DE102010052597A1

DE102010052597A1 - Preform und Fertigungsvorrichtung für Faserverbundbauteile aus Preformen

Info

Publication number: DE102010052597A1
Application number: DE102010052597A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Krüger Jan; Dipl.-Ing. Salkic Asmir
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31
Also published as: WO2012069123A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Preform (1) für die Herstellung von Faserverbundbauteilen, in der eine Mehrzahl an Zusatzfasern (2) zusätzlich zu den die Preform konstituierenden Fasern (2') in der Preform (1) angeordnet ist. Die Zusatzfasern (2) weisen ein para- oder ferromagnetisches Material auf. Ferner ist eine Preform-Bearbeitungsvorrichtung für Preformen (1) Gegenstand der Erfindung, die zumindest ein Umformwerkzeug mit einer Matrize (10) zur Aufnahme der Preform (1) aufweist. In der Matrize (10) ist nahe einer Umformkontur (11) bildenden Oberfläche der Matrize (10) eine Mehrzahl an Elektromagneten (12) angeordnet und die von den Elektromagneten (12) erzeugten Magnetfelder sind entsprechend der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern (2) der Preform (1) in der Umformkontur (11) ausbildbar. Die Preform-Bearbeitungsvorrichtung weist eine Steuerungsvorrichtung auf, die zur Steuerung mit den Elektromagneten (12) gekoppelt ist. Weiter wird ein Verfahren offenbart, das zur großserientechnischen Herstellung von Faserverbundbauteilen aus den Preforms (1) geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Preform mit Zusatzfasern, die para- oder ferromagnetisch sind, für die Herstellung von Faserverbundbauteilen. Weiter sind eine Preform-Bearbeitungsvorrichtung für solche Preformen und ein Verfahren, das sich zur großserientechnischen Herstellung von Faserverbundbauteilen aus den Preforms eignet, Gegenstand der Erfindung.
Bis dato müssen bei der konventionellen Fertigung von Faserverbundkunststoffbauteilen die Bauteile durch eine Vielzahl von Endbearbeitungsschritten auf Endmaß gebracht werden, weil bei der Durchführung insbesondere von Umform- und Imprägnierschritten oft eine nicht präzise Anordnung der Preforms im entsprechenden Werkzeug erfolgt, was zu einer umgeformten Preform, respektive Halbzeug führt, das nicht das gewünschte Endmaß mit der erforderlichen Präzision aufweist. Hervorgerufen wird dies unter anderem dadurch, dass gerade trockene Faseranordnungen oder auch feuchte oder halbfeuchte Preforms sehr schwierig zu transportieren sind und sich dadurch ein Verzug der Fasern ergeben kann. Es müssen Schritte wie Schneiden, Bohren, Fräsen, Schleifen oder Entgraten ausgeführt werden, die dementsprechend zeit- und kostenintensiv sind. Dadurch wird die Großserientauglichkeit von Faserverbundkunststoffbauteilen insbesondere mit komplexeren Geometrien negativ beeinträchtigt.
Um die Fertigung von Kunststoffbauteilen entsprechend zu optimieren und Großserientauglichkeit zu schaffen, ist bereits aus der DE 10 2007 002 309 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils bekannt. Dort soll bereits von vorne herein die Qualität wenigstens einer der Seiten des Kunststoffbauteils so optimiert werden, dass diese Seite als nahezu endbearbeitet angesehen werden kann. Dazu sieht die DE 10 2007 002 309 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils das eine Gewebelage aufweist und das jeweils wenigstens eine Hoch- und eine Niederqualitätsseite aufweist, vor, dass die Düse, durch die der Kunststoff in den Hohlraum eines Formwerkzeugs eingebracht wird, auf der Seite des Kunststoffbauteils angeordnet ist, die von niedrigerer Qualität ist, so dass der Kunststoff von eben dieser Seite in den Hohlraum des Formwerkzeugs eingebracht wird, so dass entweder lediglich eine Seite bearbeitet werden muss oder, falls es bei dieser Seite nicht auf hohe Qualität ankommt, eine Nachbearbeitung entfallen kann. Dort wird vorgesehen, die Gewebelage im Formwerkzeug durch magnetisch wirkende Mittel zu fixieren, weswegen die Gewebelage ferromagnetisch ausgebildet sein kann. So soll verhindert werden, dass die Gewebelage beim Einspritzen im Formwerkzeug verrutscht.
