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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, das ein thermoplastisches Matrixmaterial und ein Fasermaterial aufweist.
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Hohlkörper aus faserverstärktem Kunststoffmaterial bzw. Faserverbundbauteile in Form von Hohlkörpern werden bei bekannten Herstellungsverfahren teilweise mittels Luftinnendruck in einer dem Blasformen ähnlichen Herstellungstechnik hergestellt. Hierbei ist jedoch die Geometrie bzw. Form des Hohlkörpers durch die meist einfache Geometrie des Ausgangskörpers beschränkt. Eine ähnliche Herstellungstechnologie zur Herstellung von Hohlkörpern aus metallischen Material ist das Innenhochdruckumformen.
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Die Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärktem Kunststoffmaterial mittels eines Innenumform-Verfahrens gestaltet sich bei Hohlkörpern mit komplexerer Geometrie – also z. B. bei Hohlkörpern mit variierenden Durchmessern oder Hinterschnitten – jedoch schwierig. So kann das thermoplastische Matrixmaterial in Bereichen mit hohen Umformgraden ausdünnen und es kann in diesen Bereichen auch zu unerwünschten Fließprozessen kommen. Infolge des Ausdünnens bzw. infolge der unerwünschten Fließprozesse kann es zu einer nachteiligen Neuorientierung der Fasern und/oder auch zum Reißen der Fasern kommen, einhergehend mit einer wesentlichen Verschlechterung der Qualität und Festigkeit des Hohlkörpers.
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Andere Herstellungsverfahren zur Herstellung ähnlicher Körper benötigen typischerweise einen Kern bzw. Formkern – beispielsweise in Form eines Blasformteils oder Schaumstoffteiles – der nach der Erstellung bzw. Herstellung des Hohlkörpers in diesem verbleibt, einhergehend mit einer entsprechenden Gewichtserhöhung des fertigen Hohlkörpers durch das Gewicht des verbleibenden Kerns.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, ist es Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoffmaterial anzugeben, welches die Herstellung von Hohlkörpern mit komplexer Geometrie ohne einen verbleibenden Formkern ermöglicht.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoffmaterial mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- (A) Bereitstellen wenigstens eines Schmelzkerns zum Ausbilden wenigstens eines Hohlraums des Hohlkörpers, wobei der Schmelzkern aus einem schmelzfähigen Schmelzkernmaterial besteht, dessen Schmelztemperatur kleiner ist als die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials,
- (B) Erwärmen wenigstens eines flächigen Materialstücks aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial bis sich das thermoplastische Matrixmaterial des Materialstücks wenigstens teilweise im plastischen Zustand befindet,
- (C) nach Schritt (B) Umgeben des Schmelzkerns mit dem Materialstück dessen thermoplastisches Matrixmaterial sich wenigstens teilweise im plastischen Zustand befindet und Ausbilden der Form des Hohlkörpers durch plastisches Verformen und Anpressen des Materialstücks an den Schmelzkern mittels eines Formwerkzeugs,
- (D) Schmelzen des Schmelzkerns durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt (B) erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern oder durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt (B) erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern und Zuführen von zusätzlicher Wärmenergie, und
- (E) Abführen des geschmolzenen Schmelzkernmaterials. Im Unterschied zu bekannten Lösungen, bei denen die Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärktem Kunststoffmaterial z. B. durch ein Innenhochdruckumform-Verfahren erfolgt, erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Umgeben eines Schmelzkerns mit einem flächigen bzw. plattenförmigen Materialstück aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial – dessen thermoplastisches Matrixmaterial sich durch die in Schritt B vorgenommene Erwärmung wenigstens teilweise, vorzugsweise zur Gänze im plastischen Zustand befindet – und ein Ausbilden der Form des Hohlkörpers bzw. ein Ausbilden des Hohlkörpers. Die Ausbildung der Form des Hohlkörpers erfolgt durch plastisches Verformen des Materialstücks und Anpressen des Materialstücks an den Schmelzkern mittels eines Formwerkzeugs. Auf diese Weise kann insbesondere eine beliebige Außenform bzw. beliebig komplexe Außenform des Hohlkörpers realisiert werden durch Vorsehen eines entsprechenden Formwerkzeugs. Eine bei bekannten Lösungen erforderliche Einschränkung auf einfache Geometrien – da andernfalls die Gefahr einer Neuorientierung und/oder des Reißens der Fasern in Bereichen hoher Umformungsgrade beim Innenhochdruckumformen besteht – kann daher bei Herstellung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen.
