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WO2014067864A1 - Verfahren und anlage zum herstellen eines faserverstärkten kunststoffbauteils - Google Patents

Verfahren und anlage zum herstellen eines faserverstärkten kunststoffbauteils Download PDF

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WO2014067864A1
WO2014067864A1 PCT/EP2013/072371 EP2013072371W WO2014067864A1 WO 2014067864 A1 WO2014067864 A1 WO 2014067864A1 EP 2013072371 W EP2013072371 W EP 2013072371W WO 2014067864 A1 WO2014067864 A1 WO 2014067864A1
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WO
WIPO (PCT)
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fiber
sealant material
preform
mats
tool
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/072371
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English (en)
French (fr)
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WO2014067864A9 (de
Inventor
Matthias Graf
Tobias Fürst
Original Assignee
Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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.)
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Publication date
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Priority to EP13783337.2A priority patent/EP2911852A1/de
Priority to JP2015538460A priority patent/JP2015532900A/ja
Priority to US14/438,528 priority patent/US20150343717A1/en
Publication of WO2014067864A1 publication Critical patent/WO2014067864A1/de
Publication of WO2014067864A9 publication Critical patent/WO2014067864A9/de

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    • B29C70/28—Shaping operations therefor
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    • B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component comprising at least the method steps according to the preamble of claim 1.
  • the present invention is also a plant for carrying out the method according to the preamble of claim 1 1.
  • the resin transfer molding process (RTM process) is known.
  • the production of a fiber composite component by means of this method is carried out in industrial use in subsequent individual processes.
  • the fiber semi-finished products which are usually present as a multi-layer fabric or scrim-cut fiber mats, etc., reshaped, so that they are already approximately the geometry of to be produced Own composite component.
  • the individual fiber mats of the fiber semi-finished products generally have, in addition to the fiber mats, also a binder which has adhesive-like properties. The binder causes a pre-consolidation of the individual fiber mats with each other and thus the preformed fiber preform (the preform), so that these dimensionally stable
  • the fiber preform can be supplied to subsequent processes.
  • the fiber preform can also be called just preform.
  • Prefabricated fiber mats are thus laid one above the other in layers according to a predefined fiber layer structure to form a semifinished fiber product for the preforming process.
  • This fiber semi-finished product formed from fiber mats is then converted at room temperature, or to a forming temperature, transferred to a preforming or preforming tool.
  • the transformation of the fiber semi-finished product into a fiber preform takes place by closing the tool.
  • the edge region of the fiber preform thus produced can still be trimmed (im
  • trimming or netshaping for example by punching or ultrasonic cutting, so that the fiber preform has defined contour edges having.
  • the fiber preform or preform is finally removed from the mold and, if necessary, temporarily stored for carrying out the following process and method steps.
  • a first quality control can already take place.
  • optical testing in particular the shaping ridge of the fiber preform (of the preform) as well as any fiber distortions, fiber undulations, folds or similar surface defects can be detected.
  • the fiber preform is transformed into a cleaned and preferably separated, i. with a
  • the generally two-part mold is then closed by means of a press and a two-component resin system injected into the cavity of the mold, wherein it penetrates as a matrix material, the fiber structure of the fiber preform and includes the fibers. After curing of the resin system, the main shape of the fiber-reinforced plastic component thus obtained can be removed from the mold and, if necessary, quality checked again.
  • Tool base usually an elastomeric seal.
  • elastomeric seal As a rule, commercially available round cord seals are used for this purpose.
  • the fiber preform must also be very precise in its outer contour here. As already described, this is usually achieved by trimming the preform before the RTM process. However, it is still essential that a gap between the preform and the seal arises. This gap leads to the negative property that a kind
  • HP-RTM high-pressure RTM
  • Hardener components is a high-pressure RTM system used. A distinction is made between high pressure compression RTM (HP-CRTM) and high pressure injection RTM (HP-IRTM).
  • the resin is injected into a defined (low) open mold containing a fiber preform. After the injection process, the mold is closed and the fiber preform due to the
  • Resin injection pressure of, for example, 35 bar impregnated.
  • the high injection pressure leads to a shortening of the impregnation phase.
  • the present invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved sealing method, which in particular
  • Soiling of the gasket between the mold parts and the resin reliably avoids contamination of the advantages of the RTM process and, in particular, of the high-pressure RTM process (HP-RTM), as well as economically viable for automated mass production processes.
  • This object is achieved by a method for producing a fiber-reinforced
  • Advantageous training and further education which individually or in combination
  • Plastic component is distinguished from the known methods
  • the formation of a fiber preform with a, preferably completely encircling, bordered by the sealant material edge region has the advantage that even at high injection pressures of, for example, 35 and / or high tool pressures of, for example, 100 or more bar, as these pressures in particular HP-RTM Own processes, no resin that closed with sealant material
  • Fiber pores and fiber spaces can pass through the fully circumferential edge region of the fiber preform. This can advantageously be ensured for the first time for HP-RTM process that no resin in the RTM tool between the tool head and
  • the sealant material during or after the provided according to step 1.1 blank
  • Stapeins of fiber mats to a semi-finished fiber products at least partially circumferentially applied to individual, multiple and / or all fiber mats and / or introduced.
  • the sealant material can be applied and / or introduced at least partially circumferentially onto the fiber semifinished product prior to the execution of a preforming process provided according to method step 1.3.
  • the sealant material can be applied and / or introduced at least partially circumferentially around the fiber preform after the execution of a preforming process according to method step 1.3.
  • the application and / or the introduction of the sealant material may be preceded or followed by a trimming of the edge region of the fiber mats, of the fiber semifinished product and / or of the fiber preform.
  • sealing material in particular a sealing cord and / or an adhesive and / or an elastomer such as silicone or polyurethane have proven and / or those materials having low viscosity properties in the uncured state for penetration into the fiber pores and interstices of the fiber mat, the fiber semifinished product and / or the fiber preform.
  • the fixation of the individual fiber mats can be done classically by means of binding agents. Alternatively or cumulatively, it may be preferable to achieve a sole fixation of the fiber mats by means of a sealant material applied and / or introduced onto each fiber mat and / or at least adjacent fiber mats, thus providing the fiber mats layered to the fiber semifinished product holds together that sometimes the classical binding step of the fiber mats can be omitted.
  • Proven properties which advantageously further processing in subsequent process and / or process steps such as in particular before or during the provided in accordance with method step 1.3 preforming process and / or according to
  • Main form of the plastic component can be obtained with separation of the sealant material.
  • the subject matter of the present invention is also a system for carrying out a method for producing a fiber-reinforced plastic component, in particular a method as described above.
  • the system according to the invention is characterized by application and / or introduction means for the purpose of a simultaneous and / or downstream application and / or introduction of an at least partially encircling for use as sealing means in relation to the method steps 1 .2 and / or 1 .3 suitable material on single, multiple and / or all fiber mats and / or the semifinished fiber such that at the latest before the implementation of the method provided in step 1 .4 RTM process in a completely circumferential edge region of the fiber preform all local fiber pores and Fiber spaces are closed by the sealant material.
  • a trained as a flat-head nozzle application and / or Einbringstoff has proven that is guided at a defined distance from a fiber mat or a fiber-semi-finished so that the
  • sealant suitable material is applied and / or introduced by means of the flat head nozzle by these preferably with pressure, the sealant material pumps into the fiber pores and fiber spaces of one or more fiber mats.
  • the sealant material is initially applied only to a fiber mat and / or is only partially introduced into the fiber pores and fiber spaces of the fiber mat, it has been found useful in at least one preform tool portion of the preform tool for making the fiber preform and / or in at least one tool part of the mold for the production of the main mold on the coming to rest in the tool parts height of the on the fiber mats
  • Fiber pores and interstices of each fiber mat can be introduced and / or can be over-compacted after introduction has taken place.
  • means for promoting hardening of the sealant material can be used
  • the production of the fiber preform of the plastic component and the production of the main form of the plastic component can be carried out in one and the same mold.
  • the associated disadvantage of long process cycles is countered by the early detection of process errors as an advantage.
  • the present invention for the first time ensures reliable closure of all fiber pores and interstices in a peripheral edge region of a fiber mat, a fiber semifinished product and / or a fiber preform. It is therefore particularly suitable for so-called high-pressure RTM processes (HP-RTM).
