DE102012110353A1

DE102012110353A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils

Info

Publication number: DE102012110353A1
Application number: DE102012110353.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Graf; Tobias Fürst
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-04-30
Also published as: JP2015532900A; WO2014067864A9; EP2911852A1; WO2014067864A1; KR20150076253A; US20150343717A1

Abstract

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

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils umfassend wenigstens die Verfahrensschritte nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen (Faserverbundbauteilen) und insbesondere von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbauteilen (CFK-Bauteile) ist unter anderem das Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) bekannt. Die Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels dieses Verfahrens erfolgt im industriellen Einsatz in nachfolgend ablaufenden Einzelprozessen.
In einem ersten Prozessschritt, dem so genannten Vorform- oder Preform-Prozess, werden die Faser-Halbzeuge, die in der Regel als mehrschichtiges Gewebe oder Gelege zugeschnittener Faser-Matten etc. vorliegen, umgeformt, so dass sie bereits annähernd die Geometrie des zu fertigenden Verbundbauteils besitzen. Die einzelnen Faser-Matten der Faser-Halbzeuge weisen neben den Faser-Matten selbst in der Regel auch einen Binder auf, der klebstoffartige Eigenschaften besitzt. Der Binder bewirkt eine Vorverfestigung der einzelnen Faser-Matten untereinander und damit der vorgeformten Faser-Vorform (des Preformlings), damit diese formstabil den nachfolgenden Prozessen zugeführt werden kann. Die Faser-Vorform kann auch nur Preform genannt werden.
Für den Vorform-Prozess werden in der Regel also vorkonfektionierte Faser-Matten gemäß einem vordefinierten Faserlagenaufbau schichtweise zu einem Faser-Halbzeug übereinander gelegt. Dieses aus Faser-Matten gebildete Faser-Halbzeug wird daraufhin bei Raumtemperatur, oder auf eine Umformtemperatur aufgeheizt, in ein Vorform- oder Preform-Werkzeug überführt. Die Umformung des Faser-Halbzeuges in eine Faser-Vorform erfolgt durch das Schließen des Werkzeugs. Abschließend kann der Randbereich der so erzeugten Faser-Preform noch beschnitten werden (im Folgenden auch als Besäumung oder Netshaping bezeichnet), beispielsweise durch Stanzen oder Ultraschallschneiden, so dass die Faser-Preform definierte Konturkanten aufweist. Die Faser-Pre- bzw. Vorform wird abschließend entformt und ggfs. zur Durchführung der folgenden Prozess- und Verfahrensschritte zwischengelagert.
Während der Zwischenlagerung kann bereits eine erste Qualitätskontrolle stattfinden. Mittels optischer Prüfung kann hierbei insbesondere der Ausformgrat der Faser-Vorform (des Preformlings) sowie eventuelle Faserverzüge, Faserwellungen, Falten oder ähnliche oberflächige Fehlstellen erkannt werden.
In einem nachfolgenden zweiten Prozessschritt, dem RTM-Prozess, wird die Faser-Vorform in eine gereinigte und vorzugsweise eingetrennte, d.h. mit einem Antihaftmittel beschichtete Kavität eines RTM-Werkzeugs eingelegt. Das in der Regel zweiteilige Formwerkzeug wird daraufhin mittels einer Presse geschlossen und ein zweikomponentiges Harzsystem in die Kavität des Formwerkzeugs injiziert, wobei es als Matrixwerkstoff die Faserstruktur der Faser-Vorform durchdringt und die Fasern einschließt. Nach dem Aushärten des Harzsystems kann die so erhaltene Hauptform des faserverstärkten Kunststoffbauteils entformt und ggf. erneut qualitätsgeprüft werden. Um bei der Injektion des Harzes, zur Infiltrierung der Faser-Vorform, das Werkzeug dicht geschlossen zu halten, befindet sich zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil gewöhnlich eine Elastomerdichtung. In der Regel werden hierfür handelsübliche Rundschnurdichtungen eingesetzt. Die Faser-Vorform muss hierbei in ihrer Außenkontur ebenfalls sehr präzise sein. Dies wird wie bereits beschrieben zumeist durch eine Besäumung der Vorform vor dem RTM-Prozess erreicht. Hierbei ist es jedoch weiterhin unumgänglich, dass ein Spalt zwischen dem Preformling und der Dichtung entsteht. Dieser Spalt führt zu der negativen Eigenschaft, dass eine Art „Kanal“, meist im Randbereich, entsteht, durch den das Harz unkontrolliert einströmt und die Fließfront innerhalb der Faser-Vorform kurzschließt. Hierdurch kann es zu unerwünschten Lufteinschlüssen und Fehlimprägnierungen kommen. Zudem muss der „Kanal“ ebenfalls mit Harz gefüllt werden, was zu einem erhöhten Harzverbrauch und damit insbesondere zu Wettbewerbsnachteilen bei Großserien führt.
Zur Realisierung eines vollautomatischen Großserienprozesses im RTM-Verfahren ist die Tatsache, dass die zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil angeordnete Dichtung mit Harz in Berührung kommt und nach dem Zyklus entweder zeitraubend gereinigt oder gar zyklisch getauscht werden muss, eine der großen handhabungstechnischen Herausforderungen.
