DE102013223284A1 - Device for producing a fiber-reinforced plastic component - Google Patents

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Maurice Bitterlich
André-Sven Klose
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1), mit einem Umformwerkzeug (13), in dem ein platinenartiges, insbesondere textiles Faserhalbzeug (3) warmumformbar ist, in dem elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern (5) in einem wärmeaktivierbaren Binder (7) eingebettet sind, und mit einer Induktionsheizung (19), die zumindest einen Induktor (23) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds aufweist, das in den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern (5) des Faserhalbzeugs (3) elektrische Ströme induziert. Erfindungsgemäß ist der Induktor (23) ein vom Umformwerkzeug (13) separates, flächiges Einlegerteil (9), das zusammen mit dem Faserhalbzeug (3) in das Umformwerkzeug (13) einlegbar ist.The invention relates to a device for producing a fiber-reinforced plastic component (1) with a forming tool (13) in which a platinum-like, in particular textile semifinished fiber product (3) can be hot-formed, in the electrically conductive reinforcing fibers (5) in a heat-activatable binder (7). embedded, and with an induction heater (19) having at least one inductor (23) for generating an alternating magnetic field, which induces electrical currents in the electrically conductive reinforcing fibers (5) of the semifinished fiber product (3). According to the invention, the inductor (23) is a flat insert part (9) which is separate from the forming tool (13) and can be inserted into the forming tool (13) together with the semi-finished fiber product (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils nach dem Patentanspruch 1, ein Verfahren nach dem Patentanspruch 8 sowie ein Einlegerteil zur Verwendung bei der Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils nach dem Patentanspruch 9. The invention relates to a device for producing a fiber-reinforced plastic component according to claim 1, a method according to claim 8 and an insert part for use in the manufacture of the fiber-reinforced plastic component according to claim 9.

Für die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils kann in gängiger Praxis ein faserverstärktes Faserhalbzeug verwendet werden, dessen Verstärkungsfasern in einer Imprägnieranlage unvollständig mit einem Bindermaterial vorimprägniert werden. Das vorimprägnierte Faserhalbzeug kann zur Weiterbearbeitung in eine Heizanlage gefördert werden, in der das Bindermaterial bis auf eine Schmelztemperatur erhitzt wird. In diesem Zustand wird das faserverstärkte Faserhalbzeug einer Warmumformung unterworfen, in der das Kunststoffbauteil geformt wird. Das Aufheizen des Faserhalbzeugs kann durch eine Induktionserwärmung erfolgen. Dem liegt das Prinzip zugrunde, dass ein sich hochfrequent änderndes magnetisches Feld innerhalb eines elektrisch leitenden Materials, das heißt die Verstärkungsfasern im Faserhalbzeug, Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme werden durch den inneren elektrischen Widerstand der Verstärkungsfasern in Wärme umgewandelt. For the production of a fiber-reinforced plastic component can be used in current practice, a fiber-reinforced semi-finished fiber whose reinforcing fibers are pre-impregnated in an impregnating incomplete with a binder material. The preimpregnated fiber semi-finished product can be conveyed for further processing in a heating system in which the binder material is heated to a melting temperature. In this state, the fiber-reinforced semi-finished fiber product is subjected to hot working, in which the plastic component is formed. The heating of the semi-finished fiber can be done by induction heating. This is based on the principle that a high-frequency changing magnetic field within an electrically conductive material, that is, the reinforcing fibers in the semifinished fiber product, generates eddy currents. These eddy currents are converted into heat by the internal electrical resistance of the reinforcing fibers.

Aus der DE 10 2006 040 049 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der ein vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug warmumgeformt wird. Das Faserhalbzeug weist elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern (das heißt Kohlenstofffasern) auf, die im vorimprägnierten Zustand noch unvollständig in einem wärmeaktivierbaren Binder eingebettet sind. Zum Aufschmelzen des Binders ist eine Induktionsheizung vorgesehen, die aus einem Wechselfeldgenerator und einem Induktor zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes aufgebaut ist, das in den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern des Faserhalbzeugs elektrische Wirbelströme induziert, die zu einem Aufheizen der Verstärkungsfasern und in der Folge des Bindermaterials führen. From the DE 10 2006 040 049 A1 a generic device is known in which a pre-impregnated textile semi-finished fiber product is hot-worked. The semi-finished fiber product has electrically conductive reinforcing fibers (that is to say carbon fibers) which, in the pre-impregnated state, are still incompletely embedded in a heat-activatable binder. For melting the binder, an induction heating is provided, which is constructed of an alternating field generator and an inductor for generating the alternating magnetic field, which induces electrical eddy currents in the electrically conductive reinforcing fibers of the semifinished fiber, which lead to a heating of the reinforcing fibers and as a result of the binder material.