  • Fig. 1 shows the typical stations a) to h) of a plant for carrying out a
  • FIG. 2 shows a application and / or insertion means designed as a flat-head nozzle
  • FIG. 5 shows the application or the introduction of sealant material into at least two layers of the fiber mats of a fiber preform obtained by forming a fiber semifinished product
  • Fig. 6 shows the adhesion of sealant material to the edge portion of a fiber preform; with a representation of the sealing behavior in the RTM process;
  • Fig. 7 shows a first application of the order or the introduction of
  • a fiber preform 3 is formed in the course of manufacture from a fiber semifinished product 4, which in turn consists of at least two fiber mats 5 or comparable fiber fabrics and thus can also be referred to as a fiber mat stack.
  • the fiber preform 3 in this case has an edge region 3a, which also
  • the semifinished fiber product 4 also has an edge region 4a.
  • the main form 2 of the finished plastic component 1 differs essentially in still necessary transfer or
  • FIG. 1 schematically shows typical stations a) to h) of a system 10 for carrying out a method for producing a fiber-reinforced plastic component 1, comprising at least the method steps: cutting individual fiber mats 5 (method step 1.1) in a blanking station (see FIG a); Stacking - with or without hindrance - (see Fig. 1 c) of a plurality of fiber mats 5 to a semi-finished fiber 4 outside or within a at least two tool parts 31, 32 comprehensive preform tool 30 (step 1.2) of a preform plant ( see Fig. 1 d) or - esp.
  • preform and main mold tools are integrally formed (not shown) - within a at least two tool parts 21, 22nd
  • the system 10 is characterized by order and / or
  • Insertion means 1 1 for the purpose of a related and with respect to the process steps 1 .2 and / or 1 .3, simultaneous and / or downstream application and / or introduction of an at least partially encircling suitable for use as a sealant sealant material 6 on individual, multiple and / or all fiber mats 5 and / or the fiber semifinished product 4 such that at the latest before the implementation of the provided in step 1.4 RTM process in a, preferably completely circumferential, edge region 3a of the fiber preform. 3 All local fiber pores and fiber spaces are closed by the sealant material 6.
  • FIG. 2 shows an application and / or introduction means 11 formed, for example, as a flat-head nozzle 12. Visible, the flat-top nozzle 12 at a defined distance to a fiber mat 5 or - esp.
  • a semi-finished fiber product. 4 be guided so that the suitable for use as a sealant sealant material 6 is applied and / or introduced by means of the flat-top nozzle 12 by esp. In the latter case, this preferably with pressure the
  • Sealant material 6 in the fiber pores and fiber spaces of one or more fiber mats 5 pushes or pumps.
  • the sealant material 6 during or after the provided according to process step 1 .1 blank
  • the sealant material 6 may be at least partially circumferentially applied to individual, multiple and / or all fiber mats 5 prior to or during the process provided for in step 1.2 staple of fiber mats 5 to a semi-finished fiber product 4 / or introduced.
  • the sealant material 6 before the according to process step 1 .3 provided implementation of a preforming process at least partially circumferentially applied to the fiber-semifinished product 4 and / or introduced.
  • the sealant material 6 can be applied and / or introduced at least partially circumferentially onto the fiber preform 3 after the execution of a preforming process according to method step 1 .3.
  • the application and / or the incorporation of the sealant material may be preceded or followed by a trimming of the edge region 3a of the fiber mats 5, the fiber semifinished product 4 and / or the fiber preform 3 ,
  • the trimmed edge 3a of the fiber preform 3 itself can advantageously be effectively sealed by means of a sealant material 6, so that a previous application and / or introduction of sealant material 6 can be dispensed with.
  • the sealant material 6 serves in the course of further handling respectively transfers of the fiber preform 3 as edge and / or draft protection.
  • Sealant material 6 is preferably applied circumferentially in each case. But there are also at least partially encircling, so in sections, applications and / or incorporation of sealant materials 6 conceivable. Preferably, these should together result in a completely peripheral edge region 3 a of the fiber preform 3. Of course, this depends on a variety of influences, such as the Tool geometry and / or the geometry of the manufactured plastic molded part 1.
  • Fiber spaces are closed by the sealant material 6, regardless of whether the sealant material 6 already completely or partially revolving
  • a partially encircling loading and / or entry, whether in sections that differ from fiber mat 5 to fiber mat 5 or peripheral edge spacings, has the uniqueness of sometimes significantly different draping paths of individual mats of the fiber semifinished product 4 during the conversion to the fiber material.
  • Preform 3 to the advantage. Nevertheless, it should be emphasized once again that in the case of partially circulating application or introduction of the sealant material 6, sufficiently many sections and / or different edge distances are to be dimensioned such that as far as possible all fiber pores and fiber interspaces of a completely peripheral edge region 3a of a fiber preform 3 are finally sealed with sealant material 6 closed, so sealed, are.
  • sealant material 6 in particular a sealing cord and / or an adhesive and / or an elastomer such as silicone or polyurethane have proven and / or such materials with non-cured state low-viscosity properties for penetration into the fiber pores and
  • the fixation of the individual fiber mats 5 can be classically means
  • Binding agents take place. Alternatively or cumulatively, it may be preferable to achieve sole fixation of the fiber mats 5 by means of a sealant material 6 introduced and / or introduced onto each fiber mat 5 and / or at least adjacent fiber mats 5, which is the same as the fiber semifinished product 4 Layered Fiber Mats 5 like this holds together that sometimes the classical binding step of the fiber mats 5 can be omitted or pre-bindered fiber mats 5 are unnecessary.
  • sealant materials 6 with after application, natural or artificially promoted, fast-curing
  • Proven properties for the purpose of facilitating further processing in subsequent process and / or process steps such as in particular before or during the provided in accordance with method step 1.3 preforming process and / or according to
  • FIG. 3 and 4 show different applications of the order or the introduction of sealant material 6 on individual fiber mats 5 before, during or after the blank or when stacked to a fiber-semifinished product 4.
  • Fig. 3 shows the order or the introduction of sealant material 6 on at least one every second fiber mat 5 of a fiber-semifinished product 4 with excess. The excess of sealant material 6 on the sealed mats 5 takes over the sealing of the untreated fiber mats 5 in the compressed state.
  • Compression can be achieved, for example, by edge pressing, in particular by means of a in the preforming tool 30 for producing the fiber preform 3
  • Forming tool 20 for producing the main mold 2 (see Fig. 9) on in the
  • Tool parts 21, 22; 31, 32 for laying next level of the formed on the fiber mats 5 sealant material 6 formed squish edge 40 are promoted or performed.
  • Fig. 4 shows the order or the incorporation of sealant material 6 in each fiber mat 5 of a fiber-semifinished product 4. As shown in Fig. 4a on a fiber-semifinished product 4 before its deformation, the order or the introduction of the
  • Sealant material 6 of fiber mat 5 to fiber mat 5 possibly offset, so that after the deformation despite doing possibly accompanied shift position of the fiber mats 5 with each other through one through all fiber mats 5 continuous
  • sealant material 6 shows the application or the incorporation of sealant material 6 in at least two layers of the fiber mats 5 of a fiber preform 3 obtained by deformation of a fiber semifinished product 4 - in particular the uppermost and lowermost layer. As illustrated, the sealant material 6 is introduced over the top and bottom layers until complete sealing of all fiber pores and fiber interstices of the fiber preform 3 located between the injection points.
  • Fig. 6 shows the adhesion of sealant material 6 on a, preferably already trimmed, edge portion 3a of a fiber preform 3.
  • Fig. 6a as a sealing cord trained sealant material 6 in the unimpregnated state
  • Fig. 6b its sealing effect by crimping with the upper tool 21st of the molding tool 20.
  • Fig. 7 shows the adhesion of sealant material 6 on the cut edge 3b of a vertical edged edge portion 3a of a fiber preform 3.
  • the sealant material. 6 advantageous to penetrate not only from above and below, but also on the cutting edge 3b for complete sealing in the fiber preform 3, which advantageously a reduced introduction time compared to only from above and from below introduced
  • Sealant material 6 is accompanied. 8 shows the adhesion of sealant material 6 on the cut edge 3b of a wedge-shaped edged, for example upwardly tapering, edge section 3a of a fiber preform 3.
  • this embodiment additionally has a freedom from pores over the entire thickness of the preform 3 to advantage and also shows improved sealing properties.
  • FIGS. 7 and 8 share the advantage of fixing the cut edge 3b over all layers of the fiber preform 3, thus facilitating the handling of the fiber preform 3, in particular during transport and insertion into the forming tool 20 as an additional advantage connected is.
  • FIGS. 3 to 8 can also be used wholly or partly in combination on fiber mats 5, semi-finished fiber products 4 and / or fiber preforms 3 (not shown).