Zur Verbesserung dessen wird in der DE 10 2007 046 734 A1 vorgeschlagen, im geöffneten RTM-Formwerkzeug eine nicht gasdichte Dichtung auf den Randbereich des im Werkzeug eingelegten Faserhalbzeug aufzubringen. Diese Dichtung kann als schnell härtender, flexibler Klebstoff oder als gasdurchlässige Verbrauchsdichtschnur ausgeführt sein. Wird das RTM-Formwerkzeug geschlossen, wird hierbei der Klebstoff oder die Verbrauchsdichtschnur komprimiert und teilweise in das Faserhalbzeug gedrückt, jedoch nur soweit, dass weiterhin ein Druckausgleich zwischen dem Rand- und dem Zentralbereich der Kavität des Formwerkzeuges möglich ist, indem die Luft die Faserzwischenräume der unteren Schichten des Faserhalbzeuges durchdringen kann, wenn die in der Kavität des Formwerkzeugs vorhandene Luft weitestgehend evakuiert wird.
Auf der Suche nach geeigneten Dichtungsmethoden wurde auch der Ansatz der Quetschkantendichtung eingeführt. Hierbei wird die Faser-Vorform an ihrer umlaufenden Außenkante über eine Quetschkante in den Formwerkzeugen des RTM-Formwerkzeugs überverdichtet. Wie bei der aus der DE 10 2007 046 734 A1 bekannten, lediglich teilweise in das Fasermaterial gedrückten nicht gasdichten Dichtung erfährt das Harz an dieser Quetschstelle einen höheren Fließwiderstand und strömt bei geringen Injektionsdrücken von 5 oder 10 bar nicht außerhalb der Quetschkante.
Die bekannten Dichtungsarten funktionieren allerdings nicht prozesssicher und sind aus der Erfahrung heraus zudem nur bei Injektionsdrücken von bis zu 10 oder max. 20 bar einsetzbar. Bei darüber hinaus liegenden Drücken kann weder mittels einer Quetschkante noch mittels der aus der DE 10 2007 046 734 A1 bekannten nicht gasdichten Dichtung die Dichtheit zuverlässig aufrechterhalten werden. So überdrückt eine Quetschkante ein aus gestapelten Faser-Matten gebildeten Gewebestapel eines Faser-Halbzeuges nicht nur, sondern bildet darin auch gleichzeitig einen Keil aus, welcher bei höheren Drücken nicht mehr dicht ist. Ebenso sind bei der aus DE 10 2007 046 734 A1 bekannten nicht gasdichten Dichtung die für den Luftdurchtritt belassenen Faserzwischenräume der unteren Schichten des Faser-Halbzeuges Kanal bildend für ein unter hohem Druck injiziertes oder überverdichtetes Harz.
Hohe Kavitätsdrücke von beispielsweise 35 bis zu 100 bar oder mehr sind aber heutigen sogenannten Hochdruck-RTM-Verfahren (engl. HP-RTM, HP = high pressure) eigen, welche sich auf die Herstellung von insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen wie Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen mittels einer schnellstmöglichen Harzinjektion bei vollständiger Imprägnierung der textilen Faserverstärkungsstrukturen durch die Verwendung hochreaktiver Harzsysteme konzentrieren. Hieraus ergibt sich eine drastische Reduzierung der bisher üblichen Zykluszeiten. Zur homogenen Vermischung von hochreaktiven Harz- und Härterkomponenten wird eine Hochdruck-RTM-Anlage eingesetzt. Man unterscheidet dabei zwischen Hochdruck-Compression RTM-Verfahren (HP-CRTM) und Hochdruck-Injektion RTM-Verfahren (HP-IRTM).
Im HP-CRTM Prozess wird das Harz in eine definiert (gering) geöffnete, eine Faser-Vorform beinhaltende, Werkzeugform injiziert. Nach dem Injektionsvorgang wird die Werkzeugform geschlossen und die Faser-Vorform auf Grund des aus den Schließkräften der Hydraulikpresse resultierenden hohen Werkzeuginnendrucks von bis zu 100 bar sowohl kompaktiert (überverdichtet) als auch gleichzeitig imprägniert.
Im HP-IRTM Verfahren wird die Faser-Vorform, welche sich bereits in einer komplett geschlossenen Werkzeugform befindet, durch einen signifikant hohen Harzinjektionsdruck von beispielsweise 35 bar imprägniert. Der hohe Injektionsdruck führt zu einer zeitlichen Verkürzung der Imprägnierungsphase.
Beide HP-RTM Verfahren haben zum Vorteil:

• Kurze Injektions- und Imprägnierungszeiten im HP-CRTM und HP-IRTM Verfahren;
• Kurze Taktzeiten durch die Verwendung von hochreaktiven Harzsystemen;
• Ökonomisch und ökologisch effizienter Verarbeitungsprozess, da mit vergleichsweise sehr geringen Harzüberschüssen gearbeitet wird;
• Schaffung eines optimierten Harz-Faser-Verhältnisses im Kunststoffformteil, insbesondere für den Leichtbau.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Dichtmethode bereitzustellen, welche insbesondere Beschmutzungen der zwischen den Werkzeugteilen angeordneten Dichtung mit Harz zuverlässig vermeidet und dabei die Vorteile der RTM-Verfahren und insbesondere der Hochdruck-RTM-Verfahren (HP-RTM) nutzend gleichermaßen wirtschaftlich wie tauglich für automatisierte Großserienprozesse ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils zeichnet sich gegenüber den bekannten Verfahren durch ein in Bezug auf die Verfahrensschritte 1.2 und/oder 1.3 vorgeschaltetes, zeitgleiches und/oder nachgeschaltetes Auftragen und/oder Einbringen eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Materials auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten und/oder dem Faser-Halbzeug aus, wobei der Auftrag und/oder das Einbringen von Dichtmittelmaterial dergestalt erfolgt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich der Faser-Vorform alle dortigen Faserporen und -zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial geschlossen sind.
