DE69810637T2

DE69810637T2 - Verfahren zum formen eines lasttrageteils aus verstärktem thermoplast

Info

Publication number: DE69810637T2
Application number: DE69810637T
Authority: DE
Inventors: Gunnar Westerlund
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: US6756090B1; DE69810637D1; JP2001524899A; SE9701764L; EP1009617B1; SE9701764D0; SE509250C2; EP1009617A1; WO1998051473A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Lasttrageteils aus einem verstärkten Thermoplast.
Das erfindungsgemäße Verfahren berührt die technischen Gebiete des Thermoformens sogenannter Sandwichbauteile und des Blasformens von Hohlkörpern aus verstärktem Thermoplast. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden in einer Materialbeschickung Schichten aus thermoplastischem Matrixmaterial als plastische Membran verwendet, die gegenüber innerer Druckbeaufschlagung oder äußerer Vakuumerzeugung undurchlässig ist. Mittels pneumatischer und/oder hydraulischer Einrichtungen sorgt die plastische Membran für eine Formkraft in Richtung der Innenfläche des Formwerkzeugs, die auf Verstärkungsmaterial einwirkt, das zwischen der plastischen Membran und den Innenflächen des Formwerkzeugs liegt. Durch Erwärmen des thermoplastischen Matrixmaterials, entweder vor dem Formen oder während des Formens, auf eine die Erweichungstemperatur übersteigende Temperatur kann eine Materialbeschickung innerhalb des Formwerkzeugs geformt und verfestigt werden, um ein Lasttragteil aus verstärktem Thermoplast zu schaffen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lasttrageteile werden vorteilhaft als lasttragende Bauteile in Fahrzeugen verwendet. Aber sie können auch für andere Anwendungen benutzt werden, wo niedriges Gewicht und hohe Festigkeit erforderlich sind.
Heutzutage ist es üblich, dass lasttragende Bauteile, zum Beispiel für Motorfahrzeuge, aus faserverstärkten Thermoplasten hergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird häufig die sogenannte GMT-Technologie angewandt, die eine Materialbeschickung mit einem Verstärkungswerkstoff und einem thermoplastischen Matrixmaterial umfasst, die durch Druckformen währen einer Erwärmung (Thermoformen) in einem zweiteiligen Formwerkzeug geformt wird.
Gemäß dem Stand der Technik umfasst ein derartiges Formwerkzeug eine Anzahl von Formbauteilen, die so gehandhabt werden können, dass das Formwerkzeug geöffnet und geschlossen werden kann. Die Werkzeugbauteile des Formwerkzeugs sind außerdem so angeordnet, dass ein äußerer Druck auf die in einem Hohlraum innerhalb des Formwerkzeugs befindliche Materialbeschickung ausgeübt werden kann. Darüber hinaus sind sie Werkzeugbauteile mit Führungsstiften oder dergleichen versehen, damit sie passend zueinander ausgerichtet sind, während der Druck ausgeübt wird.
Während des Druckformens gemäß dem Stand der Technik wird das thermoplastische Matrixmaterial mittels einer gesonderten Heizeinrichtung auf seine Erweichungs- oder Schmelztemperatur vorgewärmt.
Gemäß dem Stand der Technik hat die Materialbeschickung manchmal die Form einer sogenannten Vorform, die in einem getrennten Arbeitsschritt erzeugt wird. Die Vorform kann zum Beispiel durch Beschichten einer dem fertigen Bauteil annähernd ähnlichen Vorformmaske mit geschnittenen Rovings oder anderem Glasfasermaterial und einem geeigneten Bindemittel, das die Verstärkung an ihrem Platz hält, hergestellt werden. Eine Vorbedingung der GMT-Technologie ist, dass das thermoplastische Matrixmaterial ebenfalls vorhanden ist.
