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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft eine geschichtete, einteilige Faserverstärkung für einen verstärkten Polymergegenstand und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen solch einer Faserverstärkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch, wie der Art nach im Wesentlichen beispielsweise aus den Druckschriften
DE 92 07 367 U1 ,
DE 30 03 081 A1 oder
DE 690 09 271 T2 bekannt.
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HINTERGUND DER ERFINDUNG
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Es besteht zunehmendes Interesse daran, gepresste Blechkomponenten in Fahrzeugen durch leichtgewichtige, verstärkte Hochleistungs-Verbundstoffkomponenten und -strukturen zu ersetzen, welche eine Polymermatrix mit einer geeigneten Verstärkung umfassen. Geeignete Polymere sind oft Duroplaste wie Epoxide, Vinylester oder Polyester oder Thermoplaste wie Polypropylen oder Polyamid, und geeignete Verstärkungen umfassen strukturelle Fasern wie Carbon-, Glas- oder Aramidfasern. Diese Fasern können regellos orientiert und entlang einer oder mehrerer bevorzugter Richtungen orientiert oder angeordnet sein.
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Einzelne Carbonfasern können einen Durchmesser im Bereich von etwa 5 bis 10 Mikrometer aufweisen, wobei Fasern mit einem Durchmesser von 7 Mikrometer besonders weit verbreitet sind. Einzelne Glasfasern können, zum Teil abhängig von der Glasqualität, im Bereich von etwa 7 bis 30 Mikrometer liegen. In vielen Anwendungen, besonders jenen, die ausgerichtete Fasern einsetzen, werden Ansammlungen von gemeinsam orientierten Fasern verwendet, welche verschiedentlich als Spinnbänder oder Roving bezeichnet werden. Solche Carbonfaseransammlungen können nur 1000 oder sogar 50 000 oder mehr Fasern umfassen, während Glasfaseransammlungen bis zu 200 000 oder mehr Fasern umfassen können.
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Für Gewebeanwendungen können ausgerichtete Fasern zur einfachen Anwendung zu einer von zwei Gewebestrukturen zusammengesetzt werden: ein gewebtes Tuch oder ein Faservlies, welches oft als ein multiaxiales oder nähwirkverfestigtes Gelege bzw. Gewebe bezeichnet wird. Ein gewebtes Gewebe verwendet Spinnbänder einer ersten Orientierung, welche alternativ, üblicherweise unter etwa 90° auf die erste Orientierung, über oder unter Faser-Spinnbändern einer zweiten Orientierung liegen. Die Webart kann eng, wobei benachbarte Spinnbänder etwa einen Millimeter oder weniger beabstandet sind, oder locker sein, wobei benachbarte Spinnbänder bis zu etwa zehn Millimeter beabstandet sind. In einer alternativen Struktur kann eine Anzahl von beabstandeten Faser-Rovings, die einzeln von ihren jeweiligen Spulen zugeführt werden, einfach längs voneinander in einer Lage gelegt und durch Vernähen, z. B. mithilfe eines Polyestergarnes, vorübergehend in Position festgemacht und gesperrt werden. Solch ein Vernähen erstreckt sich allgemein über die Länge und die Breite der Verstärkungslage und wird üblicherweise mit einem Nähbalken bewerkstelligt, der eine Vielzahl von Nadeln enthält und eine geeignete Bewegung aufweist, um sowohl einfache Kettenstiche als auch andere komplexere Stiche, z. B. Trikotstiche, zu ermöglichen. In vielen Fällen werden viele koextensive Lagen übereinandergelegt und die Rovings aller Lagen werden in einem einzigen Nähvorgang festgemacht. Oft werden die Lagen mit voneinander weg gedrehten Orientierungen benachbarter Lagen angeordnet, um die Eigenschaften in der Mehrlagen-Verstärkung in der Ebene weniger gerichtet oder stärker isotrop als in jeder Lage einzeln zu machen. Das Gewicht einer jeden Lage ist durch die Masse des Rovings und die Beabstandung zwischen benachbarten Roving-Bündeln bestimmt. Diese nichtgewebten Verstärkungen werden oft als nähwirkverfestigtes Gelege oder multiaxiale Gelege, oft mit NCF (vom engl. Non Crimp Fabrics) abgekürzt, bezeichnet.
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Ein verbreitetes Beispiel für ein Mehrlagen-NCF ist eine 4-Schicht-Gruppierung aus Fasern, die unter 0°, +45°, -45° bzw. 90° mit im Wesentlichen gleich viel Fasern in jeder Orientierung angeordnet sind. Auch ein 2-Schicht-NCF mit Fasern, die unter +45° und -45° angeordnet ist, findet verbreitet Anwendung. Selbstverständlich soll diese Beschreibung solch eines Mehrlagen-NCF beispielhaft und nicht einschränkend sein. Es wird einzusehen sein, dass in den Begriffen multiaxiales Gelege, nähwirkverfestigtes Gelege, NCF, NCF-Gelege oder Schicht mit ausgerichteter Faser, wie in dieser Patentbeschreibung verwendet, Variationen in der Anzahl von Lagen, in der Anzahl von Orientierungen, in der Winkelausrichtung der Fasern innerhalb jeder Lage und in der Faserdichte in jeder Orientierung umfasst sind.
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Solche Gewebeverstärkungen, gewebt oder nichtgewebt, können mit einem geeigneten Polymerharz imprägniert, in einer Form angeordnet, geformt und dann, typischerweise bei leicht erhöhten Temperaturen, z. B. 150 °C, ausgehärtet werden, um den gewünschten Polymerverbundstoff zu bilden. Es wird einzusehen sein, dass die oben angeführte Abfolge von Arbeitsschritten für unterschiedliche Formprozesse abgewandelt werden kann. Es können z. B. Vorformlinge mit bereits imprägniertem Harz in einer Form angeordnet werden oder das Harz kann mittels Harzinfusion, Harzinjektion oder strukturelles Harzspritzgießen zugesetzt werden, nachdem sich der Vorformling in der Form befindet. Es können auch thermoplastische oder duroplastische Bahnen oder Materialien mit vermischten Strängen einer thermoplastischen und verstärkenden Faser verwendet werden.
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Üblicherweise können mehr als eine Gewebeverstärkung erforderlich sein, um die gewünschten Eigenschaften in dem Verbundstoff zu entwickeln. Diese Verstärkungen können übereinander gestapelt werden, während vielleicht eine Schicht in Bezug auf eine andere gedreht oder versetzt wird, mit dem Ziel, eine bessere Isotropie oder ein Nichtvorhandensein von Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften, zumindest in der Ebene der Verstärkung, zu entwickeln.