Die Ausbildung einer Faser-Vorform mit einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, durch das Dichtmittelmaterial geschlossenen Randbereich hat zum Vorteil, dass auch bei hohen Injektionsdrücken von beispielsweise 35 und/oder hohen Werkzeugdrücken von beispielsweise 100 oder mehr bar, wie diese Drücke insbesondere HP-RTM-Prozessen eigen sind, keinerlei Harz die mit Dichtmittelmaterial geschlossenen Faserporen und Faserzwischenräume den vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform passieren kann.
Damit kann vorteilhaft erstmals auch für HP-RTM-Verfahren sichergestellt werden, dass keinerlei Harz die im RTM-Werkzeug zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil angeordnete Dichtungen erreicht, so dass diese nicht mehr harzbedingt verschmutzen und zeitraubend gereinigt oder aus diesem Grund zyklisch getauscht werden müssen.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1.1 vorgesehenen Zuschnitts (Konfektionierung) der Faser-Matten zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Gemäß einer alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.2 vorgesehenen Stapelns von Faser-Matten zu einem Faser-Halbzeug zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Wiederum alternativ oder kumulativ kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Dichtmittelmaterial vor der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug aufgetragen und/oder eingebracht werden.
In einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Dichtmittelmaterial nach der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Schließlich kann in einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dem Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials eine Besäumung des Randbereichs der Faser-Matten, des Faser-Halbzeuges und/oder der Faser-Vorform vor- oder nachgeschaltet sein.
Als Dichtmittelmaterial haben sich insbesondere eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan bewährt und/oder solche Materialien mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und -zwischenräume der Faser-Matte, des Faser-Halbzeuges und/oder der Faser-Vorform.
Die Fixierung der einzelnen Faser-Matten kann klassisch mittels Bebinderungsmitteln erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann bevorzugt sein, eine alleinige Fixierung der Faser-Matten durch ein auf jede Faser-Matte und/oder zumindest benachbarte Faser-Matten auf- und/oder eingebrachte Dichtmittelmaterial zu erzielen, welches die zum Faser-Halbzeug geschichteten Faser-Matten so zusammenhält, dass mitunter der klassische Bebinderungsschritt der Faser-Matten entfallen kann.
Nicht nur diesbezüglich haben sich insbesondere Dichtmittelmaterialien mit nach Applizierung, natürlichen oder künstlich geförderten, schnell aushärtenden Eigenschaften bewährt, welche vorteilhaft die Weiterverarbeitung in nachfolgenden Verfahrens- und/oder Prozessschritten wie insbesondere vor oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Vorform-Prozesses und/oder dem gemäß Verfahrensschrift 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses erleichtern.
Schließlich kann eine Endform des Kunststoffbauteils durch Besäumung der Hauptform des Kunststoffbauteiles unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials erhalten werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, insbesondere eines Verfahrens wie zuvor beschrieben. Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich aus durch Auftrag- und/oder Einbringmittel zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1.2 und/oder 1.3 vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Materials auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten und/oder dem Faser-Halbzeug dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial geschlossen sind.
In einer ersten Ausgestaltung der Anlage hat sich ein beispielsweise als Flachkopfdüse ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel bewährt, die in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte oder einem Faser-Halbzeug so geführt ist, dass das zur Verwendung als Dichtmittel geeignete Material mittels der Flachkopfdüse aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem diese bevorzugt mit Druck das Dichtmittelmaterial in die Faserporen und Faserzwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten pumpt.
Soweit das Dichtmittelmaterial anfänglich lediglich auf einer Faser-Matte aufgebracht und/oder nur teilweise in die Faserporen und Faserzwischenräume der Faser-Matte eingebracht wird, hat sich bewährt in wenigstens einem Vorform-Werkzeugteil des Vorform-Werkzeugs zur Herstellung der Faser-Vorform und/oder in wenigstens einem Werkzeugteil des Formwerkzeugs zur Herstellung der Hauptform auf der in den Werkzeugteilen zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser-Matten aufgetragenen Dichtmittelmaterials eine Quetschkante auszubilden, mittels welcher das Dichtmittelmaterial beim Schließen der Formwerkzeuge in alle dortigen Faserporen und -zwischenräume einer jeden Faser-Matte einbringbar und/oder nach bereits erfolgter Einbringung überverdichtbar ist.
Zur Reduzierung der Zykluszeiten und/oder zur Steigerung der Prozesssicherheit z.B. durch zuverlässiges Randverpressen kann das natürliche Aushärten des Dichtmittelmaterials künstlich mittels Wärmeeinwirkung unterstützt werden. Vorzugsweise können dazu im Vorform-Werkzeug zur Herstellung der Faser-Vorform Mittel zur Förderung eines Aushärtens des Dichtmittelmaterials mittels Wärmeeinwirkung wie beispielsweise Heißpressen vorgesehen sein.
Das Herstellen der Faser-Vorform des Kunststoffbauteiles und das Herstellen der Hauptform des Kunststoffbauteiles können in ein und demselben Formwerkzeug erfolgen. Dem damit verbundenen Nachteil langer Prozesszyklen steht die frühzeitige Erkennung von Prozessfehlern als Vorteil gegenüber.
Soweit bevorzugt die einzelnen Prozess- bzw. Verfahrensschritte ganz oder teilweise einer gesonderten Qualitätsprüfung unterzogen werden, hat sich auch bewährt, das Herstellen der Faser-Vorform des Kunststoffbauteiles in einem Vorform-Werkzeug und das Herstellen der Hauptform des Kunststoffbauteiles in der Kavität eines zumindest zweiteiligen Haupt- bzw. Formwerkzeuges auszuführen.