Die magnetischen Eigenschaften der Gewebelagen soll auch im Nachhinein bereitgestellt werden können, indem die Gewebelagen mit eisenhaltigen Pads beklebt werden. Das Verfahren erfordert insofern separate Beschichtungsschritte, um das Gewebe zu beschichten, oder es erfordert die Anordnung der Pads.
Wird das in der Gießform hergestellte, das Gewebe enthaltende Bauteil aus der Form entnommen, ehe es abschließend ausgehärtet ist, so besteht weiter die Gefahr der Verformung oder des Verzugs, insbesondere in Randbereichen, so dass Nachbearbeitungsschritte erforderlich werden könnten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, einerseits eine Preform bereitzustellen, die auf sichere Weise umformbar ist, ohne dass sich die explizit kraftflussgerecht abgelegten Fasern in der Preform verschieben.
Diese Aufgabe wird durch eine Preform mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiter ergibt sich die Aufgabe der Bereitstellung einer Fertigungsvorrichtung, die es ermöglicht, die erfindungsgemäßen Preforms auf geeignete Weise umzuformen und dabei sicher zu stellen, dass sich die Faserausrichtung und Positionierung im Werkzeug bei der Umformung nicht ändert. Die Preform-Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 löst diese Aufgabe.
Weiter ergibt sich die Aufgabe der Bereitstellung des Verfahrens, das geeignet ist, Faserverbundbauteile aus Preforms großserientechnisch unter Vermeidung von Nachbearbeitungsschritten herzustellen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Weiterbildungen der Vorrichtungen und des Verfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen ausgeführt.
In einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Preform, aus der Faserverbundbauteile hergestellt werden können, ist vorteilhaft zusätzlich zu den die Preform konstituierenden Fasern eine Mehrzahl an Zusatzfasern angeordnet, wobei die Zusatzfasern ein para- oder ferromagnetisches Material aufweisen.
Die Zusatzfasern können dabei selbst aus dem para- oder ferromagnetischen Material beschaffen sein, oder sie sind lediglich damit beschichtet. Derartige Zusatzfasern werden erfindungsgemäß vorteilhaft an Bereichen der Preform bereitgestellt, die Bauteilkontur- oder Durchbruchlinien des Faserverbundbauteils bilden.
Damit wird vorteilhaft erreicht, dass bei der Positionierung und Umformung der Preform in einem Umformwerkzeug einer erfindungsgemäßen Preform-Bearbeitungsvorrichtung beziehungsweise beim Transport der Preforms mit einer Greifvorrichtung, die beide, Umformwerkzeug und Greifvorrichtung, der Anordnung der Zusatzfasern in den Preforms entsprechend angeordnete Elektromagnete aufweisen, keine Deformierung, beziehungsweise keine Änderung der Faserausrichtung und Positionierung der Preform auftritt, so dass die einmal geformte Preform mit darin kraftflussgerecht abgelegten Fasern mit der gewünschten Qualität erhalten bleibt, auch wenn sie in weiteren Verfahrensschritten gehandhabt werden muss.
Dies ermöglicht insbesondere, Fasermatten, die in Folge ihres biegeschlaffen Zustands besonders schwierig zu transportieren sind, sicher und qualitätserhaltend zu transportieren und weiter zu verarbeiten.
Eine Ausführungsform einer hierzu geeigneten erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung für Preforms sieht dazu mindestens ein Umformwerkzeug mit einer Matrize vor, die die Preform zur Umformung aufnimmt. In der Matrize sind nahe einer Oberfläche, die die Umformkontur der Matrize bildet, mehrere Elektromagnete angeordnet. Die von diesen Elektromagneten erzeugten Magnetfelder können vorteilhaft so ausgebildet werden, dass sie der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern in der Preform entsprechen.
Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung auf; die mit den Elektromagneten zu deren Steuerung gekoppelt ist, so dass der Magnet angeschaltet, abgeschaltet oder auch umgepolt werden kann; auch die Magnetstärke kann einstellbar sein.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs ermöglicht, dass die in der Preform vorliegenden magnetischen Zusatzfasern und damit die gesamte Preform aufgrund der korrespondierenden Anordnung der Elektromagnete in der Matrize exakt in Position bleiben, wenn sie einmal in der Matrize angeordnet sind. Damit wird die Preform an sehr vielen Punkten temporär in der Matrize gehalten, so dass sich ein Verrutschen und Verschieben von Fasern auch dann nicht ergibt, wenn bei späteren Verfahrensschritten Druck auf die Preform ausgeübt wird oder das Gussmaterial, insbesondere Harz, in das Werkzeug eingespritzt wird.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Ränder der Preform und die späteren Bauteilkonturen mit Zusatzfasern konturiert sind; auch die Durchbruchlinien des späteren Faserverbundbauteils werden vorteilhaft mit Zusatzfasern verstärkt, so dass gerade an diesen Positionen ein Verrutschen und Verschieben von Fasern oder ein Verziehen der Randbereiche ausgeschlossen wird, indem die Elektromagnete in der Matrize des Umformwerkzeuges eben an diesen die Bauteilkonturen etc. bildenden Bereichen angeordnet werden. Damit wird sichergestellt, dass eine Nachbearbeitung zur Erzielung des gewünschten Endmaßes entfallen kann.