  • FIG. 9 shows, by way of example, the typical process steps a) to d) in an RTM plant for carrying out an HP-RTM process for producing a fiber-reinforced plastic component 1.
  • 9a shows the molding tool 20, comprising at least two tool parts 21, 22, of an RTM installation in an open position.
  • the upper tool part (male) 21 and the lower tool part (die) 22 are formed corresponding to each other in such a way that they form in a final closed position one of the main mold 2 of the plastic component 1 corresponding cavity into which a resin system is injected later.
  • the tool parts 21 and 22 can but also - as shown in Fig. 9a - optionally be provided two or more so-called seals 23a and 23b, which a tool part 21 with the other tool part 22 against the surrounding air pressure completely, for example circumferentially, seal.
  • For evacuation of the cavity required before infiltration is in at least one tool part 21, 22nd formed at least one opening 25 to a vacuum connection - shown in Fig. 9a in the lower tool part 22.
  • FIG. 9b shows the two-part molding tool 20 of an RTM installation from FIG. 9a with a preformed preformed fiber preform 3 with a sealing material 6 integrated in its edge region 3a, in which case it is completely enclosed circumferential edge portion 3a of the fiber preform 3 all local fiber pores and
  • Fiber spaces are closed by the sealant material 6. Visible is, as already in a first closed position, the partially closed
  • FIG. 9c shows the two-part tool 20 of an RTM system from FIG. 9b in a second, more closed position, in which the opening 25 to the
  • Vacuum connection now by the first (lower) seal 23a relative to the cavity formed by the tool parts 21, 22 and the tool parts 21 and 22 are additionally sealed by a second (upper) seal 23b, so that through the opening 25 vacuum even then in the mold 20 can be maintained when the tool parts 21, 22 have already been moved to the second closed position for introducing the resin system in the evacuated cavity.
  • the risk of unwanted air pockets in the plastic component 1 is always avoided, advantageously even if in the RTM plant in particular an HP-CRTM process is performed, so in the second closed position, the tool parts 21 and 22 are closed only to a defined gap to Resin without significant
  • FIG. 9d shows the two-part molding tool 20 of an RTM installation from FIG. 9c in a third, final closed position, in which the cavity left by the tool parts 21 and 22 now has the desired component thickness of the component to be manufactured
  • Plastic component 1 corresponds, so that the previously injected resin into the pores and Interspaces of the fiber preform 3 are pressed without passing through the means of the sealant material 6 previously formed in the fiber preform 3 integrated seal. Finally, a final shape of the plastic component 1 (see Fig. 1 h) can be obtained by simply trimming the main mold 2 (cf., Fig. 1 g) of the plastic component 1 with separation of the sealant material 6.
  • this mats may contain glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, aramid fibers, boron fibers, steel fibers, natural fibers, nylon fibers or comparable fibers and / or mixtures thereof and / or also so-called random fiber mats (recycled fiber mats).
  • closed edge region 3a has the advantage that even at high

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1) umfassend wenigstens die Verfahrensschritte: Zuschneiden einzelner Faser-Matten (5); Stapeln mehrerer Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4) außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile (31, 32; 21, 22) umfassenden Formwerkzeuges (30; 20); Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser-Vorform (3) des Kunststoffbauteils (1); und Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1). Gegenüber den bekannten Verfahren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch vorgeschaltetes, zeitgleiches und/oder nachgeschaltetes Auftragen und/oder Einbringen eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials (6) auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) aus; wobei der Auftrag und/oder das Einbringen von Dichtmittelmaterial dergestalt erfolgt, dass spätestens vor der Durchführung des RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich (3a) der Faser-Vorform (3) alle dortigen Faserporen und -Zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial (6) geschlossen sind.

Description

Verfahren und Anlage zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils umfassend wenigstens die Verfahrensschritte nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 1 .
Für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (Faserverbundbauteilen) und insbesondere von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbauteilen (CFK-Bauteile) ist unter anderem das Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) bekannt. Die Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels dieses Verfahrens erfolgt im industriellen Einsatz in nachfolgend ablaufenden Einzelprozessen. In einem ersten Prozessschritt, dem so genannten Vorform- oder Preform-Prozess, werden die Faser-Halbzeuge, die in der Regel als mehrschichtiges Gewebe oder Gelege zugeschnittener Faser-Matten etc. vorliegen, umgeformt, so dass sie bereits annähernd die Geometrie des zu fertigenden Verbundbauteils besitzen. Die einzelnen Faser-Matten der Faser-Halbzeuge weisen neben den Faser-Matten selbst in der Regel auch einen Binder auf, der klebstoffartige Eigenschaften besitzt. Der Binder bewirkt eine Vorverfestigung der einzelnen Faser-Matten untereinander und damit der vorgeformten Faser-Vorform (des Preformlings), damit diese formstabil den
nachfolgenden Prozessen zugeführt werden kann. Die Faser-Vorform kann auch nur Preform genannt werden.
Für den Vorform-Prozess werden in der Regel also vorkonfektionierte Faser-Matten gemäß einem vordefinierten Faserlagenaufbau schichtweise zu einem Faser-Halbzeug übereinander gelegt. Dieses aus Faser-Matten gebildete Faser-Halbzeug wird daraufhin bei Raumtemperatur, oder auf eine Umformtemperatur aufgeheizt, in ein Vorform- oder Preform-Werkzeug überführt. Die Umformung des Faser-Halbzeuges in eine Faser-Vorform erfolgt durch das Schließen des Werkzeugs. Abschließend kann der Randbereich der so erzeugten Faser-Preform noch beschnitten werden (im
Folgenden auch als Besäumung oder Netshaping bezeichnet), beispielsweise durch Stanzen oder Ultraschallschneiden, so dass die Faser-Preform definierte Konturkanten aufweist. Die Faser-Pre- bzw. Vorform wird abschließend entformt und ggfs. zur Durchführung der folgenden Prozess- und Verfahrensschritte zwischengelagert.
Während der Zwischenlagerung kann bereits eine erste Qualitätskontrolle stattfinden. Mittels optischer Prüfung kann hierbei insbesondere der Ausformgrat der Faser- Vorform (des Preformlings) sowie eventuelle Faserverzüge, Faserwellungen, Falten oder ähnliche oberflächige Fehlstellen erkannt werden.
In einem nachfolgenden zweiten Prozessschritt, dem RTM-Prozess, wird die Faser- Vorform in eine gereinigte und vorzugsweise eingetrennte, d.h. mit einem
Antihaftmittel beschichtete Kavität eines RTM-Werkzeugs eingelegt. Das in der Regel zweiteilige Formwerkzeug wird daraufhin mittels einer Presse geschlossen und ein zweikomponentiges Harzsystem in die Kavität des Formwerkzeugs injiziert, wobei es als Matrixwerkstoff die Faserstruktur der Faser-Vorform durchdringt und die Fasern einschließt. Nach dem Aushärten des Harzsystems kann die so erhaltene Hauptform des faserverstärkten Kunststoffbauteils entformt und ggf. erneut qualitätsgeprüft werden.
Um bei der Injektion des Harzes, zur Infiltrierung der Faser-Vorform, das Werkzeug dicht geschlossen zu halten, befindet sich zwischen Werkzeugoberteil und
Werkzeugunterteil gewöhnlich eine Elastomerdichtung. In der Regel werden hierfür handelsübliche Rundschnurdichtungen eingesetzt. Die Faser-Vorform muss hierbei in ihrer Außenkontur ebenfalls sehr präzise sein. Dies wird wie bereits beschrieben zumeist durch eine Besäumung der Vorform vor dem RTM-Prozess erreicht. Hierbei ist es jedoch weiterhin unumgänglich, dass ein Spalt zwischen dem Preformling und der Dichtung entsteht. Dieser Spalt führt zu der negativen Eigenschaft, dass eine Art
„Kanal", meist im Randbereich, entsteht, durch den das Harz unkontrolliert einströmt und die Fließfront innerhalb der Faser-Vorform kurzschließt. Hierdurch kann es zu unerwünschten Lufteinschlüssen und Fehlimprägnierungen kommen. Zudem muss der „Kanal" ebenfalls mit Harz gefüllt werden, was zu einem erhöhten Harzverbrauch und damit insbesondere zu Wettbewerbsnachteilen bei Großserien führt.
Zur Realisierung eines vollautomatischen Großserienprozesses im RTM-Verfahren ist die Tatsache, dass die zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil
angeordnete Dichtung mit Harz in Berührung kommt und nach dem Zyklus entweder zeitraubend gereinigt oder gar zyklisch getauscht werden muss, eine der großen handhabungstechnischen Herausforderungen.
