AT519830B1 - Process for producing a consolidated multilayer semifinished product - Google Patents

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AT519830B1 ATA50302/2017A AT503022017A AT519830B1 AT 519830 B1 AT519830 B1 AT 519830B1 AT 503022017 A AT503022017 A AT 503022017A AT 519830 B1 AT519830 B1 AT 519830B1
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs (5) mit zumindest folgenden Schritten: Bereitstellen eines mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1), wobei wenigstens eine Lage des zu konsolidierenden Halbzeugs (1) eine Kunststoffmatrix aufweist, Aufbringen eines Drucks auf das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug (1) zum Konsolidieren des zu konsolidierenden Halbzeugs (1), Erhitzen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1) auf eine zur Konsolidierung geeignete Temperatur, Abkühlen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1) auf eine Temperatur, bei welcher die Kunststoffmatrix formstabil ist, Entnahme des konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs (5), wobei ein Bereitstellen einer für das Erhitzen erforderlichen Wärmeenergie mittels Strahlungsenergie erfolgt.Method for producing a consolidated multilayer semifinished product (5) comprising at least the following steps: providing a multilayer semifinished product (1) to be consolidated, wherein at least one layer of the semifinished product (1) to be consolidated comprises a plastic matrix, applying a pressure to the multilayer, to be consolidated Semifinished product (1) for consolidating the semifinished product (1) to be consolidated, heating the multilayer semifinished product (1) to be consolidated to a temperature suitable for consolidation, cooling the multilayer semifinished product (1) to be consolidated to a temperature at which the plastic matrix is dimensionally stable is, removal of the consolidated multi-layer semifinished product (5), wherein providing a heat energy required for the heating by means of radiation energy takes place.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.Description: The present invention relates to a method for producing a consolidated multilayer semifinished product, comprising the features of the preamble of claim 1 and an apparatus for producing a consolidated multilayer semifinished product having the features of the preamble of claim 11.

[0002] Der Trend bei der Auslegung und Realisierung von konsolidierten Halbzeugen geht vermehrt in Richtung der gezielten Einbringung lokaler Verstärkungselemente. Durch den Einsatz solcher Verstärkungselemente, vor allem sind hier unidirektionale Bänder bzw. Tapes zu nennen, ist ein besonders effizienter und kostengünstiger Leichtbau möglich. Dabei werden unterschiedliche Lagen aus unterschiedlichen Materialien oder mit unterschiedlicher Geometrie und/oder Faserorientierung aufeinander angeordnet und somit ein Lagenaufbau (ein zu konsolidierendes Halbzeug) hergestellt. Nach Herstellung eines solchen zu konsolidierenden Halbzeugs wird dieses unter Druck gesetzt und Wärme zugeführt. Durch ein solches Verfahren verbinden sich die unterschiedlichen Lagen des zu konsolidierenden Halbzeugs untereinander und ein konsolidiertes Halbzeug wird geschaffen.The trend in the design and implementation of consolidated semi-finished products is increasingly in the direction of the targeted introduction of local reinforcing elements. Through the use of such reinforcing elements, especially here are unidirectional tapes or tapes to call, a particularly efficient and cost-effective lightweight construction is possible. Different layers of different materials or with different geometry and / or fiber orientation are arranged on top of each other and thus a layer structure (a semifinished product to be consolidated) is produced. After producing such a semi-finished product to be consolidated, it is pressurized and heat is supplied. By means of such a method, the different layers of the semi-finished product to be consolidated are interconnected and a consolidated semi-finished product is created.

[0003] Es ist geläufig, von einem zu konsolidierenden Halbzeug zu sprechen, bis das zu konsolidierende Halbzeug erwärmt wurde, unter Druck gesetzt wurde und sich die einzelnen Lagen verbunden haben. Erst nach der Abkühlung des zu konsolidierenden Halbzeugs zumindest unter die Erweichungstemperatur gilt das Halbzeug als konsolidiert. Die Temperatur zur Konsolidierung eines Halbzeuges liegt oberhalb der Erweichungstemperatur des verwendeten Kunststoffes. Diese beträgt beispielsweise bei einer Verwendung von Polyamid 6 (Kurzbezeichnung: PA6) ca. 240°C und bei Polypropylen (Kurzbezeichnung: PP) ca. 180°C. Der Druck zum Konsolidieren des zu konsolidierenden Halbzeugs (Konsolidierungsdruck) ist so zu wählen, dass es zu möglichst geringem „Faserschwimmen“ im zu konsolidierenden Halbzeug kommt, bevorzugt wird ein Flächendruck von 0,5 bis 10 bar gewählt. Die Schritte des Erhitzens und des Aufbrin-gens eines Druckes auf das zu konsolidierende Halbzeug können zeitlich nacheinander erfolgen (zuerst Aufbringen des Drucks und dann Erhitzen oder umgekehrt) oder sich in ihrer zeitlichen Abfolge auch zumindest teilweise überlappen.It is common to speak of a semifinished product to be consolidated until the semifinished product to be consolidated has been heated, has been pressurized and the individual layers have joined. Only after the cooling of the semifinished product to be consolidated, at least below the softening temperature, does the semifinished product be regarded as consolidated. The temperature for the consolidation of a semi-finished product is above the softening temperature of the plastic used. This is for example when using polyamide 6 (short name: PA6) about 240 ° C and polypropylene (short name: PP) about 180 ° C. The pressure to consolidate the semifinished product to be consolidated (consolidation pressure) should be selected so that the smallest possible "fiber-swimming" occurs in the semifinished product to be consolidated, preferably a surface pressure of 0.5 to 10 bar is selected. The steps of heating and applying a pressure to the semifinished product to be consolidated can take place in succession (first application of the pressure and then heating or vice versa) or at least partially overlap in their temporal sequence.

[0004] Das Abkühlen des Halbzeugs auf eine Temperatur, bei welcher die Kunststoffmatrix formstabil ist, erfolgt zumindest unter die Erweichungstemperatur und kann aktiv oder passiv durchgeführt werden.The cooling of the semifinished product to a temperature at which the plastic matrix is dimensionally stable takes place at least below the softening temperature and can be carried out actively or passively.

[0005] Bei den verschiedenen Tape-Lege-Verfahren bzw. Lageaufbau-Verfahren gibt es unterschiedliche Ansätze zur Fixierung der Tapes auf dem Grundträger. Zur Konsolidierung des oben beschriebenen zu konsolidierenden Halbzeugs werden derzeit vorwiegend DoppelbandPressen eingesetzt, welche kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten. Bei kontinuierlichen Doppelband-Pressen wird das zu konsolidierende Halbzeug zwischen ein Trägersystem (z. B. PTFE-Folie, Metallband) geführt und durchläuft eine Heiz- und eine Kühlstrecke. Dabei wird die Kunststoffmatrix des Halbzeugs in der Heizstrecke aufgeschmolzen und in der Kühlstrecke wieder abgekühlt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass nur konsolidierte Bauteile mit einem in Bezug auf die einzelnen Lagen konstanten Querschnitt hergestellt werden können.In the various tape-laying method or layer structure method, there are different approaches for fixing the tapes on the base support. To consolidate the above-described semifinished product to be consolidated, predominantly double-band presses are currently used which operate continuously or discontinuously. In continuous double-belt presses, the semifinished product to be consolidated is guided between a carrier system (eg PTFE film, metal strip) and passes through a heating and a cooling section. In this case, the plastic matrix of the semifinished product is melted in the heating section and cooled again in the cooling section. The disadvantage here, however, is that only consolidated components can be produced with a constant cross-section with respect to the individual layers.

[0006] Die EP 3 037 234 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer Pre-Form. Dabei wird ein zu konsolidierendes Halbzeug durch einen Wärmestrahler erwärmt und anschließend durch eine Walze unter Druck versetzt. Somit wird hierbei ein kontinuierlicher Prozess beschrieben.EP 3 037 234 A1 shows a device for consolidating a pre-form. In this case, a semifinished product to be consolidated is heated by a heat radiator and then displaced by a roller under pressure. Thus, a continuous process is described here.

