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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einem Einleger versehenen Polymer-Formteils, indem
- (a) einerseits der Einleger in den Formraum eines Formwerkzeugs überführt und in dem Formwerkzeug in der vorgesehenen Position fixiert wird, andererseits
- – wenigstens ein plastifiziertes Matrixpolymer in das Formwerkzeug überführt und zumindest teilweise mit dem Einleger in Kontakt gebracht wird, wonach das Matrixpolymer erstarrt wird; oder
- – wenigstens ein zu einem Matrixpolymer aushärtbares Harz in das Formwerkzeug überführt und zumindest teilweise mit dem Einleger in Kontakt gebracht wird, wonach das Harz zu dem Matrixpolymer ausgehärtet wird; oder
- (b) wenigstens ein mit dem wenigstens einen Einleger versehenes Halbzeug in den Formraum eines Formwerkzeugs überführt und in der vorgesehenen Position fixiert wird, wobei
- – wenigstens ein plastifizierbares Matrixpolymer des Halbzeugs plastifiziert und zumindest teilweise mit dem Einleger verpresst wird, wonach das Matrixpolymer erstarrt wird; oder
- – wenigstens ein zu einem Matrixpolymer aushärtbares Harz des Halbzeugs unter zumindest teilweisem Verpressen desselben mit dem Einleger ausgehärtet wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtete Vorrichtung zur Herstellung von mit wenigstens einem Einleger versehenen Polymer-Formteilen, mit wenigstens einem Formwerkzeug und einer dem Formwerkzeug zugeordneten Fixiereinrichtung, welche zur Fixierung des Einlegers und/oder eines mit einem solchen versehenen Halbzeugs in dem Formraum des Formwerkzeugs ausgebildet ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein, insbesondere solchermaßen hergestelltes, Polymer-Formteil mit wenigstens einem Einleger.
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Mit ”Einlegern” im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind beliebige, nicht aus polymeren Kunststoffen gebildete Funktions- und/oder Verstärkungselemente angesprochen, welche in Polymer-Formteile Anwendung finden, um letzteren insbesondere verbesserte Werkstoffeigenschaften, wie beispielsweise eine erhöhte Steifigkeit, Festigkeit und dergleichen, und/oder bestimmte funktionale Eigenschaften zu verleihen, wie beispielsweise Leitfähigkeit, dekoratives Aussehen etc. Dabei kann es sich bei den Einlegern im Sinne der Erfindung vornehmlich um Verstärkungsfasern, insbesondere Lang- und Endlosfasern, handeln, welche in geeigneten Strukturen, z. B. in Form von Faserbündeln oder -lagen, vorliegen und in als solcher bekannter Weise mit einem plastifizierbaren, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer oder mit einem zu einem thermoplastischen bzw. thermoelastischen, elastomeren oder duroplastischen Polymer aushärtbaren Harz imprägniert sein können. Darüber hinaus kann es sich bei den Einlegern im Sinne der vorliegenden Erfindung um kompakte Verstärkungselemente, wie beispielsweise metallische Strukturen, Leiterbahnen, Dekorschichten und dergleichen handeln.
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Mit derartigen Einlegern versehene Polymer-Formteile finden in Bauteilen verschiedenster Art vielfältige Anwendung, wobei ihnen insbesondere ihr verhältnismäßig geringes Gewicht sowie die Möglichkeit zugute kommt, durch entsprechende Form und Anordnung des Einlegern im dem Polymer-Formteil letzterem eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der einwirkenden Lasten zu verleihen. So können beispielsweise mit Einlegern in Form von Verstärkungsfasern versehenen Polymer-Formteilen, welche z. B. eine Mehrzahl an aufeinander aufgebrachten Verstärkungsfaserlagen und/oder Verstärkungsfaserbündel aufweisen, durch entsprechende Orientierung der Verstärkungsfaserstrukturen eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der einwirkenden Lasten verliehen werden. Mit solchen Einlegern – seien sie aus Verstärkungsfaserstrukturen oder seien sie aus mehr oder minder kompakten Strukturen gebildet – versehene Polymer-Formteile kommen beispielsweise in Form von Strukturbauteilen für die Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffsbauindustrie oder auch in Bauteilen für die Bauindustrie oder als Komponenten zur Energieerzeugung, wie beispielsweise Flügel für Windkraftanlagen, zum Einsatz.