Ferner weist in einer weiteren Ausführungsform die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung einen Transferroboter mit entsprechendem Roboterarm auf, an dem eine Greifvorrichtung zum Aufnehmen und Transportieren der Preform angeordnet ist. Die hierin offenbarte erfindungsgemäße Greifvorrichtung hat nahe einer Aufnahmeoberfläche, die an der zu der Preform gewandten Unterseite der Greifvorrichtung vorliegt, eine Mehrzahl an Elektromagneten, die derart in der Greifvorrichtung angeordnet sind, dass die von den Elektromagneten ausgebildeten Magnetfelder den in der Preform angeordneten magnetischen Zusatzfasern entsprechen. Ferner hat die Aufnahmeoberfläche der Greifvorrichtung eine Größe und Form, die der Größe und Form der aufzunehmenden Preform entspricht. Die Bearbeitungsvorrichtung, die neben dem Umformwerkzeug den Transferroboter umfasst, hat eine Steuerungsvorrichtung, mit der auch die Elektromagnete der Greifvorrichtung gesteuert werden können. Natürlich könnte auch eine separate Steuerungsvorrichtung für die Elektromagnete der Greifvorrichtung vorgesehen sein. Auch hier bedeutet Steuern zumindest An- und Abschalten sowie Umpolen. Ferner ist mit Steuern in allen Fällen der hierin offenbarten Erfindung auch das Einstellen der Magnetfeldstärke zu verstehen.
So kann die Greifvorrichtung die Preform vorteilhaft über weite Strecken transportieren oder Bearbeitungsprozesse mit an der Aufnahmeoberfläche angeordneter Preform ausführen, ohne dass es zum Verrutschen der Preform bzw. zum Verschieben der Fasern der Preform kommt.
Besonders vorteilhaft kann die Aufnahmeoberfläche der Greifvorrichtung eine Form aufweisen, die der Gegenform der Umformkontur der Matrize entspricht. Damit nimmt die Preform bereits beim Aufnehmen durch die Greifvorrichtung die exakte dreidimensionale Kontur an, die sie später bei der Umformung erlangen wird, und sie ist besonders präzise in der Matrize positionierbar.
Darüber hinaus ergibt sich weiter vorteilhaft, dass sie auch nach der Entnahme der Preform aus der Matrize dabei unterstützt, dass die Preform, bei der es sich nicht lediglich um umgeformte Fasern sondern auch um bereits mit Harz imprägnierte Fasern und somit um einen Bauteilrohling handeln kann, ihre Form bei der Entnahme aus der Matrize beibehält. Gerade bei trockenen Textilien ist es im Stand der Technik bis dato kaum oder gar nicht möglich, lediglich Fasern umzuformen und die biegeschlaffen, umgeformten Fasern unter Beibehalt ihrer exakten Form weiter zu transportieren. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht und ohne weiteres möglich.
Auch die Entnahme umgeformter imprägnierter Fasern oder die Entnahme von Fasern, die erst im Umformwerkzeug mit Harz getränkt wurden und die bei der Entnahme aus dem Werkzeug respektive aus der Matrize noch feucht sind, gestaltet sich mit Hilfe des als Gegenform gestalteten Greifers unproblematisch und unter Sicherstellung des Formerhalts der umgeformten Preform und des Positionsbeibehalts der Fasern in der Preform beziehungsweise in dem Bauteilrohling.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das zur großserientechnischen Herstellung von Faserverbundbauteilen aus Preformen geeignet ist, da es aufgrund der präzisen Handhabung der Preformen besondere Nachbearbeitungsschritte wie das auf Endmaß Bringen der Endform überflüssig macht, erfordert die Verwendung einer Preform-Umformvorrichtung nach einer Ausführungsform der hierin beschriebenen Erfindung, ebenso wie die Verwendung der offenbarten erfindungsgemäßen Preformen.
