an Prothesenformen erzeugt werden kann. Besonders zu betonen ist hierbei, dass das anzufertigende Prothesen-Komposit-Formteil insbesondere wenigstens einen Krümmungswechsel aufweisen kann, d.h. insbesondere einen konkaven und einen konvexen Abschnitt umfasst. Dazu kann die Umformungseinheit 30 beispielsweise mit mehreren, jeweils versetzt zueinander angeordneten Formgebungselementen 36, 38 an der Aufnahmefläche 32 sowie an der komplementären Gegenfläche 34 bereitgestellt sein.
Würde man den umgeformten Laminat-Zuschnitt 24 nun aus der Umformungseinheit 30 entfernen, so bestünde die Gefahr, dass der Laminat-Zuschnitt 24 seine Form aufgrund dessen Formschlaffheit ganz oder zumindest teilweise verliert. Um dies zu verhindern, kann die Umformungseinheit 30 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zur Konsolidierung des Laminat-Zuschnitts 24 eingerichtet sein, d.h. dass die Umformungseinheit 30 zusätzlich eine Konsolidierungseinheit darstellt. Folglich kann der Laminat-Zuschnitt 24 unmittelbar zusammen bzw. zeitgleich zu dem Schritt des Umformens konsolidiert werden, sodass ein formstabiles Komposit-Formteil entsteht. Bei dem Schritt des Konsolidierens handelt es sich insbesondere um einen herkömmlichen Heißpressvorgang, d.h. dass mittels der Aufnahmefläche 32 und insbesondere mittels der komplementären Gegenfläche 34 ein vorbestimmter Druck und eine vorbestimmte Temperatur auf den Laminat- Zuschnitt 24 aufgebracht werden kann, um die Kunststoff-Matrix des Laminat-Zuschnitts 24 auszuhärten. Die dazu aufgebrachten Drücke und Temperaturen variieren je nach verwendetem Kunststoff-Matrixmaterial und liegen meist in einem Bereich von 1 bar bis 120 bar, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 40 bar, sowie 20 °C bis 200 °C, vorzugsweise 40 bis 120 °C, wobei ein Laminat-Zuschnitt im Zuge des Konsolidierens auch gekühlt werden kann, beispielsweise auf 6°C. Die Konsolidierungszeit beträgt üblicherweise zwischen 30 s und 20 min oder zwischen 3 min und 40 min. Insofern der umzuformende und zu konsolidierende Laminat-Zuschnitt 24 eine Trägerfolie aufweist, so kann diese wahlweise vor dem Einführen in die Umformungseinheit 30 entfernt werden oder auch mitsamt des Laminat-Zuschnitts 24 umgeformt sowie konsolidiert werden.
Ferner kann es wünschenswert sein, die Laminat-Zuschnitte 24 für einen gewissen Zeitraum zwischenzulagern, d.h. diese nach deren Herstellung nicht unmittelbar durch Konsolidierung in Komposit-Formteile zu verarbeiten. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn große Mengen an Ausgangsmaterial, also an Faser- und Polymermaterial, vorhanden sind, jedoch noch keine unmittelbaren Auf- träge zur Anfertigung von Komposit-Formteilen vorliegen. In solch einem Fall können Laminat-Zuschnitte 24 gekühlt bzw. tiefgekühlt werden, beispielsweise auf - 25 °C. Dazu kann insbesondere die Umformungs- und Konsolidierungseinheit 30 eine Kühleinheit aufweisen, wobei die Laminat-Zuschnitte 24 alternativ auch in einer externen Kühlkammer gelagert werden können. Sobald die Laminat-Zuschnitte 24 umgeformt und konsolidiert werden sollen, können diese aufgetaut und entsprechend weiterverarbeitet werden. Alternativ ist auch eine Kühlung der Laminat- Zuschnitte 24 im bereits umgeformten Zustand denkbar.