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Es finden auch verstärkende Schichten, in denen die verstärkenden Fasern, z. B. durch gerichtetes Faservorformen oder einen programmierbaren motorbetriebenen Vorformprozess (P4™-Vorformen), regellos orientiert werden, oder eine oder mehrere Schichten einer Endlosfasermatte wie z. B. Owens Corning 8610 oder eine Faserschnittmatte Anwendung. Solche Verstärkungen können aufgrund dessen, dass die Fasern über alle möglichen Orientierungen orientiert sind, stärker isotrope Eigenschaften bieten als selbst eine Mehrschicht-NCF-Gelegeverstärkung .
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Eine geeignete Ausgestaltung einer faserbasierten Mehrschicht-Polymerverbundstoff-Verstärkung ist eine Schicht aus regellos orientierten Fasern, die zwischen zwei Schichten aus ausgerichteten Fasern eingebaut sind, welche als NCF (multiaxiale Gelege)-Schichten oder gewebte Schichten zusammengesetzt sein können. Solche Mehrschicht-Verstärkungen sind aber auch mehrteilig und erfordern, dass jede Verstärkungsschicht einzeln angeordnet und positioniert wird, was die Herstellung verkompliziert.
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Es besteht daher Bedarf an einer einteiligen Verstärkung, welche die Herstellung von faserverstärkten Polymerverbundstoff-Gegenständen erleichtert und zumindest das Leistungsziel von mehrteiligen Mehrschicht-Verstärkungen erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine geschichtete, einteilige Faserverstärkung, die zur Verwendung in einem verstärkten Polymerverbundstoff geeignet ist, ist aus einer Vielzahl von geschichteten, koextensiven einzelnen Verstärkungen in Seite-an-Seite-Kontakt gebildet. Die einzelnen Verstärkungen können zumindest eine orientierte Schicht aus einem verstärkenden gewebten oder Vliesstoff mit orientierten Fasern und eine Schicht aus regellos orientierten Fasern umfassen. Es wird eine Vernadelungs- oder eine ähnliche Technik verwendet, um einen vorbestimmten Abschnitt der Fasern einer Schicht zu ziehen oder zu schieben und diese in zumindest eine benachbarte Schicht einzusetzen, wo sie mit den Fasern der benachbarten Schicht in Eingriff gelangen können. Es wird bevorzugt, dass die Fasern in die Schichten im Wesentlichen gleichmäßig über im Wesentlichen die gesamte Ausdehnung der Schicht eingreifen. Die Reibungswechselwirkung und gegenseitige mechanische Beeinflussung zwischen den Fasern aus den verschiedenen Schichten werden zumindest benachbarte verstärkende Schichten aneinander halten, binden und verblocken und eine einteilige Verstärkung mit einer erhöhten Zwischenschicht-Festigkeit erbringen. In Verstärkungen mit mehr als zwei Schichten kann es bevorzugt sein, Fasern durch alle Schichten der Verstärkung hindurch zu fädeln, sodass alle Schichten verblockt werden. Somit wird eine einteilige Verstärkung aus einer Vielzahl von verstärkenden Schichten bewerkstelligt. Die einteilige Verstärkung vereinfacht die Herstellung von faserverstärkten Polymerverbundstoff-Gegenständen und sorgt für bessere Eigenschaften gegenüber der gleichen Anordnung aus nicht verblockten verstärkenden Schichten.
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In einer Ausführungsform umfasst eine 3-Schicht-Verstärkung z. B. zwei Schichten mit ausgerichteter Faser, die z. B. NCF-Schichten sein können, wobei eine Schicht mit regelloser Faser dazwischen positioniert ist. Die Schicht mit regelloser Faser kann Endlos- oder Schnittfasern umfassen. Eine vorbestimmte Anzahl von Fasern aus einer ersten Schicht mit ausgerichteter Faser wird durch die Schicht mit regelloser Faser hindurch gezogen oder geschoben und in oder durch die zweite Schicht mit ausgerichteter Faser hindurch eingesetzt, um alle der Schichten reibungstechnisch und mechanisch sicher aneinander zu binden. Optional können auch Fasern aus der zweiten Schicht mit ausgerichteter Faser durch die Schicht mit regelloser Faser hindurch zu der ersten Schicht mit ausgerichteter Faser gezogen oder geschoben werden, um die Schichten weiter festzumachen und eine einteilige Verstärkung zu bewerkstelligen. Solch eine weitgehende Faser-Umordnung ist keine Notwendigkeit und die Fasern können nur aus der regellosen Schicht gezogen oder geschoben werden, um in einer der ausgerichteten Schichten eingesetzt zu werden, oder umgekehrt.
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Solch eine Verstärkung wird infolge der Fasern, die sich aus der Ebene der verstärkenden Schicht heraus erstrecken und durch die Verstärkungsdicke hindurch geführt werden, einem verstärkten Polymergegenstand erhöhte Schichtgrenzflächenfestigkeit an den Grenzflächen verleihen. Solch eine erhöhte Grenzflächenfestigkeit kann eine Schichtablösung unterdrücken und die Energieaufnahme verstärken, welche der Gegenstand unter schwerer Belastung bieten kann. Dieser Vorteil kann auch mit geschichteten Schnittfasermatten- oder Endlosfasermatten-Verstärkungen erlangt werden. Da die Stelle solch eines Lastangriffes unbestimmbar sein kann, sollten die Schichten im Wesentlichen über ihre gesamte Ausdehnung aneinander gebunden sein, wobei die eingreifenden Fasern allgemein gleichmäßig über der gesamten Fläche der Schicht/en verteilt sind. Es kann aber bevorzugt sein, die eingreifenden Fasern an Lastangriffsstellen zu konzentrieren, wenn diese, z. B. durch Simulation oder Modellierung, vorhergesagt werden können oder aus Erfahrung oder experimentell bekannt sind.