In der DE 10 2006 040 049 A1 ist der Induktor zusammen mit dem Wechselstromgenerator außerhalb des Umformwerkzeuges angeordnet und zur Durchführung des Aufheizvorgangs gegebenenfalls entlang des Faserhalbzeugs verstellbar. Eine solche Induktionsheizung erfordert hohe Investitionskosten und ist zudem bauraumintensiv und im Einsatz nur aufwändig handhabbar. Zudem führt der freie Abstand zwischen dem Induktor und dem Faserhalbzeug dazu, dass ein höherer Energiebedarf für die Induktionsheizung erforderlich ist.In the DE 10 2006 040 049 A1 the inductor is arranged outside of the forming tool together with the alternator and optionally adjustable along the semi-finished fiber to carry out the heating process. Such induction heating requires high investment costs and is also space-consuming and laborious to use only in use. In addition, the free distance between the inductor and the semi-finished fiber leads to the fact that a higher energy requirement for the induction heating is required.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils bereitzustellen, bei dem die Induktionsheizung einfach und flexibel handhabbar ist und/oder der Induktor der Induktionsheizung eine möglichst geringe Eigenmasse aufweist.The object of the invention is to provide a device for producing a fiber-reinforced plastic component, in which the induction heating is easy and flexible to handle and / or the inductor of the induction heating has the lowest possible intrinsic mass.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 8 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. The object of the invention is solved by the features of claim 1, 8 or 9. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Induktor der Induktionsheizung nicht mehr außerhalb des Umformwerkzeugs angeordnet, sondern vielmehr zumindest ein vom Umformwerkzeug und auch vom Faserhalbzeug separates, flächiges Einlegerteil. Das Einlegerteil wird für die Warmumformung zusammen mit dem Faserhalbzeug in das Umformwerkzeug eingelegt. Im Vergleich zur obigen DE 10 2006 040 049 A1 kann der als Einlegerteil ausgeführte Induktor wesentlich kostengünstiger aufgebaut werden und eine größere Energieeffizienz mit geringerem Energieverbrauch bereitstellen. Der Induktor kann beispielhaft eine Schlaufe aus elektrisch leitendem Material sein, etwa aus Kohlenstofffasern oder aus einem Metalldraht, etwa einem Cu-Draht.According to the characterizing part of claim 1, in the device according to the invention, the inductor of the induction heating is no longer disposed outside of the forming tool, but rather at least one separate from the forming tool and the semifinished fiber, flat Einlegerteil. The insert part is inserted into the forming tool together with the semifinished fiber product for the hot forming. Compared to the above DE 10 2006 040 049 A1 For example, the inductor embodied as a Einlegererteil can be constructed much cheaper and provide greater energy efficiency with less energy consumption. The inductor may be, for example, a loop of electrically conductive material, such as carbon fibers or a metal wire, such as a copper wire.

Eine einfache sowie betriebssichere Handhabung des als separates Einlegerteil ausgeführten Induktors ist von großer Relevanz. Vor diesem Hintergrund kann das Einlegerteil als eine Tragstruktur für den Induktor zusätzlich eine Trägerschicht aufweisen. Je nach Einsatzzweck ist es wichtig, dass das Einlegerteil einer im Umformwerkzeug erfolgenden Formgebung beschädigungsfrei folgen kann. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, dass die Trägerschicht zusammen mit dem darauf applizierten Induktor flexibel, einfach drapierbar und/oder im Vergleich zum Faserhalbzeug weitgehend biegeschlaff ist. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn die Trägerschicht ein textiles Grundmaterial, das heißt ein Gewebe oder ein Gewirke, aufweist. In diesem Fall kann der Induktor zum Beispiel durch Vernähen auf der Trägerschicht fixiert sein.A simple and reliable handling of the designed as a separate insert part inductor is of great relevance. Against this background, the insert part can additionally have a carrier layer as a support structure for the inductor. Depending on the intended use, it is important that the insert part of a forming process in the forming tool can follow without damage. Against this background, it is important that the carrier layer, together with the inductor applied to it, is flexible, easy to drape and / or largely limp in comparison with the semifinished fiber product. It is therefore particularly preferred if the carrier layer has a textile base material, that is, a woven or knitted fabric. In this case, the inductor may be fixed to the support layer, for example, by sewing.