Die vorliegende Erfindung stellt erstmals ein zuverlässiges Schließen aller Faserporen und -zwischenräume in einem umlaufenden Randbereich einer Faser-Matte, eines Faser-Halbzeuges und/oder einer Faser-Vorform sicher. Sie eignet sich daher insbesondere für sogenannte Hochdruck-RTM-Verfahren (HP-RTM).
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele – auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist – näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
1 die typischen Stationen a) bis h) einer Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils;
2 ein als Flachkopfdüse ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel;
3 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial auf zumindest jeder zweiten Faser-Matte eines Faser-Halbzeuges mit Überschuss;
4 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial in eine jede Faser-Matte eines Faser-Halbzeuges mit einer weiteren Darstellung der Verschiebung der Faser-Matten zueinander im Zuge einer Umformung zu einem Faser-Vorformling;
5 den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial in zumindest zwei Lagen der Faser-Matten einer durch Umformung eines Faser-Halbzeuges erhaltenen Faser-Vorform;
6 das Anhaften von Dichtmittelmaterial am Randabschnitt einer Faser-Vorform; mit einer Darstellung des Abdichtverhaltens beim RTM-Prozess;
7 eine erste Applikation des Auftrags bzw. der Einbringung von Dichtmittelmaterial auf der Schnittkante einer bereits besäumten Faser-Vorform;
8 eine zweite Applikation des Auftrags bzw. der Einbringung von Dichtmittelmaterial auf der Schnittkante einer bereits besäumten Faser-Vorform; und
9 die typischen Prozessschritte a) bis d) in einer RTM-Anlage, insbesondere zur Durchführung eines HP-CRTM-Verfahrens, zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils.
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. Zur einleitenden Erläuterung werden verschiedene Bezugszeichen und Bauteile zum besseren Verständnis vorab erläutert, wie diese von der Erfindung verstanden werden.
Eine Faser-Vorform 3 wird im Zuge der Herstellung aus einem Faser-Halbzeug 4 gebildet, das wiederum aus zumindest zwei Faser-Matten 5 oder aus vergleichbaren Fasergeweben besteht und somit auch als Fasermattenstapel bezeichnet werden kann. Die Faser-Vorform 3 weist dabei einen Randbereich 3a auf, der auch zugeschnitten werden oder sein kann und somit eine Außenkontur respektive Außenkante als Schnittkante 3b der Faser-Vorform 3 bildet. Auch das Faser-Halbzeug 4 weist einen Randbereich 4a auf. Die Hauptform 2 des fertigen Kunststoffbauteils 1 unterscheidet sich im Wesentlichen in noch notwendigen Transfer- oder Bearbeitungsschritten, die hier nicht näher erläutert sein müssen.
1 zeigt schematisch typische Stationen a) bis h) einer Anlage 10 zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1, mindestens umfassend die Verfahrensschritte: Zuschneiden einzelner Faser-Matten 5 (Verfahrensschritt 1.1) in einer Zuschnittstation (vgl. 1a); Stapeln – mit oder ohne Bebinderung – (vgl. 1c) mehrerer Faser-Matten 5 zu einem Faser-Halbzeug 4 außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile 31, 32 umfassenden Vorform-Werkzeuges 30 (Verfahrensschritt 1.2) einer Vorform-Anlage (vgl. 1d) oder – insb. wenn Vorform- und Haupt-Form-Werkzeuge integral ausgebildet sind (nicht dargestellt) – innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile 21, 22 umfassenden Formwerkzeuges 20 einer RTM-Anlage; Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser-Vorform 3 (vgl. 1d/e) des Kunststoffbauteils 1 (Verfahrensschritt 1.3) in dem Vorform-Werkzeug 30 einer Vorform-Anlage (vgl. 1d) oder des Formwerkzeugs 20 sowie Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform 2 des Kunststoffbauteiles 1 (Verfahrensschritt 1.4) in dem Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage (vgl. 1f).
Die erfindungsgemäße Anlage 10 zeichnet sich aus durch Auftrag- und/oder Einbringmittel 11 (vgl. 1b) zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1.2 und/oder 1.3 vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials 6 auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 und/oder dem Faser-Halbzeug 4 dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind.
2 zeigt ein beispielsweise als Flachkopfdüse 12 ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel 11. Erkennbar kann die Flachkopfdüse 12 in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte 5 oder – insb. bei Ausbildung der Auftrag- und/oder Einbringmittel 11 in einem der Werkzeuge 31, 32 oder 21, 22 (nicht dargestellt) – einem Faser-Halbzeug 4 so geführt werden, dass das zur Verwendung als Dichtmittel geeignete Dichtmittelmaterial 6 mittels der Flachkopfdüse 12 aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem insb. im letztgenannten Fall diese bevorzugt mit Druck das Dichtmittelmaterial 6 in die Faserporen und Faserzwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten 5 drückt respektive pumpt.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1.1 vorgesehenen Zuschnitts (Konfektionierung) der Faser-Matten 5 zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Gemäß einer alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.2 vorgesehenen Stapelns von Faser-Matten 5 zu einem Faser-Halbzeug 4 zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Wiederum alternativ oder kumulativ kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Dichtmittelmaterial 6 vor der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug 4 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
In einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Dichtmittelmaterial 6 nach der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform 3 aufgetragen und/oder eingebracht werden.