Das Verfahren umfasst die Schritte:

– Bereitstellen der Preform und Anordnen der Mehrzahl an Zusatzfasern zusätzlich zu den die Preform konstituierenden Fasern in der Preform, wobei die Zusatzfasern ein para- oder ferromagnetisches Material aufweisen,
– Transferieren und Positionieren der Preform in einer Matrize des Umformwerkzeugs der Preform-Bearbeitungsvorrichtung, wobei in der Matrize nahe der die Umformkontur bildenden Oberfläche der Matrize die Mehrzahl an Elektromagneten angeordnet ist,
– mittels der Steuerungsvorrichtung der Preform-Bearbeitungsvorrichtung, Ansteuern der Elektromagneten in der Matrize und Ausbilden der Magnetfelder durch die Elektromagneten entsprechend der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern der Preform in der Umformkontur, und
– Ausführen einer Umformung der Preform.

Weiter kann das Verfahren auch vorsehen, dass vor dem Ausführen der Umformung der Preform diese mit Harz imprägniert wurde. Auch hier gibt es verschiedene Möglichkeiten das Imprägnieren der Preform vorzunehmen. So kann die Preform einerseits mit dem Harz in einer Imprägniervorrichtung imprägniert werden, ehe die Preform in die Matrize transferiert wird und dort positioniert wurde. Es ist jedoch auch möglich, die Preform in der Matrize mit dem Harz zu imprägnieren, indem das Harz in die Matrize eingespritzt wird. Mit der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung in der die Matrize, die über die genannten Elektromagnete verfügt, wird die mit den magnetischen Fasern bestückte Preform durch Anziehungskraft sicher in der Matrize gehalten, auch wenn Harz unter Druck in dieselbe eingespritzt wird.
Auch nach dem Ausführen der Umformung der Preform kann das Imprägnieren – ausschließlich oder zusätzlich – der Preform mit Harz, durch Zuführen von Harz in die Matrize erfolgen. In der Matrize wird die positionierte Preform wie beschrieben durch magnetische Anziehungskraft gehalten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Transferieren und Positionieren der Preform in die Matrize mittels der Greifvorrichtung der Erfindung erfolgt. Dies ist nicht zwingend erforderlich, auch andere Vorrichtungen könnten zum Transferieren und Positionieren verwendet werden. Da die Greifvorrichtung über die beschriebenen Elektromagnete verfügt, die mittels der Steuerungsvorrichtung der Preform-Umformvorrichtung in Gang gesetzt werden können, kann die Preform zum gewünschtem Zeitpunkt von der Greifvorrichtung aufgenommen und sicher transportiert und in der Matrize positioniert werden, ohne dass es zur Verschiebung von Fasern kommt.
Vorteilhaft kann ferner auch das Imprägnieren der Preform mit Harz in einer separaten Imprägniervorrichtung durch Verwendung der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung erfolgen: Dieser Schritt erfordert das Einschalten des Transferroboters, respektive das Betätigen desselben, erzeugen der Magnetfelder, Aufnehmen der Preform an der Greifer-Aufnahmefläche und das Überführen der Preform in die Imprägniervorrichtung; dort eindringen Lassen des Harzes in die Preform und schließlich Weiterüberführen der Preform in die Matrize und dort positionieren.
Nach dem die Umformung in der Preform ausgeführt wurde, kann der Transferroboter erneut in Gang gesetzt werden, um mittels der Greifvorrichtung die Preform aus der Matrize zu entnehmen. Dem geht voraus, dass die Elektromagnete in der Matrize durch die Steuerungsvorrichtung der Preform-Umformvorrichtung abgeschaltet oder entsprechend umgepolt wurden, um die Preform zur Entformung freizugeben.
Diese und die weiteren Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 Eine perspektivische Ansicht der Greifvorrichtung der erfindungsgemäßen Preform-Umformvorrichtung bei der Positionierung über einer erfindungsgemäßen Preform,
2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung der Preform-Umformvorrichtung bei der Positionierung der Greifvorrichtung über der Matrize, in der eine umgeformte erfindungsgemäße Preform angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf die Herstellung von Faserverbundkomponenten-Bauteilen für die Kraftfahrzeugindustrie, explizit im großserientechnischen Maßstab.