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Das Vernadeln verwendet ein längliches Werkzeug mit einem Schaft, der zumindest ein Merkmal enthält, welches geeignet ist, in Fasern einzugreifen und diese einzufangen, wenn das Werkzeug in einer ersten Richtung bewegt wird, und wenn das Werkzeug in die umgekehrte Richtung bewegt wird, die eingefangenen Fasern freizugeben. Das Werkzeug, welches nadelförmig mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 1 Millimeter sein kann, wird mit einer Hin- und Herbewegung betrieben, sodass es wiederholt in eine faserhaltige Schicht eingesetzt und aus dieser herausgezogen wird. In einem Werkzeug mit einer Vielzahl von Fasereinfangmerkmalen werden diese typischerweise entlang der Länge und/oder um den Querschnitt eines Werkzeugschaftes herum verteilt sein. Im Allgemeinen sind die Fasereinfangmerkmale, z. B. Stachel, Haken oder Widerhaken, zum unidirektionalen Fasereinfangen eingerichtet. Das heißt, eine Faser in Gleitkontakt mit dem Werkzeugschaft wird von dem Fasereinfangmerkmal unter nur einer der Hin- und -Herbewegungen des Werkzeuges eingefangen und festgehalten. Dieses Fasereinfangmerkmal ist oft orientiert, um Fasern einzufangen, wenn die Nadel oder das Werkzeug in eine Faserschicht eingesetzt wird, sodass mit jedem Einsetzen des Werkzeuges von dem/den Stachel/n oder Ähnlichem während eines frühen Abschnitts des Hubes eingefangene Fasern tiefer in die Faserschicht hinein geschoben werden, wenn das Werkzeug vorrückt. Am Ende des Werkzeughubes, wenn das Werkzeug die Richtung umdreht und zurückgezogen wird, wird die Faser aus dem unidirektionalen Fasereinfangmerkmal ausrücken, wird aber durch Reibungseingriff mit anderen Fasern oder durch gegenseitige mechanische Beeinflussung mit anderen Fasern in Position gehalten. Da das Fasereinfangmerkmal unidirektional ist, ist das Werkzeug schlecht orientiert und ungeeignet, weitere Fasern während des Einziehens einzufangen und kann so problemlos zurückgezogen werden. Wiederholtes Einsetzen und Zurückziehen, üblicherweise begleitet von einer Seitwärtsbewegung des Werkzeuges zu bisher unbearbeiteten Flächen, wird eine/n zunehmenden Eingriff, Verknäuelung und gegenseitige Beeinflussung zwischen den Fasern aus den oberen und unteren Abschnitten der Schicht begünstigen. Diese Prozedur kann fortgesetzt werden, bis die Schichten durch eine geeignete Anzahl eingesetzter Fasern über im Wesentlichen ihre gesamte Ausdehnung hinweg aneinander festgemacht sind. Im Allgemeinen wird die Anzahl eingesetzter Fasern pro Flächeneinheit im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Ausdehnung der Verstärkung hinweg sein, aber in stärker beanspruchten Gebieten kann eine höhere Flächendichte eingesetzter Fasern verwendet werden, falls erforderlich.
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Durch Verwendung mehrerer Werkzeuge, welche unabhängig betrieben oder in einer gemeinsamen Halterung zusammengefasst sind, kann eine höhere Produktivität erzielt werden. Wenn mehrere Werkzeuge verwendet werden, können die Werkzeuge von Platten getragen sein, welche eine Vielzahl eng sitzender Löcher beinhalten, die in geeigneter Weise positioniert sind, um die Werkzeuge aufzunehmen. Die Gewebeschicht kann auch auf einer ähnlichen ,Löcher enthaltenden Werkzeugaufnahmeplatte oder auf einer Faseranordnung, die parallel zu dem Werkzeug orientiert ist, oder auf einem Stützkörper, der von dem Werkzeug durchdrungen werden kann, ohne das Werkzeug zu beschädigen, z. B. einem massiven oder schaumweichen Gummikörper, getragen sein.
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Wenngleich eine übliche Ausführungsform Fasereinfangmerkmale verwendet, welche orientiert sind, um einen Fasereinfang während nur eines von den Auf- und Abwärtshüben eines sich hin- und herbewegenden Werkzeuges zu gestatten, können Werkzeugvarianten verwendet werden, welche zum Fasereinfang an sowohl den Auf- als auch Abwärtshüben geeignet sind.
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Die Festigkeit einer zwischen Schichten in einer geschichteten, einteiligen Verstärkung gebildeten Verbindung wird hauptsächlich von der Anzahl der Fasern jeder Schicht abhängig sein, welche unter gegenseitiger Beeinflussung mit den Fasern der anliegenden Schicht in Eingriff stehen, und wird so allgemein von der Anzahl von Werkzeughüben abhängig sein. Wenn Fasereinfangmerkmale entlang der Länge des Werkzeuges verteilt sind, kann das Ausmaß des Fasereingriffs und der gegenseitigen Beeinflussung derselben auch von der Länge des Werkzeughubes abhängig sein. Üblicherweise können solche Vernadelungs- oder ähnliche Prozeduren von einer einzigen Seite angewendet werden, sodass das Werkzeug immer auf einer speziellen Oberfläche einer speziellen Schicht in den Schichtstapel eintreten wird. Um aber eine robustere Faservermischung zu erreichen, muss die Prozedur von beiden Seiten des Stapels angewendet werden. Wenn solch eine zweiseitige Vernadelung bevorzugt wird, kann sie ausgeführt werden, indem entweder zwei Sätze von gegenüberliegenden Werkzeugen verwendet werden, oder indem ein einziger Werkzeugsatz von einer Seite verwendet wird und dann die Ober- und Unterseiten des Stapels vertauscht werden und ein zweiter Vernadelungs-Arbeitsschritt durchgeführt wird.
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Solch eine einteilige Verstärkung ist wirksam, um einem verstärkten Polymergegenstand eine erhöhte Festigkeit und Bruchzähigkeit zu verleihen. Die meisten verstärkten Polymerkomponenten weisen einen im Wesentlichen zweidimensionalen Charakter mit einer Dicke auf, die wesentlich kleiner ist als ihre seitliche Ausdehnung. Ebene Verstärkungen sind üblicherweise derart orientiert, dass sie die seitlichen Eigenschaften verbessern und werden ohne gegenseitige Verbindung übereinander zusammengesetzt. Nach Imprägnieren der Schichten mit einem Polymerharz und Aushärten des Verbundstoffes werden die Schichten nur durch jegliche zwischen ihnen eingeschlossene Polymerdicke aneinander festgemacht. Unter hohen Stoßbelastungen, wenn das Polymer von einer der Schichten bricht oder sich davon löst, kann eine Ablösung oder Trennung der Verstärkungsschichten stattfinden. Sobald sie abgelöst sind, erweisen sich die Schichten als ungeeignet, eine gegenseitige Unterstützung bereitzustellen, und sind einzeln wirksam, was ihre Effektivität herabsetzt.