Schließlich kann in einer weiteren alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dem Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials eine Besäumung des Randbereichs 3a der Faser-Matten 5, des Faser-Halbzeuges 4 und/oder der Faser-Vorform 3 vor- oder nachgeschaltet sein.
Wird der Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 zuerst besäumt, kann der besäumte Rand 3a der Faser-Vorform 3 selbst vorteilhaft mittels eines Dichtmittelmaterials 6 wirksam abgedichtet werden – so dass ein vorheriges Auftragen und/oder Einbringen von Dichtmittelmaterial 6 entfallen kann.
Wurde im Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 zuvor Dichtmittelmaterial 6 aufgetragen und/oder eingebracht, erleichtert dieses nach hinreichender Aushärtung vorteilhaft die Besäumung des Randbereichs 3a und/oder wirkt dieses einer Zerfaserung des Randbereichs 3a während der Besäumung vorteilhaft entgegen. Auch dient das Dichtmittelmaterial 6 im Zuge des weiteren Handlings respektive Transfers der Faser-Vorform 3 als Kanten- und/oder Verzugsschutz.
Je nach Wertigkeit des angestrebten Kunststoffbauteils 1 und eingesetztem, insbesondere HP-, RTM-Verfahren kann auch sowohl der Auftrag- und/oder die Einbringung in einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten 5 und/oder dem Faser-Halbzeug 4 und/oder der Faser-Vorform 3 und/oder dessen besäumten Randbereich 3a zielführend sein. Das jeweils aufgetragene und/oder eingebrachte Dichtmittelmaterial 6 wird vorzugsweise jeweils umlaufend aufgetragen. Es sind aber auch zumindest teilweise umlaufende, also abschnittsweise, Auftragungen und/oder Einbringungen an Dichtmittelmaterialien 6 denkbar. Bevorzugt sollten diese zusammen einen vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 ergeben. Dies ist aber natürlich abhängig von einer Vielzahl an Einflüssen, wie beispielsweise der Werkzeug-Geometrie und/oder der Geometrie des zu fertigenden Kunststoffformteiles 1.
Besonders bevorzugt ist somit, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind, gleich, ob das Dichtmittelmaterial 6 bereits ebenfalls vollständig oder teilweise umlaufend aufgetragen oder eingebracht ist.
Ein teilweise umlaufender Auf- und/oder Eintrag, gleich ob in von Faser-Matte 5 zu Faser-Matte 5 unterschiedlichen Abschnitten oder umlaufenden Randabständen, hat die Einberechenbarkeit von mitunter signifikant unterschiedlichen Drapierwegen einzelner Matten des Faser-Halbzeuges 4 während der Umformung zur Faser-Vorform 3 zum Vorteil. Gleichwohl sei noch einmal hervorgehoben, dass bevorzugt bei teilweise umlaufenden Auftrag oder Einbringung des Dichtmittelmaterials 6 hinreichend vielen Abschnitte und/oder unterschiedliche Randabstände so zu bemessen sind, dass möglichst alle Faserporen und Faserzwischenräume eines vollständig umlaufenden Randbereiches 3a einer Faser-Vorform 3 schlussendlich mit Dichtmittelmaterial 6 geschlossen, also abgedichtet, sind.
Als Dichtmittelmaterial 6 haben sich insbesondere eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan bewährt und/oder solche Materialien mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und -zwischenräume der Faser-Matte 5, des Faser-Halbzeuges 4 und/oder der Faser-Vorform 3.
Die Fixierung der einzelnen Faser-Matten 5 kann klassisch mittels Bebinderungsmitteln erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann bevorzugt sein, eine alleinige Fixierung der Faser-Matten 5 durch ein auf jede Faser-Matte 5 und/oder zumindest benachbarte Faser-Matten 5 auf- und/oder eingebrachte Dichtmittelmaterial 6 zu erzielen, welches die zum Faser-Halbzeug 4 geschichteten Faser-Matten 5 so zusammenhält, dass mitunter der klassische Bebinderungsschritt der Faser-Matten 5 entfallen kann oder auch vorab bebinderte Faser-Matten 5 unnötig sind.
Nicht nur diesbezüglich haben sich insbesondere Dichtmittelmaterialien 6 mit nach Applizierung, natürlichen oder künstlich geförderten, schnell aushärtenden Eigenschaften bewährt, zwecks erleichterter Weiterverarbeitung in nachfolgenden Verfahrens- und/oder Prozessschritten wie insbesondere vor oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Vorform-Prozesses und/oder dem gemäß Verfahrensschrift 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses.
Die 3 und 4 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf einzelne Faser-Matten 5 vor, während oder nach deren Zuschnitt oder bei deren Stapelung zu einem Faser-Halbzeug 4.
3 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf zumindest einer jeder zweiten Faser-Matte 5 eines Faser-Halbzeuges 4 mit Überschuss. Der Überschuss an Dichtmittelmaterial 6 auf den gedichteten Matten 5 übernimmt die Abdichtung der unbehandelten Faser-Matten 5 im verdichteten Zustand. Die Verdichtung kann beispielsweise durch eine Randverpressung insbesondere mittels einer in dem Vorform-Werkzeug 30 zur Herstellung der Faser-Vorform 3 vorgesehenen Mittels 33 zur Förderung eines Aushärtens des Dichtmittelmaterials 6 mittels Wärmeeinwirkung wie Heißpresswülste (vgl. 1d) und/oder im Formwerkzeug 20 zur Herstellung der Hauptform 2 (vgl. 9) auf der in den Werkzeugteilen 21, 22; 31, 32 zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser-Matten 5 aufgetragenen Dichtmittelmaterials 6 ausgebildeten Quetschkante 40 gefördert oder durchgeführt werden.