Zur Verbesserung dessen wird in der DE 10 2007 046 734 A1 vorgeschlagen, im geöffneten RTM-Formwerkzeug eine nicht gasdichte Dichtung auf den Randbereich des im Werkzeug eingelegten Faserhalbzeug aufzubringen. Diese Dichtung kann als schnell härtender, flexibler Klebstoff oder als gasdurchlässige Verbrauchsdichtschnur ausgeführt sein. Wird das RTM-Formwerkzeug geschlossen, wird hierbei der Klebstoff oder die Verbrauchsdichtschnur komprimiert und teilweise in das Faserhalbzeug gedrückt, jedoch nur soweit, dass weiterhin ein Druckausgleich zwischen dem Rand- und dem Zentralbereich der Kavität des Formwerkzeuges möglich ist, indem die Luft die Faserzwischenräume der unteren Schichten des Faserhalbzeuges durchdringen kann, wenn die in der Kavität des Formwerkzeugs vorhandene Luft weitestgehend evakuiert wird.
Auf der Suche nach geeigneten Dichtungsmethoden wurde auch der Ansatz der Quetschkantendichtung eingeführt. Hierbei wird die Faser-Vorform an ihrer umlaufenden Außenkante über eine Quetschkante in den Formwerkzeugen des RTM- Formwerkzeugs überverdichtet. Wie bei der aus der DE 10 2007 046 734 A1 bekannten, lediglich teilweise in das Fasermaterial gedrückten nicht gasdichten
Dichtung erfährt das Harz an dieser Quetschstelle einen höheren Fließwiderstand und strömt bei geringen Injektionsdrücken von 5 oder 10 bar nicht außerhalb der
Quetschkante. Die bekannten Dichtungsarten funktionieren allerdings nicht prozesssicher und sind aus der Erfahrung heraus zudem nur bei Injektionsdrücken von bis zu 10 oder max. 20 bar einsetzbar. Bei darüber hinaus liegenden Drücken kann weder mittels einer Quetschkante noch mittels der aus der DE 10 2007 046 734 A1 bekannten nicht gasdichten Dichtung die Dichtheit zuverlässig aufrechterhalten werden. So überdrückt eine Quetschkante ein aus gestapelten Faser-Matten gebildeten Gewebestapel eines Faser-Halbzeuges nicht nur, sondern bildet darin auch gleichzeitig einen Keil aus, welcher bei höheren Drücken nicht mehr dicht ist. Ebenso sind bei der aus DE 10 2007 046 734 A1 bekannten nicht gasdichten Dichtung die für den Luftdurchtritt belassenen Faserzwischenräume der unteren Schichten des Faser-Halbzeuges Kanal bildend für ein unter hohem Druck injiziertes oder überverdichtetes Harz.
Hohe Kavitätsdrücke von beispielsweise 35 bis zu 100 bar oder mehr sind aber heutigen sogenannten Hochdruck-RTM-Verfahren (engl. HP-RTM, HP = high pressure) eigen, welche sich auf die Herstellung von insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen wie Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen mittels einer schnellstmöglichen Harzinjektion bei vollständiger Imprägnierung der textilen
Faserverstärkungsstrukturen durch die Verwendung hochreaktiver Harzsysteme konzentrieren. Hieraus ergibt sich eine drastische Reduzierung der bisher üblichen Zykluszeiten. Zur homogenen Vermischung von hochreaktiven Harz- und
Härterkomponenten wird eine Hochdruck-RTM-Anlage eingesetzt. Man unterscheidet dabei zwischen Hochdruck-Compression RTM-Verfahren (HP-CRTM) und Hochdruck- Injektion RTM-Verfahren (HP-IRTM).
Im HP-CRTM Prozess wird das Harz in eine definiert (gering) geöffnete, eine Faser- Vorform beinhaltende, Werkzeugform injiziert. Nach dem Injektionsvorgang wird die Werkzeugform geschlossen und die Faser-Vorform auf Grund des aus den
Schließkräften der Hydraulikpresse resultierenden hohen Werkzeuginnendrucks von bis zu 100 bar sowohl kompaktiert (überverdichtet) als auch gleichzeitig imprägniert.
Im HP-IRTM Verfahren wird die Faser-Vorform, welche sich bereits in einer komplett geschlossenen Werkzeugform befindet, durch einen signifikant hohen
Harzinjektionsdruck von beispielsweise 35 bar imprägniert. Der hohe Injektionsdruck führt zu einer zeitlichen Verkürzung der Imprägnierungsphase.
Beide HP-RTM Verfahren haben zum Vorteil:
• Kurze Injektions- und Imprägnierungszeiten im HP-CRTM und HP-IRTM
Verfahren;
· Kurze Taktzeiten durch die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen;
• Ökonomisch und ökologisch effizienter Verarbeitungsprozess, da mit
vergleichsweise sehr geringen Harzüberschüssen gearbeitet wird;
• Schaffung eines optimierten Harz-Faser-Verhältnisses im Kunststoffformteil, insbesondere für den Leichtbau. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Dichtmethode bereitzustellen, welche insbesondere
Beschmutzungen der zwischen den Werkzeugteilen angeordneten Dichtung mit Harz zuverlässig vermeidet und dabei die Vorteile der RTM-Verfahren und insbesondere der Hochdruck-RTM-Verfahren (HP-RTM) nutzend gleichermaßen wirtschaftlich wie tauglich für automatisierte Großserienprozesse ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten
Kunststoffbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination
miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten
Kunststoffbauteils zeichnet sich gegenüber den bekannten Verfahren
durch ein in Bezug auf die Verfahrensschritte 1 .2 und/oder 1.3 vorgeschaltetes, zeitgleiches und/oder nachgeschaltetes Auftragen und/oder Einbringen eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Materials auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten und/oder dem Faser-Halbzeug aus, wobei der Auftrag und/oder das Einbringen von Dichtmittelmaterial dergestalt erfolgt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich der Faser-Vorform alle dortigen Faserporen und -Zwischenräume durch das
Dichtmittelmaterial geschlossen sind.
Die Ausbildung einer Faser-Vorform mit einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, durch das Dichtmittelmaterial geschlossenen Randbereich hat zum Vorteil, dass auch bei hohen Injektionsdrücken von beispielsweise 35 und/oder hohen Werkzeugdrücken von beispielsweise 100 oder mehr bar, wie diese Drücke insbesondere HP-RTM- Prozessen eigen sind, keinerlei Harz die mit Dichtmittelmaterial geschlossenen
Faserporen und Faserzwischenräume den vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform passieren kann. Damit kann vorteilhaft erstmals auch für HP-RTM-Verfahren sichergestellt werden, dass keinerlei Harz die im RTM-Werkzeug zwischen Werkzeugoberteil und
Werkzeugunterteil angeordnete Dichtungen erreicht, so dass diese nicht mehr harzbedingt verschmutzen und zeitraubend gereinigt oder aus diesem Grund zyklisch getauscht werden müssen.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1.1 vorgesehenen Zuschnitts
(Konfektionierung) der Faser-Matten zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Gemäß einer alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1 .2
vorgesehenen Stapeins von Faser-Matten zu einem Faser-Halbzeug zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Wiederum alternativ oder kumulativ kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Dichtmittelmaterial vor der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug aufgetragen und/oder eingebracht werden.
In einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Dichtmittelmaterial nach der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Schließlich kann in einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dem Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials eine Besäumung des Randbereichs der Faser-Matten, des Faser-Halbzeuges und/oder der Faser-Vorform vor- oder nachgeschaltet sein.
Als Dichtmittelmaterial haben sich insbesondere eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan bewährt und/oder solche Materialien mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und -Zwischenräume der Faser-Matte, des Faser- Halbzeuges und/oder der Faser-Vorform. Die Fixierung der einzelnen Faser-Matten kann klassisch mittels Bebinderungsmitteln erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann bevorzugt sein, eine alleinige Fixierung der Faser-Matten durch ein auf jede Faser-Matte und/oder zumindest benachbarte Faser- Matten auf- und/oder eingebrachte Dichtmittelmaterial zu erzielen, welches die zum Faser-Halbzeug geschichteten Faser-Matten so zusammenhält, dass mitunter der klassische Bebinderungsschritt der Faser-Matten entfallen kann.