In der Figur 7a ist nun ein gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestelltes exemplarisches Komposit-Formteil 40 veranschaulicht. Das Komposit-Formteil 40 weist hier drei konkave Abschnitte 42 sowie zwei konvexe Abschnitte 44 auf, welche jeweils alternierend an dem Komposit-Formteil 40 angeordnet sind und durch entsprechend ausgebildete Formgebungselemente 36, 38 der Umformungs- und Konsolidierungseinheit 30 erzeugt werden können. Das in Figur 7a dargestellte Komposit-Formteil 40 wurde aus einem einzelnen Laminat-Zuschnitt 24 angefertigt und eignet sich insbesondere zur Verwendung als Prothesen-Komposit-Formteil 46, welches in Figur 7b dargestellt ist. Dazu können beispielsweise Bohrungen 48 an dem Komposit-Formteil 40 vorgenommen werden, um dieses mit Gewinden zu versehen und zur Anfertigung einer komplexen Prothese, wie in Figur 8b veranschaulicht, mit weiteren Prothesen-Komposit-Formteilen 46 zu verbinden. Ferner kann es notwendig sein, die Form und/oder Dicke des Komposit-Formteils 40 zur Herstellung und gegebenenfalls Individualisierung einer Prothese mittels einem spanenden Verfahren, insbesondere Fräsen oder Schleifen, oder auch mittels Stanzen, Wasserstrahlschneiden oder Lasern anzupassen. In diesem Zusammenhang kann das Komposit-Formteil 40 gewünschtenfalls durch Einkerbungen oder Schlitze, welche beispielhaft anhand der gezeigten Ausführungsformen der Figuren 7b, 8a, 8b, und 9a veranschaulicht sind, in mehrere Segmente, insbesondere in zwei oder vier Segmente aufgeteilt werden, wodurch unter anderem die Flexibilität des Prothesen-Komposit-Formteils 46 orthogonal zu dessen Haupterstreckungsrichtung erhöht werden kann. In einem weiteren Nachbearbeitungsschritt kann das Komposit-Formteil 40 mit einer Versiegelungsschicht beschichtet wer- den, welche beispielsweise einen Lack oder eine Polymerschicht umfasst, um aufgeraute bzw. poröse Oberflächen zu versiegeln.
Analog zu der Figur 7b, sind in den Figuren 8a und 8b Beispiele für Prothesen- Komposit-Formteile 50, 52 dargestellt, welche bereits vollständig ausgearbeitet und mittels des beschriebenen Verfahrens herstellbar sind. Die Figur 8a zeigt in diesem Zusammenhang ein erstes Prothesen-Komposit-Formteil 50 einer Fußprothese, welches insbesondere krümmungsstetig ausgebildet ist und sich von einem Vorfußabschnitt 54 bis zu einem Schien- und Wadenbeinabschnitt 56 erstreckt. In Figur 8b ist das erste Prothesen-Komposit-Formteil 50 mit einem zweiten Prothesen-Komposit-Formteil 52 verbunden, welches einen Fersenabschnitt 58 sowie einen Mittelfußabschnitt 60 aufweist. Im verbundenen Zustand stellen die Prothe- sen-Komposit-Formteile 50, 52 eine funktionsfähige Fußprothese aus faserverstärktem Kunststoff dar, beispielsweise aus CFK, wobei eine derartige Form einer Fußprothese bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, jedoch anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach und kostengünstig erzeugt werden kann.