[0007] Bei diskontinuierlichen Systemen wird das zu konsolidierende Halbzeug ebenfalls in einem Trägersystem eingepackt, aber zuerst in einer dafür vorgesehenen Station aufgeheizt und anschließend in einer nachgeschalteten Station abgekühlt.In discontinuous systems, the semi-finished product to be consolidated is also packed in a carrier system, but first heated in a designated station and then cooled in a downstream station.

[0008] Wie bereits beschrieben, führt die lastpfadgerechte Auslegung von zu konsolidierenden Halbzeugen jedoch vermehrt zu Lagenaufbauten mit verschiedenen Wandstärken und Wanddickensprüngen. Eine Konsolidierung ebendieser mit Doppelband-Pressen-Systeme ist sehr aufwendig, da Wanddickensprünge nur mit dem Einsatz von Matrizen dargestellt werden können. Diese müssen zusätzlich beheizt werden und das Handling ebendieser wird verkompliziert, was sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses auswirkt.However, as already described, the load path-oriented design of semi-finished products to be consolidated increasingly leads to layer structures with different wall thicknesses and wall thickness jumps. A consolidation of the same with double-belt press systems is very complicated, since wall thickness jumps can only be displayed with the use of dies. These must be heated in addition and the handling of these is complicated, which has a negative impact on the efficiency of the process.

[0009] Die US 4,334,850 A zeigt eine Vorrichtung zum Konsolidieren eines mehrlagigen Halbzeugs, wobei die zu konsolidierenden Schichten unter Einfluss von Wärme aneinander gepresst werden. Dabei werden zwei Formhälften durch darin angeordnete Kanäle, worin eine Temperierflüssigkeit fließt, erwärmt und diese Formhälften anschließend aneinander gepresst.The US 4,334,850 A shows an apparatus for consolidating a multi-layer semifinished product, wherein the layers to be consolidated are pressed together under the influence of heat. In this case, two mold halves are heated by channels arranged therein, in which a tempering liquid flows, and these mold halves are then pressed against each other.

[0010] Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs wird durch den Einsatz von Konsolidierungspressen dargestellt. Hierbei wird ein Lagenaufbau eines zu konsolidierenden Halbzeuges unter Druck versetzt, z. B. durch zumindest zwei Werkzeugteile, zwischen denen der Lagenaufbau angeordnet ist. Diese zumindest zwei Werkzeugteile sind zumeist vorgewärmt, sodass der Kunststoff-Werkstoff aufgeschmolzen wird und durch Verbindung der einzelnen Lagen untereinander ein konsolidiertes Halbzeug hergestellt werden kann. Nachteilig dabei ist jedoch, dass in einem Nebenprozess die Werkzeugteile zur Konsolidierung erwärmt werden müssen und anschließend zur Abkühlung des zu konsolidierenden Halbzeugs wieder gekühlt werden müssen. Dabei werden hohe Energieverluste in Kauf genommen.Another way to produce a consolidated semi-finished product is represented by the use of consolidation presses. Here, a layer structure of a semi-finished product to be consolidated is pressurized, z. B. by at least two tool parts, between which the layer structure is arranged. These at least two tool parts are usually preheated, so that the plastic material is melted and a consolidated semifinished product can be produced by connecting the individual layers with each other. The disadvantage here is that in a secondary process, the tool parts must be heated for consolidation and then have to be cooled again to cool the semi-finished product to be consolidated. This high energy losses are accepted.

[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik vereinfachtes und energieeffizienteres Verfahren zum Herstellen eines konsolidierten Halbzeugs zu schaffen.The object of the present invention is to provide a comparison with the prior art simplified and more energy efficient method for producing a consolidated semifinished product.

[0012] Dies wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen konsolidierten Halbzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This is achieved by a method for producing a multilayer consolidated semifinished product having the features of claim 1 and an apparatus having the features of claim 11. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

[0013] Das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug wird auch als Lagenaufbau bezeichnet. Ein solches mehrlagiges, zu konsolidierendes Halbzeug besteht in der Regel aus mindestens zwei Lagen und kann vorzugsweise bis zu 30 Lagen aufweisen. Für diese Lagen können beispielsweise Tapes oder auch faserverstärkte Bänder verwendet werden. Als Anordnungsbereich für das zu konsolidierende Halbzeug wird jener Bereich der Vorrichtung angesehen, welcher vorgesehen ist, um das zu konsolidierende Halbzeug während der Konsolidierung aufzunehmen.The multilayer, to be consolidated semifinished product is also referred to as layer structure. Such a multilayer semifinished product to be consolidated usually consists of at least two layers and may preferably have up to 30 layers. Tapes or fiber-reinforced tapes can be used for these layers, for example. The area of arrangement of the semifinished product to be consolidated is that area of the device which is intended to receive the semifinished product to be consolidated during the consolidation.

[0014] Durch das erfindungsgemäße Bereitstellen einer für die Erhitzung erforderlichen Wärmeenergie mittels Strahlungsenergie an das zu konsolidierende Halbzeug zum Verbinden der unterschiedlichen Lagen des zu konsolidierenden Halbzeugs zu einem konsolidierten Halbzeug kann gezielt Wärmeenergie an das zu konsolidierende Halbzeug übermittelt werden. Durch eine solche Ausgestaltung ist es möglich, primär das zu konsolidierende Halbzeug zu erwärmen, ohne dass Energie zum Erwärmen der umliegenden Bauteile verloren geht. Es müssen nur Grenzschichten der Lagen erwärmt werden. Ggf. kann zusätzlich eine auf Wärmeleitung beruhende Beheizung vorgesehen sein. In diesem Fall müssen nur sehr dünne Wärmeleitungsschichten erwärmt werden.By providing a heat energy required for the heating by means of radiation energy to be consolidated semifinished product for connecting the different layers of the semifinished product to be consolidated to a consolidated semifinished heat energy can be transmitted to the semifinished product to be consolidated. Such a configuration makes it possible to primarily heat the semifinished product to be consolidated without losing energy for heating the surrounding components. Only boundary layers of the layers need to be heated. Possibly. may additionally be provided based on heat conduction heating. In this case, only very thin heat conduction layers must be heated.

[0015] Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Druck durch wenigstens ein erstes Werkzeugteilstück und ein zweites Werkzeugteilstück, welche vorzugsweise zueinander bewegbar angeordnet sind, auf das zu konsolidierende Halbzeug ausgeübt wird. Diese können z. B. in Form einer Grund- und Gegenplatte oder in Form einer Grundplatte und einer Druckglocke ausgebildet sein.It may preferably be provided that the pressure is exerted by at least a first tool section and a second tool section, which are preferably arranged to be movable relative to each other on the semifinished product to be consolidated. These can be z. B. in the form of a base and back plate or in the form of a base plate and a pressure bell be formed.

[0016] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Werkzeugteilstücke der Vorrichtung zur Druckausübung aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für die Strahlung zumindest einer Strahlungsquelle gefertigt ist, sodass Strahlungsenergie durch wenigstens eines der wenigstens zwei Werkzeugteilstücke an das zu konsolidierende Halbzeug geleitet wird. So kann während der Ausübung des Konsolidierungsdrucks auf das zu konsolidierende Halbzeug dieses mittels Wärmestrahlung erhitzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein jedes der wenigstens zwei Werkzeugteile aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für die Strahlung der zumindest einen Strahlungsquellen gefertigt ist. Besonders bevorzugte Werkstoffe sind hierbei Gläser, Quarzgläser oder auch Durangläser. Die wesentlichen Anforderungen an einen solchen Werkstoff sind dabei eine gewisse Druckstabilität und eine gewisse Transparenz für die Wärmestrahlung.Preferably, it is provided that at least one of the at least two tool sections of the device for applying pressure is made of a material having a high transmission for the radiation of at least one radiation source, so that radiant energy is passed through at least one of the at least two tool sections to the semifinished product to be consolidated , Thus, during the exercise of the consolidation pressure on the semifinished product to be consolidated, it can be heated by means of heat radiation. It can also be provided that each of the at least two tool parts is made of a material with a high transmission for the radiation of the at least one radiation source. Particularly preferred materials here are glasses, quartz glasses or Durangläser. The essential requirements of such a material are a certain pressure stability and a certain transparency for the heat radiation.