Nicht nur diesbezüglich haben sich insbesondere Dichtmittelmaterialien mit nach Applizierung, natürlichen oder künstlich geförderten, schnell aushärtenden
Eigenschaften bewährt, welche vorteilhaft die Weiterverarbeitung in nachfolgenden Verfahrens- und/oder Prozessschritten wie insbesondere vor oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Vorform-Prozesses und/oder dem gemäß
Verfahrensschrift 1 .4 vorgesehenen RTM-Prozesses erleichtern.
Schließlich kann eine Endform des Kunststoffbauteils durch Besäumung der
Hauptform des Kunststoffbauteiles unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials erhalten werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, insbesondere eines Verfahrens wie zuvor beschrieben. Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich aus durch Auftrag- und/oder Einbringmittel zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1 .2 und/oder 1 .3 vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Materials auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten und/oder dem Faser-Halbzeug dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1 .4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial geschlossen sind. In einer ersten Ausgestaltung der Anlage hat sich ein beispielsweise als Flachkopfdüse ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel bewährt, die in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte oder einem Faser-Halbzeug so geführt ist, dass das zur
Verwendung als Dichtmittel geeignete Material mittels der Flachkopfdüse aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem diese bevorzugt mit Druck das Dichtmittelmaterial in die Faserporen und Faserzwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten pumpt.
Soweit das Dichtmittelmaterial anfänglich lediglich auf einer Faser-Matte aufgebracht und/oder nur teilweise in die Faserporen und Faserzwischenräume der Faser-Matte eingebracht wird, hat sich bewährt in wenigstens einem Vorform-Werkzeugteil des Vorform-Werkzeugs zur Herstellung der Faser-Vorform und/oder in wenigstens einem Werkzeugteil des Formwerkzeugs zur Herstellung der Hauptform auf der in den Werkzeugteilen zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser-Matten
aufgetragenen Dichtmittelmaterials eine Quetschkante auszubilden, mittels welcher das Dichtmittelmaterial beim Schließen der Formwerkzeuge in alle dortigen
Faserporen und -Zwischenräume einer jeden Faser-Matte einbringbar und/oder nach bereits erfolgter Einbringung überverdichtbar ist.
Zur Reduzierung der Zykluszeiten und/oder zur Steigerung der Prozesssicherheit z.B. durch zuverlässiges Randverpressen kann das natürliche Aushärten des
Dichtmittelmaterials künstlich mittels Wärmeeinwirkung unterstützt werden.
Vorzugsweise können dazu im Vorform-Werkzeug zur Herstellung der Faser-Vorform Mittel zur Förderung eines Aushärtens des Dichtmittelmaterials mittels
Wärmeeinwirkung wie beispielsweise Heißpressen vorgesehen sein.
Das Herstellen der Faser-Vorform des Kunststoffbauteiles und das Herstellen der Hauptform des Kunststoffbauteiles können in ein und demselben Formwerkzeug erfolgen. Dem damit verbundenen Nachteil langer Prozesszyklen steht die frühzeitige Erkennung von Prozessfehlern als Vorteil gegenüber.
Soweit bevorzugt die einzelnen Prozess- bzw. Verfahrensschritte ganz oder teilweise einer gesonderten Qualitätsprüfung unterzogen werden, hat sich auch bewährt, das Herstellen der Faser-Vorform des Kunststoffbauteiles in einem Vorform-Werkzeug und das Herstellen der Hauptform des Kunststoffbauteiles in der Kavität eines zumindest zweiteiligen Haupt- bzw. Formwerkzeuges auszuführen.
Die vorliegende Erfindung stellt erstmals ein zuverlässiges Schließen aller Faserporen und -Zwischenräume in einem umlaufenden Randbereich einer Faser-Matte, eines Faser-Halbzeuges und/oder einer Faser-Vorform sicher. Sie eignet sich daher insbesondere für sogenannte Hochdruck-RTM-Verfahren (HP-RTM).
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele - auf weiche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist - näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 die typischen Stationen a) bis h) einer Anlage zur Durchführung eines
Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils;
Fig. 2 ein als Flachkopfdüse ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel;
Fig. 3 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial auf zumindest jeder zweiten Faser-Matte eines Faser-Halbzeuges mit Überschuss;
Fig. 4 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial in eine jede Faser- Matte eines Faser-Halbzeuges mit einer weiteren Darstellung der Verschiebung der Faser-Matten zueinander im Zuge einer Umformung zu einem Faser- Vorformling;
Fig. 5 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial in zumindest zwei Lagen der Faser-Matten einer durch Umformung eines Faser-Halbzeuges erhaltenen Faser-Vorform;
Fig. 6 das Anhaften von Dichtmittelmaterial am Randabschnitt einer Faser-Vorform; mit einer Darstellung des Abdichtverhaltens beim RTM-Prozess;
Fig. 7 eine erste Applikation des Auftrags bzw. der Einbringung von
Dichtmittelmaterial auf der Schnittkante einer bereits besäumten Faser- Vorform;
Fig. 8 eine zweite Applikation des Auftrags bzw. der Einbringung von
Dichtmittelmaterial auf der Schnittkante einer bereits besäumten Faser- Vorform; und Fig. 9 die typischen Prozessschritte a) bis d) in einer RTM-Anlage, insbesondere zur Durchführung eines HP-CRTM-Verfahrens, zum Herstellen eines
faserverstärkten Kunststoffbauteils. Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. Zur einleitenden Erläuterung werden verschiedene Bezugszeichen und Bauteile zum besseren Verständnis vorab erläutert, wie diese von der Erfindung verstanden werden.
Eine Faser-Vorform 3 wird im Zuge der Herstellung aus einem Faser-Halbzeug 4 gebildet, das wiederum aus zumindest zwei Faser-Matten 5 oder aus vergleichbaren Fasergeweben besteht und somit auch als Fasermattenstapel bezeichnet werden kann. Die Faser-Vorform 3 weist dabei einen Randbereich 3a auf, der auch
zugeschnitten werden oder sein kann und somit eine Außenkontur respektive
Außenkante als Schnittkante 3b der Faser-Vorform 3 bildet. Auch das Faser-Halbzeug 4 weist einen Randbereich 4a auf. Die Hauptform 2 des fertigen Kunststoffbauteils 1 unterscheidet sich im Wesentlichen in noch notwendigen Transfer- oder
Bearbeitungsschritten, die hier nicht näher erläutert sein müssen.
Fig. 1 zeigt schematisch typische Stationen a) bis h) einer Anlage 10 zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 , mindestens umfassend die Verfahrensschritte: Zuschneiden einzelner Faser-Matten 5 (Verfahrensschritt 1.1 ) in einer Zuschnittstation (vgl. Fig. 1 a); Stapeln - mit oder ohne Behinderung - (vgl. Fig. 1 c) mehrerer Faser-Matten 5 zu einem Faser-Halbzeug 4 außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile 31 , 32 umfassenden Vorform-Werkzeuges 30 (Verfahrensschritt 1.2) einer Vorform-Anlage (vgl. Fig. 1 d) oder - insb. wenn Vorform- und Haupt-Form-Werkzeuge integral ausgebildet sind (nicht dargestellt) - innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile 21 , 22
umfassenden Formwerkzeuges 20 einer RTM-Anlage; Durchführung eines Vorform- Prozesses zur Herstellung einer Faser-Vorform 3 (vgl. Fig. 1 d/e) des Kunststoffbauteils 1 (Verfahrensschritt 1 .3) in dem Vorform-Werkzeug 30 einer Vorform-Anlage (vgl. Fig. 1 d) oder des Formwerkzeugs 20 sowie Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform 2 des Kunststoffbauteiles 1 (Verfahrensschritt 1.4) in dem Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage (vgl. Fig. 1f). Die erfindungsgemäße Anlage 10 zeichnet sich aus durch Auftrag- und/oder
Einbringmittel 1 1 (vgl. Fig. 1 b) zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1 .2 und/oder 1 .3 vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials 6 auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 und/oder dem Faser-Halbzeug 4 dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind.