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Das in Schritt C vorgesehene Umgeben des Schmelzkerns mit dem flächigen Materialstück, dessen thermoplastisches Matrixmaterial sich wenigstens teilweise im plastischen Zustand befindet, ist dem Ausbilden der Form des Hohlkörpers durch plastisches Verformen und Anpressen des Materialstücks an den Schmelzkern mittels des Formwerkzeugs vorzugsweise zeitlich vorgeschaltet bzw. findet vor dem Ausbilden der Hohlkörper-Form statt. Das Umgeben des Schmelzkerns mit dem Materialstück kann jedoch auch zeitgleich bzw. im wesentlich zeitgleich mit dem Beginnen des plastischen Verformens und Anpressens vorgenommen werden, z. B. derart, dass das Materialstück vor dem plastischen Verformen und Anpressen bereits an dem Formwerkzeug angebracht ist und das Umlegen daher mit Beginn des plastischen Verformens und Anpressens vorgenommen werden kann.
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Gemäß Schritt D ist ein Schmelzen des Schmelzkerns vorgesehen, wobei in Schritt E ein Abführen des geschmolzenen Schmelzkernmaterials erfolgt, welches vorteilhaft für die Herstellung eines oder mehrerer neuer Schmelzkerne weiter verwendet werden kann. Das Abführen des geschmolzenen Schmelzkernmaterials kann vorzugsweise ein Herausfließen bzw. Abfließen des geschmolzenen Schmelzkernmaterials durch Schwerkrafteinwirkung umfassen. Der in Schritt A bereitgestellte Schmelzkern zum Ausbilden des Hohlraums des Hohlkörpers verbleibt also im Unterschied zu entsprechenden bekannten Lösungen nicht in dem fertig gestellten Hohlkörper, einhergehend mit einer gegenüber bekannten Lösungen deutlichen Gewichtseinsparung.
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Das Schmelzen in Schritt D erfolgt durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern oder durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern und Zuführen von zusätzlicher Wärmenergie. Die erste Alternative ist erfindungsgemäß dann vorgesehen, wenn die von dem faserverstärkten Kunststoffmaterial durch Wärmeübertragung auf den Schmelzkern übertragbare Wärmeenergie für das Schmelzen bzw. vollständige Schmelzen des Schmelzkerns ausreicht bzw. hinreichend ist. Damit überhaupt ein Schmelzen des Schmelzkernmaterials möglich ist – wobei bevorzugt ein Schmelzkern aus einem metallischen Schmelzkernmaterial verwendet wird – besteht gemäß Schritt A der Schmelzkern aus einem schmelzfähigen Schmelzkernmaterial, dessen Schmelztemperatur kleiner ist als die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials. Die Schmelztemperatur des Schmelzkernmaterials kann vorzugsweise innerhalb eines Bereichs des 0,5 bis 0,9-fachen der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials liegen.
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Die zweite Alternative berücksichtigt den Fall, wo die von dem faserverstärkten Kunststoffmaterial durch Wärmeübertragung auf den Schmelzkern übertragbare Wärmeenergie für das Schmelzen bzw. vollständige Schmelzen des Schmelzkerns nicht ausreicht bzw. nicht hinreichend ist, so dass zum vollständigen Schmelzen des Schmelzkerns zusätzliche Wärmeenergie zugeführt wird. Diese zusätzliche Wärmenergie kann insbesondere Wärmeenergie einer externen Wärmequelle, wie z. B. einem Ofen sein, in welche der Schmelzkern eingebracht werden kann. Insbesondere kann diese zusätzliche Wärmeenergie auch durch induktives Erwärmen des Schmelzkerns bereitgestellt werden.
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Insgesamt gesehen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärktem Kunststoffmaterial mit komplexer Geometrie und ohne einen verbleibenden Formkern – ganz im Unterschied zu bekannten Lösungen, bei denen man zur Vermeidung von Qualitätseinbußen bzw. Festigkeitseinbußen auf einfache Hohlkörper-Geometrien beschränkt ist bzw. bei denen eine nachteilige Gewichtserhöhung infolge eines in dem Hohlraum des Hohlkörpers verbleibenden Kerns in Kauf genommen werden muss. Der in Schritt A bereitgestellte Schmelzkern zum Ausbilden des Hohlraums des Hohlkörpers verbleibt hingegen in vorteilhafter Weise nicht in dem fertig gestellten Hohlkörper, einhergehend mit einer gegenüber bekannten Lösungen deutlichen Gewichtseinsparung.