[0017] Es kann vorgesehen sein, dass eine an das zu konsolidierende Halbzeug angrenzende Schicht durch Strahlungsenergie erwärmt wird und dass durch Wärmeleitung das zu konsolidierende Halbzeug von der angrenzenden Schicht erwärmt wird. So ist es beispielsweise möglich, dass an zumindest einem Werkzeugteilstück ein - vorzugsweise Antihaft-Eigenschaften aufweisendes - Substrat (Antihaftschicht) ausgebildet ist. Die Antihaftschicht kann dabei durch die Strahlungsenergie erwärmt werden, sodass sie mittels Wärmeleitung das zu konsolidierende Halbzeug beheizt.It can be provided that an adjacent to the semifinished product to be consolidated layer is heated by radiant energy and that is heated by heat conduction to be consolidated semi-finished by the adjacent layer. For example, it is possible for at least one tool section to have a substrate (non-stick layer), preferably having non-stick properties. The non-stick layer can be heated by the radiant energy, so that it heats the semifinished product to be consolidated by means of heat conduction.

[0018] Allgemein gesagt, kann vorgesehen sein, dass das Bereitstellen einer für das Erhitzen erforderlichen Wärmeenergie mittels Strahlungsenergie durch unmittelbare Bestrahlung des zu konsolidierenden Halbzeugs oder mittelbar durch Bestrahlung einer zwischen dem zu konsolidierenden Halbzeug und einer die Strahlungsenergie emittierenden Strahlungsquelle angeordneten Schicht oder Platte erfolgt.Generally speaking, it can be provided that the provision of a heat energy required for the heating by means of radiation energy by direct irradiation of the semifinished product to be consolidated or indirectly by irradiation of a semi-finished to be consolidated and the radiation energy emitting radiation source layer or plate.

[0019] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Strahlungsenergie mittels Infrarotstrahler erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Strahlungsenergie mittels eines Lasers, bevorzugt eines Festkörperlasers erzeugt wird.It is preferably provided that the radiation energy is generated by means of infrared radiators. Particularly preferably, it is provided that the radiation energy is generated by means of a laser, preferably a solid-state laser.

[0020] Es kann vorgesehen sein, dass der Druck durch Aufbau eines Überdruckes im Inneren einer Druckglocke auf das auf einer Grundplatte angeordnete zu konsolidierende Halbzeug ausgeübt wird, z. B. mittels einer Überdruckleitung, insbesondere mittels Druckluft oder Inertgas.It may be provided that the pressure is exerted by the construction of an overpressure in the interior of a bell jar on the arranged on a base plate to be consolidated semi-finished, z. Example by means of a pressure relief line, in particular by means of compressed air or inert gas.

[0021] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zu konsolidierende Halbzeug - vorzugsweise durch eine Membran oder eine Dichtung - zumindest im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen wird und ein Über- oder Unterdruck auf das zu konsolidierende Halbzeug ausgeübt wird. Eine solche Membran kann als anformbare/flexible Folie ausgeführt sein. Durch den Einsatz von Unterdruck können Lufteinschlüsse zwischen den einzelnen Lagen des zu konsolidierenden Halbzeugs vermindert werden. Als Quelle des Unterdruckes kann hierbei eine Vakuumleitung, beispielsweise mit angeschlossenem Unterdrucktank, oder Unterdruckpumpe, dienen. In einer besonders bevorzugten Variante sind die Gegen- bzw. die Grundplatte so gefertigt, dass der für die Aufnahme des zu konsolidierenden Halbzeugs gedachte Innenraum (Anordnungsbereich) luftdicht abschließbar ist. Dies kann z.B. durch eine umlaufende Dichtung aus einem vorzugsweise elastischen Material (Silikon, Viton....) unter stützt werden.In a further possible embodiment, it is provided that the semifinished product to be consolidated - is completed at least substantially airtight - preferably by a membrane or a seal - and an over or under pressure is exerted on the semifinished product to be consolidated. Such a membrane can be designed as an adaptable / flexible film. By using negative pressure air inclusions between the individual layers of the semifinished product to be consolidated can be reduced. As a source of negative pressure in this case a vacuum line, for example, with a connected vacuum tank, or vacuum pump serve. In a particularly preferred variant, the counter and the base plate are made so that the intended for receiving the semifinished product to be consolidated interior (arrangement area) is airtight lockable. This can e.g. be supported by a circumferential seal of a preferably elastic material (silicone, Viton ....).

[0022] Die Membran ist vorzugsweise transparent für die Strahlung der Strahlungsquelle ausgeführt, sodass das zu konsolidierende Halbzeug durch die Membran hindurch bestrahlt und somit erwärmt werden kann.The membrane is preferably designed to be transparent to the radiation of the radiation source, so that the semifinished product to be consolidated can be irradiated through the membrane and thus heated.

[0023] In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch auch ein Material für die Membran verwendet werden, welches die Strahlung absorbiert und mittels Wärmeleitung die Wärmeenergie an das zu konsolidierende Halbzeug abgibt. So wird zwar wiederum Wärmeenergie an ein unmittelbar zum zu konsolidierenden Halbzeug angeordnetes Bauteil abgegeben, jedoch ist hierbei die verlorene Wärmeenergie nahezu vernachlässigbar, da eine Membran durch ihre geringe Dicke ein geringes Vermögen besitzt Wärme zu speichern bzw. es wenig Energie erfordert, um diese zu erwärmen bzw. abzukühlen. Es ist auch denkbar, dass an der Membran eine Schicht angebracht ist, welche Strahlung absorbiert und eine Antihaft-Eigenschaft aufweist. Auch das Material aus welchem die Membran besteht kann seinerseits bereits AntihaftEigenschaften aufweisen. So kann einerseits durch die Strahlungsenergie Wärme erzeugt werden, welche mittels Wärmeleitung an das zu konsolidierende Halbzeug weitergegeben werden kann und andererseits kann gewährleistet werden, dass das zu konsolidierende Halbzeug nach Bearbeitung mühelos von der Membran trennbar ist, da das zu konsolidierendeIn an alternative embodiment, however, it is also possible to use a material for the membrane which absorbs the radiation and, by means of heat conduction, emits the heat energy to the semifinished product to be consolidated. Thus, in turn, heat energy is delivered to a directly arranged to be consolidated semifinished component, but in this case the lost heat energy is almost negligible, since a membrane has a small capacity to store heat due to their small thickness or it requires little energy to heat them or to cool. It is also conceivable that a layer is attached to the membrane, which absorbs radiation and has a non-stick property. Also, the material of which the membrane is made may already have anti-stick properties. On the one hand, heat can be generated by the radiant energy, which can be passed on to the semifinished product to be consolidated by means of heat conduction and, on the other hand, it can be ensured that the semifinished product to be consolidated can be easily separated from the membrane after processing, since the material to be consolidated

Halbzeug eine nicht-haftende Eigenschaft gegenüber der Antihaftschicht der Membran besitzt.Semi-finished product has a non-sticking property against the non-stick layer of the membrane.

[0024] Sowohl Grund- als auch Gegenplatte können mit Anschlüssen und Leitungen zur Medientemperierung versehen werden.Both base plate and counter plate can be provided with connections and lines for media temperature control.