Fig. 2 zeigt ein beispielsweise als Flachkopfdüse 12 ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel 1 1 . Erkennbar kann die Flachkopfdüse 12 in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte 5 oder - insb. bei Ausbildung der Auftrag- und/oder Einbringmittel 1 1 in einem der Werkzeuge 31 , 32 oder 21 , 22 (nicht dargestellt) - einem Faser- Halbzeug 4 so geführt werden, dass das zur Verwendung als Dichtmittel geeignete Dichtmittelmaterial 6 mittels der Flachkopfdüse 12 aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem insb. im letztgenannten Fall diese bevorzugt mit Druck das
Dichtmittelmaterial 6 in die Faserporen und Faserzwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten 5 drückt respektive pumpt.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1 .1 vorgesehenen Zuschnitts
(Konfektionierung) der Faser-Matten 5 zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Gemäß einer alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.2 vorgesehenen Stapeins von Faser-Matten 5 zu einem Faser-Halbzeug 4 zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Wiederum alternativ oder kumulativ kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Dichtmittelmaterial 6 vor der gemäß Verfahrensschritt 1 .3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug 4 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
In einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 nach der gemäß Verfahrensschritt 1 .3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform 3 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Schließlich kann in einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dem Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials eine Besäumung des Randbereichs 3a der Faser-Matten 5, des Faser-Halbzeuges 4 und/oder der Faser-Vorform 3 vor- oder nachgeschaltet sein.
Wird der Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 zuerst besäumt, kann der besäumte Rand 3a der Faser-Vorform 3 selbst vorteilhaft mittels eines Dichtmittelmaterials 6 wirksam abgedichtet werden - so dass ein vorheriges Auftragen und/oder Einbringen von Dichtmittelmaterial 6 entfallen kann.
Wurde im Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 zuvor Dichtmittelmaterial 6
aufgetragen und/oder eingebracht, erleichtert dieses nach hinreichender Aushärtung vorteilhaft die Besäumung des Randbereichs 3a und/oder wirkt dieses einer
Zerfaserung des Randbereichs 3a während der Besäumung vorteilhaft entgegen. Auch dient das Dichtmittelmaterial 6 im Zuge des weiteren Handlings respektive Transfers der Faser-Vorform 3 als Kanten- und/oder Verzugsschutz.
Je nach Wertigkeit des angestrebten Kunststoffbauteils 1 und eingesetztem, insbesondere HP-, RTM-Verfahren kann auch sowohl der Auftrag- und/oder die
Einbringung in einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 und/oder dem Faser- Halbzeug 4 und/oder der Faser-Vorform 3 und/oder dessen besäumten Randbereich 3a zielführend sein. Das jeweils aufgetragene und/oder eingebrachte
Dichtmittelmaterial 6 wird vorzugsweise jeweils umlaufend aufgetragen. Es sind aber auch zumindest teilweise umlaufende, also abschnittsweise, Auftragungen und/oder Einbringungen an Dichtmittelmaterialien 6 denkbar. Bevorzugt sollten diese zusammen einen vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 ergeben. Dies ist aber natürlich abhängig von einer Vielzahl an Einflüssen, wie beispielsweise der Werkzeug-Geometrie und/oder der Geometrie des zu fertigenden Kunststoffformteiles 1.
Besonders bevorzugt ist somit, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1 .4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und
Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind, gleich, ob das Dichtmittelmaterial 6 bereits ebenfalls vollständig oder teilweise umlaufend
aufgetragen oder eingebracht ist.
Ein teilweise umlaufender Auf- und/oder Eintrag, gleich ob in von Faser-Matte 5 zu Faser-Matte 5 unterschiedlichen Abschnitten oder umlaufenden Randabständen, hat die Einberechenbarkeit von mitunter signifikant unterschiedlichen Drapierwegen einzelner Matten des Faser-Halbzeuges 4 während der Umformung zur Faser-Vorform 3 zum Vorteil. Gleichwohl sei noch einmal hervorgehoben, dass bevorzugt bei teilweise umlaufenden Auftrag oder Einbringung des Dichtmittelmaterials 6 hinreichend vielen Abschnitte und/oder unterschiedliche Randabstände so zu bemessen sind, dass möglichst alle Faserporen und Faserzwischenräume eines vollständig umlaufenden Randbereiches 3a einer Faser-Vorform 3 schlussendlich mit Dichtmittelmaterial 6 geschlossen, also abgedichtet, sind.
Als Dichtmittelmaterial 6 haben sich insbesondere eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan bewährt und/oder solche Materialien mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und
-Zwischenräume der Faser-Matte 5, des Faser-Halbzeuges 4 und/oder der Faser- Vorform 3.
Die Fixierung der einzelnen Faser-Matten 5 kann klassisch mittels
Bebinderungsmitteln erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann bevorzugt sein, eine alleinige Fixierung der Faser-Matten 5 durch ein auf jede Faser-Matte 5 und/oder zumindest benachbarte Faser-Matten 5 auf- und/oder eingebrachte Dichtmittelmaterial 6 zu erzielen, welches die zum Faser-Halbzeug 4 geschichteten Faser-Matten 5 so zusammenhält, dass mitunter der klassische Bebinderungsschritt der Faser-Matten 5 entfallen kann oder auch vorab bebinderte Faser-Matten 5 unnötig sind.
Nicht nur diesbezüglich haben sich insbesondere Dichtmittelmaterialien 6 mit nach Applizierung, natürlichen oder künstlich geförderten, schnell aushärtenden
Eigenschaften bewährt, zwecks erleichterter Weiterverarbeitung in nachfolgenden Verfahrens- und/oder Prozessschritten wie insbesondere vor oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Vorform-Prozesses und/oder dem gemäß
Verfahrensschrift 1 .4 vorgesehenen RTM-Prozesses.
Die Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf einzelne Faser-Matten 5 vor, während oder nach deren Zuschnitt oder bei deren Stapelung zu einem Faser-Halbzeug 4. Fig. 3 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf zumindest einer jeder zweiten Faser-Matte 5 eines Faser-Halbzeuges 4 mit Überschuss. Der Überschuss an Dichtmittelmaterial 6 auf den gedichteten Matten 5 übernimmt die Abdichtung der unbehandelten Faser-Matten 5 im verdichteten Zustand. Die
Verdichtung kann beispielsweise durch eine Randverpressung insbesondere mittels einer in dem Vorform-Werkzeug 30 zur Herstellung der Faser-Vorform 3
vorgesehenen Mittels 33 zur Förderung eines Aushärtens des Dichtmittelmaterials 6 mittels Wärmeeinwirkung wie Heißpresswülste (vgl. Fig. 1 d) und/oder im
Formwerkzeug 20 zur Herstellung der Hauptform 2 (vgl. Fig. 9) auf der in den
Werkzeugteilen 21 , 22; 31 , 32 zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser- Matten 5 aufgetragenen Dichtmittelmaterials 6 ausgebildeten Quetschkante 40 gefördert oder durchgeführt werden.
Fig. 4 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 in eine jede Faser-Matte 5 eines Faser-Halbzeuges 4. Wie in Fig. 4a an einem Faser-Halbzeug 4 vor dessen Umformung gezeigt, kann der Auftrag bzw. die Einbringung des
Dichtmittelmaterials 6 von Faser-Matte 5 zu Faser-Matte 5 ggf. versetzt erfolgen, damit nach der Umformung trotz dabei womöglich einhergehender Lagenverschiebung der Faser-Matten 5 untereinander eine durch alle Faser-Matten 5 durchgängige
Abdichtung sichergestellt ist, was in Fig. 4b nach Umformung des Faser-Halbzeuges 4 aus Fig. 4a für den Randbereich 3a einer Faser-Vorform 3 gezeigt ist. Überstehende Fasern der Faser-Matten 5 lassen sich im Rahmen einer Besäumung (Netshaping) einfach abtrennen. Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf eine Faser-Vorform 3 vor oder nach einer Besäumung des Randbereichs 3a der Faser-Vorform 3.
Fig. 5 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 in mindestens zwei Lagen der Faser-Matten 5 einer durch Umformung eines Faser-Halbzeuges 4 erhaltenen Faser-Vorform 3 - insbesondere der obersten und untersten Lage. Wie dargestellt wird das Dichtmittelmaterial 6 über die oberste und unterste Lage bis zur vollständigen Abdichtung aller zwischen den Einbringpunkten liegenden Faserporen und Faserzwischenräume der Faser-Vorform 3 eingebracht.
Fig. 6 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 an einem, vorzugsweise bereits besäumten, Randabschnitt 3a einer Faser-Vorform 3. Dabei zeigt Fig. 6a ein als Dichtschnur ausgebildetes Dichtmittelmaterial 6 im unverquetschtem Zustand und Fig. 6b dessen Dichtwirkung durch Verquetschung mit dem Werkzeugoberteil 21 des Formwerkzeugs 20.
Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b einer bereits besäumten Faser-Vorform 3.