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Das faserverstärkte Kunststoffmaterial weist ein thermoplastisches Matrixmaterial und ein Fasermaterial auf, wobei das Fasermaterial insbesondere auch ein Endlosfasermaterial sein kann. Das Fasermaterial kann auch z. B. ein Fasermaterial mit Fasern beliebiger Länge sein, wobei die zu wählende Faserlänge dabei hauptsächlich von der Komplexität der Geometrie und dem gewünschten Materialverhalten abhängt. Je kürzer die Fasern sind, umso leichter lassen sich komplexe Geometrien gestalten – umso schwieriger ist jedoch die Handhabung des erweichten faserverstärkten Kunststoffmaterials (Hot-Handling) und umso schlechter sind typischerweise die mechanischen Werte des späteren Hohlkörpers. Das Fasermaterial kann auch z. B. ein Fasermaterial mit Fasern sein, deren Länge im Bereich von 1 mm bis 4 mm liegt. Das thermoplastische Matrixmaterial kann vorzugsweise wenigstens teilweise oder zur Gänze aus Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) oder Polycarbonat (PC) oder Styrol-Acrylnitril (SAN) bestehen. Weiter vorzugsweise kann als thermoplastische Matrixmaterial wenigstens teilweise oder zur Gänze aus Polyetherimid (PEI) oder Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethersulfid (PESU) oder Polyphenylensulfid (PPS) bestehen Das Fasermaterial kann vorzugsweise wenigstens teilweise oder zur Gänze aus Glasfaser oder Kohlenstofffaser oder Aramidfaser bestehen. Es ist alternativ möglich auch Metallfasern oder Metalldrähte oder textile Verstärkungsfasern (beispielsweise Polyesterfaser oder Polyamidfaser) oder mineralische Fasern einzusetzen. Der Gewichtanteil des thermoplastischen Matrixmaterials kann z. B. innerhalb eines Bereichs von 30% bis 70% liegen.
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Die gemäß Schritt B vorgesehene Erwärmung bis sich das thermoplastische Matrixmaterial des Materialstücks wenigstens teilweise im plastischen Zustand befindet, erfolgt vorzugsweise durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des Materialstücks auf eine Temperatur, die größer oder gleich der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials des Materialstücks ist oder die größer oder gleich der Erweichungstemperatur und kleiner oder gleich der Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials des Materialstücks ist.
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Bei einer praktischen Ausführungsform wird in Schritt (C) der Schmelzkern mit einer Mehrzahl von Materialstücken umgeben. Hierbei kann es sich um eine beliebige Mehrzahl von Materialstücken handeln, die beim plastischen Verformen zum Ausbilden der Form des Hohlkörpers in Schritt (C) vorzugsweise bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden können. Die Anzahl und die Form der Materialstücke kann hierbei vorteilhaft individuell an die jeweilige auszubildende Form des Hohlkörpers angepasst sein. So kann z. B. eine Mehrzahl bzw. Anzahl von zwei oder drei oder wenigstens zwei oder drei oder 5 bis 10 oder 10 bis 25 oder 25 bis 100 Materialstücken vorgesehen sein. Je nach Größe und Komplexität des Hohlkörpers ist eine Mehrzahl von zusammengefügten Materialstücken denkbar. Einfachere Hohlkörper (z. B. Kugelformen) sind typischerweise aus nicht mehr als zwei oder drei Materialstücken herstellbar. Bei deutlich komplexeren Hohlkörpern (z. B. Fahrradrahmen) können auch 20 oder mehr Materialstücke notwendig sein.
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Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform ist das Materialstück durch ein Gelege oder ein Gewebe oder eine Matte aus Fasermaterial gebildet. Derart gebildete Materialstücke eignen sich insbesondere für Hohlkörper, auf die in der Anwendung relativ hohe Belastungen einwirken. Ein Gelege oder ein Gewebe oder eine Matte stellt hierbei eine sehr hohe Festigkeit bereit. Durch ein Gelege oder ein Gewebe oder eine Matte aus Fasermaterial gebildete Materialstücke können z. B. für die Herstellung von Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Man nennt derartige durch ein Gelege oder ein Gewebe oder eine Matte aus Fasermaterial gebildete Materialstücke auch „thermoplastische Prepregs”.