Zur weiteren Steigerung der Drapierfähigkeit des Einlegerteils kann zusätzlich auch der Verlauf der Induktorschlaufe angepasst werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Induktor-Schlaufe zwischen den Anschlüssen für den Wechselstromgenerator zumindest einen Mäanderabschnitt aufweist, der beim Drapieren des Einlegerteils eine beschädigungsfreie Verformung des Induktors zulässt.To further increase the Drapierfähigkeit the Einlegererteils also the course of the inductor loop can be adjusted. It is particularly preferred if the inductor loop between the connections for the alternator has at least one meandering section which allows a damage-free deformation of the inductor during draping of the insert part.

Das Einlegerteil kann unter Bildung eines Zweischichtaufbaus zusammen mit dem Faserhalbzeug in das Umformwerkzeug eingelegt werden. Zur Bildung des Zweischichtaufbaus kann das Einlegerteil lose auf dem Faserhalbzeug liegen. Alternativ dazu ist es zur Lagesicherung bevorzugt, wenn das Einlegerteil durch zum Beispiel Vernähen auf dem Faserhalbzeug fixiert ist.The Einlegerteil can be inserted together with the semi-finished fiber product in the forming tool to form a two-layer structure. To form the two-layer structure, the Einlegerteil can lie loosely on the semi-finished fiber. alternative For this purpose, it is preferred to secure the position when the insert is fixed by, for example, sewing on the semi-finished fiber.

Für eine betriebssichere Induktionsheizung ist eine elektrische Isolation zwischen dem Induktor und den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern im Faserhalbzeug zu gewährleisten. Hierzu kann beispielhaft der Induktor von einem Isoliermaterial ummantelt sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann auch die Trägerschicht für den Induktor als eine elektrische Isolierung wirken. In diesem Fall kann beispielhaft der Induktor unter Zwischenlage der Trägerschicht auf dem Faserhalbzeug angeordnet sein. Beispielhaft kann die Trägerschicht ein Gewebe aus Glasfasern sein.For a reliable induction heating electrical insulation between the inductor and the electrically conductive reinforcing fibers in the semi-finished fiber is to ensure. For this purpose, by way of example, the inductor can be encased by an insulating material. Alternatively and / or additionally, the carrier layer for the inductor can act as an electrical insulation. In this case, by way of example, the inductor may be arranged on the semi-finished fiber with the interposition of the carrier layer. By way of example, the carrier layer may be a fiberglass fabric.

Nach erfolgtem Warmumform-Prozess kann das den Induktor aufweisende Einlegerteil einstückig in dem fertiggestellten faserverstärkten Kunststoffbauteil integriert bleiben. Alternativ dazu kann das Einlegerteil nach dem Warmumform-Prozess gegebenenfalls auch vom faserverstärkten Kunststoffbauteil gelöst werden. In diesem Fall kann das Einlegerteil unter Zwischenlage einer zusätzlichen Entformungsschicht auf das Faserhalbzeug appliziert werden, um ein einfaches Ablösen des Einlegerteils vom fertiggestellten Kunststoffbauteil zu ermöglichen. After the hot-forming process, the insert part having the inductor can remain integrally integrated in the finished fiber-reinforced plastic component. Alternatively, the insert part may also be detached from the fiber-reinforced plastic component after the hot forming process. In this case, the Einlegerteil can be applied with the interposition of an additional Entformungsschicht on the semifinished fiber to allow easy detachment of the Einlegerteils of the finished plastic component.

In einer Ausführungsvariante kann das Einlegerteil das Faserhalbzeug großflächig, insbesondere vollständig, überdecken. Dadurch kann das Bindermaterial im Faserhalbzeug großflächig aufgeschmolzen werden. Speziell bei einer solchen großflächigen Auslegung des Induktors ist es von Vorteil, wenn die Trägerschicht und/oder der Induktor ausreichend flexibel gestaltet ist, der Formgebung im Warmumformwerkzeug beschädigungsfrei folgen zu können. Das Bindermaterial kann thermoplastisch oder duroplastisch sein. In one embodiment, the Einlegerteil the semi-finished fiber over a large area, in particular completely cover. As a result, the binder material in the semi-finished fiber can be melted over a large area. Especially with such a large-area design of the inductor, it is advantageous if the carrier layer and / or the inductor is designed sufficiently flexible to follow the shaping in the hot forming tool without damage. The binder material may be thermoplastic or thermosetting.