Fig. 7 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b eines vertikal besäumten Randabschnitts 3a einer Faser-Vorform 3. Im Fall der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung eines u-förmigen Auftrages - vorzugsweise mit einer angepassten Flachdüse mit U-Profil - kann das Dichtmittelmaterial 6 vorteilhaft nicht nur von oben und unten, sondern auch über die Schnittkante 3b zur vollständigen Abdichtung in die Faser-Vorform 3 eindringen, womit vorteilhaft eine verringerte Einbringzeit gegenüber lediglich von oben und von unten eingebrachtem
Dichtmittelmaterials 6 einhergeht. Fig. 8 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b eines keilförmig besäumten, sich beispielsweise nach oben verjüngenden, Randabschnitts 3a einer Faser-Vorform 3. Neben der verringerten Einbringzeit hat diese Ausgestaltung zusätzlich eine Porenfreiheit über die gesamte Dicke der Vorform 3 zum Vorteil und zeigt auch verbesserte Dichtungseigenschaften.
Schließlich ist beiden in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausgestaltungen gemein der Vorteil einer Fixierung der Schnittkante 3b über alle Lagen der Faser-Vorform 3, womit als zusätzlicher Vorteil eine erleichterte Handhabung der Faser-Vorform 3, insbesondere beim Transport und Einlegen in das Formwerkzeug 20 verbunden ist.
Selbstverständlich können die in Fig. 3 bis 8 gezeigten Ausgestaltungen an Faser- Matten 5, Faser-Halbzeugen 4 und/oder Faser-Vorformen 3 auch ganz oder teilweise in Kombination Anwendung finden (nicht dargestellt).
Fig. 9 schließlich zeigt beispielhaft die typischen Prozessschritte a) bis d) in einer RTM-Anlage zur Durchführung eines HP-RTM-Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 .
Fig. 9a zeigt das mindestens zwei Werkzeugteile 21 , 22 umfassende Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage in einer geöffneten Stellung. Dabei sind das obere Werkzeugteil (Patrize) 21 und das untere Werkzeugteil (Matrize) 22 dergestalt zueinander korrespondierend ausgebildet, dass diese in einer finalen Schließstellung eine der Hauptform 2 des Kunststoffbauteils 1 entsprechende Kavität ausbilden, in welche später ein Harzsystem injiziert wird. Um bei der Injektion des Harzes über eine
Injektionsanlage 24, zur Infiltrierung der Faser-Vorform 3, das Formwerkzeug 20 dicht gegenüber den umgebenden Luftdruck geschlossen zu halten, befindet sich zwischen Werkzeugoberteil 21 und Werkzeugunterteil 22 wenigstens eine, insbesondere Elastomere enthaltende, Hauptdichtung 23. Ja nach Aufbau der Werkzeugteile 21 und 22 können aber auch - wie in Fig. 9a gezeigt - gegebenenfalls zwei oder mehr sogenannte Dichtungen 23a und 23b vorgesehen sein, welche ein Werkzeugteil 21 mit dem anderen Werkzeugteil 22 gegenüber den diese umgebenden Luftdruck vollständig, beispielsweise umlaufend, abdichten. Für die vor der Infiltrierung erforderliche Evakuierung der Kavität ist in wenigstens einem Werkzeugteil 21 , 22 wenigstens eine Öffnung 25 zu einem Vakuumanschluss ausgebildet - in Fig. 9a im Werkzeugunterteil 22 dargestellt.
Fig. 9b zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage aus Fig. 9a mit einer darin eingelegten vorgeformten - im Ausführungsbeispiel jedoch vereinfacht im Wesentlichen eben gezeichneten - Faser-Vorform 3 mit in deren Randbereich 3a integriertem Dichtmittelmaterial 6, bei welcher also in einem vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und
Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind. Erkennbar ist, wie bereits in einer ersten Schließstellung die erst teilweise geschlossenen
Werkzeugteilen 21 und 22 über die untere umlaufende Dichtung 23a zueinander luftdicht verschließbar sind und die dadurch gebildete Kavität über die Öffnung 25 zu einem Vakuumanschluss evakuierbar ist. Fig. 9c zeigt das zweiteilige Werkzeug 20 einer RTM-Anlage aus Fig. 9b in einer zweiten, weiter geschlossenen Schließstellung, in der die Öffnung 25 zu dem
Vakuumanschluss nunmehr durch die erste (untere) Dichtung 23a gegenüber der durch die Werkzeugteile 21 , 22 gebildeten Kavität und die Werkzeugteile 21 und 22 zusätzlich durch eine zweite (obere) Dichtung 23b abgedichtet sind, so dass über die Öffnung 25 Vakuum auch dann noch im Formwerkzeug 20 gehalten werden kann, wenn die Werkzeugteile 21 , 22 bereits in die zweite Schließstellung für ein Einbringen des Harzsystems in die evakuierte Kavität verfahren wurden. Damit ist die Gefahr unerwünschter Lufteinschlüsse im Kunststoffbauteil 1 stets vermieden, vorteilhaft auch dann, wenn in der RTM-Anlage insbesondere ein HP-CRTM Prozess durchgeführt wird, also in der zweiten Schließstellung die Werkzeugteile 21 und 22 erst auf ein definiertes Spaltmaß geschlossenen werden, um Harz ohne nennenswerte
Fließwiderstände oberhalb oder - wie dargestellt - unterhalb der äußeren Lage der Faser-Vorform 3 zu injizieren und mit anschließendem Schließen der Werkzeugteile 21 , 22 in eine finale Schließstellung überzuverdichten.
Fig. 9d zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage aus Fig. 9c in einer dritten, finalen Schließstellung, in welcher die von den Werkzeugteilen 21 und 22 belassene Kavität nunmehr der gewünschten Bauteildicke des zu fertigenden
Kunststoffbauteils 1 entspricht, so dass das zuvor injizierte Harz in die Poren und Zwischenräume der Faser-Vorform 3 eingepresst werden, ohne dabei die mittels des Dichtmittelmaterials 6 zuvor in der Faser-Vorform 3 ausgebildete integrierte Dichtung zu passieren. Schließlich kann eine Endform des Kunststoffbauteils 1 (vgl. Fig. 1 h) durch einfache Besäumung der Hauptform 2 (vgl. Fig. 1 g) des Kunststoffbauteiles 1 unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials 6 erhalten werden.
Je nach angestrebter Spezifikation des Kunststoffbauteiles kann dieses Matten aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern, Nylonfasern oder vergleichbare Fasern und/oder aus Mischungen davon und/oder auch sog. Wirrfasermatten (Recyclingfasermatten) enthalten.
Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Faser-Vorform 3 mit integrierter Dichtung, d.h. mit einem vollständig umlaufenden, durch das Dichtmittelmaterial 6
geschlossenen Randbereich 3a hat zum Vorteil, dass auch bei hohen
Injektionsdrücken von beispielsweise 35 und/oder hohen Werkzeugdrücken von beispielsweise 100 oder mehr bar, wie diese Drücke insbesondere HP-RTM- Prozessen eigen sind, keinerlei Harz die mit Dichtmittelmaterial 6 geschlossenen Faserporen und Faserzwischenräume den vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform 3 passieren kann.
Damit kann vorteilhaft erstmals auch für HP-RTM-Verfahren sichergestellt werden, dass keinerlei Harz die im RTM-Werkzeug zwischen den Werkzeugteilen 21 , 22 eines Formwerkzeuges 20 angeordneten Hauptdichtungen 23; Dichtungen 23a, 23b erreicht, so dass diese nicht mehr harzbedingt verschmutzen und zeitraubend gereinigt oder zyklisch getauscht werden müssen. (1441 ) Bezugszeichenliste: P1441
1 Kunststoffbauteil
2 Hauptform von 1
3 Faser-Vorform
3a Randbereich von 3
3b Schnittkante von 3
4 Faser-Halbzeug
4a Randbereich von 4
5 Faser-Matten
6 Dichtmittelmaterial
10 Anlage
1 1 Auftrags- und/oder Einbringmittel
12 Flachkopfdüse
20 Formwerkzeug
21 Werkzeugteil von 20
22 Werkzeugteil von 20
23 Hauptdichtung
23a Dichtung
23b Dichtung
24 Injektionsanlage
25 Öffnung
30 Vorform-Werkzeug
31 Werkzeugteil
32 Werkzeugteil
33 Mittel
40 Quetschkante

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1 ),
mindestens umfassend die Verfahrensschritte:
a. Zuschneiden einzelner Faser-Matten (5);
b. Stapeln mehrerer Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4)
außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile (31 , 32; 21 , 22) umfassenden Formwerkzeuges (30; 20);
c. Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser- Vorform (3) des Kunststoffbauteils (1 ); und
d. Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1 );
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein in Bezug auf die Verfahrensschritte 1 .2 und/oder 1.3 vorgeschaltetes, zeitgleiches und/oder nachgeschaltetes
Auftragen und/oder Einbringen eines zumindest teilweise umlaufenden, zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials (6) auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1 .4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, insbesondere vollständig umlaufenden, Randbereich (3a) der Faser-Vorform (3) alle dortigen Faserporen und -Zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial (6) geschlossen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Dichtmittelmaterial (6) während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1 .1 vorgesehenen Zuschnitts der Faser-Matten (5) zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1 .2 vorgesehenen Stapeins von Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4) zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) vor der gemäß Verfahrensschritt 1 .3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug (4) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das
Dichtmittelmaterial (6) nach der gemäß Verfahrensschritt 1 .3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform (3) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem durch den Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials (6) eine Besäumung des Randbereichs (3a) der Faser-Matten (5), des Faser-Halbzeuges (4) und/oder der Faser-Vorform (3) vor- oder nachgeschaltet ist.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das
Dichtmittelmaterial (6) eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan und/oder ein solches Material ist mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und -Zwischenräume der Faser-Matte (5), des Faser-Halbzeuges (4) und/oder der Faser-Vorform (3).