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Hohlkörper, die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar sind, können z. B. Rohre oder Rohre mit wenigstens einem Anschlusselement, Verteilersysteme für ein Hydrauliksystem z. B. eines Kraftfahrzeugs, Strukturbauteile eines Kraftfahrzeugs, Strukturbauteile für ein Flugzeug oder Schlossaufnahmen sein.
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Der Schmelzkern kann insbesondere aus einer Metalllegierung bzw. einer niedrigschmelzenden Metalllegierung hergestellt sein bzw. aus einer Metalllegierung bzw. einer niedrigschmelzenden Metalllegierung bestehen. Insbesondere kann eine Wismutlegierungen in der Art des Fieldschen Metalls (Bi 32%, Sn 17%, In 51%; Schmelzpunkt 62°C), Roses Metalls (Bi 50%, Pb 28%, Sn 22%; Schmelzpunkt 98°C) oder LBE (lead-bismut eutectic, Bi 55,5%. Pb 44,5%: Schmelzpunkt 124°C) verwendet werden. Die Schmelztemperatur der Metalllegierung ist hierbei erfindungsgemäß jede beliebige Schmelztemperatur innerhalb des Schmelzintervalls der Metalllegierung, insbesondere also auch die Temperatur, welche der rechten Intervallgrenze oder der linken Intervallgrenze des Schmelzintervalls entspricht.
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Der Schmelzkern kann z. B. in Form eines einteiligen bzw. einstückigen Schmelzkerns ausgebildet sein. Insbesondere kann der Schmelzkern auch in Form eines mehrteiligen Schmelzkerns ausgebildet sein.
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Bei einer praktischen Ausführungsform wird in Schritt (C) der Schmelzkern vor dem Ausbilden der Form des Hohlkörpers und/oder während des Ausbildens der Form des Hohlkörpers gekühlt, wobei in dem Schmelzkern vorzugsweise wenigstens ein Kühlkanal ausgebildet ist, welcher zum Kühlen des Schmelzkerns mit einem Kühlmedium durchströmt wird. Auf diese Weise wird wirksam vermieden, dass es bereits vor und/oder während des plastischen Verformens und Anpressen des Materialstücks bzw. der Materialstücke infolge von Wärmeübertragung von Wärmeenergie des Materialstücks bzw. der Materialstücke auf den Schmelzkern zu lokalen Aufschmelzungen im Randbereich des Schmelzkerns kommen kann. Diese lokalen Aufschmelzungen hätten zur Folge, dass der Schmelzkern an diesen Stellen der lokalen Aufschmelzungen keine hinreichende Stabilität bzw. Festigkeit nach Art eines Widerlagers aufweist, die während des plastischen Verformens und Anpressens des bzw. der Materialstücke mittels des Formwerkzeugs erforderlich wäre.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem in Schritt (A) bereitgestellten Schmelzkern ein Ende eines länglichen Halteelements angebracht, wobei das Halteelement aus einem Schmelzmaterial besteht, dessen Schmelztemperatur um wenigstens 10 bis 50 Grad Kelvin höher ist, als die Schmelztemperatur des Schmelzkernmaterials, und wobei das Halteelement, abgesehen von einem dem angebrachten Ende entgegengesetzten Endabschnitt, in Schritt (C) von dem Materialstück umgeben wird.
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An dem Halteelement kann der Schmelzkern samt dem oder der Materialstücke, welche den Schmelzkern umgeben, auf einfache und praktische Weise transportiert werden, wobei hierfür das Halteelement an dem Endabschnitt, der dem angebrachten Ende entgegengesetzt ist, gehalten bzw. ergriffen werden kann, z. B. von einem Greifwerkzeug, wie z. B. einem Arm eines Industrieroboters oder dergleichen. Das Halteelement besteht hierbei aus einem Schmelzmaterial dessen Schmelztemperatur um wenigstens 10 bis 50 Grad Kelvin höher ist als die Schmelztemperatur des Schmelzkernmaterials, so dass das Halteelement beim Schmelzen des Schmelzkerns zunächst nicht schmilzt und demnach wenigstens bis unmittelbar nach dem Ausbilden der Form des Hohlkörpers z. B. für den Transport verwendet werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner einen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Hohlkörper.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A bis 1E schematische Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung erfindungsgemäßer Verfahrensschritte, und
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2A bis 2G schematische Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung des Schmelzens des Schmelzkerns gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die 1A zeigt ein zwei Werkzeughälften 10, 12 umfassendes Formwerkzeug 14 zum Ausbilden eines Hohlkörpers bzw. der Form eines Hohlkörpers gemäß Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens und einen Schmelzkern 16 aus einem metallischen Schmelzkernmaterial zum Ausbilden des Hohlraums des Hohlkörpers. Der Abstand zwischen dem Schmelzkern 16 und dem Formwerkzeug 14 entspricht hierbei im Wesentlichen der Wandstärke des herzustellenden Hohlkörpers.