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Mit der einteiligen Verstärkung der vorliegenden Erfindung können Fasern aus einer Schicht in zumindest eine benachbarte Schicht eingesetzt werden, sodass diese Fasern als Verstärkungen dienen, die sich zwischen Schichten erstrecken und diese überspannen. Diese eingesetzten Fasern werden aus der Ebene der verstärkenden Schichten üblicherweise, aber ohne Einschränkung, innerhalb von ± 10° der Normalen zu der Grenzflächenschicht heraus orientiert sein und nach dem Aushärten durch Haftung zwischen den Fasern und dem Polymer in Position festgemacht sein. Ferner werden diese Fasern im Gegensatz zu den Fasern in den Verstärkungsschichten einem gewundenen Pfad folgen, was wirksam sein wird, um dem Herausziehen von Fasern aus der Polymermatrix zu widerstehen. Mit der Zwischenschichtverstärkung, die von den schichtüberspannenden Fasern beigetragen wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Verstärkung unter schweren Lasten ablöst, geringer und sie kann so ein verbessertes Leistungsvermögen gegenüber Anordnungen verstärkender Schichten ohne solche schichtüberspannenden verblockenden Fasern bereitstellen.
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Der Fasergehalt solch einer einteiligen Verstärkung kann alle üblicherweise verwendeten Fasern einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Carbonfasern, Glasfasern wie auch Aramidfasern umfassen.
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Ein faserverstärkter Polymergegenstand, der solch eine einteilige Verstärkung enthält, kann mithilfe der folgenden Schritte (wenngleich, abhängig von dem verwendeten speziellen Formprozess, nicht unbedingt in dieser Reihenfolge) hergestellt werden: Zusammensetzen einer geschichteten Verstärkung durch Stapeln einer Vielzahl von allgemein ebenen, allgemein koextensiven faserhaltigen Verstärkungen übereinander in Seite-an-Seite-Beziehung; Befördern eines vorbestimmten Abschnitts der Fasern aus zumindest einer Schicht der geschichteten Verstärkungen aus der Ebene der Verstärkung heraus und Ziehen oder Schieben derselben in zumindest eine zweite Verstärkungsschicht, um die Verstärkungen zusammen festzumachen, und Wiederholen, bis alle Schichten aneinander gebunden sind; Imprägnieren der Verstärkung mit einem geeigneten Polymervorläufer in hinreichender Menge, um alle Fasern zu benetzen und um einen Formhohlraum zu füllen; Formen der mit dem Polymervorläufer imprägnierten Verstärkung zu einer vorgewählten Geometrie, welche zur Herstellung des Gegenstandes geeignet ist, um dadurch ein Prepreg zu bilden; Anordnen des Prepregs in einer Form mit einem inneren Hohlraum, welcher die gewünschte Gegenstandsform definiert; Schließen der Form, um zu bewirken, dass sich das Prepreg an die Form der Formwerkzeughöhlung anpasst, um das Prepreg zu verdichten und den Polymervorläufer über den gesamten Formhohlraum zu verdrängen und zu verteilen; und Aushärten des Polymervorläufers in dem geformten Prepreg, um den faserverstärkten Polymergegenstand zu bilden. Es kann auch ein einseitiges Vakuumsack- oder Vakuumdruckverfahren verwendet werden.
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Diese und weitere Aspekte der Erfindung sind nachfolgend beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anzahl ausgerichteter und regelloser Verstärkungen, die zum Verstärken eines verstärkten Polymergegenstandes geeignet sind.
- 1A zeigt eine gewebte Verstärkung in Draufsicht; 1B zeigt eine nichtgewebte Verstärkung in perspektivischer Darstellung; 1C zeigt eine Endlosmattenverstärkung in Draufsicht; und 1D zeigt eine Schnittmattenverstärkung in Draufsicht.
- 2A-G zeigen eine Reihe schematischer Darstellungen eines Vernadelungswerkzeuges, welches in eine 3-Schicht-Verstärkung mit zwei äußeren Schichten mit ausgerichteter Faser und einer inneren Schicht mit regelloser Faser eintritt und daraus zurückgezogen wird, im Querschnitt. Das Werkzeug ist dazu geeignet, eine Faser beim Eintreten in die Verstärkung einzufangen.
- 3A-F zeigen eine Reihe schematischer Darstellungen eines Vernadelungswerkzeuges, welches in eine Dreischicht-Verstärkung mit zwei äußeren Schichten mit ausgerichteter Faser und einer inneren Schicht mit regelloser Faser eintritt und daraus zurückgezogen wird, im Querschnitt. Das Werkzeug ist geeignet, eine Faser beim Eintreten in die Verstärkung einzufangen.
- 4A-B zeigen schematische Veranschaulichungen von zwei bidirektionalen Vernadelungswerkzeugen, die geeignet sind, Fasern sowohl beim Eintreten in einen faserigen Körper als auch beim Zurückziehen aus demselben einzufangen.
- 5A-C zeigen im Querschnitt den Betrieb eines umgestaltbaren Vernadelungswerkzeuges, in dem das Fasereinfangmerkmal: eingezogen - 5A; orientiert, um Fasern einzufangen - 5B; und orientiert, um Fasern auszurücken - 5C, sein kann. 5D zeigt in fragmentarischem Querschnitt eine alternative Vernadelungswerkzeugausführung.
- 6 zeigt in quasi-perspektivischer Darstellung einen Dreischicht-Verstärkungsstapel mit Faserschlingen, die sich durch die Schichten hindurch erstrecken und die Schichten miteinander verblocken und verbinden.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Faserverstärkte Polymerverbundstoff-Gegenstände finden zunehmend Anwendung, wenn wenig Masse und hohe Festigkeit erforderlich sind. Oft ist die Verbundstoff-Verstärkung selbst ein Verbundstoff aus mehreren verschiedenen, allgemein koextensiven verstärkenden Faserschichten, die übereinander gestapelt oder geschichtet sind. Die Verstärkungen können ausgerichtete gewebte oder nichtgewebte Fasern oder regellos angeordnete und positionierte Fasern sein, die endlos oder geschnitten sein können. Illustrative Beispiele solcher Verstärkungen sind in den Fig. A-D gezeigt und umfassen ohne Einschränkung Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern.
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1A zeigt einen Abschnitt einer gewebten Verstärkung 10, welche Kettfasern 12 umfasst, die in Spinnbändern 14 angeordnet sind und abwechselnd über und unter Schussfasern 16 liegen, welche zu (einem) Spinnband/bändern 18 angeordnet sind. 1B zeigt ein vierschichtiges multiaxiales Gelege (NCF) 20, in welchem Roving-Schichten 25, 27, 29, 31, welche ein orientiertes Roving 24, 26, 28, 30 enthalten, das jeweils Fasern 22 (der Klarheit wegen nur einmal gezeigt) enthält, in geschichteter Weise abgelegt und mittels Trikot-Vernähung 32 festgehalten sind.