Die vorbekannte GMT-Technologie erfordert die Anwendung von Formwerkzeugen, die, zum Beispiel mittels hydraulischer Einrichtungen, einen Druck von außen auf die zu formenden Materialschichten ausüben. Die GMT-Technologie verwendet einen ziemlich hohen Betrag an Energie und ist für die Herstellung von Bauteilen mit dem geringst möglichen Gewicht weniger gut geeignet.
Eine andere vorbekannte Technik zum Formen von Thermoplast enthaltenden Bauteilen ist das Blasformen. Hierbei wird das Rohmaterial in einem Extruder plastifiziert und zu einem rohrförmigen Rohteil geformt. Das Rohteil wird durch darüber Schieben mit einer Blasdüse in Eingriff gebracht und in einer aus zwei konkaven Hälften bestehenden Form eingeschlossen. Danach wird das Rohteil aufgeblasen, gegen die gekühlten Wände des Formhohlraums gepresst und ausgehärtet. Diese Technik wurde bisher für die Herstellung leichter Hohlkörper aus Thermoplast ohne Verstärkung angewandt. Diese Hohlkörper haben daher einen relativ niedrigen Grad an Wandfestigkeit.
Noch ein weiteres vorbekanntes Verfahren zum Formen von Gegenständen aus Thermoplast ist aus der Europäischen Patentschrift Nr. 545 055 bekannt. Diese Patentschrift offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus glasfaserverstärkten Folien bzw. Tafeln aus Thermoplast. Die Folien bzw. Tafeln werden erwärmt und geformt. Dieses Verfahren beinhaltet nicht ein Matrixmaterial und ein Verstärkungsmaterial, die aus getrennten Schichten hergestellt sind und sich relativ frei zueinander bewegen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Energie sparenden Formen eines Lasttrageteils aus einem verstärkten Thermoplast zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patenanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden das Matrixmaterial und das Verstärkungsmaterial in Form getrennter Schichten zur Verfügung gestellt. Die Schichten können sich während des Formens relativ frei zueinander bewegen, während die Formkraft im Wesentlichen mittels der eine Formkraft erzeugenden Einrichtung entwickelt wird. Alles in allem bedeutet dies, dass beim Formprozess relativ wenig Energie verbraucht wird.
Festigkeit und Lasttragefähigkeit können aufgrund dessen optimiert werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren es zum Beispiel ermöglicht, getrennte Stücke des Verstärkungsmaterials der Materialbeschickung so anzuordnen, dass sie im Wesentlichen in der Richtung verlaufen, in der die erwarteten Lasten ihre Beanspruchungsrichtung im Lasttrageteil haben.
Ferner kann unter Berücksichtigung der Festigkeit und der Lasttragefähigkeit das Gewicht des Lasttrageteils durch Hohlräume optimiert werden, die beim erfindungsgemäßen Verfahren an zweckmäßigen Stellen innerhalb der Werkstoffstruktur erzeugt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A einen schematischen Querschnitt einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Formwerkzeug in geöffneter Stellung und einer im Formwerkzeug angeordneten Materialbeschickung,
Fig. 1B eine schematische Darstellung des Formwerkzeugs der Fig. 1 in geschlossener Stellung während des Formens,
Fig. 2 schematisch in einer kombinierten geschnittenen und perspektivischen Ansicht einen Bereich eines Lasttrageteils, das gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist,
Fig. 3A einen schematischen Schnitt eines Formwerkzeugs bei einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in geöffneter Stellung und mit einer im Formwerkzeug angeordneten Materialbeschickung,
Fig. 3B eine schematische Darstellung des Formwerkzeugs der Fig. 3A in geschlossener Stellung während des Formens,
Fig. 4A eine schematische perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Lasttrageteils, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und in das zwei andere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lasttrageteile zur Verstärkung eingegliedert sind, und
Fig. 4B schematisch ein Detail eines Bereichs des Lasttrageteils der Fig. 4A, in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist.