[0025] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Gegenplatte als Membran oder Folie ausgeführt ist. Wird die Gegenplatte als Membran ausgeführt, kann die Vorrichtung zur Herstellung des konsolidierten Halbzeugs optional auch eine über der Gegenplatte angeordnete Temperierplatte beinhalten, welche die Geometrie des zu konsolidierenden Halbzeugs inklusive der Membran abbildet. Diese ist vorzugsweise aus einem Werkstoff, welcher eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, gefertigt und vorzugsweise aktiv temperierbar.It can also be provided that the counter-plate is designed as a membrane or foil. If the counterplate is embodied as a membrane, the device for producing the consolidated semifinished product can optionally also include a tempering plate arranged above the counterplate, which images the geometry of the semifinished product to be consolidated, including the membrane. This is preferably made of a material which has a good thermal conductivity, manufactured and preferably actively tempered.

[0026] Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann z. B. wie folgt ausgebildet sein: [0027] Das zu konsolidierende Halbzeug kann auf einer infrarottransparenten Grundplatte abgelegt werden. Unter „infrarottransparent“ sind dabei Werkstoffe zu verstehen welche im Strahlenspektrum einer Infrarotstrahlungsquelle eine möglichst hohe Transmissionsfähigkeit besitzen.A device according to the invention may, for. B. be formed as follows: The semifinished product to be consolidated can be stored on an infrared transparent base plate. By "infrared-transparent" are meant materials which have the highest possible transmissivity in the radiation spectrum of an infrared radiation source.

[0028] Unterhalb der Grundplatte sind eine oder mehrere Strahlungsquellen angeordnet, welche Infrarotstrahlung durch die Grundplatte auf das zu konsolidierende Halbzeug emittieren können, um es auf diese Weise zu beheizen. Die Strahlungsquellen sind so gewählt, dass die von ihnen emittierte Strahlung vom zu konsolidierenden Halbzeug absorbiert wird, allerdings nur in möglichst geringem Ausmaß von der Grundplatte.Below the base plate, one or more radiation sources are arranged, which can emit infrared radiation through the base plate on the semifinished product to be consolidated in order to heat it in this way. The radiation sources are selected such that the radiation emitted by them is absorbed by the semifinished product to be consolidated, but only to the smallest possible extent from the base plate.

[0029] Die Grundplatte ist mit einem Substrat beschichtet, welches Antihaft-Eigenschaften besitzt, sodass sich das zu konsolidierende Halbzeug nach dem Abkühlen leichter ablösen lässt. Diese Schicht muss nicht infrarottransparent sein, sie kann auch als beheizte Grenzschicht genutzt werden. Somit wird je nach bevorzugter Lösung das Halbzeug hauptsächlich unmittelbar mittels Wärmestrahlung oder mittelbar mittels Wärmeleitung beheizt.The base plate is coated with a substrate which has non-stick properties, so that it is easier to remove the semifinished product to be consolidated after cooling. This layer does not have to be infrared transparent, it can also be used as a heated boundary layer. Thus, depending on the preferred solution, the semifinished product is heated primarily directly by heat radiation or indirectly by means of heat conduction.

[0030] Sind im Halbzeug Wanddickensprünge vorhanden, so befindet sich vorzugsweise auf der Grundplatte zusätzlich eine Schicht welche diese Geometrie abbildet. Dabei ist diese Schicht derart ausgeführt, dass die der oder den Strahlungsquelle(n) zugewandte Seite Infrarotstrahlen in hohem Maße absorbiert, jedoch eine geringe thermische Masse aufweist um eine energieeffiziente Beheizung zu ermöglichen.If wall thickness jumps are present in the semifinished product, it is preferable to additionally have a layer on the base plate which images this geometry. In this case, this layer is designed such that the side or the radiation source (s) facing side absorbs infrared rays to a high degree, but has a low thermal mass to allow energy-efficient heating.

[0031] Es kann auch vorzugsweise vorgesehen sein, dass zum Ausgleichen von Dickensprüngen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeuges zumindest ein Dickenausgleichselement vorgesehen ist. Ein solches Dickenausgleichselement kann als separates Bauteil ausgelegt sein, welches mit dem mehrlagigen, zu konsolidierenden Bauteil für die Konsolidierung eingebracht wird. Es ist aber auch möglich, das Dickenausgleichselement als Teil eines der Werkzeugteilstücke zu gestalten. Auch das Dickenausgleichelement kann aus einem „infrarottransparenten“ Werkstoff gefertigt werden, eine Beschichtung aufweisen, eine Antihaft-Eigenschaft aufweisen, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und/oder eine geringe thermische Masse aufweisen. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Dickenausgleichelement gemeinsam mit einem der Werkzeugteilstücke oder getrennt von diesem verfahrbar ist.It may also preferably be provided that at least one thickness compensation element is provided to compensate for thickness jumps of the multilayer, to be consolidated semi-finished product. Such a thickness compensation element can be designed as a separate component, which is introduced with the multi-layer, to be consolidated component for consolidation. But it is also possible to make the thickness compensation element as part of one of the tool sections. Also, the thickness compensation element can be made of an "infrared transparent" material, have a coating, have a non-stick property, have a high thermal conductivity and / or have a low thermal mass. It can preferably be provided that the thickness compensation element can be moved together with one of the tool sections or separately therefrom.

[0032] Es ist eine Gegenplatte vorgesehen, die ebenfalls aus einem infrarottransparenten Werkstoff gefertigt sein und mit denselben Merkmalen wie die Grundplatte hergestellt sein kann. Optional werden auch oberhalb der Gegenplatte eine oder mehrere Strahlungsquelle(n) angeordnet.It is a counter-plate provided, which may also be made of an infrared-transparent material and may be made with the same characteristics as the base plate. Optionally, one or more radiation sources are arranged above the counterplate.

[0033] In einer weiteren Ausführungsform kann die Gegenplatte auch als eine anformbare/ flexible Folie oder Membran ausgeführt werden. Diese Folie/Membran ist vorzugsweise ebenfalls infrarottransparent ausgebildet, sodass das zu konsolidierende Halbzeug auch von der Oberseite her mittels Wärmestrahlung beheizt werden kann.In a further embodiment, the counterplate may also be embodied as an conformable / flexible foil or membrane. This film / membrane is preferably also formed infrared-transparent, so that the semifinished product to be consolidated can also be heated from the top by means of thermal radiation.

[0034] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch ein Material verwendet werden, welches die Infrarotstrahlung absorbiert und mittels Wärmeleitung die Wärmeenergie an das zu konsolidierende Halbzeug abgibt.In an alternative embodiment of the invention, however, it is also possible to use a material which absorbs the infrared radiation and emits heat energy to the semifinished product to be consolidated by means of heat conduction.

[0035] Natürlich kann auch eine Kombination eingesetzt werden wie z. B. eine infrarottransparente Folie mit einer infrarotabsorbierenden Antihaftschicht.Of course, a combination may be used such. B. an infrared transparent film with an infrared-absorbing non-stick layer.

[0036] Grundplatte und Gegenplatte sind bevorzugt axial zueinander beweglich angeordnet, sodass eine Öffnungs- und Schließbewegung durchgeführt werden kann und durch Anpressen der Konsolidierungsdruck auf ein auf der Grundplatte abgelegtes zu konsolidierendes Halbzeug aufgebracht werden kann.Base plate and counter plate are preferably arranged axially movable relative to each other, so that an opening and closing movement can be performed and can be applied by pressing the consolidation pressure on a stored on the base plate to be consolidated semi-finished.

[0037] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Grundplatte stationär und die Gegenplatte axial beweglich ausgeführt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Gegenplatte stationär und die Grundplatte axial beweglich ausgeführt. Alternativ können auch beide Platten zueinander beweglich ausgeführt sein.In a preferred embodiment of the invention, the base plate is stationary and the counter-plate axially movable. In an alternative embodiment, the counter plate is stationary and the base plate is designed to be axially movable. Alternatively, both plates can be designed to be movable relative to each other.