Wesentliche Schritte der großserientechnischen Fertigung von Faserverbundkomponenten-Bauteilen ist das Überführen von trockenen Textilien, sogenannten Preformen in ein Presswerk, in dem die Umformung der Preform zum gewünschten Bauteilrohteil erfolgt. In den bekannten Umformprozessen, die mit gängigen Transfer- und Umformwerkzeugen ausgeformt werden, wird die Preform, bei der es sich im einfachsten Falle um eine Fasermatte handeln kann, in das Umformwerkzeug gebracht und dort gehalten, was durch eine Klemmung zwischen den beiden Werkzeugkomponenten entsprechend dem Tiefziehprozess erfolgt. Hieraus kann der Nachteil resultieren, dass im Nachgang die umgeformte Textilie oder das endformnahe Bauteil nachbearbeitet werden muss, etwa durch Beschneiden. Nachteilig kann dies aufgrund der Faserstruktur in der Preform zu Delaminationen und Ausbrechen führen. Weiter ist es schwierig, Fasermatten aufgrund ihres biegeschlaffen Zustands zu transportieren. Auch im umgeformten Zustand der trockenen Textilie oder auch der imprägnierten Textilie, die noch feucht ist und zum Aushärten in andere Werkzeuge verbracht werden muss, können sich durch den Transport Änderungen in der Faserausrichtung oder Positionierung ergeben, was zu vermeiden ist, um die kraftflussgerechte Anordnung der Fasern im Bauteil zu erhalten.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung eine Preform offenbart, siehe 1, die zusätzlich zu den Fasern 2', die die Preform bilden, Zusatzfasern 2 aufweist, die ein para- oder ferromagnetisches Material aufweisen. Das para- oder ferromagnetische Material kann dabei entweder das Fasermaterial selbst sein oder eine Basisfaser ist mit einer para- oder ferromagnetischen Substanz beschichtet. Wie in 1 weiter zu sehen ist, werden die Zusatzfasern 2 sinnvoll insbesondere in Bereich bereitgestellt, die die Bauteilkontur oder Durchbruchlinien des Faserverbundbauteils bilden. Dies zeigt sich deutlich in 2, in der die Preform in einem bereits umgeformten Zustand zu sehen ist.
Insbesondere die Fasern, die die Preform bilden, können bereits mit Harz vorimprägniert sein, so dass im Umformwerkzeug durch Erwärmen und Druckaufbringen ohne Zuführen von weiterem Material bereits die Endform des Bauteils hergestellt werden kann. Dies ist nicht zwingend erforderlich, selbstverständlich kann auch weiteres Harz im oder unmittelbar vor dem Umformvorgang im Werkzeug zugeführt werden, selbst wenn die Fasern vorimprägniert sind.
Eine derartige erfindungsgemäße Preform lässt sich vorteilhaft und unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile der Umorientierung von Fasern weiter verarbeiten, insbesondere umformen, da die Preform-Bearbeitungsvorrichtung ein Umformwerkzeug mit einer Matrize 10, siehe 2, aufweist, in die die Preform 1 eingebracht wird.
In der Matrize 10 sind nahe der Oberfläche, die die Umformkontur 11 bildet, viele Elektromagneten 12, angedeutet durch die spulenförmigen Stränge 12, angeordnet. Die Anordnung der Elektromagnete 12 ist dabei derart gestaltet, dass die von den Elektromagneten 12 erzeugten Magnetfelder entsprechend der Anordnung der ferro- oder paramagnetischen Zusatzfasern 2 der Preform 1 in der Umformkontur 11 ausgebildet werden, wenn die Erzeugung des Magnetfelds durch Anschalten der Elektromagneten 12 erzeugt wird.
Dies geschieht über eine Steuerungsvorrichtung, die ebenfalls der Preform-Bearbeitungsvorrichtung zugeordnet ist, und die der Ansteuerung der Elektromagneten 12 in der Matrize 10 dient. Sobald das Feld angelegt ist, wird die eingelegte Preform 1 präzise in der Matrize 10 gehalten, so dass bei der nachfolgenden Umformbearbeitung die Faserausrichtung erhalten bleibt. Es wird insbesondere verhindert, dass sich während der Bearbeitung eine Verschiebung der Fasern 2, 2' im Randbereich ergibt.
Wie zu sehen ist, ist die Dichte der Zusatzfasern 2 insbesondere in Bereichen besonders groß, die in komplexen Bauteilkonturen resultieren sollen. So wird durch die magnetische Fixierung der Fasermatte, respektive der Preform 1 und der diese bildenden Fasern 2, 2' insbesondere im Randbereich, eine nacharbeits- und verschnittfreie Fertigung eines Faserverbundkomponenten-Bauteilrohlings möglich. Damit ist die Fertigung derartiger Bauteile mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch großserientechnisch geeignet.