Die Figuren 9a und 9b veranschaulichen nun noch einmal die Form des zweiten Prothesen-Komposit-Formteils 52, wobei die Figur 9a eine perspektivische Ansicht darstellt und die Figur 9b einer Querschnittsansicht entspricht. Aus beiden Figuren wird ersichtlich, dass das zweite Prothesen-Komposit-Formteil 52 sowohl einen konkaven Abschnitt 42 im Bereich des Fersenabschnitts 58 als auch einen konvexen Abschnitt 44 im Bereich des Mittelfußabschnitts 60 umfasst. Somit weist das in den Figuren 8b, 9a und 9b gezeigte zweite Prothesen-Komposit-Formteil 52 analog zu dem in Figur 7b dargestellten Prothesen-Komposit-Formteil 46 wenigstens einen Krümmungswechsel über dessen jeweiliger Haupterstreckungsrichtung auf. Eine derartige Form wirkt sich positiv auf wichtige Eigenschaften einer Fußprothese aus, insbesondere auf die Energieaufnahme, den Dämpfungsgrad, die Durchbiegung sowie die Energieabgabe der Fußprothese. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich besonders gut zur Herstellung solcher Fußprothesen-Komposit-Formteile 46, 50, 52, da ein hoher Freiheitsgrad bei der Formgebung und insbesondere des Krümmungsverlaufs der Prothesen-Komposit-Formteile 46, 50, 52 bei gleichzeitig geringem zeitlichem Aufwand ermöglicht wird.
Weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beispiele veranschaulicht:
1. Beispiel: Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen (40), insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen (46, 50, 52), welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Erzeugen eines mehrschichtigen Laminats unter Verwendung eines Nasswickelvorgangs, wobei der Nasswickelvorgang ein Bilden einer Mehrzahl von Schichten durch Aufwickeln wenigstens einer imprägnierten Faser (10) auf einen Wickelkern (18) umfasst;
- Ablösen des Laminats von dem Wickelkern (18);
- Umformen des Laminats, sodass das Laminat wenigstens eine vorbestimmte Krümmung aufweist; und
- Konsolidieren des Laminats, um ein Komposit-Formteil (40) zu erhalten.
2. Beispiel: Verfahren nach dem 1 . Beispiel, wobei eine erste auf den Wickelkern (18) aufgewickelte Schicht aus imprägnierter Faser (10) wenigstens eine zweite zu der ersten Schicht benachbarte Schicht aus imprägnierter Faser (10) über deren gesamte Erstreckung kontaktiert.
3. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem ersten spezifischen Winkel aufgewickelt wird und eine zweite Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem zweiten spezifischen Winkel aufgewickelt wird, welcher von dem ersten spezifischen Winkel abweicht, und wobei alle spezifischen Winkel zwischen 0° und 90° liegen.
4. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Ablösen des Laminats von dem Wickelkern (18) durch Auftrennen des Laminats im Wesentlichen parallel und/oder quer zu einer Längsachse des Wickelkerns (18) durchgeführt wird.
5. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Laminat vor dem Schritt des Umformens in eine vorbestimmte Form zugeschnitten wird.
6. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Laminat durch das Umformen wenigstens einen konkaven Abschnitt (42) sowie wenigstens einen konvexen Abschnitt (44) aufweist.
7. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiel, wobei das Laminat während des Umformens von einer Aufnahmefläche (32) gehaltert wird, und wobei das Konsolidieren des Laminats durchgeführt wird, während die Aufnahmefläche (32) das Laminat haltert.
8. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Laminat vor dem Schritt des Umformens zur Lagerung gekühlt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis -100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von -15 bis -30 °C.
9. Beispiel: Verfahren nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das Laminat nach dem Schritt des Umformens zur Lagerung gekühlt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis -100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von - 15 bis -30 °C.
10. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Schritt des Konsolidierens bei einem Druck von 1 bis 150 bar, vorzugsweise 6 bis 120 bar, und bei einer Temperatur von 0 bis 300 °C, vorzugsweise 20 bis 200 °C, über einen Zeitraum von 10 s bis 30 min, vorzugsweise 30 s bis 20 min, durchgeführt wird. 11. Beispiel: Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die wenigstens eine Faser (10) eine Kohlefaser, eine Glasfaser, eine Aramidfaser, eine Basaltfaser, eine Keramikfaser, eine Naturfaser oder eine Kombination davon umfasst.