Je nach Bauteilgeometrie kann auf ein solches großflächiges Aufschmelzen des Bindermaterials im Faserhalbzeug verzichtet werden, und anstelle dessen das Faserhalbzeug nur lokal aufgeschmolzen werden. In diesem Fall können ein oder mehrere kleine Einlegerteile bereitgestellt werden, die das Faserhalbzeug nicht großflächig, sondern nur lokal überdecken. Depending on the component geometry can be dispensed with such a large-scale melting of the binder material in the semifinished fiber, and instead of the semi-finished fiber are only locally melted. In this case, one or more small inserts parts can be provided, which do not cover the semi-finished fiber product over a large area, but only locally.

Beim Aufheizvorgang kann gegebenenfalls die Trägerschicht von dem aufgeschmolzenen Bindermaterial durchtränkt werden, wodurch sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegerteil und dem Faserhalbzeug ergibt. During the heating process, if appropriate, the carrier layer can be impregnated by the molten binder material, resulting in a material-locking connection between the insert part and the semifinished fiber product.

Nachfolgend sind die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik nochmal stichpunktartig aufgelistet: So ist die erfindungsgemäße Induktionsheizung sehr gut speziell für enge Radien anwendbar, wie sie häufig in der Automobilindustrie zu finden sind. Die Anwendung für enge Radien liegt speziell in der sehr guten Formbarkeit des Einlegerteils begründet. Zudem kann das Einlegerteil großflächig oder nur lokal eingesetzt werden. Hohe Heizraten bewirken dabei eine effiziente Temperierung und eine geringe Zykluszeit bei der Binderaktivierung. Speziell einer flexiblen sowie drapierbaren Gestaltung des Einlegerteils kann dieses formvariabel eingesetzt werden. Das heißt, dass in einfacher Weise unterschiedliche Bauteil-Geometrien erzeugbar sind. Zudem ist die erfindungsgemäße Induktionsheizung sehr kostengünstig aufgebaut und daher ideal für den Prototypenbau geeignet. Im Vergleich zu anderen Aufheizsystem, wie Wasser- oder Ölleitungen im Umformwerkzeug, ist der technische Aufwand sowie der Bauraumbedarf äußerst gering.Below, the advantages of the invention over the prior art are again listed in a nutshell: Thus, the induction heating according to the invention is very well suited especially for tight radii, as they are often found in the automotive industry. The application for narrow radii is due in particular to the very good formability of the insert part. In addition, the Einlegerteil can be used over a large area or only locally. High heating rates result in efficient temperature control and a short cycle time for binder activation. Especially a flexible and drapable design of the Einlegerteils this can be used variably. This means that different component geometries can be generated in a simple manner. In addition, the induction heating according to the invention is very inexpensive and therefore ideally suited for prototype construction. In comparison to other heating system, such as water or oil lines in the forming tool, the technical complexity and space requirements is extremely low.

Der Aufheizprozess kann zudem mit mehreren Stufen erfolgen, so dass der Binderaufschmelzprozess an die notwendige Drapierungsreihenfolge angepasst werden kann. Schließlich wird durch Verwendung einer Induktionsheizung und zusätzlich auch durch die lediglich im Faserhalbzeug stattfindende Erwärmung ein hoher Effizienzgrad erzielt. The heating process can also be carried out with several stages, so that the Binderaufschmelzprozess can be adapted to the necessary Drapierungsreihenfolge. Finally, a high degree of efficiency is achieved by using an induction heater and additionally by the only occurring in the semifinished fiber heating.

Zur Durchführung des Warmumform-Prozesses kann das erfindungsgemäße Einlegerteil beispielsweise an einem Vakuumgreifer angebunden sein, da die Trägerschicht (Glasgewebe) luftdurchlässig ausgeführt werden kann. Weitere Anbindungsmöglichkeiten stellen Umformwerkzeuge dar.In order to carry out the hot forming process, the insert part according to the invention can be connected, for example, to a vacuum gripper, since the carrier layer (glass fabric) can be designed to be air-permeable. Further connection options are forming tools.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example, in cases of unambiguous dependencies or incompatible alternatives.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.