Um die erfindungsgemäße Preform zu transportieren, sei es vor der Umformung, wenn die Fasermatte 1 in die Matrize 10 zu transferieren und präzise auf der Umformkontur 11 zu positionieren ist, oder sei es nach der Umformung, wenn das trockene, umgeformte Textil oder auch eine noch feuchte, beziehungsweise nicht ausgehärtete, umgeformte Preform aus der Matrize 10 zu entnehmen ist, weist die Preform-Bearbeitungsvorrichtung ferner eine an einem Roboterarm 6 eines Transferroboters 5, siehe 1, angeordnete Greifvorrichtung 3 auf. Diese ist dazu ausgebildet, die Preform 1 aufzunehmen und dann zu transportieren, da sie nahe ihrer Aufnahmefläche 7, die an der Unterseite der Greifform 3, die der Preform 1 beim Transportvorgang zugewandt ist, vorliegt, viele Elektromagnete 4 aufweist. Die Elektromagnete 4 sind ebenfalls derart angeordnet, dass die durch sie erzeugten Magnetfelder der Anordnung der magnetisierbaren Zusatzfasern 2 der Preform entsprechen.
Wichtig ist, dass die Aufnahmeoberfläche 7 der Greifvorrichtung eine Größe und Form hat, die der Größe und Form der aufzunehmenden Preform 1 entspricht, so dass diese vollständig und passend aufgenommen und in einer Weiterbearbeitungsvorrichtung positioniert werden kann. Es soll verhindert werden, dass gerade in den Randbereichen der Preform 1 Fasern des biegeschlaffen Teils herunterhängen oder sich umpositionieren.
Die Steuerungsvorrichtung der Preform-Bearbeitungsvorrichtung ist derart eingerichtet, dass sie auch die Elektromagnete 4 der Greifvorrichtung 3 betätigt, um sie an- oder auszuschalten, umzupolen oder um die entsprechende Feldstärke einzustellen.
Die in 1 und 2 gezeigte Aufnahmeoberfläche 7 der Greifvorrichtung 3 weist sogar vorteilhaft eine Form auf, die der Gegenform zu der Umformkontur 11 der Matrize 10 entspricht, was insbesondere deswegen vorteilhaft ist, da die Greifvorrichtung 3 so nach Durchführen des Umformvorgangs die umgeformte, aber noch nicht versteifte Preform 1 aus der Matrize 10 entnehmen und sicher weiter transportieren kann.
Der in 2 gezeigte Vorgang deutet den Greifer 3 unmittelbar vor der Aufnahme der Matrize 10 an, um die Preform 1 etwa in ein Aushärtwerkzeug zu transferieren. Dabei muss allerdings die elektromagnetische Vorrichtung des Umformwerkzeugs ausgeschaltet sein, das heißt, die Magnetfelder der Elektromagnete 12 müssen abgebaut sein, um die Preform 1 unbeschädigt freizugeben. Entsprechend wird umgekehrt mit dem Greifer 3 verfahren, wenn der Greifer 3 eine Preform 1 ablegt: Auch dann ist es erforderlich, dass die in dem Greifer vorliegenden Elektromagnete abgeschaltet oder umgepolt werden, um das Lösen der Preform 1 von dem Greifer 3 zu ermöglichen.
Das Imprägnieren der Preform 1 mit Harz kann vor dem Ausführen der Umformung der Preform 1 und folglich vor dem Transferieren und Positionieren der Preform in die Matrize 10 erfolgen, es ist jedoch auch möglich, alternativ Harz in die Matrize 10 zuzuführen, in der die vorteilhaft durch Erzeugen der Magnetfelder positionierte und fixierte Preform 1 gehalten wird. Durch diese vorteilhafte Fixierung wird eine Änderung der Faserausrichtung der Preform selbst beim Einspritzen des Harzes in das Umformwerkzeug verhindert.
Selbstverständlich kann auch Harz zugeführt werden, wenn die Preformen 1 bereits mit Harz vorimprägniert sind. Beim Umformen werden die Zusatzfasern 2 fest in die Harzmatrix der Preform 1, beziehungsweise des werdenden Bauteilrohlings aufgenommen. Alternativ kann das Imprägnieren der Preform 1 auch nach dem Ausführen der Umformung der Preform 1 oder zusätzlich zu einer Vorimprägnierung nach dem Ausführen der Umformung der Preform erfolgen, indem auf die genannte Weise das Harz in die Matrize 10 gefüllt wird, in der die positionierte Preform 1 durch Anziehungskraft gehalten wird.