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Die 1B veranschaulicht die Situation vor dem Schritt C und nach dem Schritt B des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zum Bilden des Hohlkörpers sind zwei flächige bzw. plattenförmige Materialstücke 18 vorgesehen, die aus einem faserverstärktem Kunststoffmaterial bestehen, das ein thermoplastisches Matrixmaterial und ein Fasermaterial umfasst (nicht näher dargestellt). Die beiden Materialstücke 18 wurden soweit erwärmt, dass sie sich wenigstens teilweise oder zu Gänze im plastischen Zustand befinden.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt gemäß Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Zusammenführen der beiden Werkzeughälften 10, 12 das Umgeben des Schmelzkerns 16 mit den beiden Materialstücken 18 – deren thermoplastisches Matrixmaterial sich wenigstens teilweise oder zur Gänze im plastischen Zustand befindet – und das Ausbilden der Form des Hohlkörpers 20 (vgl. auch 1E), umfassend das Ausbilden der Außenform 29 des Hohlkörpers 20 als auch das Ausbilden des Hohlraums 28 des Hohlkörpers 20, durch plastisches Verformen und Anpressen der Materialstücke 18 an den Schmelzkern 16, wobei sich die beiden Materialstücke 18 zu dem einstückigen Hohlkörper 20 verbinden bzw. verschweißen. Die Formflächen 22 (vgl. auch 1B) der beiden Werkzeughälften 10, 12 sind entsprechend der erwünschten Außenform des Hohlkörpers 20 ausgebildet. Ein typischer Anpressdruck zum Anpressen der Materialstücke 18 an den Schmelzkern 16 kann z. B. innerhalb eines Bereichs von 2 bar bis 3 bar liegen.
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Die 1C veranschaulicht die Situation unmittelbar nach dem Ausbilden der Hohlkörper-Form mittels des Formwerkzeugs 14 und bevor ein Schmelzvorgang bzw. ein merklicher Schmelzvorgang des Schmelzkerns 16 gemäß Schritt D des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Wärmeübertragung von Wärmenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials, aus dem die in Schritt B erwärmten Materialstücke 18 bestehen, auf den Schmelzkern 16 einsetzt bzw. beginnt.
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Die 1D veranschaulicht die Situation nach dem Schmelzen des Schmelzkerns 16 gemäß Schritt D und nach dem Abführen des geschmolzenen Schmelzkernmaterials gemäß Schritt E des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Schmelzen des Schmelzkerns 16 erfolgt durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern 16 oder durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern 16 und Zuführen von zusätzlicher Wärmenergie, wobei die letzte Alternative den Fall berücksichtigt, wo die von dem faserverstärkten Kunststoffmaterial durch Wärmeübertragung auf den Schmelzkern 16 übertragbare Wärmeenergie für das Schmelzen bzw. vollständige Schmelzen des Schmelzkerns 16 nicht ausreicht bzw. nicht hinreichend ist, so dass zum vollständigen Schmelzen des Schmelzkerns 16 zusätzliche Wärmeenergie z. B. von einer externen Wärmequelle zuzuführen ist. In der 1D, in welcher der von dem Schmelzkern 16 durch Schmelzen befreite Hohlkörper 20 dargestellt ist, ist auch das abgeführte Schmelzkernmaterial 24 veranschaulicht, welches über eine Öffnung 26 des Hqohlkörpers 20, welche durch Umformen eines länglichen Teilstücks 15 des Schmelzkerns 16 (vgl. 1C) während des plastischen Verformens und Anpressens in Schritt C gebildet wurde, abgeführt wurde. 1E zeigt den fertig hergestellten Hohlkörper 20 mit dem vom Schmelzkern 16 befreiten Hohlraum 28 nach dem Entfernen der beiden Werkzeughälften 10, 12 voneinander und nach dem Abkühlen und Aushärten des faserverstärkten Kunststoffmaterials des Hohlkörpers 20.