Es zeigen:Show it:

1 und 2 jeweils Ansichten, die die Verfahrensschritte zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils veranschaulichen; 1 and 2 each views illustrating the process steps for producing a fiber-reinforced plastic component;

3 das faserverstärkte Kunststoffbauteil in einer Schnittdarstellung; 3 the fiber-reinforced plastic component in a sectional view;

4 in einer Ansicht von oben ein Einlegerteil mit darauf appliziertem Induktor; und 4 in a view from above a Einlegererteil with applied thereto inductor; and

5 ein faserverstärktes Kunststoffbauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 5 a fiber-reinforced plastic component according to a second embodiment.

Anhand der 1 bis 3 wird zunächst das Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 (3) beschrieben. Sämtliche Figuren sind im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Prinzipskizzen, die keinen realitätsgetreuen Schichtaufbau des Kunststoffbauteils 1 wiedergeben. Based on 1 to 3 First, the method for producing a fiber-reinforced plastic component 1 ( 3 ). All figures are made with a view to a simpler understanding of the invention. Therefore, the figures are only roughly simplified schematic diagrams that no realistic layer structure of the plastic component 1 play.

So werden zunächst gemäß der 1 ein platinenartiges, textiles Faserhalbzeug 3 sowie ein Einlegerteil 9 als separate Bauteile bereitgestellt. Das Faserhalbzeug 3 weist ein vorimprägniertes Gewebe aus einem Kett- und Schußfadensystem auf, das aus elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern 3 besteht. Zur Bildung des Faserhalbzeugs 3 wird das Gewebe in einer nicht gezeigten Imprägnieranlage noch nicht vollständig mit einem Binder, zum Beispiel aus einem Thermoplast, benetzt. Das Einlegerteil 9 ist aus einer später beschriebenen Trägerschicht 25 und einem Induktor 23 aufgebaut, der Bestandteil einer Induktionsheizung 19 ist.So be first according to the 1 a platinenartiges, textile semi-finished fiber 3 as well as an insert part 9 provided as separate components. The semifinished fiber product 3 comprises a preimpregnated fabric of a warp and weft yarn system made of electrically conductive reinforcing fibers 3 consists. For the formation of the semifinished fiber product 3 the fabric is not fully wetted with a binder, for example made of a thermoplastic, in an impregnating plant, not shown. The insert part 9 is from a carrier layer described later 25 and an inductor 23 built, the part of an induction heating 19 is.

Wie aus der 1 hervorgeht, wird das Einlegerteil 9 auf das Faserhalbzeug 3 unter Bildung eines Zweischichtaufbaus 10 appliziert. Zusätzlich kann das Einlegerteil 9 gemäß der 1 durch angedeutete Hilfsnähte 11 lagesicher vorpositioniert werden. Anschließend wird der Zweischichtaufbau 10, bestehend aus dem Faserhalbzeug 3 und dem Einlegerteil 9, in einem Warmumformwerkzeug 13 positioniert. Das Warmumformwerkzeug 13 weist gemäß der 2 ein oberes Umformwerkzeug 15 und ein unteres Umformwerkzeug 17 auf, das beispielhaft ein gefräster Polymerblock ist.Like from the 1 shows, the Einlegererteil 9 on the semi-finished fiber 3 to form a two-layer structure 10 applied. In addition, the Einlegerteil 9 according to the 1 by indicated auxiliary seams 11 positionally pre-positioned. Subsequently, the two-layer structure 10 , consisting of the semifinished fiber product 3 and the insert part 9 in a hot forming tool 13 positioned. The hot forming tool 13 according to the 2 an upper forming tool 15 and a lower forming tool 17 which is exemplified by a milled polymer block.