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1C zeigt eine Matte mit regelloser Endlosfaser 34, in der eine Vielzahl von Endlosfasern 36 in einer allgemein regellosen Weise in einer allgemein ebenen aber geschichteten Ausgestaltung abgelegt wurde. 1D zeigt eine Matte mit regelloser Schnittfaser 38, in der Längen einer Schnittfaser, z. B. der Faser 40 (der Klarheit wegen in einer fetter gedruckten Linie gezeigt), allgemein regellos angeordnet wurden, um eine allgemein ebene aber geschichtete Gruppierung zu bilden. Es wird einzusehen sein, dass, wenngleich die in den beiden 1C und 1D gezeigte Faserdichte zur einfacheren Betrachtung relativ gering ist, typische Fasermatten viel mehr übereinanderliegende Fasern aufweisen können und eine beträchtliche Dicke aufweisen können.
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Die 2A-G zeigen, wie eine Gruppe von drei eigenständigen und anfänglich ungebundenen verstärkenden Faserschichten 50, 52, 54 durch die Wirkung eines Werkzeuges 56 mit einem Fasereingriffsmerkmal 58 zu einer einteiligen Verstärkung festgemacht werden kann. Die verstärkenden Schichten 50, 54 sind ausgerichtete Faserverstärkungsschichten, die hier ohne Eingrenzung oder Einschränkung als Vierschicht-Aufstapelungen von ausgerichteten verstärkenden Faser-Rovings ähnlich dem in 1B gezeigten NCF gezeigt sind. Die verstärkenden Schichten 50 und 52 könnten ohne Eingrenzung auch NCF-Gelege mit weniger oder größeren Schichten von Geweben sein. Die verstärkende Schicht 52 ist ohne Eingrenzung als eine Schicht mit regelloser Faser ähnlich entweder der in 1C und 1D gezeigten Endlosfaser- oder Schnittfasermatte gezeigt.
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In 2A dringt eine Spitze 59 des Werkzeuges 56, das sich wie durch den Pfeil 57 angezeigt bewegt und durch die Öffnung 64 in der oberen Platte 60 geführt wird, gerade in die obere Faserschicht 51 der Verstärkung mit ausgerichteter Faser 50 ein. Die fortgesetzte Bewegung des Werkzeuges 56, bei den 2B-D gezeigt, treibt das Werkzeug 56 nacheinander durch die verstärkenden Schichten 50, 52 und 54, bis, wie bei 2D gezeigt, die Werkzeugspitze 59 aus der unteren Faserschicht 55 der Verstärkung mit ausgerichteter Faser 54 herauskommt und genau in die Öffnung 63 in der unteren Auflage 62 eingreift. Während des ganzen Vorrückens des Werkzeuges findet kein Fasereinfang statt, da die Einfangfläche 68 und die Führungsfläche 66, welche zusammen das Fasereinfangmerkmal 58 definieren, nicht angeordnet sind, um in irgendwelche Fasern, auf die das Werkzeug 56 trifft, während es in der Richtung des Pfeils 57 vorrückt, einzugreifen oder diese einzufangen. Bei 2E hat sich, nachdem die Spitze 59 die untere Verstärkung mit ausgerichteter Faser 70 durchdrungen hat, die Richtung der Bewegung des Werkzeuges 56 umgedreht und wird nun durch den Pfeil 57' angezeigt, was ermöglicht, dass die Einfangfläche 68 mit Fasern aus der Roving-Schicht 53 der unteren ausgerichteten Verstärkung 70 oder, wie gezeigt, der gesamten Roving-Schicht 53 in Eingriff gelangt, um eine Roving-Schlinge 53' zu bilden und durch die verstärkenden Schichten 52 und 50 nach oben zu tragen, wie in den 2F und 2G gezeigt. Die fortgesetzte Bewegung des Werkzeuges 56 in der Richtung des Pfeils 57' wird das Werkzeug 56 vollständig aus der Öffnung 64 in der oberen Platte 60 ausrücken, sodass durch die locker lassende Spannung auf der Schlinge 53', um die Werkzeugeinfangfläche 68 aus der Schlinge 53' auszurücken, das Werkzeug 56 seitwärts bewegt werden kann, um die Schlinge 53' vollständig aus dem Einfangmerkmal 58 auszurücken, sodass der Prozess wiederholt werden kann. Die Schlinge 53' bleibt in der in 2G gezeigten Position in die Verstärkungsschichten 52 und 50 eingesetzt und eingreifend.
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Die Richtung der Bewegung des Werkzeuges 56 wurde allgemein rechtwinklig zu der Ebene der Faserverstärkungen gezeigt. Dies soll die Erfindung nicht eingrenzen, welche auch die Verwendung von geneigten oder schrägen Werkzeugen umfasst. Es wird einzusehen sein, dass sich jede Neigung des Werkzeuges auch in der Orientierung der Faserschlinge/n manifestieren wird.
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Die 3A-F zeigen in einer nicht beanspruchten Ausführungsform, wie eine ähnliche Gruppe von drei eigenständigen und anfänglich ungebundenen verstärkenden Faserschichten 150, 152, 154 durch die Wirkung eines Werkzeuges 156 mit einem Fasereingriffsmerkmal 158 zu einer einteiligen Verstärkung festgemacht werden kann. Ähnlich wie in den 2A-G sind die verstärkenden Schichten 150, 154 ausgerichtete Faserverstärkungsschichten, mit Vierschicht-Aufstapelungen von ausgerichteten verstärkenden Faser-Rovings ähnlich dem in 1B gezeigten NCF. Die verstärkende Schicht 152 ist als eine Schicht mit regelloser Faser ähnlich entweder der in 1C und 1D gezeigten Endlosfaser- oder Schnittfasermatte gezeigt.
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Die/der spezielle Anzahl, Anordnung und Charakter (ausgerichtete oder regellose Faser; gewebt oder nichtgewebt; Anzahl von Fasern oder Lagen pro Schicht) der in den 3A-F gezeigten Schichten ist rein beispielhaft und die gezeigte spezielle verstärkende Schichtanordnung soll den Schutzumfang der Erfindung nicht eingrenzen oder diesen Schluss nahelegen.