[0038] Ein Verfahren zum Konsolidieren eines Halbzeugs mit einer oben beschriebenen Vorrichtung erfolgt z. B. wie folgt: [0039] Nachdem das zu konsolidierende Halbzeug auf der Grundplatte abgelegt wurde, werden Gegen- und Grundplatte relativ zueinander bewegt und die Vorrichtung so in den geschlossenen Zustand verfahren. Die Schließbewegung kann dabei durch Verfahren der Gegenplatte, der Grundplatte oder beider Platten erfolgen.A method for consolidating a semifinished product with a device described above takes place for. As follows: After the semifinished product to be consolidated has been deposited on the base plate, the counter and base plates are moved relative to one another and the device is thus moved into the closed state. The closing movement can be done by moving the counter-plate, the base plate or both plates.

[0040] Vorzugsweise wird mit der Schließbewegung ein definierter Druck auf das zu konsolidierende Halbzeug ausgeübt. Dieser Druck dient der Fixierung des zu konsolidierenden Halbzeugs und weiters dem Zweck, dass die einzelnen Lagen des zu konsolidierenden Halbzeugs annähernd vollflächig in Kontakt zueinander stehen. Dieser Druck kann so weit erhöht werden, bis ein Konsolidierungsdruck erreicht wird.Preferably, a defined pressure is exerted on the semifinished product to be consolidated with the closing movement. This pressure is used to fix the semi-finished product to be consolidated and further the purpose that the individual layers of the semi-finished product to be consolidated are in contact with each other almost completely. This pressure can be increased until a consolidation pressure is achieved.

[0041] Optional wird nach dem Schließen ein Unterdruck im Innenraum erzeugt, welcher einerseits den Anpressdruck regelt/steuert und weiters die Konsolidierung unterstützt. Bei der Regelung bzw. Steuerung des Anpressdrucks sind auch Kombinationen möglich, so dass sich der Anpressdruck aus einem Unterdruck und einer von außen aktiv wirkenden Kraft zusammensetzt.Optionally, a negative pressure in the interior is generated after closing, which regulates the pressure on the one hand controls / on and further supports the consolidation. In the regulation or control of the contact pressure, combinations are also possible, so that the contact pressure consists of a negative pressure and an externally active force.

[0042] Ist das zu konsolidierende Halbzeug zwischen den beiden Platten fixiert und stehen die Kontaktflächen der einzelnen Lagen zumindest teilweise in Kontakt zueinander, wird mittels Wärmestrahlung Wärmeenergie entweder direkt oder indirekt mittels Wärmeleitung in das zu konsolidierende Halbzeug eingebracht. Dies kann einseitig oder beidseitig geschehen.If the semifinished product to be consolidated is fixed between the two plates and the contact surfaces of the individual layers at least partially in contact with each other, heat energy is introduced by thermal radiation either directly or indirectly by means of heat conduction in the semifinished product to be consolidated. This can be unilateral or bilateral.

[0043] Der Aufheizvorgang selbst erfolgt vorzugsweise geregelt. Dabei wird vorzugsweise optisch die Grenzflächentemperatur zwischen Grundplatte und zu konsolidierendem Halbzeug bzw. Gegenplatte und Werkzeug gemessen. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur der Wärmeleitschicht oder des zu konsolidierenden Halbzeugs selbst gemessen werden. Anhand dieser mindestens einen Temperatur findet die Regelung der mindestens einen Strahlungsquelle statt. Vorzugsweise wird die Temperatur an mehreren Stellen gemessen und die Strahlungs-quelle(n) wird bzw. werden von mehreren Regelkreisen geregelt.The heating itself is preferably controlled. In this case, the interface temperature between the base plate and the semifinished product or counterplate and tool to be consolidated is preferably measured optically. Alternatively or additionally, the temperature of the heat conducting layer or of the semifinished product to be consolidated itself can be measured. On the basis of this at least one temperature, the control of the at least one radiation source takes place. Preferably, the temperature is measured at several points and the radiation source (s) is or are regulated by a plurality of control circuits.

[0044] Die Regeltemperatur ist vom Material der Kunststoffmatrix des zu konsolidierenden Halbzeugs abhängig und befindet sich oberhalb der Kunststofferweichungstemperatur des Kunststoffes. Besonders bevorzugt ist eine Regeltemperatur, welche über dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt. Nach Erreichen der Regeltemperatur wird die Temperatur noch eine gewisse Zeit gehalten. Diese Zeit ist einstellbar und abhängig von der Dicke des zu konsolidierenden Halbzeugs.The control temperature depends on the material of the plastic matrix of the semifinished product to be consolidated and is above the plastic softening temperature of the plastic. Particularly preferred is a control temperature which is above the melting point of the plastic. After reaching the control temperature, the temperature is maintained for a certain time. This time is adjustable and depends on the thickness of the semifinished product to be consolidated.

[0045] Nachdem die thermoplastische Matrix des zu konsolidierenden Halbzeugs zumindest teilweise aufgeschmolzen wurde, wird dieses soweit abgekühlt, dass es formstabil und somit entformbar ist. Beim Einsatz einer aktiven Kühlung findet das Einbringen der Kühlleistung bevorzugt einseitig statt und kann dabei je nach Ausführungsform der Vorrichtung auf verschiedene Weise durchgeführt werden: [0046] Sind Grundplatte und Gegenplatte formstabil ausgeführt, so können diese selbst genutzt werden um das Halbzeug abzukühlen. Um die Wärmeabfuhr zu unterstützen können diese auch aktiv gekühlt werden.After the thermoplastic matrix of the semifinished product to be consolidated has been at least partially melted, this is cooled to the extent that it is dimensionally stable and thus demoldable. When using an active cooling, the introduction of the cooling power preferably takes place unilaterally and can be carried out in various ways depending on the embodiment of the device: [0046] If the base plate and the counterplate are dimensionally stable, they can themselves be used to cool the semifinished product. In order to support the heat dissipation, these can also be actively cooled.

[0047] In einer weiteren Variante wird als Gegenplatte nur eine Folie/Membran ausgeführt. Diese Seite kann mittels Konvektionsunterstützung (z. B. Gebläse) aktiv gekühlt werden.In a further variant, only a film / membrane is designed as a counter-plate. This side can be actively cooled by means of convection support (eg blower).

[0048] Wird als Gegenplatte eine Folie oder eine Membran verwendet, so kann zur Kühlung eine separate Temperierplatte aufgesetzt werden.If a foil or a membrane is used as the counterplate, a separate tempering plate can be placed for cooling.

[0049] Diese Temperierplatte kann die Geometrie des Halbzeugs plus der Wandstärke der Folie/Membran enthalten. Die Temperierplatte wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches eine sehr gute Wärmeleitung besitzt, damit die Wärmeenergie dem Halbzeug schnell entzogen werden kann. Zusätzlich kann diese Platte aktiv temperiert werden. Bei dieser bevorzugten Variante wird die Wärmeenergie somit hauptsächlich von der Temperierplatte aufgenommen. Da in diesem Fall die Temperierplatte eine höhere Wärmemenge als die Grundplatte aufnimmt, kann hier von einer einseitigen Kühlung gesprochen werden.This tempering may contain the geometry of the semifinished product plus the wall thickness of the film / membrane. The tempering plate is preferably made of a material which has a very good heat conduction, so that the heat energy can be withdrawn from the semifinished product quickly. In addition, this plate can be actively tempered. In this preferred variant, the heat energy is thus absorbed mainly by the temperature control. Since in this case the tempering takes up a higher amount of heat than the base plate, can be spoken of a one-sided cooling here.

[0050] Während des Abkühlens sollte zusätzlich ein Druck auf das Halbzeug ausgeübt werden. Dieser Druck ist vorzugsweise regelbar.During cooling, additional pressure should be exerted on the semifinished product. This pressure is preferably adjustable.