Zur Vorbereitung der Warmumformung wird dann der Zweischichtaufbau 10 über die Induktionsheizung 19 aufgeheizt, die in der 1 oder 2 einen Wechselstromgenerator 21 sowie den Induktor 23 aufweist. Der Induktor 23 ist nicht außerhalb des Warmumformwerkzeugs 13 positioniert, sondern im Einlegerteil 9 integriert. Beim Heizprozess erzeugt der Induktor 23 ein magnetisches Wechselfeld, das in den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern 5 des Faserhalbzeugs 3 elektrische Ströme induziert, die zu einem Aufheizen der Verstärkungsfasern 5 und in der Folge des Binders 7 führen. Das Bindermaterial wird bis zu seiner Schmelztemperatur erwärmt, wodurch die Verstärkungsfasern 5 vollständig mit dem Bindermaterial benetzt werden und das Faserhalbzeug 3 konsolidiert. Dann erfolgt die Formgebung, bei der das vorgewärmte Faserhalbzeug 3 unter Druckbeaufschlagung vom oberen Presswerkzeug 15 zu dem faserverstärkten Kunststoffbauteil 1 geformt wird.To prepare the hot forming then the two-layer construction 10 via the induction heating 19 heated up in the 1 or 2 an alternator 21 as well as the inductor 23 having. The inductor 23 is not outside the hot stamping tool 13 positioned but in the insert part 9 integrated. During the heating process, the inductor generates 23 an alternating magnetic field in the electrically conductive reinforcing fibers 5 of the semifinished fiber product 3 induced electrical currents, resulting in a heating of the reinforcing fibers 5 and in the wake of the binder 7 to lead. The binder material is heated to its melting temperature, whereby the reinforcing fibers 5 be completely wetted with the binder material and the semi-finished fiber 3 consolidated. Then the shaping takes place, in which the preheated fiber semi-finished product 3 under pressure from the upper die 15 to the fiber reinforced plastic component 1 is formed.

In der 4 ist das Einlegerteil 9 in einer Alleinstellung gezeigt. Das Einlegerteil 9 weist als Tragstruktur für den Induktor 23 die bereits erwähnte Trägerschicht 25 auf, die hier beispielhaft ein elektrisch isolierendes Glasgewebe ist. Der Induktor 23 ist in der 4 eine Schlaufe, deren Anschlussenden 27 in Kontakt mit dem Wechselstromgenerator 21 bringbar sind. Um eine ausreichende Flexibilität sowie Drapierfähigkeit des Einlegerteils 9 zu gewährleisten, ist der Verlauf der Induktor-Schlaufe mäanderförmig, wodurch bei der Formgebung sich ergebende Lageänderungen beschädigungsfrei ausgeglichen werden können. Die Induktor-Schlaufe kann durch Hilfsnähte 26 (nur in der 2 angedeutet) auf der Trägerschicht 25 appliziert sein. Der Induktor 23 kann aus jeglichem leitfähigen Material aufgebaut sein. Beispielhaft kann der Induktor 23 elektrisch leitfähige Fasern 33 aufweisen oder alternativ einen Metalldraht.In the 4 is the insert part 9 shown in a unique position. The insert part 9 has as support structure for the inductor 23 the already mentioned carrier layer 25 on, which is an example of an electrically insulating glass fabric here. The inductor 23 is in the 4 a loop whose connecting ends 27 in contact with the alternator 21 can be brought. To provide sufficient flexibility and Drapierfähigkeit the Einlegererteils 9 to ensure the course of the inductor loop meandering, which can be compensated without damage during shaping resulting position changes. The inductor loop can be made by auxiliary seams 26 (only in the 2 indicated) on the carrier layer 25 be applied. The inductor 23 can be constructed of any conductive material. By way of example, the inductor 23 electrically conductive fibers 33 or alternatively a metal wire.

Das leitfähigen Material des Induktors 23 elektrisch isoliert von den ebenfalls leitfähigen Verstärkungsfasern 5 (zum Beispiel Kohlenstofffasern) des Faserhalbzeuges 3 anzuordnen. Für eine solche elektrische Isolierung kann der Induktor 23 gegebenenfalls eine Kabel-Ummantelung aufweisen. Gegebenenfalls kann die Trägerschicht 25 selbst als eine elektrische Isolierung zwischen dem Induktor 23 und den Verstärkungsfasern 5 des Faserhalbzeuges 3 wirken. The conductive material of the inductor 23 electrically isolated from the likewise conductive reinforcing fibers 5 (For example, carbon fibers) of the semi-finished fiber 3 to arrange. For such electrical insulation, the inductor 23 optionally have a cable sheath. Optionally, the carrier layer 25 even as an electrical insulation between the inductor 23 and the reinforcing fibers 5 of the semifinished fiber product 3 Act.

Während des Warmumformprozesses kann das Gewebe der Trägerschicht 25 des Einlegerteils 9 ebenfalls von dem aufgeschmolzenen Bindermaterial 7 zumindest teilweise durchtränkt werden. Auf diese Weise ergibt sich ein insgesamt einstückiger Verbund, in dem der Induktor 23 und die Trägerschicht 25 im Kunststoffbauteil 1 integriert sind. During the hot forming process, the fabric may be the backing layer 25 of the insert part 9 also from the melted binder material 7 be at least partially saturated. In this way, results in a total one-piece composite, in which the inductor 23 and the carrier layer 25 in the plastic component 1 are integrated.