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In 3A ist eine Spitze 159 des Werkzeuges 156, das sich in einer Richtung 157 bewegt, mehrere Lagen der verstärkenden Schicht 150 durchdringend gezeigt, während das Fasereinfangmerkmal 158 noch nicht in die obere Lage 151 der Schicht 150 eingegriffen hat. Das Werkzeug 156 kann wie das in den 2A-G gezeigte Werkzeug 56 durch Öffnungen in einer oberen Platte und durch Öffnungen in einer unteren Auflage wie den als 64 in der (oberen) Platte 60 und Öffnungen 63 in der (unteren) Auflage 62 in den 2A-G gezeigten getragen sein. Diese Merkmale wurden aus den 3A-F der Klarheit wegen weggelassen. Bei 3B ist das Werkzeug 156 weiter in der Richtung des Pfeils 157 vorgerückt, sodass die Einfangfläche 168 des Fasereinfangmerkmals 158 in eine Faserschlinge 153 aus der verstärkenden Schicht 151 der Verstärkung 150 eingegriffen hat. Die Faserschlinge 153 wird durch die Führungsfläche 166 in einen Kontakt mit der Einfangfläche 168 geführt. Mit fortgesetztem Vorrücken in Richtung des Pfeils 157, bei 3C gezeigt, dringt das Werkzeug 156 tiefer in den durch die Verstärkungsschichten 150, 152 und 154 definierten Verstärkungsstapel ein und greift in eine zweite Fadenschlinge 153' ein, die in der Lage 151' der Schicht 150 ihren Ursprung hat. Bei 3D wurden die Faserschlingen 153 und 153' aus der Ebene der Schicht 150 herausgezogen und durch den Verstärkungsstapel hindurch und unter die Lage 155 der Schicht 154 verlängert. Dabei überbrücken die Faserschlingen 153 und 153' die Grenzflächen zwischen den Schichten 150 und 152 wie auch zwischen den Schichten 152 und 154. Die Faserschlingen 153 und 153' werden allgemein rechtwinklig zu der Ebene der Schicht 151 geführt. Wenn das Werkzeug 156 in der Richtung des Pfeils 157' zurückgezogen wird (3D-F) werden die verschobenen Faserschlingen 153 und 153', die nun in die verstärkenden Schichten 152, 154 eingesetzt sind, durch die Fasern der verstärkenden Schichten 154 und 152 in Reibungs- und gegenseitig beeinflussenden Eingriff gebracht. Der auf die Schlingen 153 und 153' angewendete Reibungsrückhalt bewirkt, dass diese aus dem Fasereinfangmerkmal 158 ausrücken und in ihrer verschobenen Konfiguration bleiben. Das Werkzeug 156 kann seitwärts verschoben und wieder in den Verstärkungsstapel eingesetzt werden, um diesen Prozess zu wiederholen, bis eine geeignete und vorbestimmte Anzahl von Fasern in (eine) benachbarte verstärkende Schicht/en eingesetzt wurde.
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Die wiederholte Anwendung der in den 2A-G und 3A-F gezeigten Prozesse wird eine Vielzahl von Fasern oder Faserspinnbändern oder Rovings zur Folge haben, welche sich durch die Dicke des Verstärkungsstapels hindurch erstrecken. Diese Fasern werden durch den Reibungseingriff mit anderen Fasern in der Aufstapelung und/oder durch mechanische gegenseitige Beeinflussung mit anderen Fasern in der Aufstapelung eine hinreichende Kohäsion zwischen den Verstärkungsschichten induzieren, um eine einteilige Verstärkung hervorzubringen. Die in den 2A-G und 3A-F gezeigten Prozesse sollen die Wechselwirkung zwischen einem einzelnen Werkzeug und den einzelnen Schichten illustrieren. Um eine allgemein gleichmäßige Flächendichte der Fasern oder Spinnbänder zu erhalten, welche sich durch die Schichten hindurch erstrecken, kann ein einzelnes Werkzeug wiederholt eingesetzt und entfernt werden, während es einem Weg folgt, der im Wesentlichen die gesamte Fläche der Verstärkung quert. Ein zweiter Ansatz, der für Verstärkungen mit einer stärker begrenzten Fläche geeignet ist, besteht darin, eine Vielzahl von Werkzeugen zu verwenden, die in geeigneter Weise auf einer gemeinsamen Auflage oder Halterung positioniert sind, sodass alle Werkzeuge übereinstimmend eingesetzt und herausgezogen werden können. Für umfangreichere Verstärkungen kann ein kombinierter Ansatz eingesetzt werden. Es kann eine Mehrfachwerkzeughalterung wiederholt verwendet und stufenweise über im Wesentlichen die gesamte Fläche der Auflage bewegt werden, bis eine geeignete und geeignet gleichmäßige Dichte von Fasern oder Spinnbändern erhalten wird, die sich durch die Schichten hindurch erstrecken.
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Sowohl die obere Platte 60 als auch die untere Auflage 62 wurden als bahnartige oder plattenartige Körper mit Öffnungen gezeigt, die positioniert sind, um das sich hin- und herbewegende Werkzeug 56 aufzunehmen. Die obere Platte 60 dient dazu, das Werkzeug 56 zu führen und zu unterstützen, welches, wenn es einen zylindrischen Querschnitt aufweist, einen Durchmesser von weniger als ungefähr 0,5 Millimeter oder dergleichen aufweist und sich biegen oder brechen kann, wenn es nicht unterstützt wird. Die untere Platte 62 dient jedoch dazu, das Werkstück zu unterstützen und sicherzustellen, dass das Werkzeug 56 in das Werkstück getrieben wird, anstatt es körperlich zu verschieben. Es können alternative Bauweisen der unteren Auflage 62 verwendet werden. Die untere Auflage kann z. B. ein massiver oder poröser Körper sein, der in der Lage ist, von dem Werkzeug 56 durchdrungen zu werden und die Werkzeugspitze 59 nicht wesentlich stumpf macht, beispielsweise ein Gummi oder Gummischaum. Alternativ kann eine Gruppierung von (relativ) weit beabstandeten, nach oben zeigenden Fasern oder dünnen Säulen verwendet werden. Bei dieser Ausführung können die Fasern oder Säulen in einer hinreichenden Anzahl und Dichte vorhanden sein, um das Werkstück abzustützen, aber geeignet positioniert und voneinander beabstandet sein, um die Möglichkeit eines Kontakts zwischen dem herunterkommenden Werkzeug und den Stützsäulen zumindest zu minimieren. Bei einer ähnlichen Ausführung können die Stützsäulen nachgiebig hergestellt sein, sodass jeglicher Werkzeug-Auflage-Kontakt beim Vorrücken des Werkzeuges die Auflage nur vorübergehend seitlich ablenkt und die Rückkehr in ihre nicht abgelenkte Position ermöglicht, wenn das Werkzeug zurückgezogen wird.