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Fixieren der gemäß Verfahrensschritt 1 .2 zu einem Faser-Halbzeug (4) gestapelten Faser- Matten (5) untereinander mittels Bebinderungsmitteln und/oder mittels des Dichtmittelmaterials (6) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das
Dichtmittelmaterial (6) ein solches Material ist, dass nach Applizierung, natürliche oder künstlich geförderte, vorzugsweise schnell, aushärtende Eigenschaften aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Endform des Kunststoffbauteils (1 ) durch Besäumung der Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1 ) unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials (6) erhältlich ist.
1 1 . Anlage (10) zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines
faserverstärkten Kunststoffbauteils (1 ), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, mindestens umfassend die Verfahrensschritte:
1 .1 . Zuschneiden einzelner Faser-Matten (5);
1 .2. Stapeln mehrerer Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4)
außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile (31 , 32; 21 , 22) umfassenden Formwerkzeuges (30; 20);
1 .3. Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser- Vorform (3) des Kunststoffbauteils (1 );
1 .4. Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1 );
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Auftrag- und/oder Einbringmittel (1 1 ) zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1 .2 und/oder 1.3
vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials (6) auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1 .4
vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig
umlaufenden, Randbereich (3a) der Faser-Vorform (3) alle dortigen Faserporen und -Zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial (6) geschlossen sind.
12. Anlage (10) nach Anspruch 1 1 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein als
Flachkopfdüse (12) ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel (1 1 ), die in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte (5) oder einem Faser-Halbzeug (4) so geführt ist, dass das zur Verwendung als Dichtmittel geeignete Material (6) mittels der Flachkopfdüse (12) aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem diese bevorzugt mit Druck das Dichtmittelmaterial (6) in die Faserporen und - Zwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten (5) pumpt.
13. Anlage (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Vorform-Werkzeugteil (31, 32) des Vorform-Werkzeugs (30) zur Herstellung der Faser-Vorform (3) und/oder in wenigstens einem
Werkzeugteil (21 , 22) des Formwerkzeugs (20) zur Herstellung der Hauptform (2) auf der in den Werkzeugteilen (21 , 22; 31 , 32) zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) aufgetragenen und/oder eingebrachten Dichtmittelmaterials (6) eine
Quetschkante (40) ausgebildet ist, mittels welcher das Dichtmittelmaterial (6) beim Schließen der Formwerkzeuge (31 , 32 ; 21 , 22) in alle dortigen
Faserporen und -Zwischenräume einer jeden Faser-Matte (5) einbringbar und/oder nach bereits erfolgter Einbringung überverdichtbar ist.
14. Anlage (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h
geken nzeich net, dass im Vorform-Werkzeug (30) zur Herstellung der Faser-Vorform (3) Mittel (33) zur Förderung eines Aushärtens des
Dichtmittelmaterials (6) mittels Wärmeeinwirkung wie beispielsweise
Heißpressen vorgesehen sind.
15. Anlage (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
geken nzeich net du rch Formwerkzeuge (30; 20), mit welchen die Verfahrensschritte 1.3 und 1.4 in ein und demselben oder in unterschiedlichen, einander nachgelagerten Werkzeugteilen (31 , 32; 21 , 22) durchführbar sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2808146A1 (de) * 2013-05-31 2014-12-03 The Boeing Company Dichtung und Prüfung segmentierter Werkzeuge

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012110354B4 (de) 2012-10-29 2021-11-18 Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau Formwerkzeug, Steuermittel, Verfahren und Anlage zum Herstellen eines, vorzugsweise faserverstärkten, Kunststoffbauteils
DE202012104148U1 (de) 2012-10-29 2014-02-04 Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau Formwerkzeug, Steuermittel und Anlage zum Herstellen eines, vorzugsweise faserverstärkten, Kunststoffbauteils
DE102014009408A1 (de) * 2014-06-25 2015-12-31 Audi Ag Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoff-Bauteils
DE102016000697A1 (de) * 2016-01-18 2017-07-20 Audi Ag Werkzeug und Verfahren zum Aufbringen eines Faserkunststoffverbund-Patches auf ein Bauteil
DE102016007033B4 (de) 2016-06-08 2019-01-24 Audi Ag Verfahren und Gussform zur Herstellung eines Formteils aus faserverstärktem Kunststoff
FR3053910B1 (fr) * 2016-07-13 2018-08-17 Safran Aircraft Engines Procede d'impregnation de preforme fibreuse utilisant un joint et procede de fabrication d'une matrice renforcee par une preforme fibreuse
FR3053911B1 (fr) 2016-07-13 2018-08-17 Safran Aircraft Engines Procede d'impregnation de preforme fibreuse utilisant un joint et procede de fabrication d'une matrice renforcee par une preforme fibreuse
DE102016213634A1 (de) * 2016-07-26 2018-02-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Presswerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
DE202016006356U1 (de) 2016-10-12 2016-10-26 Engel Austria Gmbh Bewegbares Werkzeugelement
DE102017207836A1 (de) * 2017-05-10 2018-11-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Dichtungswechselsystem
FR3068640B1 (fr) 2017-07-07 2019-08-02 Safran Aircraft Engines Procede et outillage de fabrication d'une piece par injection de resine dans une preforme en fibres tissees
US10507776B2 (en) * 2017-10-12 2019-12-17 GM Global Technology Operations LLC Fiber-reinforced composite bumper beam and crush members
DE102019120568A1 (de) * 2019-07-30 2021-02-04 Airbus Operations Gmbh Verfahren und Werkzeugsystem zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff
WO2022089738A1 (de) * 2020-10-28 2022-05-05 Neue Materialien Fürth GmbH Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserverbundmaterials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007046734A1 (de) * 2007-09-28 2009-04-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Formwerkzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
DE102010043401A1 (de) * 2010-11-04 2012-05-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Serienfertigung faserverstärkter Kunststoffteile
DE102011077468A1 (de) * 2011-06-14 2012-12-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft RTM-Verfahren und dichtungsloses Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffformteilen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62196110A (ja) * 1986-02-21 1987-08-29 Toyota Motor Corp 熱硬化性樹脂材料の成形用金型

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007046734A1 (de) * 2007-09-28 2009-04-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Formwerkzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
DE102010043401A1 (de) * 2010-11-04 2012-05-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Serienfertigung faserverstärkter Kunststoffteile
DE102011077468A1 (de) * 2011-06-14 2012-12-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft RTM-Verfahren und dichtungsloses Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffformteilen

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2808146A1 (de) * 2013-05-31 2014-12-03 The Boeing Company Dichtung und Prüfung segmentierter Werkzeuge
KR20140141449A (ko) * 2013-05-31 2014-12-10 더 보잉 컴파니 실링 및 테스트 하는 세그먼트 공구
JP2016144867A (ja) * 2013-05-31 2016-08-12 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 分割型工具の封止及び試験
US9523431B2 (en) 2013-05-31 2016-12-20 The Boeing Company Sealing and testing segmented tools
KR102207476B1 (ko) 2013-05-31 2021-01-27 더 보잉 컴파니 실링 및 테스트 하는 세그먼트 공구
US10921210B2 (en) 2013-05-31 2021-02-16 The Boeing Company Sealing and testing segmented tools

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DE102012110353A1 (de) 2014-04-30
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US20150343717A1 (en) 2015-12-03

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