In den 1 bis 4 ist das Einlegerteil 9 großflächig ausgeführt, und zwar so, dass das Faserhalbzeug 3 vollständig überdeckt ist. Auf diese Weise erfolgt beim Aufheizvorgang ein großflächiges Aufschmelzen des gesamten Bindermaterials 7 im Faserhalbzeug 3. In the 1 to 4 is the insert part 9 executed over a large area, in such a way that the semi-finished fiber 3 completely covered. In this way, takes place during the heating process, a large-scale melting of the entire binder material 7 in semi-finished fiber 3 ,

Je nach der Bauteil-Geometrie können anstelle eines großflächigen Einlegerteils 9 auch ein oder mehrere kleinere Einlegerteile 9 Verwendung finden, mit denen nur in lokalen Bereichen des Faserhalbzeuges 3 das Bindermaterial 7 aufgeschmolzen wird. So ist in der 5 beispielhaft ein faserverstärktes Kunststoffbauteil 1 mit einem Boden 38 sowie davon hochgezogenen Seitenwänden 39 gezeigt, die zusammen einen Inneneckbereich bilden. Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel sind im, in der 5 gezeigten faserverstärkten Kunststoffbauteil 1 zwei schlaufenartige Induktoren 23 integriert, die voneinander beabstandet im Kunststoffbauteil 1 integriert sind. Die beiden schlaufenartigen Induktoren 23 erstrecken sich dabei konturangepasst zwischen dem Boden 38 und den Seitenwänden 39 des Kunststoffbauteils 1. Depending on the component geometry, instead of a large-scale insert part 9 also one or more smaller inserts parts 9 Use, with which only in local areas of the semifinished fiber product 3 the binder material 7 is melted. So is in the 5 an example of a fiber-reinforced plastic component 1 with a floor 38 as well as raised side walls 39 shown, which together form an inside corner area. In contrast to the previous embodiment are in, in the 5 shown fiber-reinforced plastic component 1 two loop-type inductors 23 integrated, spaced from each other in the plastic component 1 are integrated. The two loop-type inductors 23 extend contour-matched between the ground 38 and the side walls 39 of the plastic component 1 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (9)

Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1), mit einem Umformwerkzeug (13), in dem ein platinenartiges, insbesondere textiles Faserhalbzeug (3) warmumformbar ist, in dem elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern (5) in einem wärmeaktivierbaren Binder (7) eingebettet sind, und mit einer Induktionsheizung (19), die zumindest einen Induktor (23) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds aufweist, das in den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern (5) des Faserhalbzeugs (3) elektrische Ströme induziert, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (23) zumindest ein vom Umformwerkzeug (13) separates, flächiges Einlegerteil (9) ist, das zusammen mit dem Faserhalbzeug (3) in das Umformwerkzeug (13) einlegbar ist. Device for producing a fiber-reinforced plastic component ( 1 ), with a forming tool ( 13 ), in which a platinum-like, in particular textile semi-finished fiber product ( 3 ) is thermoformable, in the electrically conductive reinforcing fibers ( 5 ) in a heat-activated binder ( 7 ) and with induction heating ( 19 ), which has at least one inductor ( 23 ) for generating an alternating magnetic field which in the electrically conductive reinforcing fibers ( 5 ) of the semifinished fiber product ( 3 ) induces electrical currents, characterized in that the inductor ( 23 ) at least one of the forming tool ( 13 ) separate, flat insert part ( 9 ), which together with the semi-finished fiber product ( 3 ) in the forming tool ( 13 ) can be inserted. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (23) zumindest eine Schlaufe aus elektrisch leitendem Material, etwa Kohlenstofffasern oder einem Metalldraht, ist.Device according to claim 1, characterized in that the inductor ( 23 ) is at least one loop of electrically conductive material, such as carbon fibers or a metal wire, is. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegerteil (9) als Tragstruktur für den Induktor (23) eine Trägerschicht (25) aufweist, und dass insbesondere die Trägerschicht (25) ein textiles Grundmaterial, etwa ein Gewebe oder ein Gewirke, aufweist, und/oder dass der Induktor (23), insbesondere durch Nähen, auf der Trägerschicht (25) fixiert ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the insert part ( 9 ) as a support structure for the inductor ( 23 ) a carrier layer ( 25 ), and in particular that the carrier layer ( 25 ) has a textile base material, such as a woven or a knitted fabric, and / or that the inductor ( 23 ), in particular by sewing, on the carrier layer ( 25 ) is fixed. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegerteil (9) unter Bildung eines Zweischichtaufbaus (10) zusammen mit dem Faserhalbzeug (3) in das Umformwerkzeug (13) einlegbar ist, und dass insbesondere das Einlegerteil (9) zur Bildung des Zweischichtaufbaus (10) lose auf dem Faserhalbzeug (3) liegt oder darauf, durch zum Beispiel Nähen, fixiert ist.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the insert part ( 9 ) to form a two-layer structure ( 10 ) together with the semi-finished fiber product ( 3 ) in the forming tool ( 13 ) and that in particular the insert part ( 9 ) to form the two-layer structure ( 10 ) loosely on the semifinished fiber product ( 3 ) or fixed thereon by, for example, sewing. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (23) gegenüber den elektrisch leitenden Verstärkungsfasern (5) des Faserhalbzeugs (3) elektrisch isoliert ist, und dass insbesondere für die elektrische Isolierung der Induktor(23) von einem Isoliermaterial ummantelt ist, und/oder dass die Trägerschicht (25) die elektrische Isolierung bildet, und/oder dass der Induktor (23) unter Zwischenlage der Trägerschicht (25) auf dem Faserhalbzeug (3) angeordnet ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inductor ( 23 ) compared to the electrically conductive reinforcing fibers ( 5 ) of the semifinished fiber product ( 3 ) is electrically isolated, and that in particular for the electrical insulation of the inductor ( 23 ) is encased by an insulating material, and / or that the carrier layer ( 25 ) forms the electrical insulation, and / or that the inductor ( 23 ) with interposition of the carrier layer ( 25 ) on the semifinished fiber product ( 3 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (23) nach der Fertigstellung des faserverstärkte Kunststoffbauteils (1) einstückig in dem Kunststoffbauteil (1) integriert bleibt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inductor ( 23 ) after completion of the fiber-reinforced plastic component ( 1 ) in one piece in the plastic component ( 1 ) remains integrated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegerteil (9) das Faserhalbzeug (3) großflächig, insbesondere vollständig überdeckt, und zwar für ein großflächiges Aufschmelzen des Bindermaterials (7) im Faserhalbzeug (3), oder dass das Einlegerteil (9) für ein nur lokales Aufschmelzen nur zumindest einen Teilbereich des Faserhalbzeugs überdeckt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 9 ) the semi-finished fiber product ( 3 ) over a large area, in particular completely covered, and indeed for a large-area melting of the binder material ( 7 ) in the semi-finished fiber product ( 3 ), or that the insert part ( 9 ) For a local melting only covers at least a portion of the semifinished fiber product. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (1) mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Faserhalbzeug (3) bereitgestellt wird, das elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern aufweist, die in einem wärmeaktivierbaren Binder (7) eingebettet sind, in einem Heizvorgang das Faserhalbzeug durch eine Induktionsheizung (19) zumindest lokal aufgeheizt wird, und in einem Warmumformvorgang eine Formgebung des Faserhalbzeugs (3) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Heizvorgangs der Induktor (23) der Induktionsheizung (19) vor dem Heizvorgang auf dem Faserhalbzeug (3) appliziert wird.Process for producing a fiber-reinforced plastic component ( 1 ) with a device according to one of the preceding claims, in which a semi-finished fiber product ( 3 ) comprising electrically conductive reinforcing fibers which are contained in a heat-activatable binder (US Pat. 7 ) are embedded, in a heating process, the semifinished fiber product by an induction heating ( 19 ) is heated at least locally, and in a hot forming a shaping of the semifinished fiber product ( 3 ), characterized in that for carrying out the heating process, the inductor ( 23 ) of induction heating ( 19 ) before the heating process on the semifinished fiber product ( 3 ) is applied. Einlegerteil für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der zusammen mit dem Faserhalbzeug (3) zur Formgebung in ein Warmumformwerkzeug (13) einlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegerteil (9) einen Induktor (23) aufweist, der Bestandteil einer Induktionsheizung (19) zum Aufheizen des Faserhalbzeugs (3) ist.Insertion part for a device according to one of claims 1 to 7, which together with the semifinished fiber product ( 3 ) for shaping into a hot forming tool ( 13 ), characterized in that the insert part ( 9 ) an inductor ( 23 ), which is part of an induction heater ( 19 ) for heating the semifinished fiber product ( 3 ).
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