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Da die Fasereinfangwirkung der Werkzeuge, wie in den 2A-G und 3A-F gezeigt, in unterschiedlichen Stadien des Hubes des bidirektionalen Werkzeuges auftritt, kann der Einbau beider Fasereinfangmerkmale 58 und 158 verwendet werden. Ein repräsentatives Werkzeug 256 ist in 4A gezeigt und umfasst die beiden Fasereinfangmerkmale 58 und 158. Im Betrieb wird das Fasereinfangwerkzeug 158, welches sich näher bei der Werkzeugspitze 259 befindet, zuerst in die oberen Fläche eines Verstärkungsstapels eingreifen und beginnen, Fasern von der oberen Flächenansicht des Stapels zu der unteren Fläche zu befördern. Wenn das Werkzeug 256 tiefer in den Stapel vorrückt, wird das Fasereinfangmerkmal 58 in dem Stapel vertieft sein, wird aber aufgrund seiner Orientierung nicht in der Lage sein, mit irgendwelchen Fasern in Eingriff zu gelangen oder diese einzufangen. Wenn das Werkzeug die Grenze seines Vorrückhubes erreicht und beginnt, sich zurückzuziehen, wird das Fasereinfangmerkmal 158 jene Fasern freigeben, die es befördert hat, und das Fasereinfangmerkmal 58 wird Fasern einfangen und beginnen, sie zu der oberen Fläche hin zu bewegen. Der Hub des Werkzeuges und die Anordnung der Fasereinfangmerkmale auf dem Werkzeug in Verbindung mit der Dicke des Verstärkungsstapels wird den Ursprung und die Ausdehnung der Faserschlingen bestimmen. Im Allgemeinen wird jedoch bevorzugt, dass sich die Schlingen für die stärkste Kohäsion über alle Schichten durch die gesamte Dicke des Stapels hindurch erstrecken.
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4B zeigt eine zweite Ausgestaltung für solch ein Werkzeug. Es wird einzusehen sein, dass ein Werkzeug, um effektiv zu sein, sowenig Schaden an den Fasern und Faserbruch wie möglich hervorrufen sollte, und aus diesem Grund wird ein Werkzeug mit einem kleinen Querschnitt von angenommen zwischen etwa 0,5 und 1 Millimeter bevorzugt. Aber auch die Werkzeuggeometrie wird die Wahrscheinlichkeit einer Faserbeschädigung von dem Werkzeug beeinflussen. Die abgewinkelte Natur der Werkzeugspitze 259 und der Fasereinfangmerkmale 58, 158, die in 4A gezeigt sind, kann Spannungskonzentrationen erzeugen oder andererseits die Fasern abschneiden oder beschädigen. In 4B ist ein Werkzeug 356 mit einem abgerundeten Ende 359 gezeigt, welches wirksam sein kann, die Fasern seitwärts zu verschieben, um das Einsetzen und den Durchgang des Werkzeuges 356 zu gestatten, anstatt die Fasern mit dem spitzen Ende 259 möglicherweise abzuschneiden oder sonst wie zu schwächen. Ebenso sind Fasereinfangmerkmale 58' und 158', wenngleich sie weiterhin geeignet sind, Fasern einzufangen und festzuhalten, als ein stärker abgerundetes oder gebogenes Aussehen in beiden Richtungen aufweisend gezeigt, um Spannungskonzentrationen zu minimieren und die Faserbeförderung mit minimaler Beschädigung zu begünstigen.
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Die gezeigten Werkzeugausführungen zeigten eine feste Geometrie und beruhten auf der Richtungswirkung des Fasereinfangprozesses, um das Werkzeug aus der Faser auszurücken, wenn die Faserbeförderung beendet ist, im Allgemeinen, wenn die Fasern aus einer Schicht durch zumindest eine zweite Schicht hindurch gezogen oder geschoben und in diese eingesetzt worden sind. Die 5A-D zeigen eine Veranschaulichung eines Werkzeuges mit variabler Geometrie, welches ebenfalls effektiv sein kann, um die Fasern durch und die Schichten hindurch darüber hinweg zu befördern, aber effektiver sein kann, das Faserbeschädigungspotential zu minimieren.
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Das Werkzeug 100, das bei 5A in einer Ausgestaltung gezeigt ist, die dazu geeignet ist, ein Werkstück zu durchdringen, besteht aus einer allgemein zylindrischen Nadel 78, die verschiebbar innerhalb der Innenfläche 79 eines hohlen zylindrischen Gehäuses 80 festgehalten ist. Eine Vielzahl von Fasereinfangmerkmalen 88 ist verschwenkbar nahe der Extremität 92 an Drehachsen 94 an der zylindrischen Nadel 78 befestigt und steht mit einer von einer gleichen Vielzahl von Öffnungen 82 in dem Gehäuse 80 in Eingriff. Die relativen Positionen der an der Nadel 78 angebrachten Drehachse 94 und der in dem Gehäuse 80 befindlichen Öffnung 82 bestimmen die Orientierung des Fasereinfangmerkmales 88. Eine Änderung der relativen Positionierung der Drehachsen und Öffnungen durch Bewegen der Nadel 78 relativ zu dem Gehäuse 80 gestattet eine allgemein gleichzeitige Anpassung der Orientierungen aller Fasereinfangmerkmale 86, wie in den 5A und 5B gezeigt. In 5A sind die Nadel 78 und das Gehäuse 80 so angeordnet, dass die Fasereinfangmerkmale 88 auf der Nadel 94 an einem Ende und an dem unteren Rand 84 der Öffnung 82 nahe ihrer anderen Extremität 90 unterstützt werden. Dadurch werden die Fasereinfangmerkmale 88 beinahe vollständig in das Gehäuse 80 eingezogen, sodass sich nur ein Abschnitt über das Gehäuse 80 hinaus erstreckt. In einer solchen Ausgestaltung kann das Werkzeug 100 in Richtung des Pfeils 96 in ein Werkstück mit einer geringen Wahrscheinlichkeit geführt werden, dass eine Werkstückfaser 98 in Kontakt mit der Gehäuseaußenfläche 81 von den Fasereinfangmerkmalen 88 Schaden nimmt.
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In 5B ist die Richtung der Bewegung des Werkzeuges 100 umgedreht, wie durch den Pfeil 104 angezeigt. Auch wurde die Nadel 78 relativ zu dem Gehäuse 80 in der Richtung des Pfeils 91 verschoben und verschiebt damit ebenso das Fasereinfangmerkmal 88 in der Richtung des Pfeils 91. Aufgrund seines Eingriffes mit der Öffnung 82 wird das Merkmal 88 durch den oberen Öffnungsrand 86 oder durch den unteren Öffnungsrand 84 geführt, sodass es sich nach außen und in eine besser geeignete Fasereinfangorientierung dreht und sich auch so erstreckt, dass die Extremität 90 des Merkmales 88 über die Außenfläche 81 des Gehäuses 80 hinaus vorsteht. In dieser Konfiguration sind die Merkmale 88 gut geeignet, in jegliche Fasern 98 benachbart zu der Gehäuseaußenfläche 81 einzugreifen, wie in 5B gezeigt.