Im Folgenden werden mehrere verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
Zunächst werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1A, 1B und 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine entsprechenden Anordnung zu ihrer Durchführung und ein Lasttrageteil beschrieben.
In Fig. 1A ist ein Formwerkzeug 10 einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in geöffneter Stellung abgebildet. Bei der beschriebenen Ausführungsform umfasst das Formwerkzeug zwei Werkzeughälften mit Innenflächen 13 und 13', die bei geschlossenem Formwerkzeug 10' innere Hohlräume bilden. Die Form der Hohlräume passt zu den Außenabmessungen des zu formenden Lasttrageteils.
Mit anderen Worten, die Abmessungen des Formhohlraums werden im Wesentlichen den Außenabmessungen eines zu formenden Lasttrageteils entsprechen.
Eine Materialbeschickung ist innerhalb des Formwerkzeugs 10 angeordnet. Sie umfasst bei der beschriebenen Ausführungsform zwei Tafeln oder Schichten eines Matrixmaterials 12, 12' und zwei Schichten eines Verstärkungsmaterials 11, 11', die jeweils auf der entsprechenden Schicht Matrixmaterial 12, 12' liegen.
Die zwei Schichten 12, 12' des Matrixmaterials haben hier einen Flächenbereich, der größer als der Querschnittsbereich der inneren Hohlräume ist, wenn das Formwerkzeug 10' in eine geschlossene Stellung gebracht ist, während die Schichten des Verstärkungsmaterials 11, 11' einen Flächenbereich aufweisen, der im Wesentlichen im inneren Hohlraum aufgenommen ist, wenn das Formwerkzeug 10' in eine geschlossene Stellung gebracht ist. So werden die zwei Schichte n des Matrixmaterials 12, 12' an ihren äußeren Rändern zwischen den zwei Werkzeughälften des Formwerkzeugs 10' örtlich sicher festgeklemmt, um eine Dichtung zu schaffen, wenn das Formwerkzeug 10' zum Formen in eine geschlossene Stellung gebracht ist.
Demgegenüber ist das meiste Verstärkungsmaterial 11, 11' innerhalb des Formwerkzeugs 10' angeordnet, wenn dieses geschlossen ist.
Bei der ersten Ausführungsform bestehen die zwei Schichten des Matrixmaterials 12, 12' jeweils aus einem Polypropylenfilm bzw. einer Polypropylenfolie, während das Verstärkungsmaterial 11, 11' aus Glasfasergewebe mit durchlaufenden Fasern besteht. Jedoch ist es auch möglich, Verstärkungsmaterial zu verwenden, das geschnittene Verstärkungsfasern enthält.
Die Materialbeschickung mit ihren Schichten aus Verstärkungsmaterial 11, 11' und Matrixmaterial 12, 12' wird auf eine Temperatur erwärmt, welche die Erweichungstemperatur des Matrixmaterials 12, 12' übersteigt. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Materialbeschickung daher gemäß dem Stand der Technik mittels einer IR-Einrichtung auf ungefähr 180ºC vorgewärmt, bevor das Matrixmaterial 12, 12' in das Formwerkzeug 10 gelegt wird. Jedoch ist es möglich, das Matrixmaterial 12, 12' in irgendeiner zweckmäßigen Weise gemäß dem Stand der Technik zu erwärmen.
Nachdem die erwärmte Materialbeschickung gemäß dem Stand der Technik entweder von Hand oder automatisch im offenen Formwerkzeug 10 angeordnet ist, wird das Formwerkzeug 10 in eine geschlossene Stellung gebracht, die in Fig. 1B dargestellt ist. Hierfür wird eine geeignete nicht dargestellte Bewegungsvorrichtung gemäß einer dem Fachmann vertrauten Technik benutzt. Die zwei Werkzeughälften des Formwerkzeugs 10' werden so am gesamten Umfang seines inneren Hohlraums in engen Kontakt miteinander gebracht. Dies hat die schon erwähnte Wirkung, dass die zwei Schichten des Matrixmaterials 12, 12' an ihren äußeren Rändern sicher zwischen den zwei Werkzeughälften des geschlossenen Formwerkzeugs 10' festgeklemmt sind und so eine Dichtung schaffen.