12. Beispiel: Vorrichtung zur Herstellung von Komposit-Formteilen (40), insbesondere Prothesen-Komposit-Formteilen (46, 50, 52), welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Faser-Zuführeinheit (14), welche dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Faser (10) zu führen;
- einen Wickelkern (18), welcher eine im Wesentliche zylindrische Form aufweist;
- eine Wickeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Faser (10) auf den Wickelkern (18) mehrschichtig aufzuwickeln;
- eine Ablöseeinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein auf den Wickelkern (18) aufgewickeltes Laminat von dem Wickelkern (18) abzulösen;
- eine Umformungseinheit (30), welche dazu eingerichtet ist, von dem Wickelkern (18) abgelöstes Laminat in eine vorbestimmte Form umzuformen und eine Aufnahmefläche (32) für das Laminat aufweist; und
- eine Konsolidierungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, durch Konsolidieren des Laminats ein Komposit-Formteil (40) zu erzeugen.
13. Beispiel: Vorrichtung nach dem 12. Beispiel, wobei die Wickeleinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) derart auf den Wickelkern (18) aufzuwickeln, dass die erste Schicht wenigstens eine zweite zu der ersten Schicht benachbarte Schicht aus imprägnierter Faser (10) über deren gesamte Erstreckung kontaktiert.
14. Beispiel: Vorrichtung nach dem 12. oder 13. Beispiel, wobei die Wickeleinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem ersten spezifischen Winkel aufzuwickeln und eine zweite Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem zweiten spezifischen Winkel aufzuwickeln, welcher von dem ersten spezifischen Winkel abweicht, wobei alle spezifischen Winkel zwischen 0° und 90° liegen.
15. Beispiel: Vorrichtung nach einem der Beispiele 12 bis 14, wobei die Ablöseeinheit Schneidemittel (26) umfasst, welche dazu eingerichtet sind, das Laminat in eine vorbestimmte Form zuzuschneiden.
16. Beispiel: Vorrichtung nach einem der Beispiele 12 bis 15, wobei die Vorrichtung eine Kühleinheit zum Kühlen des Laminats umfasst.
17. Beispiel: Vorrichtung nach einem der Beispiele 12 bis 16, wobei die Aufnahmefläche (32) der Umformungseinheit (30) das Laminat haltert, und wobei die Konsolidierungseinheit dazu eingerichtet ist, das Laminat zu konsolidieren, während das Laminat an der Aufnahmefläche (32) gehaltert ist.
18. Beispiel: Komposit-Formteil (40), insbesondere Prothesen-Komposit-Formteil (46, 50, 52), hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Beispiele 1 bis 11 sowie mittels einer Vorrichtung nach einem der Beispiele 12 bis 17.
19. Beispiel: Komposit-Formteil (40) nach dem 18. Beispiel, wobei das Komposit- Formteil (40) wenigstens einen Teil einer Fußprothese bildet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen (40), insbesondere Prothe- sen-Komposit-Formteilen (46, 50, 52), welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Erzeugen eines mehrschichtigen Laminats unter Verwendung eines Nasswickelvorgangs, wobei der Nasswickelvorgang ein Bilden einer Mehrzahl von Schichten durch Aufwickeln wenigstens einer imprägnierten Faser (10) auf einen Wickelkern (18) umfasst;
- Ablösen des Laminats von dem Wickelkern (18);
- Umformen des Laminats, sodass das Laminat wenigstens eine vorbestimmte Krümmung aufweist; und
- Konsolidieren des Laminats, um ein Komposit-Formteil (40) zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine erste auf den Wickelkern (18) aufgewickelte Schicht aus imprägnierter Faser (10) wenigstens eine zweite zu der ersten Schicht benachbarte Schicht aus imprägnierter Faser (10) über deren gesamte Erstreckung kontaktiert.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem ersten spezifischen Winkel aufgewickelt wird und eine zweite Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem zweiten spezifischen Winkel aufgewickelt wird, welcher von dem ersten spezifischen Winkel abweicht, und wobei alle spezifischen Winkel zwischen 0° und 90° liegen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laminat vor dem Schritt des Umformens in eine vorbestimmte Form zugeschnitten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laminat durch das Umformen wenigstens einen konkaven Abschnitt (42) sowie wenigstens einen konvexen Abschnitt (44) aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laminat während des Umformens von einer Aufnahmefläche (32) gehaltert wird, und wobei das Konsolidieren des Laminats durchgeführt wird, während die Aufnahmefläche (32) das Laminat haltert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laminat nach dem Schritt des Ablösens von dem Wickelkern und vor dem Schritt des Umformens oder nach dem Schritt des Umformens und vor dem Schritt des Konsolidierens zur Lagerung gekühlt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis -100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von -15 bis -30 °C.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Konsolidierens bei einem Druck von 1 bis 150 bar, vorzugsweise 1 bis 120 bar, besonders bevorzugt 1 bis 40 bar, und bei einer Temperatur von 0 bis 300 °C, vorzugsweise 20 bis 200 °C, besonders bevorzugt 40 bis 120 °C, über einen Zeitraum von 10 s bis 30 min, vorzugsweise 30 s bis 20 min, oder über einen Zeitraum von 3 min bis 40 min durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des Laminats nach dem Schritt des Ablösens von dem Wickelkern zwischen 1 mm und 12 mm beträgt.