4 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 in eine jede Faser-Matte 5 eines Faser-Halbzeuges 4. Wie in 4a an einem Faser-Halbzeug 4 vor dessen Umformung gezeigt, kann der Auftrag bzw. die Einbringung des Dichtmittelmaterials 6 von Faser-Matte 5 zu Faser-Matte 5 ggf. versetzt erfolgen, damit nach der Umformung trotz dabei womöglich einhergehender Lagenverschiebung der Faser-Matten 5 untereinander eine durch alle Faser-Matten 5 durchgängige Abdichtung sichergestellt ist, was in 4b nach Umformung des Faser-Halbzeuges 4 aus 4a für den Randbereich 3a einer Faser-Vorform 3 gezeigt ist. Überstehende Fasern der Faser-Matten 5 lassen sich im Rahmen einer Besäumung (Netshaping) einfach abtrennen.
5 und 6 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf eine Faser-Vorform 3 vor oder nach einer Besäumung des Randbereichs 3a der Faser-Vorform 3.
5 zeigt den Auftrag bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 in mindestens zwei Lagen der Faser-Matten 5 einer durch Umformung eines Faser-Halbzeuges 4 erhaltenen Faser-Vorform 3 – insbesondere der obersten und untersten Lage. Wie dargestellt wird das Dichtmittelmaterial 6 über die oberste und unterste Lage bis zur vollständigen Abdichtung aller zwischen den Einbringpunkten liegenden Faserporen und Faserzwischenräume der Faser-Vorform 3 eingebracht.
6 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 an einem, vorzugsweise bereits besäumten, Randabschnitt 3a einer Faser-Vorform 3. Dabei zeigt 6a ein als Dichtschnur ausgebildetes Dichtmittelmaterial 6 im unverquetschtem Zustand und 6b dessen Dichtwirkung durch Verquetschung mit dem Werkzeugoberteil 21 des Formwerkzeugs 20.
7 und 8 zeigen verschiedene Applikationen des Auftrags bzw. die Einbringung von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b einer bereits besäumten Faser-Vorform 3.
7 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b eines vertikal besäumten Randabschnitts 3a einer Faser-Vorform 3. Im Fall der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung eines u-förmigen Auftrages – vorzugsweise mit einer angepassten Flachdüse mit U-Profil – kann das Dichtmittelmaterial 6 vorteilhaft nicht nur von oben und unten, sondern auch über die Schnittkante 3b zur vollständigen Abdichtung in die Faser-Vorform 3 eindringen, womit vorteilhaft eine verringerte Einbringzeit gegenüber lediglich von oben und von unten eingebrachtem Dichtmittelmaterials 6 einhergeht.
8 zeigt das Anhaften von Dichtmittelmaterial 6 auf der Schnittkante 3b eines keilförmig besäumten, sich beispielsweise nach oben verjüngenden, Randabschnitts 3a einer Faser-Vorform 3. Neben der verringerten Einbringzeit hat diese Ausgestaltung zusätzlich eine Porenfreiheit über die gesamte Dicke der Vorform 3 zum Vorteil und zeigt auch verbesserte Dichtungseigenschaften.
Schließlich ist beiden in 7 und 8 gezeigten Ausgestaltungen gemein der Vorteil einer Fixierung der Schnittkante 3b über alle Lagen der Faser-Vorform 3, womit als zusätzlicher Vorteil eine erleichterte Handhabung der Faser-Vorform 3, insbesondere beim Transport und Einlegen in das Formwerkzeug 20 verbunden ist.
Selbstverständlich können die in 3 bis 8 gezeigten Ausgestaltungen an Faser-Matten 5, Faser-Halbzeugen 4 und/oder Faser-Vorformen 3 auch ganz oder teilweise in Kombination Anwendung finden (nicht dargestellt).
9 schließlich zeigt beispielhaft die typischen Prozessschritte a) bis d) in einer RTM-Anlage zur Durchführung eines HP-RTM-Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1.
9a zeigt das mindestens zwei Werkzeugteile 21, 22 umfassende Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage in einer geöffneten Stellung. Dabei sind das obere Werkzeugteil (Patrize) 21 und das untere Werkzeugteil (Matrize) 22 dergestalt zueinander korrespondierend ausgebildet, dass diese in einer finalen Schließstellung eine der Hauptform 2 des Kunststoffbauteils 1 entsprechende Kavität ausbilden, in welche später ein Harzsystem injiziert wird. Um bei der Injektion des Harzes über eine Injektionsanlage 24, zur Infiltrierung der Faser-Vorform 3, das Formwerkzeug 20 dicht gegenüber den umgebenden Luftdruck geschlossen zu halten, befindet sich zwischen Werkzeugoberteil 21 und Werkzeugunterteil 22 wenigstens eine, insbesondere Elastomere enthaltende, Hauptdichtung 23. Ja nach Aufbau der Werkzeugteile 21 und 22 können aber auch – wie in 9a gezeigt – gegebenenfalls zwei oder mehr sogenannte Dichtungen 23a und 23b vorgesehen sein, welche ein Werkzeugteil 21 mit dem anderen Werkzeugteil 22 gegenüber den diese umgebenden Luftdruck vollständig, beispielsweise umlaufend, abdichten. Für die vor der Infiltrierung erforderliche Evakuierung der Kavität ist in wenigstens einem Werkzeugteil 21, 22 wenigstens eine Öffnung 25 zu einem Vakuumanschluss ausgebildet – in 9a im Werkzeugunterteil 22 dargestellt.