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Zur Herstellung von mit Einlegern in Form von Faserstrukturen verstärkten Polymer-Formteilen, deren Fasern beispielsweise von Kohle- bzw. Carbonfasern (carbonfaserverstärkte Kunststoffe, CFK) oder Glasfasern (glasfaserverstärkte Kunststoffe, GFK), aber grundsätzlich auch von mineralischen oder natürlichen Fasern gebildet sein und in geeigneten Strukturen, wie z. B. in Form von Bündeln, Lagen, Geflechten, Geweben, Gestricken, Gelegen, Vliesen oder dergleichen vorliegen können, sind verschiedene Verfahren bekannt. So kann die Herstellung von faserverstärkten Polymer-Formteilen beispielsweise dadurch geschehen, dass die Verstärkungsfaser(strukture)n mit einem thermoplastischen oder thermoelastischen Matrixpolymer im plastifizierten bzw. schmelzflüssigen Zustand imprägniert werden, wonach die imprägnierte Faserverbundstruktur, welche als Halbzeug bezeichnet wird, gegebenenfalls zunächst konsolidiert und sodann in einem geeigneten Formwerkzeug unter Einwirkung von Druck und Temperatur verpresst wird. Hierbei können selbstverständlich auch weitere Polymerlagen auf bzw. unter der imprägnierten Faserverbundstruktur angeordnet und mit dieser verpresst werden. Anschließend wird das Matrixpolymer unter Bildung der fertigen Polymermatrix unter Abkühlen desselben erstarrt. Stattdessen können die Verstärkungsfaser(strukture)n mit einem zu einem – insbesondere duroplastischen, aber auch elastischen oder thermoplastischen bzw. thermoelastischen – Matrixpolymer aushärtenden Harz imprägniert werden, wonach das Imprägnierharz des derart gebildeten Halbzeugs unter Bildung der fertigen Polymermatrix ausgehärtet wird, indem das Halbzeug wiederum in einem geeigneten Formwerkzeug unter Einwirkung von Druck und Temperatur verpresst wird. Die Imprägnierung dient in beiden Fällen vornehmlich zu einer möglichst vollständigen Benetzung der Verstärkungsfasern mit dem schmelzflüssigen Polymer bzw. mit dem flüssigen Harz, wobei die Verstärkungsfasern möglichst gänzlich imprägniert werden sollten, um die Bildung von Hohlräumen, welche zu einer lokal verminderten Festigkeit und Steifigkeit führen, zu verhindern.
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Darüber hinaus können zur Herstellung von mit Einlegern in Form von Faserstrukturen verstärkten Polymer-Formteilen auch die gegebenenfalls in der vorgenannten Weise imprägnierten Verstärkungsfaser(strukture)n in ein Spritzgieß- (z. B. im Falle eines thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer-Formteils) oder Gießwerkzeug (z. B. im Falle eines RIM-Verfahrens, ”Reaction Injection Moulding”, oder eines RRIM-Verfahrens, ”Reinforced Reaction Injection Moulding”) überführt werden, wonach entweder ein plastifiziertes, schmelzflüssiges Matrixpolymer oder eine zu einem Matrixpolymer aushärtbare, flüssige Harzmischung in das Formwerkzeug eingespritzt und mit der Faserstruktur in innigen Kontakt gebracht wird. Sodann wird das plastifizierte Polymer unter Bildung des fertigen faserverstärkten Polymer-Formteils erstarrt oder wird die Harzmischung unter Bildung des fertigen Formteils ausgehärtet, wonach das Formteil dem Formwerkzeug entnommen wird. In entsprechender Weise kann alternativ oder zusätzlich zu den Verstärkungsfasern ein kompakter, z. B. metallischer, Einleger in dem Formwerkzeug positioniert und mit dem plastifizierten Polymer bzw. mit der Harzmischung hinter- oder umspritzt werden.