Mittels einer eine Formkraft erzeugenden Einrichtung 14 (in den Fig. 1A und 1B durch gestrichelte Linien dargestellt), die bei der beschriebenen Ausführungsform aus einer Druckluftversorgung besteht, wird innerhalb der beiden festgeklemmten Schichten des erwärmten Matrixmaterials 12, 12', d. h. der Propylenfilme, ein pneumatischer Druck erzeugt.
Der Druckaufbau zwischen den beiden Schichten beheizten Matrixmaterials 12, 12' hat die Wirkung, dass die Schichten wie plastische Membranen arbeiten, die durch Dehnung die äußeren Schichten des Verstärkungsmaterials 11, 11' gegen die Innenflächen 13, 13' des geschlossenen Formwerkzeugs 10' pressen. So wird innerhalb des Formwerkzeugs 10' eine Verfestigung und Formung der Materialbeschickung erreicht. Nach dem Abkühlen bindet das thermoplastische Matrixmaterial 12, 12' das Verstärkungsmaterial 11, 11' durch thermisches Kleben, um die Schichten aus verstärktem Kunststoff zu formen, die den Wandwerkstoff des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lasttrageteils 1 bilden.
Bei der beschriebenen ersten Ausführungsform wird während des Formens auch eine Formkraft von außen in den Bereichen 15, 15' aufgebracht, wo die Innenflächen 13, 13' des Formwerkzeugs 10, 10' so ausgebildet sind, dass der Zwischenraum zwischen den Innenflächen 13, 13' örtlich kleiner ist als die Dicke er dazwischenliegenden Materialbeschickung. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die von außen wirkende Formkraft mittels auf die Werkzeughälften wirkender hydraulischer Kolben erzeugt, obwohl auch andere dem Stand der Technik gemäße Einrichtungen denkbar sind.
So wird in den vorher erwähnten Bereichen 15, 15' des Formwerkzeugs 10, 10' auch eine Formkraft von außen aufgebracht und dies führt örtlich zu einem kompakten verfestigten Bereich verstärkten Kunststoffs in dem geformten Produkt, d. h. in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Lasttrageteil.
Dies ist in Fig. 2 abgebildet, die schematisch einen Bereich eines gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Lasttrageteils 1 mit drei dieser kompakten verfestigten Bereiche oder Wandabschnitte aus verstärktem Kunststoff in Verbindung mit den Vertiefungen 24, 24', 24" darstellt.
In den Bereichen, wo die Formkraft vermöge der vorher erwähnten, eine Formkraft erzeugenden Einrichtung von der Innenseite her und nach außen gerichtet war, hat das Lasttrageteil 1 im Gegensatz dazu innere Hohlräume 22, 22', die durch umgebende Schichten 23, 23' aus verstärktem Kunststoff durch den vorher beschriebenen inneren Druckaufbau geformt und verfestigt wurden, während sich das Matrixmaterial im erwärmten Stadium befand.
Bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein unbeheiztes Formwerkzeug und eine vorgewärmte Materialbeschickung verwendet. Die Folge davon ist, dass die Materialbeschickung nach dem Formen und der Verfestigung im Formwerkzeug relativ schnell auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials abkühlt. Dies erlaubt kurze Verarbeitungszeiten bis herab zu 15 Sekunden.