9b zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage aus 9a mit einer darin eingelegten vorgeformten – im Ausführungsbeispiel jedoch vereinfacht im Wesentlichen eben gezeichneten – Faser-Vorform 3 mit in deren Randbereich 3a integriertem Dichtmittelmaterial 6, bei welcher also in einem vollständig umlaufenden Randbereich 3a der Faser-Vorform 3 alle dortigen Faserporen und Faserzwischenräume durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossen sind. Erkennbar ist, wie bereits in einer ersten Schließstellung die erst teilweise geschlossenen Werkzeugteilen 21 und 22 über die untere umlaufende Dichtung 23a zueinander luftdicht verschließbar sind und die dadurch gebildete Kavität über die Öffnung 25 zu einem Vakuumanschluss evakuierbar ist.
9c zeigt das zweiteilige Werkzeug 20 einer RTM-Anlage aus 9b in einer zweiten, weiter geschlossenen Schließstellung, in der die Öffnung 25 zu dem Vakuumanschluss nunmehr durch die erste (untere) Dichtung 23a gegenüber der durch die Werkzeugteile 21, 22 gebildeten Kavität und die Werkzeugteile 21 und 22 zusätzlich durch eine zweite (obere) Dichtung 23b abgedichtet sind, so dass über die Öffnung 25 Vakuum auch dann noch im Formwerkzeug 20 gehalten werden kann, wenn die Werkzeugteile 21, 22 bereits in die zweite Schließstellung für ein Einbringen des Harzsystems in die evakuierte Kavität verfahren wurden. Damit ist die Gefahr unerwünschter Lufteinschlüsse im Kunststoffbauteil 1 stets vermieden, vorteilhaft auch dann, wenn in der RTM-Anlage insbesondere ein HP-CRTM Prozess durchgeführt wird, also in der zweiten Schließstellung die Werkzeugteile 21 und 22 erst auf ein definiertes Spaltmaß geschlossenen werden, um Harz ohne nennenswerte Fließwiderstände oberhalb oder – wie dargestellt – unterhalb der äußeren Lage der Faser-Vorform 3 zu injizieren und mit anschließendem Schließen der Werkzeugteile 21, 22 in eine finale Schließstellung überzuverdichten.
9d zeigt das zweiteilige Formwerkzeug 20 einer RTM-Anlage aus 9c in einer dritten, finalen Schließstellung, in welcher die von den Werkzeugteilen 21 und 22 belassene Kavität nunmehr der gewünschten Bauteildicke des zu fertigenden Kunststoffbauteils 1 entspricht, so dass das zuvor injizierte Harz in die Poren und Zwischenräume der Faser-Vorform 3 eingepresst werden, ohne dabei die mittels des Dichtmittelmaterials 6 zuvor in der Faser-Vorform 3 ausgebildete integrierte Dichtung zu passieren.
Schließlich kann eine Endform des Kunststoffbauteils 1 (vgl. 1h) durch einfache Besäumung der Hauptform 2 (vgl. 1g) des Kunststoffbauteiles 1 unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials 6 erhalten werden.
Je nach angestrebter Spezifikation des Kunststoffbauteiles kann dieses Matten aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern, Nylonfasern oder vergleichbare Fasern und/oder aus Mischungen davon und/oder auch sog. Wirrfasermatten (Recyclingfasermatten) enthalten.
Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Faser-Vorform 3 mit integrierter Dichtung, d.h. mit einem vollständig umlaufenden, durch das Dichtmittelmaterial 6 geschlossenen Randbereich 3a hat zum Vorteil, dass auch bei hohen Injektionsdrücken von beispielsweise 35 und/oder hohen Werkzeugdrücken von beispielsweise 100 oder mehr bar, wie diese Drücke insbesondere HP-RTM-Prozessen eigen sind, keinerlei Harz die mit Dichtmittelmaterial 6 geschlossenen Faserporen und Faserzwischenräume den vollständig umlaufenden Randbereich der Faser-Vorform 3 passieren kann.
Damit kann vorteilhaft erstmals auch für HP-RTM-Verfahren sichergestellt werden, dass keinerlei Harz die im RTM-Werkzeug zwischen den Werkzeugteilen 21, 22 eines Formwerkzeuges 20 angeordneten Hauptdichtungen 23; Dichtungen 23a, 23b erreicht, so dass diese nicht mehr harzbedingt verschmutzen und zeitraubend gereinigt oder zyklisch getauscht werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffbauteil
2: Hauptform von 1
3: Faser-Vorform
3a: Randbereich von 3
3b: Schnittkante von 3
4: Faser-Halbzeug
4a: Randbereich von 4
5: Faser-Matten
6: Dichtmittelmaterial
10: Anlage
11: Auftrags- und/oder Einbringmittel
12: Flachkopfdüse
20: Formwerkzeug
21: Werkzeugteil von 20
22: Werkzeugteil von 20
23: Hauptdichtung
23a: Dichtung
23b: Dichtung
24: Injektionsanlage
25: Öffnung
30: Vorform-Werkzeug
31: Werkzeugteil
32: Werkzeugteil
33: Mittel
40: Quetschkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007046734 A1 [0008, 0009, 0010, 0010]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1), mindestens umfassend die Verfahrensschritte: 1.1. Zuschneiden einzelner Faser-Matten (5); 1.2. Stapeln mehrerer Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4) außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile (31, 32; 21, 22) umfassenden Formwerkzeuges (30; 20); 1.3. Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser-Vorform (3) des Kunststoffbauteils (1); und 1.4. Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1); gekennzeichnet durch ein in Bezug auf die Verfahrensschritte 1.2 und/oder 1.3 vorgeschaltetes, zeitgleiches und/oder nachgeschaltetes Auftragen und/oder Einbringen eines zumindest teilweise umlaufenden, zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials (6) auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, insbesondere vollständig umlaufenden, Randbereich (3a) der Faser-Vorform (3) alle dortigen Faserporen und -zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial (6) geschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) während des oder nach dem gemäß Verfahrensschritt 1.1 vorgesehenen Zuschnitts der Faser-Matten (5) zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) vor dem oder während des gemäß Verfahrensschritt 1.2 vorgesehenen Stapelns von Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4) zumindest teilweise umlaufend auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) vor der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf das Faser-Halbzeug (4) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) nach der gemäß Verfahrensschritt 1.3 vorgesehenen Durchführung eines Vorform-Prozesses zumindest teilweise umlaufend auf die Faser-Vorform (3) aufgetragen und/oder eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem durch den Auftrag und/oder der Einbringung des Dichtmittelmaterials (6) eine Besäumung des Randbereichs (3a) der Faser-Matten (5), des Faser-Halbzeuges (4) und/oder der Faser-Vorform (3) vor- oder nachgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) eine Dichtschnur und/oder ein Kleber und/oder ein Elastomer wie beispielsweise Silikon oder Polyurethan und/oder ein solches Material ist mit im nicht ausgehärteten Zustand niedrigviskosen Eigenschaften zum Eindringen in die Faserporen und -zwischenräume der Faser-Matte (5), des Faser-Halbzeuges (4) und/oder der Faser-Vorform (3).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Fixieren der gemäß Verfahrensschritt 1.2 zu einem Faser-Halbzeug (4) gestapelten Faser-Matten (5) untereinander mittels Bebinderungsmitteln und/oder mittels des Dichtmittelmaterials (6) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dichtmittelmaterial (6) ein solches Material ist, dass nach Applizierung, natürliche oder künstlich geförderte, vorzugsweise schnell, aushärtende Eigenschaften aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Endform des Kunststoffbauteils (1) durch Besäumung der Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1) unter Abtrennung des Dichtmittelmaterials (6) erhältlich ist.
Anlage (10) zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, mindestens umfassend die Verfahrensschritte: 1.1. Zuschneiden einzelner Faser-Matten (5); 1.2. Stapeln mehrerer Faser-Matten (5) zu einem Faser-Halbzeug (4) außerhalb oder innerhalb eines mindestens zwei Werkzeugteile (31, 32; 21, 22) umfassenden Formwerkzeuges (30; 20); 1.3. Durchführung eines Vorform-Prozesses zur Herstellung einer Faser-Vorform (3) des Kunststoffbauteils (1); 1.4. Durchführung eines RTM-Prozesses zur Herstellung einer Hauptform (2) des Kunststoffbauteiles (1); gekennzeichnet durch Auftrag- und/oder Einbringmittel (11) zum Zwecke eines in Bezug auf die Verfahrensschritte 1.2 und/oder 1.3 vorgeschalteten, zeitgleichen und/oder nachgeschalteten Auftragens und/oder Einbringens eines zumindest teilweise umlaufenden zur Verwendung als Dichtmittel geeigneten Dichtmittelmaterials (6) auf einzelne, mehrere und/oder alle Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) dergestalt, dass spätestens vor der Durchführung des gemäß Verfahrensschritt 1.4 vorgesehenen RTM-Prozesses in einem, vorzugsweise vollständig umlaufenden, Randbereich (3a) der Faser-Vorform (3) alle dortigen Faserporen und -zwischenräume durch das Dichtmittelmaterial (6) geschlossen sind.
Anlage (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein als Flachkopfdüse (12) ausgebildetes Auftrag- und/oder Einbringmittel (11), die in definiertem Abstand zu einer Faser-Matte (5) oder einem Faser-Halbzeug (4) so geführt ist, dass das zur Verwendung als Dichtmittel geeignete Material (6) mittels der Flachkopfdüse (12) aufgetragen und/oder eingebracht wird, indem diese bevorzugt mit Druck das Dichtmittelmaterial (6) in die Faserporen und -zwischenräume einer oder mehrerer Faser-Matten (5) pumpt.
Anlage (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Vorform-Werkzeugteil (31, 32) des Vorform-Werkzeugs (30) zur Herstellung der Faser-Vorform (3) und/oder in wenigstens einem Werkzeugteil (21, 22) des Formwerkzeugs (20) zur Herstellung der Hauptform (2) auf der in den Werkzeugteilen (21, 22; 31, 32) zum Liegen kommenden Höhe des auf den Faser-Matten (5) und/oder dem Faser-Halbzeug (4) aufgetragenen und/oder eingebrachten Dichtmittelmaterials (6) eine Quetschkante (40) ausgebildet ist, mittels welcher das Dichtmittelmaterial (6) beim Schließen der Formwerkzeuge (31, 32; 21, 22) in alle dortigen Faserporen und -zwischenräume einer jeden Faser-Matte (5) einbringbar und/oder nach bereits erfolgter Einbringung überverdichtbar ist.
Anlage (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorform-Werkzeug (30) zur Herstellung der Faser-Vorform (3) Mittel (33) zur Förderung eines Aushärtens des Dichtmittelmaterials (6) mittels Wärmeeinwirkung wie beispielsweise Heißpressen vorgesehen sind.
Anlage (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Formwerkzeuge (30; 20), mit welchen die Verfahrensschritte 1.3 und 1.4 in ein und demselben oder in unterschiedlichen, einander nachgelagerten Werkzeugteilen (31, 32; 21, 22) durchführbar sind.