10. Vorrichtung zur Herstellung von Komposit-Formteilen (40), insbesondere Pro- thesen-Komposit-Formteilen (46, 50, 52), welche faserverstärkten Kunststoff aufweisen, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Faser-Zuführeinheit (14), welche dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Faser (10) zu führen;
- einen Wickelkern (18), welcher eine im Wesentliche zylindrische Form aufweist;
- eine Wickeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Faser (10) auf den Wickelkern (18) mehrschichtig aufzuwickeln;
- eine Ablöseeinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein auf den Wickelkern (18) aufgewickeltes Laminat von dem Wickelkern (18) abzulösen; - eine Umformungseinheit (30), welche dazu eingerichtet ist, von dem Wickelkern (18) abgelöstes Laminat in eine vorbestimmte Form umzuformen und eine Aufnahmefläche (32) für das Laminat aufweist; und
- eine Konsolidierungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, durch Konsolidieren des Laminats ein Komposit-Formteil (40) zu erzeugen.
11 . Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Wickeleinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) derart auf den Wickelkern (18) aufzuwickeln, dass die erste Schicht wenigstens eine zweite zu der ersten Schicht benachbarte Schicht aus imprägnierter Faser (10) über deren gesamte Erstreckung kontaktiert, und/oder wobei die Wickeleinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine erste Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem ersten spezifischen Winkel aufzuwickeln und eine zweite Schicht aus imprägnierter Faser (10) relativ zu dem Wickelkern (18) unter einem zweiten spezifischen Winkel aufzuwickeln, welcher von dem ersten spezifischen Winkel abweicht, wobei alle spezifischen Winkel zwischen 0° und 90° liegen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Ablöseeinheit Schneidemittel (26) umfasst, welche dazu eingerichtet sind, das Laminat in eine vorbestimmte Form zuzuschneiden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Vorrichtung eine Kühleinheit zum Kühlen des Laminats umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Aufnahmefläche (32) der Umformungseinheit (30) das Laminat haltert, und wobei die Konsolidierungseinheit dazu eingerichtet ist, das Laminat zu konsolidieren, während das Laminat an der Aufnahmefläche (32) gehaltert ist.
15. Komposit-Formteil (40), insbesondere Prothesen-Komposit-Formteil (46, 50, 52), hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Kompo- sit-Formteil (40) vorzugsweise wenigstens einen Teil einer Fußprothese bildet.