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Eine noch weitere relative Bewegung der Nadel 78 in Bezug auf das Gehäuse 80, wie in 5C gezeigt, kann eine weitere Ausdehnung des Fasereinfangmerkmales 88 und auch seine weitere Drehung in eine Orientierung zur Folge haben, in der es nicht passend geneigt ist, um Fasern einzufangen und festzuhalten. In dieser Konfiguration kann die Faser 98 bei einer fortgesetzten Bewegung des Werkzeuges 100 in der Richtung des Pfeils 104 von dem Merkmal 88 „abrollen“ und ausrücken. Das Zurücksetzen des Werkzeuges 100 in die Konfiguration von 5A durch Bewegen der Nadel 78 in Bezug auf das Gehäuse 80 in einer Richtung, die der des Pfeils 90 entgegengesetzt ist, gestattet es, den Zyklus zu wiederholen. Abhängig von dem Winkelbereich der Bewegung des Fasereinfangmerkmales 88 kann es praktikabel sein, dass es bidirektional arbeitet. Mit nur einer mäßigen weiteren Drehung kann das Fasereinfangmerkmal 88 orientiert werden, um Fasern einzufangen, wenn die Bewegungsrichtung des Werkzeuges 100 umgedreht wird. Somit kann das Werkzeug 100 unidirektional oder bidirektional betrieben werden.
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Eine Faserbeschädigung kann durch die Verwendung eines sanfter gebogenen Fasereinfangmerkmales wie z. B. der „kommaförmigen“ Ausführung 88' minimiert werden, welche in 5D in fragmentarischer Ansicht sowohl in der eingezogenen (Volllinie) als auch der ausgefahrenen (Strichlinie) Konfiguration gezeigt ist.
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6 zeigt eine Abbildung einer einteiligen geschichteten Verstärkung in quasi-perspektivischer Darstellung. Ein Dreischicht-Stapel 300 umfasst verstärkende Schichten 250, 252 und 254, die als gewebte Faserschichten 250, 254 und Schnittfasermattenschicht 252 dargestellt sind. Diese Schichten sind durch eine Vielzahl (nicht gezeigt) von Faserschlingen verblockt und zusammengebunden, welche eine oder mehrere der individuellen repräsentativen Schleifenkonfiguration 253, 353, 253', 353', 253", 353" umfassen kann, die der Klarheit wegen alle als fett gedruckte Linie gezeigt sind. Die Schlinge 353, die sich von der gewebten Schicht 254 weg erstreckt, durchläuft die Fasern der Schicht 252 und wird zwischen diesen eingesetzt und wird weiter in die gewebten Fasern der Schicht 250 eingesetzt. Die Schlinge 253, sie sich von der gewebten Schicht 250 weg erstreckt, läuft durch die Fasern der Schicht 252 hindurch und wird in diese eingesetzt und wird weiter in die gewebten Fasern der Schicht 254 eingesetzt. Die weniger ausgedehnten Schlingen 253' und 353' stammen aus der Schicht mit regelloser Faser 252 und werden in die gewebten Faserschichten 250 bzw. 254 eingesetzt, während sich die Schlingen 253" und 353", welche aus den gewebten Faserschichten 250 bzw. 254 stammen, jeweils nur teilweise durch den Stapel hindurch erstrecken und in die regellose Schicht 252 eingesetzt werden. Die in 6 gezeigte Darstellung ist illustrativ und nicht eingrenzend. Es können beispielsweise andere Faserschichtkonfigurationen verwendet werden und diese alternativen Faserschichtkonfigurationen können andere Schlingenkonfigurationen als die gezeigten ermöglichen. Es kann auch sein, dass in einer spezifischen Verstärkung nicht alle möglichen Schlingenkonfigurationen zu finden sind.
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Ein faserverstärkter Polymergegenstand, der solch eine einteilige Verstärkung enthält, kann mithilfe der folgenden Schritte hergestellt werden, die nicht unbedingt in der angeführten Reihenfolge ausgeführt werden müssen - es kann insbesondere bevorzugt sein, die Verstärkung mit einem Polymervorläufer zu füllen, nachdem die Verstärkung in einer Form angeordnet wurde: Zusammensetzen einer geschichteten Verstärkung durch Stapeln einer Vielzahl von allgemein ebenen, allgemein koextensiven faserhaltigen Verstärkungen übereinander in Seite-an-Seite-Beziehung; Befördern eines vorbestimmten Abschnitts der Fasern aus zumindest einer Schicht der geschichteten Verstärkungen aus der Ebene der Verstärkung heraus und Ziehen oder Schieben derselben aus der Ebene der Schicht heraus über zumindest eine Schichtbegrenzung hinweg, um die Fasern in zumindest eine zweite Schicht einer Verstärkung einzusetzen, um die Verstärkungsschichten aneinander festzumachen; und Wiederholen, bis alle Schichten durch Fasern aneinander gebunden sind, welche sich aus einer Schicht heraus erstrecken und mit zumindest einer benachbarten Schicht in Eingriff stehen; Imprägnieren der Verstärkung mit einem geeigneten Polymervorläufer in hinreichender Menge, um alle Fasern zu benetzen und um einen Formhohlraum zu füllen; Formen der mit dem Polymervorläufer imprägnierten Verstärkung zu einer vorgewählten Geometrie, welche zur Herstellung des Gegenstandes geeignet ist, um dadurch ein Prepreg zu bilden; Anordnen des Prepregs in einer Form mit einem inneren Hohlraum, welcher die gewünschte Gegenstandsform definiert; Schließen der Form, um zu bewirken, dass sich das Prepreg an die Form der Formwerkzeughöhlung anpasst, um das Prepreg zu verdichten und um den Polymervorläufer über den gesamten Formhohlraum zu verdrängen und zu verteilen; und Aushärten des Polymervorläufers in dem geformten Prepreg, um den faserverstärkten Polymergegenstand zu bilden.
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Es kann auch ein einseitiges Vakuumsack- oder Vakuumdruckverfahren verwendet werden. In diesem Fall kann das Prepreg in einer Hälfte eines Formhohlraumes positioniert und Druck angewendet werden, um zu bewirken, dass sich das Prepreg der Formgestalt anpasst.