Falls die umgeformte und mit Harz versetzte Preform 1 in der Umformvorrichtung auch aushärten Gelassen wird, was durchaus möglich ist, wenn diese Vorrichtung über die entsprechenden, zur Aushärtung notwendigen Vorrichtungen wie eine Heizung verfügt, wird der Bauteilrohling bereits endfertig hergestellt; Nachbearbeitungen zum Zweck einer präzisen Endmaßerzielung sind durch Verwendung der erfindungsgemäßen Preform 1 mit dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug nicht mehr erforderlich. Damit können Bearbeitungsschritte entfallen und der Fertigungsprozess wird günstiger. Zudem kann die Qualität der Bauteilrohlinge erhöht werden.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Greifers kann auch unproblematisch das Imprägnieren der Preform in oder mit einer externen Imprägniervorrichtung ausgeführt werden: Gerade wenn es erforderlich ist, die Preform in ein Imprägnierbad einzutauchen, kann dies auf geeignete Weise mit dem Greifer geschehen, der die Preform durch magnetische Anziehungskraft präzise positioniert und fixiert hält. Andere Imprägniervorgänge können vorsehen, dass die Imprägniervorrichtung über Sprühdüsen verfügt und die Preform besprüht; es wird üblicherweise vor der Überführung in die Matrize 10 geschehen und muss daher nicht zwingend mit der Verwendung eines Greifers geschehen. Besonders geeignet ist der erfindungsgemäße Greifer 3 jedoch in der als Gegenform zu dem Bauteilrohling ausgebildeten Gestalt, da so das Umsetzen desselben jederzeit, in feuchtem wie in ausgehärtetem Zustand erfolgen kann, ohne dass die umgeformte Preform oder der Bauteilrohling geschädigt wird.
So bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der die vorliegend beschriebenen Preform-Bearbeitungsschritte ausgeführt werden können, den Vorteil, dass sowohl die Preform, wenn sie als trockenes Textil vorliegt, als auch die noch feuchte Preform oder auch der ausgehärtete Bauteilrohling, in jedem Bearbeitungsschritt sicher gehalten und die Faseranordnung beibehalten werden kann. Damit wird die kraftflussgerechte Positionierung der Faserverbundkomponente konstituierenden Fasern gewährleistet und die Bauteilqualität erhöht; ferner erübrigen sich insbesondere Nachbearbeitungsschritte, die einer Endmaßerzeugung dienen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007002309 A1 [0003, 0003]

Claims

Preform (1) für die Herstellung von Faserverbundbauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Zusatzfasern (2) zusätzlich zu den die Preform (1) konstituierenden Fasern (2') in der Preform (1) angeordnet ist, und wobei die Zusatzfasern (2) ein para- oder ferromagnetisches Material aufweisen.
Preform (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfasern (2) aus dem para- oder ferromagnetischen Material beschaffen oder mit dem para- oder ferromagnetischen Material beschichtet sind.
Preform (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfasern (2) an Bereichen bereitgestellt sind, die Bauteilkontur- oder Durchbruchlinien des Faserverbundbauteils bilden.
Preform (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Preform (1) konstituierenden Fasern (2') mit Harz vorimprägniert sind.
Preform-Bearbeitungsvorrichtung für Preformen (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Preform-Bearbeitungsvorrichtung zumindest ein Umformwerkzeug mit einer Matrize (10) zur Aufnahme der Preform (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrize (10) nahe einer Umformkontur (11) bildenden Oberfläche der Matrize (10) eine Mehrzahl an Elektromagneten (12) angeordnet ist, wobei die von den Elektromagneten (12) erzeugten Magnetfelder entsprechend der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern (2) der Preform (1) in der Umformkontur (11) ausbildbar sind, und wobei die Preform-Bearbeitungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die zur Steuerung mit den Elektromagneten (12) gekoppelt ist.