Nachdem die Temperatur unter die Erweichungstemperatur des Matrixmaterials 12, 12' (Fig. 1A und 1B), wird das Formwerkzeug 10, 10' geöffnet und das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformte und verfestigte Lasttrageteil entfernt und zur möglichen weiteren Bearbeitung, zum Beispiel zum Schleifen, Lackieren oder dergleichen, vorwärtsbefördert.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Lasttrageteil als aus einer Sandwichstruktur bestehend bezeichnet werden, wobei kompakte Bereiche aus verstärktem Kunststoff mit Bereichen aus Schichten verstärkten Kunststoffs und dazwischen angeordneten Hohlräumen wechseln.
Die Fig. 3A und 3B stellen eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die in den Fig. 3A und 3B dargestellte Anordnung ist zur Herstellung von Lasttrageteilen in Form sogenannter Hohlkörper mittels eines Verfahrens bestimmt, das dem im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschriebenen ähnlich ist. Bei der zweiten Ausführungsform wird jedoch kein Formdruck örtlich von der Außenseite über das Formwerkzeug ausgeübt, stattdessen erfolgen das Formen und die Verfestigung ausschließlich mit Hilfe einer Formkraft erzeugenden Einrichtung 34, die in den Fig. 3A und 3B mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
Die Fig. 4A und 4B stellen eine vorteilhafte Anwendung dar, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lasttrageteile einschließt. Die Anwendung ist ein Rahmen 2 für einen Fahrzeugsitz, der eine hohe Festigkeit und geringes Gewicht aufweist.
Der Rahmen 2 besteht zum größten Teil aus einem Lasttrageteil mit einer Sandwichstruktur 41 gemäß der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der beschriebenen Anwendung weist der Rahmen 2 zusätzlich verstärkende Lasttrageteile 3, 3' in Form von Hohlkörpern auf, die gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geformt wurden.
Als Hohlkörper vorgeformte Lasttrageteile 3, 3', die nach der beschriebenen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt wurden, werden in diesem Fall in die Materialbeschickung eingelegt, die für das endgültige Formen des Rahmens 2 verwendet wird, wobei er eine gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigte Sandwichstruktur erhält.
Das Endergebnis ist ein Lasttrageteil in Form eines Rahmens 2, 2' für einen Fahrzeugsitz, wie er in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist. Hierbei weist das Lasttrageteil sowohl Sandwichstrukturen 41 als auch als Hohlkörper ausgebildete Lasttrageteile 3, 3' auf, die nach bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt wurden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiele angegeben, um das erfindungsgemäße Verfahren besser zu veranschaulichen. Jedoch ist die Erfindung in keiner Weise auf das beschränkt, was im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurde, noch auf das, was in der Zeichnung dargestellt ist. Stattdessen ist der Umfang der Erfindung durch die Patentansprüche umrissen.
So sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen das Matrixmaterial in Form einer einzelnen Schicht vorgesehen ist. Der Druckaufbau findet dann zwischen einer Hälfte des Formwerkzeugs und dem Matrixmaterial statt, wobei das Verstärkungsmaterial oben darauf liegt anstatt zwischen mehreren Schichten von Matrixmaterial, wie es hierin vorher beschrieben wurde.
Es sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen das Matrixmaterial aus anderen thermoplastischen Polymeren als Polypropylen besteht, zum Beispiel aus Polyester, PBT oder Polyamid oder Gemischen verschiedener thermoplastischer Polymere.
Die Wahl des Matrixmaterials beeinflusst natürlich ebenso wie andere Verarbeitungsfaktoren die Temperatur, die zum Erreichen oder Überschreiten der Erweichungstemperatur des Matrixmaterials erforderlich ist. Jedoch liegt diese Temperatur bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens typisch im Bereich von 180ºC bis 250ºC.
Es sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen das Verstärkungsmaterial nicht aus gewebtem Glastuch mit durchgehenden Fasern besteht, sondern stattdessen andere Arten von faserigem Filz, Gewebe oder gestricktem Material umfasst.