PCT/EP2023/076309 2022-09-29 2023-09-22 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von komposit-formteilen WO2024068491A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022125198.5 2022-09-29
DE102022125198.5A DE102022125198A1 (de) 2022-09-29 2022-09-29 Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024068491A1 true WO2024068491A1 (de) 2024-04-04

Family

ID=88197201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/076309 WO2024068491A1 (de) 2022-09-29 2023-09-22 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von komposit-formteilen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022125198A1 (de)
WO (1) WO2024068491A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004113058A1 (en) * 2003-06-25 2004-12-29 Joseph Steven Egan Method of construction of moulded products
DE102014213294B4 (de) 2014-07-09 2016-10-13 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung von Prothesen-Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff
EP3193789B1 (de) 2014-09-19 2019-08-21 Össur HF Fussprothese mit variabler steifigkeit
US20210114316A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-22 Arris Composites Inc. Method and apparatus for continuous fabrication of fiber-bundle-based and tape-base preforms

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5741920A (en) 1980-08-27 1982-03-09 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of fiber-reinforced plastic product
DE10217918C1 (de) 2002-04-23 2003-08-07 Xperion Gmbh Verfahren zur Herstellung von Bauteilen als Faser-Kunststoff-Verbund
DE102010053635B4 (de) 2010-12-07 2017-05-11 Hero Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundprodukts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004113058A1 (en) * 2003-06-25 2004-12-29 Joseph Steven Egan Method of construction of moulded products
DE102014213294B4 (de) 2014-07-09 2016-10-13 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung von Prothesen-Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff
EP3193789B1 (de) 2014-09-19 2019-08-21 Össur HF Fussprothese mit variabler steifigkeit
US20210114316A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-22 Arris Composites Inc. Method and apparatus for continuous fabrication of fiber-bundle-based and tape-base preforms

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022125198A1 (de) 2024-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2646226B1 (de) Unidirektionale faserbänder aufweisender faservorformling aus verstärkungsfaserbündeln und verbundwerkstoff-bauteil
EP1915244B1 (de) Verfahren zur herstellung von ein- oder mehrschichtigen faservorformlingen im tfp-verfahren
DE60022957T2 (de) Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchten Verbundteilen
DE60319617T2 (de) Formmasse
EP1342553A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes aus faserverstärktem Kunststoff
DE10025628A1 (de) Abwickelbare Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
DE3516420C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Verbundteiles mit einer komplizierten Gestalt und hiermit hergestelltes Verbundteil
DE102005059933A1 (de) Flechttechnisch hergestelltes Faserverbundbauteil
EP2361752B1 (de) Faserverbundbauteil und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102011003560B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Faserhalbzeugs für die Herstellung eines faserverstärkten Bauteils einer Windenergieanlage, insbesondere Rotorblattgurt, sowie Faserhalbzeug und Verwendung eines Faserhalbzeugs
DE102008019147A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Faservorformlingen
EP1242231A1 (de) Kohlenstoffaserverstärktes smc für multiaxial verstärkte bauteile
EP1197315A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Vorformlingen aus Faserverbund-Materialien, sowie ein daraus hergestellter Vorforming
DE102016105675A1 (de) Herstellungsverfahren für einen Tank und Tankherstellungsvorrichtung
DE102016210040A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines zumindest bereichsweise profilierten, faserverstärkten Kunststoffprofils, ein profiliertes, faserverstärktes Kunststoffprofil und seine Verwendung
WO2009112017A2 (de) Verfahren zur herstellung eines rotorblattes für eine windkraftanlage sowie ein nach diesem verfahren hergestelltes rotorblatt
DE102017219774A1 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung von Faser-Matrix-Verbund-Profilen mit axial rotierendem Querschnitt und einstellbarer Faserorientierung
AT512563A2 (de) Faserwerkstoffrohling sowie Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffverbundbauteils
EP0442092B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Bauteilen
EP1915243A1 (de) Fixierfaden zum heften von verstärkungsfasern
WO2018024667A1 (de) Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen, vielschichtigen faserverbundteils
WO2024068491A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von komposit-formteilen
DE102014213294B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Prothesen-Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff
DE102012101726A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings und Bewicklungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102015000947A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Polymer-Formteils mit einer Mehrzahl an Verstärkungsfaserlagen und Vorformling eines solchen Polymer-Formteils

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23776945

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1