Preform-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Preform-Bearbeitungsvorrichtung ferner eine an einem Roboterarm (6) eines Transferroboters (5) angeordnete Greifvorrichtung (3) zum Aufnehmen und Transportieren der Preform (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Greifvorrichtung (3) nahe einer Aufnahmeoberfläche (7), die an einer der Preform (1) zugewandten Unterseite vorliegt, eine Mehrzahl an Elektromagneten (4) angeordnet ist, wobei die von den Elektromagneten (4) erzeugten Magnetfelder entsprechend der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern (2) der Preform (1) an der Aufnahmeoberfläche (7) ausbildbar sind, und wobei die Aufnahmeoberfläche (7) der Greifvorrichtung (3) eine Größe und Form hat, die der Größe und Form der aufzunehmenden Preform (1) entspricht, und dass die Preform-Bearbeitungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die zur Steuerung mit den Elektromagneten (4) gekoppelt ist.
Preform-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeoberfläche (7) der Greifvorrichtung (3) eine Form aufweist, die eine Gegenform zu der Umformkontur (11) der Matrize (10) ist.
Verfahren, geeignet zur großserientechnischen Herstellung von Faserverbundbauteilen aus Preforms (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, und unter Verwendung einer Preform-Bearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend die Schritte – Bereitstellen der Preform (1) und Anordnen der Mehrzahl an Zusatzfasern (2) zusätzlich zu den die Preform (1) konstituierenden Fasern (2') in der Preform (1), wobei die Zusatzfasern (2) ein para- oder ferromagnetisches Material aufweisen, – Transferieren und Positionieren der Preform (1) in einer Matrize (10) des Umformwerkzeugs der Preform-Bearbeitungsvorrichtung, wobei in der Matrize (10) nahe der die Umformkontur (11) bildenden Oberfläche der Matrize (10) die Mehrzahl an Elektromagneten (12) angeordnet ist, – mittels der Steuerungsvorrichtung der Preform-Bearbeitungsvorrichtung Ansteuern der Elektromagneten (12) in der Matrize (10) und Ausbilden der Magnetfelder durch die Elektromagneten (12) entsprechend der Anordnung der magnetischen Zusatzfasern (2) der Preform (1) in der Umformkontur (11), und – Ausführen einer Umformung der Preform (1).
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend die Schritte vor dem Ausführen der Umformung der Preform (1) Imprägnieren der Preform (1) mit Harz, wobei das Imprägnieren der Preform (1) durch – Imprägnieren der Preform (1) mit dem Harz in einer Imprägniervorrichtung vor dem Transferieren und Positionieren der Preform (1) in die Matrize (10), – Imprägnieren der Preform (1) mit dem Harz durch Zuführen von Harz in die Matrize (10), in der die positionierte Preform (1) durch magnetische Anziehungskraft gehalten wird, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend die Schritte nach dem Ausführen der Umformung der Preform (1) Imprägnieren der Preform (1) mit Harz, durch Zuführen von Harz in die Matrize (10), in der die positionierte Preform (1) durch magnetische Anziehungskraft gehalten wird, erfolgt..
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei durch den Umformschritt ein Bauteilrohling geschaffen wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, umfassend die Schritte – Transferieren und Positionieren der Preform (1) in die Matrize (10) mittels der Greifvorrichtung (3), die nahe einer Aufnahmeoberfläche (7), die an einer der Preform (1) zugewandten Unterseite vorliegt, eine Mehrzahl an Elektromagneten (4) aufweist, und – mittels der Steuerungsvorrichtung der Preform-Bearbeitungsvorrichtung Ansteuern der Elektromagneten (4) und Erzeugen der Magnetfelder, dabei Aufnehmen der Preform (1) durch die Aufnahmefläche (7) der Greifvorrichtung (3), und – Betätigen des Transferroboters (5), dann mittels der Greifvorrichtung (3) Transferieren und Positionieren der Preform (1) in die Matrize (10).
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend die Schritte – nach dem Betätigen des Transferroboters (5) und vor dem Transferieren und Positionieren der Preform (1) in die Matrize (10), Überführen der Preform (1) in eine Imprägniervorrichtung und Imprägnieren mit Harz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, umfassend die Schritte – nach dem Umformen der Preform (1) Betätigen des Transferroboters (5) und Anordnen der Greifvorrichtung (3) in einer Entnahmeposition über der umgeformten Preform (1), – Abschalten oder Umpolen der Elektromagneten (12) in der Matrize (10) durch die Steuerungsvorrichtung der Preform-Umformvorrichtung, – Entnehmen der Preform (1) aus die Matrize (10) mit der Greifvorrichtung (3).
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend den Schritt – nach dem Entnehmen der Preform (1) aus der Matrize (10) mit der Greifvorrichtung (3) Überführen in ein Aushärtwerkzeug.