Die Fasern im Verstärkungsmaterial müssen nicht notwendigerweise Glasfasern sein, sondern können auch Kohlenstofffasern, andere Verstärkungsfasern oder Gemische verschiedener Verstärkungsfasern sein. Die Verstärkungsfasern können auch unterbrochen sein, aber am vorteilhaftesten sind sie durchgehend.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine vorgewärmte Materialbeschickung oder zumindest vorgewärmtes Matrixmaterial und ein unbeheiztes Formwerkzeug benutzt. Jedoch sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen das Matrixmaterial innerhalb des Formwerkzeugs mittels in dessen Wänden angeordneter Heizelemente gemäß dem Stand der Technik auf seine Erweichungstemperatur erwärmt wird.
Es wäre auch möglich, das Formwerkzeug mit einer Kühleinrichtung gemäß dem Stand der Technik zu versehen, um nach dem Formen eine schnellere Abkühlung der vorgewärmten Materialbeschickung zu erzielen. Solche Kühleinrichtungen sind bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar erforderlich, bei denen das Erwärmen des Matrixmaterials auf die Erweichungstemperatur innerhalb des Formwerkzeugs stattfindet, um wirtschaftlich wettbewerbsfähige Fertigungszeiten zu erreichen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet die eine Formkraft erzeugende Einrichtung die Zufuhr von Druckluft von einem Druckluftkompressor gemäß dem Stand der Technik. Jedoch sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen die eine Formkraft erzeugende Einrichtung durch eine andere Art von Druckaufbau oder durch ein Vakuum wirkt, das in Bezug auf die Wände des Formwerkzeugs von außen her mittels einer Vakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik aufgebracht wird. Kombinationen von Vakuum und innerem Druckaufbau sind ebenfalls denkbar. Es ist auch möglich, den inneren Druckaufbau hydraulisch zu erzielen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lasttragteile werden vorteilhaft für große Bauteile bei der Fahrzeugherstellung verwendet, zum Beispiel für Rahmen für Fahrzeugsitze oder im Bodenbereich.
Jedoch sind viele andere Anwendungen denkbar, bei denen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lasttrageteile aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihres geringen Gewichts vorteilhaft verwendet werden können.
Sehr viele verschiedene Kombinationen sind möglich, bei denen eins oder mehrere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte vorgeformte Lasttrageteile in andere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Lasttrageteile integriert sind, indem ein oder mehrere in vorhergehenden Formschritten geformte Lastrageteile vor dem Formen in einem abschließenden Formschritt in der gewünschten Lage in Verbindung mit der Materialbeschickung angeordnet werden.
Eine solche Eingliederung eines oder mehrerer Lasttrageteile in die Struktur weiterer Lasttrageteile ist besonders vorteilhaft, wenn zum Beispiel eine zusätzliche Verstärkung in besonders belasteten Bereichen erforderlich ist, oder in Fällen, wo zum Beispiel fertige Belüftungsleitungen oder Kanäle für die Verkabelung und dergleichen in einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lasttrageteil vorgesehen werden sollen.
Unter vielen vorteilhaften Kombinationen, die erwähnt werden können, gibt es die Eingliederung eines Lasttrageteils in Form eines Hohlkörpers in ein Lasttrageteil mit einer Sandwichstruktur. Das Umgekehrte ist ebenfalls möglich, d. h. die Eingliederung eines Lasttrageteils in Form eines Sandwichträgers in ein Lasttrageteil in Form eines Hohlkörpers.