[0051] Ist eine definierte Temperatur erreicht, kann der Druck gelöst werden. Die Öffnungsbewegung kann dabei durch Verfahren der Gegenplatte, der Grundplatte oder beider erfolgen.If a defined temperature is reached, the pressure can be released. The opening movement can be done by moving the counter-plate, the base plate or both.

[0052] Das fertig konsolidierte Halbzeug kann entnommen werden und ein neues, noch nicht konsolidiertes Halbzeug wird abgelegt.The finished consolidated semi-finished product can be removed and a new, not yet consolidated semi-finished product is stored.

[0053] Die zumindest eine Strahlungsquelle kann verfahrbar angeordnet sein.The at least one radiation source can be arranged to be movable.

[0054] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Darin zeigen: [0055] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs, wobei eine Membran als Gegenplatte verwendet wird, [0056] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs mit aktiver Kühlvorrichtung, [0057] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs mit starrer Grund- und Gegenplatte sowie beidseitiger Beheizung, und [0058] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs verschiedenen Wanddicken.Further advantages and details of the invention will become apparent from the figures and the associated description of the figures. 1 shows a device according to the invention for producing a consolidated semifinished product, wherein a membrane is used as a counterplate; FIG. 2 shows a device according to the invention for producing a consolidated semifinished product with active cooling device, [0057] FIG a device according to the invention for the production of a consolidated semifinished product with a rigid base plate and counter plate as well as heating on both sides, and [0058] FIG. 4 shows a device according to the invention for producing a consolidated semifinished product of different wall thicknesses.

[0059] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs 5 zu erkennen. Dabei wird ein mehrlagiges, zu konsolidierendes Halbzeugs 1 auf einer Grundplatte 2 angeordnet. Um auf das zu konsolidierende Halbzeug 1 einen Druck ausz-üben, wird über das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 eine Membran 3 gelegt. Indem beispielsweise durch nicht dargestellte Mittel ein Unterdruck zwischen Membran 3 und Grundplatte 2 erzeugt wird, kommt es zu einer Druckkraft auf das zu konsolidierende Halbzeug 1. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Membran 3 starr ausgeführt ist und durch diese eine Kraft auf das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 ausgeübt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der Bereich zwischen der Membran 3 und der Grundplatte 2 (fungiert hier als erstes Werkzeugteilstück) als Anordnungsbereich für das zu konsolidierende Halbzeug 1 anzusehen. Die Membran 3 fungiert hier als zweites Werkzeugteilstück und Gegenplatte.FIG. 1 shows a device according to the invention for producing a consolidated semifinished product 5. In this case, a multi-layer semifinished product 1 to be consolidated is arranged on a base plate 2. In order to exert pressure on the semifinished product 1 to be consolidated, a membrane 3 is laid over the multi-layer semifinished product 1 to be consolidated. By, for example, by means not shown, a negative pressure between the diaphragm 3 and the base plate 2 is generated, there is a compressive force on the semi-finished product to be consolidated 1. However, it can also be provided that the membrane 3 is rigid and by this a force on the multilayered semifinished products 1 to be consolidated can be exercised. In this embodiment, the area between the membrane 3 and the base plate 2 (acts here as the first tool section) is thus to be regarded as the arrangement area for the semifinished product 1 to be consolidated. The membrane 3 acts here as a second tool section and counter plate.

[0060] Durch die Strahlungsquellen 4 ist Strahlungsenergie unmittelbar oder mittelbar in das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 einbringbar. Es kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte 2 aus einem Glaswerkstoff, einem Duranglas oder einem Quarzglas gefertigt ist, sodass sie eine hohe Transmission für die Strahlungsenergie, welche durch die unterhalb der Grundplatte 2 angeordnete Strahlungsquelle 4 erzeugt wird, aufweist. Die Strahlungsenergie, welche durch die unterhalb der Grundplatte 2 angeordnete Strahlungsquelle 4 erzeugt wird, kann also direkt von unten kommend das zu konsolidierende Halbzeug 1 bestrahlen und dadurch dieses erwärmen. Die Strahlungsquellen 4 können in Bezug auf das zu konsolidierende Halbzeug 1 bewegbar angeordnet sein.Radiation energy 4 can be introduced directly or indirectly into the multilayer semifinished product 1 to be consolidated by the radiation sources 4. It may be provided that the base plate 2 is made of a glass material, a Duranglas or a quartz glass, so that it has a high transmission for the radiation energy, which is generated by the below the base plate 2 arranged radiation source 4. The radiation energy which is generated by the radiation source 4 arranged below the base plate 2 can thus directly irradiate the semifinished product 1 to be consolidated coming from below and thereby heat it. The radiation sources 4 may be movably arranged with respect to the semifinished product 1 to be consolidated.

[0061] Es ist möglich, dass die Membran 3 aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für die Strahlungsenergie gefertigt ist, welche durch die Strahlungsquelle 4 erzeugt wird. So kann auch von oben her das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 unmittelbar durch die Strahlungsenergie erwärmt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Membran 3 aus einem Werkstoff gefertigt ist, welcher keine oder keine hohe Transmission für die Strahlungsenergie aufweist. Dann wird die Membran 3 selbst durch die Strahlungsenergie erhitzt und kann durch Wärmeleitfähigkeit diese Wärmeenergie an das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 weitergeben (mittelbare Beheizung).It is possible that the membrane 3 is made of a material having a high transmission for the radiant energy generated by the radiation source 4. Thus, from above, the multilayer semifinished product 1 to be consolidated can be heated directly by the radiant energy. But it is also possible that the membrane 3 is made of a material which has no or no high transmission for the radiant energy. Then the membrane 3 itself is heated by the radiant energy and, by thermal conductivity, can pass on this thermal energy to the multilayer semifinished product 1 to be consolidated (indirect heating).

[0062] Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeuges 5 (wie in Fig. 1 ausgebildet) nach der Erhitzung während des Abkühlens. Dabei kann auf das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 eine Temperierplatte 6 aufgesetzt werden. Es kann vorgesehen sein, dass das zu konsolidierende Halbzeug 1 lediglich durch die beim Aufsetzen vorliegende Temperatur der Temperierplatte 6 gekühlt wird. Die Temperierplatte 6 kann zusätzlich innen oder außen durch ein Kühlmedium gekühlt werden. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass das zu konsolidierende Halbzeug 1, die Temperierplatte 6, die Grundplatte 2 oder auch die Membran 3 durch eine Luftkühlung gekühlt werden.Fig. 2 shows an apparatus for producing a consolidated semifinished product 5 (as shown in Fig. 1) after heating during cooling. In this case, a temperature control plate 6 can be placed on the multi-layer semifinished product 1 to be consolidated. It can be provided that the semifinished product 1 to be consolidated is cooled only by the temperature of the temperature-control plate 6 present during placement. The tempering plate 6 can additionally be cooled internally or externally by a cooling medium. Furthermore, it can also be provided that the semifinished product 1 to be consolidated, the temperature control plate 6, the base plate 2 or even the membrane 3 are cooled by air cooling.

[0063] In Fig. 3 ist eine weitere Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeuges 5 gezeigt. Wiederum wird hier ein mehrlagiges, zu konsolidierendes Halbzeug 1 auf einer Grundplatte 2 angeordnet. Die Grundplatte 2 ist aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für Strahlungsenergie gefertigt, wodurch es ermöglicht wird, dass Strahlungsenergie - erzeugt durch die Strahlungsquellen 4 - unmittelbar an das zu konsolidierende Halbzeug 1 gelangt.In Fig. 3, another device for producing a consolidated multi-layer semifinished product 5 is shown. Again, a multi-layer semifinished product 1 to be consolidated is placed on a base plate 2 here. The base plate 2 is made of a material with a high transmission for radiant energy, which makes it possible that radiation energy - generated by the radiation sources 4 - passes directly to the semifinished product 1 to be consolidated.