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Die 2A bis 2G zeigen schematische Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung des Schmelzens des Schmelzkerns 16 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei diese Figuren nur den Fall veranschaulichen, dass der Schmelzkern 16 geschmolzen wird durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern.
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Die 2A veranschaulicht zunächst noch den Zustand, in welchem der Schmelzkern 16 vollständig in fester Form vorliegt, also noch keine aufgeschmolzenen Bereiche vorliegen. Der in 2A dargestellte Zustand veranschaulicht also z. B. die Situation unmittelbar nach dem plastischen Verformen und Anpressen zum Bilden der Hohlkörper-Form gemäß Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei feste Bereiche des Schmelzkerns 16 schematisch in Form von Punkten dargestellt sind. Der in diesem Verfahrenszustand noch feste Schmelzkern 16 hat eine für die Ausbildung des Hohlkörpers 20 – welche insbesondere die Verpressung der Materialstücke 18 jeweils zwischen dem Schmelzkern 16 und den Werkzeughälften 10, 12 des Formwerkzeugs 14 umfasst – hinreichende Stabilität.
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Dass unmittelbar nach dem plastischen Verformen und Anpressen noch kein lokales Aufschmelzen am Randbereich des Schmelzkerns 16 erfolgt ist, kann eine Folge der guten Wärmeleitung des metallischen Schmelzkernmaterials sein, welches eine Verteilung der Wärme vom Berührungsbereich des erwärmten bzw. heißen faserverstärkten Kunststoffmaterials mit dem Schmelzkern 16 in innere Bereiche des Schmelzkerns 16 gewährleistet, so dass es zu keiner lokalen Aufschmelzung sondern eher zu einer Er- und Durchwärmung des ganzen Schmelzkerns 16 kommt, während die äußere Oberfläche des Hohlkörpers 20 durch die eher schlechte Wärmeleitung des faserverstärkten Kunststoffmaterials erkaltet und erstarrt. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch bereits nach dem Umgeben des Schmelzkerns 16 mit den Materialstücken 18 und vor oder während des plastischen Verformens und Anpressens der flächigen Materialstücke 18 zu lokalen Aufschmelzungen kommen. Diesem kann durch geeignete Kühlung des Schmelzkerns 16 entgegengewirkt werden.
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Ein bereichsweise Aufschmelzung des Schmelzkerns 16 am Randbereich bzw. Außenbereich kann jedoch in bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein, nämlich z. B. dann wenn bei Verwendung mehrerer Materialstücke 18 Bereiche der Materialstücke 18 übereinanderliegen bzw. sich überlappen. In diesem Fall könnte im Überlappungsbereich eine lokale Aufschmelzung des Schmelzkerns 16 diese ggf. ungewollte Überlappung vorteilhaft ausgleichen, da der aufgeschmolzene Bereich des Schmelzkerns 16 nicht als festes sondern eher weiches Widerlager bei dem plastischen Verformen und Anpressen der Materialstücke 18 wirkt.
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Die 2B bis 2G veranschaulichen den Schmelzvorgang durch Übertragen von Wärmeenergie des in Schritt B erwärmten faserverstärkten Kunststoffmaterials auf den Schmelzkern 16, wobei während dieses Schmelzvorgangs auch ein Abkühlen des fertig geformten Hohlkörpers 20 erfolgt, und zwar durch diese Übertragung von Wärmeenergie des faserverstärkten Kunststoffmaterials an den Schmelzkern 16 und auch an das Formwerkzeug 14, wobei das faserverstärkte Kunststoffmaterial so stark abkühlt, dass die Temperatur des thermoplastischen Matrixmaterials unter seine Erweichungstemperatur fällt, wodurch der Hohlkörper 20 fest wird und nach weiterem Abkühlen die erwünschten mechanischen Eigenschaften entwickelt.
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Veranschaulicht ist die zunehmende Aufschmelzung bzw. Schmelzung des Schmelzkerns 16 (in den 2B bis 2G sind aufgeschmolzene Bereiche schematisch in Form von Rechtecken dargestellt), welche sich von Randbereichen bzw. Außenbereichen des Schmelzkerns 16 mit zunehmender Dauer in den Innenbereich des Schmelzkerns 16 fortsetzt bis schließlich der gesamte Schmelzkörper 16 aufgeschmolzen und das geschmolzene Schmelzkernmaterial abgeführt bzw. abgeflossen ist.