Schließlich sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei denen nur ausgewählte Bereiche der Wände eines fertigen Lasttrageteils Verstärkungsmaterial enthalten, während andere Bereiche nur thermoplastisches Material aufweisen.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines Lasttrageteils (1, 2) aus einem verstärkten Thermoplast, bei dem ein zweiteiliges Formwerkzeug (10, 30) geöffnet wird, eine Materialbeschickung mit einem Verstärkungsmaterial (11, 11', 31, 31') und wenigstens einer Schicht aus einem thermoplastischen Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') eingeführt wird, das Werkzeug (10', 30') in einer geschlossenen Position, die Materialbeschickung umgebend, fixiert wird, wobei Bereiche des Matrixmaterials (12, 12', 32, 32') in dem Formwerkzeug (10', 30') zur Schaffung einer Dichtung eingeklemmt werden, und wobei eine Formkraft erzeugende Einrichtung (14, 34) auf das Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') durch Erzeugung von Druck und/oder Unterdruck zum Formen der Materialbeschickung entlang der Innenflächen (13, 13', 33, 33') des Formwerkzeugs (10', 30') bei einer Temperatur der Materialbeschickung wirkt, welche die Erweichungstemperatur des Matrixmaterials (12, 12', 32, 32') übersteigt, und bei dem das Formwerkzeug geöffnet und nach dem Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Matrixmaterials (12, 12', 32, 32') ein fertiges Lasttrageteil aus einem verstärkten Thermoplast aus dem Formwerkzeug in einer offenen Stellung entfernt wird, wobei das Matrixmaterial und das Verstärkungsmaterial in Form von getrennten Schichten verfügbar gemacht werden, welche sich während des Formens relativ frei relativ zueinander bewegen können, wobei das Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') als undurchlässige plastische Membran dient, welche mit Hilfe der die Formkraft erzeugenden Einrichtungen (14, 34) das Verstärkungsmaterial (11, 11', 21, 21') gegen die Innenflächen (13, 13', 33, 33') des geschlossenen Formwerkzeugs (10', 30') presst und dadurch ein Formen und Konsolidieren der Materialbeschickung bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Matrixmaterials (12, 12', 32, 32') während des Formens in einem Bereich von 180ºC bis 250ºC liegt, und dass die Temperatur bei Entfernen eines fertigen Lasttrageteils von dem Formwerkzeug unter 180ºC beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14, 34) zum Erzeugen einer Formkraft einen pneumatischen oder hydraulischen Druck vorsieht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14, 34) zur Erzeugung einer Formkraft ein pneumatisches Vakuum vorsieht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Formens das Formwerkzeug (10') über seine Innenflächen (13, 13') eine Formkraft ausübt, die von der Außenseite und nach innen auf Flächen der Materialbeschickung innerhalb des geschlossenen Formwerkzeugs (10') gerichtet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung in den Wänden des Formwerkzeugs (10, 10', 30, 30') ein Lasttrageteil kühlt, das geformt worden ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Heizelemente in den Wänden des Formwerkzeugs (10, 10', 30, 30') eine Materialbeschickung erhitzen, die zu formen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial (11, 11', 31, 31') als ein poröses faserhaltiges Material in Form einer oder mehrer Schichten vorgesehen wird, die zwischen Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') und Innenflächen (13, 13', 33, 33') des Formwerkzeugs (10, 30) derart angeordnet werden, dass die Schichten vollständig oder teilweise die Oberfläche des Matrixmaterials (12, 12', 32, 32') an einer Seite abdecken, die auf die Innenflächen (13, 13', 33, 33') weist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') in Form eines Films oder einer Folie vorgesehen wird, wobei eine oder mehrere Schichten der selben in ein Formwerkzeug (10, 30) in einer geöffneten Stellung angeordnet werden, wobei die Schichten einen Oberflächenbereich aufweisen, der größer als die Querschnittsfläche des Innenhohlraums des Formwerkzeugs (10', 30') ist, und dass das Matrixmaterial (12, 12', 32, 32') Polymere aufweist, die unter Polypropylen-, Polyester-, Polybutylen- Terephthalat oder Polyamid ausgewählt sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Lasttrageteile (3, 3'), die in einer oder mehreren vorhergehenden Formvorgängen geformt worden sind, in eine Materialbeschickung integriert werden, die zum Formen eines Lasttrageteils (2) in einem nachfolgenden Formvorgang verwendet wird.