[0064] In diesem Ausführungsbeispiel wird der Druck auf das zu konsolidierende Halbzeug 1 durch eine Gegenplatte 7 (fungiert als zweites Werkzeugteilstück) ausgeübt, welche relativ zur Grundplatte 2 bewegbar ist. Auch die Gegenplatte 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für Strahlungsenergie gefertigt, wodurch es gestattet wird, dass durch die Strahlungsquelle 4 erzeugte Strahlungsenergie durch die Gegenplatte 7 hindurch auf das zu konsolidierende Halbzeug 1 trifft und dieses unmittelbar erwärmen kann. Die Grundplatte 2 kann wie gezeigt durch Querstreben 8 gestützt werden. Hierdurch wird eine höhere Druckbelastung der Grundplatte 2 gestattet. Zwischen Grundplatte 2 und Gegenplatte 7 können Dichtungen 9 angeordnet sein. Diese Dichtungen 9 sind ringsum um das zu konsolidierende Halbzeug 1 zwischen Gegenplatte 7 und Grundplatte 2 angeordnet (hier in Form einer einzigen umlaufenden Dichtung 9), sodass eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung des Aufnahmebereichs für das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug 1 möglich ist. Es kann auch hier, wie in Fig. 1, ein Unterdruck erzeugt werden, welcher einen zusätzlichen Druckaufbau auf das zu konsolidierende Halbzeug 1 gestattet.In this embodiment, the pressure on the semifinished product 1 to be consolidated is exerted by a counter-plate 7 (acting as a second tool portion), which is movable relative to the base plate 2. Also, the counter-plate 7 is made in this embodiment of a material having a high transmission for radiant energy, thereby allowing that generated by the radiation source 4 radiant energy through the counter-plate 7 passes through to be consolidated semis 1 and this can heat directly. The base plate 2 can be supported by cross struts 8 as shown. As a result, a higher pressure load of the base plate 2 is allowed. Between base plate 2 and counter plate 7 seals 9 may be arranged. These seals 9 are arranged around the semifinished product 1 to be consolidated between the counterplate 7 and the baseplate 2 (here in the form of a single circumferential seal 9), so that a substantially airtight sealing of the receiving region is possible for the multilayer semifinished product 1 to be consolidated. It can also be here, as in Fig. 1, a negative pressure generated, which allows an additional pressure build-up on the semifinished product 1 to be consolidated.

[0065] Fig. 4 zeigt im Wesentlichen dieselbe Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs 5 wie die Fig. 3, jedoch sind hier zusätzlich Dickenausgleichselemente 10 vorgesehen. Die Dickenausgleichselemente 10 werden eingelegt, um diesen Dickensprung des zu konsolidierenden Halbzeugs 1 in Bezug auf die Gegenplatte 7 oder die Grundplatte 2 zu kompensieren. Bevorzugt sind die Dickenausgleichselemente 10 jedoch Teil der Werkzeugteilstücke. Die Dickenausgleichselemente 10 können aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission gefertigt sein. Sie können auch aus einem Werkstoff mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit gefertigt werden, sodass sie die durch die Strahlungsquelle 4 erzeugte Strahlungsenergie in Wärme umwandeln und durch Wärmeleitfähigkeit an das zu konsolidierende Halbzeug 1 weiterleiten. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 mehrlagiges, zu konsolidierendes Halbzeug 2 Grundplatte 3 Membran 4 Strahlungsquelle 5 konsolidiertes mehrlagiges Halbzeug 6 Temperierplatte 7 Gegenplatte 8 Querstreben 9 Dichtung 10 DickenausgleichselementFIG. 4 essentially shows the same apparatus for producing a consolidated semifinished product 5 as FIG. 3, but additional thickness compensation elements 10 are provided here. The thickness compensation elements 10 are inserted to compensate for this thickness jump of the semifinished product 1 to be consolidated with respect to the counter-plate 7 or the base plate 2. However, the thickness compensation elements 10 are preferably part of the tool sections. The thickness compensation elements 10 may be made of a material with a high transmission. They can also be made of a material with a higher thermal conductivity, so that they convert the radiation energy generated by the radiation source 4 into heat and forward by thermal conductivity to the semifinished product 1 to be consolidated. REFERENCE LIST: 1 multi-layer semifinished product to be consolidated 2 base plate 3 membrane 4 radiation source 5 consolidated multi-layered semi-finished product 6 tempering plate 7 counter plate 8 cross struts 9 seal 10 thickness compensation element

Claims (20)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs (5) mit zumindest folgenden Schritten: - Bereitstellen eines mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1), wobei wenigstens eine Lage des zu konsolidierenden Halbzeugs (1) eine thermoplastische Kunststoffmatrix aufweist - Aufbringen eines Drucks auf das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug (1) zum Konsolidieren des zu konsolidierenden Halbzeugs (1) - Erhitzen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1) auf eine zur Konsolidierung geeignete Temperatur über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix - Abkühlen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeugs (1) auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix, bei welcher die Kunststoffmatrix formstabil ist - Entnahme des konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs (5) dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereitstellen einer für das Erhitzen erforderlichen Wärmeenergie mittels Strahlungsenergie erfolgt, wobei durch eine flache, transparente Grundplatte (2), auf deren einen Seite das zu konsolidierende Halbzeug (1) angeordnet ist, von der anderen Seite der Grundplatte (2), Strahlungsenergie an das zu konsolidierende Halbzeug (1) geleitet wird.Anspruch [en] A method for producing a consolidated multilayer semifinished product (5) comprising at least the following steps: - providing a multilayer semifinished product (1) to be consolidated, at least one layer of the semifinished product (1) to be consolidated comprising a thermoplastic matrix - applying a pressure to the Multi-layer semifinished product to be consolidated (1) for consolidating the semi-finished product to be consolidated (1) - heating the multi-layer semifinished product to be consolidated (1) to a temperature suitable for consolidation above the softening temperature of the thermoplastic resin matrix - cooling the multi-layer semifinished product to be consolidated (1 ) to a temperature below the softening temperature of the thermoplastic polymer matrix, in which the plastic matrix is dimensionally stable - removal of the consolidated multilayer semifinished product (5), characterized in that providing a heat energy required for the heating by means of radiant energy e followed, by a flat, transparent base plate (2), on one side of which the semi-finished product to be consolidated (1) is arranged, from the other side of the base plate (2), radiant energy to the semifinished product to be consolidated (1) is passed. 2. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach Anspruch 1, wobei der Druck durch wenigstens ein erstes Werkzeugteilstück und ein zweites Werkzeugteilstück, welche vorzugsweise zueinander bewegbar angeordnet sind, auf das zu konsolidierende Halbzeug (1) ausgeübt wird.2. A method for producing a consolidated semi-finished product (5) according to claim 1, wherein the pressure is exerted by at least a first tool section and a second tool section, which are preferably arranged to be movable toward each other, to be consolidated semifinished product (1). 3. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei wenigstens ein Werkzeugteilstück aus einem Werkstoff mit einer hohen Transmission für die verwendete Strahlungsenergie gefertigt ist, sodass die Strahlungsenergie durch das wenigstens eine Werkzeugteilstück an das zu konsolidierende Halbzeug (1) geleitet wird.3. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to the preceding claim, wherein at least one tool section is made of a material with a high transmission for the radiation energy used, so that the radiation energy through the at least one tool section to be consolidated to the semifinished product (1). is directed. 4. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bereitstellen einer für das Erhitzen erforderlichen Wärmeenergie mittels Strahlungsenergie durch unmittelbare Bestrahlung des zu konsolidierenden Halbzeugs (1) oder mittelbar durch Bestrahlung einer zwischen dem zu konsolidierenden Halbzeug (1) und einer die Strahlungsenergie emittierenden Strahlungsquelle (4) angeordneten Schicht oder Platte erfolgt.4. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to one of the preceding claims, wherein the provision of a heat energy required for heating by means of radiation energy by direct irradiation of the semifinished product to be consolidated (1) or indirectly by irradiation of a semifinished product to be consolidated (1 ) and a radiation source emitting radiation source (4) arranged layer or plate takes place. 5. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Strahlungsenergie mittels Infrarotstrahler erzeugt wird.5. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to any one of the preceding claims, wherein the radiant energy is generated by means of infrared radiators. 6. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Strahlungsenergie mittels eines Lasers, bevorzugt eines Festkörperlasers, erzeugt wird.6. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to any one of the preceding claims, wherein the radiation energy by means of a laser, preferably a solid-state laser is generated. 7. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Druck auf das zu konsolidierende Halbzeug (1) durch Aufbau eines Überdrucks im Inneren einer Druckglocke ausgeübt wird, welche ggf. als erstes oder zweites Werkzeugteilstück verwendet wird.7. A method for producing a consolidated semi-finished product (5) according to one of the preceding claims, wherein the pressure on the semifinished product to be consolidated (1) is exerted by building an overpressure inside a bell jar, which is optionally used as a first or second tool section. 8. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das zu konsolidierende Halbzeug (1) - vorzugsweise durch eine Membran (3) oder wenigstens eine Dichtung (9) - zumindest im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen wird und mittels eines Aufbaus eines Über- oder Unterdrucks ein Druck auf das zu konsolidierende Halbzeug (1) ausgeübt wird.8. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to one of the preceding claims, wherein the semi-finished product to be consolidated (1) - preferably by a membrane (3) or at least one seal (9) - is at least substantially airtight and closed by means of a Building a positive or negative pressure, a pressure on the semi-finished product to be consolidated (1) is exercised. 9. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das zu konsolidierende Halbzeug (1) nach dem Erhitzen und der Beaufschlagung mit Druck aktiv gekühlt wird.9. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to any one of the preceding claims, wherein the semifinished product to be consolidated (1) is actively cooled after heating and the application of pressure. 10. Verfahren zur Herstellung eines konsolidierten Halbzeugs (5) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zum Ausgleichen von Dickensprüngen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeuges (1) zumindest ein Dickenausgleichselement (10) verwendet wird.10. A method for producing a consolidated semifinished product (5) according to one of the preceding claims, wherein for compensating thickness jumps of the multi-layer, to be consolidated semifinished product (1) at least one thickness compensation element (10) is used. 11. Vorrichtung zur Herstellung eines konsolidierten mehrlagigen Halbzeugs (5), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein konsolidiertes mehrlagiges Halbzeug (5) aus einem mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeug (1) unter Zufuhr von Druck und Wärme gefertigt wird, wobei die Vorrichtung aufweist: - wenigstens eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit einem ersten und einem zweiten Werkzeugteilstück, zwischen denen das zu konsolidierende Halbzeug (1) in einem Anordnungsbereich anordenbar ist - wenigstens eine Vorrichtung zur Wärmebeaufschlagung des zu konsolidierenden Halbzeugs (1) dadurch gekennzeichnet, dass eine flache Grundplatte (2) vorgesehen ist, auf deren einen Seite als Vorrichtung zur Wärmebeaufschlagung zumindest eine Strahlungsquelle (4) angeordnet ist und auf deren anderen Seite das mehrlagige, zu konsolidierende Halbzeug (1) im Anordnungsbereich anordenbar ist, wobei die Grundplatte (2) zumindest teilweise transparent für die Strahlung der zumindest einen Strahlungsquelle (4) ausgebildet ist.11. An apparatus for producing a consolidated multilayer semifinished product (5), in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, wherein a consolidated multi-layer semifinished product (5) from a multilayer, to be consolidated semifinished product (1) is made under pressure and heat wherein the device comprises: - at least one device for pressurizing with a first and a second tool section, between which the semifinished product (1) to be consolidated can be arranged in an arrangement region - at least one device for applying heat to the semifinished product (1) to be consolidated, characterized a flat base plate (2) is provided, on the one side of which at least one radiation source (4) is arranged as a device for application of heat and on the other side of which the multilayer semifinished product (1) to be consolidated can be arranged in the arrangement region, the base plate (2 ) at least partially t transparently for the radiation of the at least one radiation source (4) is formed. 12. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Grundplatte (2) mit einem -vorzugsweise Antihaft-Eigenschaften aufweisenden - Substrat beschichtet ist.12. Device according to the preceding claim, wherein the base plate (2) is coated with a - preferably having non-stick properties - substrate. 13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Grundplatte (2) Teil der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung ist und die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung zusätzlich eine Gegenplatte (7) aufweist und das zu konsolidierende Halbzeug (1) zwischen Grundplatte (2) und Gegenplatte (7) anordenbar ist, wobei Grundplatte (2) und Gegenplatte (7) zur Druckbeaufschlagung aneinander bewegbar sind.13. Device according to one of the preceding claims, wherein the base plate (2) is part of the device for pressurizing and the device for pressurizing additionally comprises a counter-plate (7) and the semifinished product (1) to be consolidated between the base plate (2) and counter-plate (7 ) can be arranged, wherein base plate (2) and counter-plate (7) for pressurization to each other are movable. 14. Vorrichtung nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei die Grundplatte (2) als erstes oder zweites Werkzeugteilstück ausgebildet ist und die Gegenplatte (7) als zweites oder erstes Werkzeugteilstück ausgebildet ist.14. Device according to the preceding claim, wherein the base plate (2) is designed as a first or second tool section and the counter-plate (7) is formed as a second or first tool section. 15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Anordnungsbereich für das zu konsolidierende Halbzeug (1) - vorzugsweise durch eine Membran (3) oder wenigstens eine Dichtung (9) - zumindest im Wesentlichen luftdicht abschließbar ist.15. Device according to one of the preceding claims, wherein the arrangement region for the semi-finished product to be consolidated (1) - preferably by a membrane (3) or at least one seal (9) - at least substantially airtight lockable. 16. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei mittels einer Quelle für Über- oder Unterdruck ein Über- oder Unterdruck auf das zu konsolidierende Halbzeug (1) ausübbar ist.16. Device according to the preceding claim, wherein by means of a source of positive or negative pressure, a positive or negative pressure on the semi-finished product to be consolidated (1) is exercisable. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei auf jener Seite der Gegenplatte (7), welche im Betrieb vom zu konsolidierenden Halbzeug (1) abgewandt ist, zumindest eine weitere Strahlungsquelle (4) angeordnet ist und die Gegenplatte (7) zumindest teilweise transparent für die Strahlung der zumindest einen weiteren Strahlungsquelle (4) ausgebildet ist.17. Device according to one of claims 13 to 16, wherein on that side of the counter-plate (7), which faces away from the semifinished product (1) to be consolidated in operation, at least one further radiation source (4) is arranged and the counter-plate (7) at least partially transparent to the radiation of the at least one further radiation source (4) is formed. 18. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste oder zweite Werkzeugteilstück in Form einer Druckglocke aufgebaut ist, mittels welcher der Druck auf das zu konsolidierende Halbzeug (1) durch Aufbau eines Überdrucks in derem Inneren erzeugbar ist.18. Device according to one of the preceding claims, wherein the first or second tool section is constructed in the form of a pressure bell, by means of which the pressure on the semifinished product (1) to be consolidated by generating an overpressure in the interior thereof can be generated. 19. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des konsolidierten Halbzeugs (5) vorgesehen ist.19. Device according to one of the preceding claims, wherein a cooling device for cooling the consolidated semifinished product (5) is provided. 20. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zum Ausgleichen von Dickensprüngen des mehrlagigen, zu konsolidierenden Halbzeuges (1) zumindest ein Dickenausgleichselement (10) vorgesehen ist.20. Device according to one of the preceding claims, wherein at least one thickness compensation element (10) is provided for compensating thickness jumps of the multilayer, to be consolidated semifinished product (1).
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