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Sowohl bei den erstgenannten Pressverfahren, bei welchen ein Halbzeug aus einem bereits mit dem plastifizierbaren, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer bzw. mit der zu einem Polymer aushärtbaren, flüssigen Harzmischung imprägnierten Einleger in Form einer Verstärkungsfaserstruktur zu dem Polymer-Formteil geformt wird, als auch insbesondere bei den letztgenannten Spritzverfahren, bei welchen der in dem Formwerkzeug positionierte Einleger mit dem schmelzflüssigen, plastifizierten Polymer bzw. mit der flüssigen Harzmischung umspritzt wird, muss das gesamte Halbzeug bzw. muss der Einleger in geeigneter Weise in dem Formwerkzeug fixiert werden, um eine exakte Formgebung sowie eine exakte und reproduzierbare Anordnung des Einlegers in dem Polymer-Formteil zu gewährleisten. Dies gilt in besonderem Maße, wenn auch nicht ausschließlich, für die Spritzverfahren, da dort durch den in dem geschlossenen Formwerkzeug während des Einspritzvorganges vonstatten gehenden Materialfluss die Gefahr besteht, dass dieser Materialfluss die Position und/oder Orientierung bzw. Ausrichtung des Einlegers verändert.
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Die
WO 99/52703 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen in Form von mit Verstärkungsfaserstrukturen versehenen thermoplastischen Polymer-Formteilen, indem zunächst ein Halbzeug aus mit dem thermoplastischen Polymer imprägnierten Faserstrukturen erzeugt und das Halbzeug in ein Formwerkzeug überführt wird, um es zu dem fertigen Formteil umzuformen und zu verpressen. Zur Fixierung des Halbzeugs in der vorgesehenen Position in dem Formwerkzeug können mechanische Spannelemente zum Einsatz gelangen, an und zwischen welchen die Verstärkungsfaserbündel befestigt werden. Dies ist jedoch mühsam und aufwändig, so dass eine wirtschaftliche Serienfertigung nur bedingt möglich ist. Zudem erlauben solche, am Umfang des Formraumes des Formwerkzeugs angeordneten Spannelemente nur die Erzeugung von Polymer-Formteilen mit mehr oder minder flächiger Erstreckung der Verstärkungsfaserstrukturen.
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Aus der
DE 10 2010 030 009 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen in Form von mit Lang- bzw. Endlosfasern verstärkten Polymer-Formteilen bekannt, indem zunächst ein Halbzeug aus den mit der thermoplastischen Polymermatrix imprägnierten Faserstrukturen erzeugt und in ein Formwerkzeug nach Art eines Presswerkzeugs überführt wird. Zur Fixierung des Halbzeugs in dem Formwerkzeug ist ein dem Formwerkzeug zugeordneter Spannrahmen vorgesehen, an welchem das Faserverbundmaterial des Halbzeugs um den Umfang des Formraumes befestigt wird, wobei das Faserverbundmaterial zum Ausgleich des Materialüberschusses an den schwächer profilierten Formraumbereichen ab Beginn der Materialumformung synchron zur Schließbewegung des Formwerkzeugs in dem Randbereich des Halbzeugs zwischen dem Formraum und dem Spannrahmen zunehmend sickenförmig verformt wird. In Bezug auf die Nachteile gilt weitestgehend das oben zur
WO 99/52703 A1 gesagte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mit Einlegern, insbesondere in Form von gegebenenfalls vorimprägnierten Verstärkungsfaserstrukturen, versehenen Polymer-Formteilen sowie eine insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass unter zumindest weitgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine sowohl in handhabungstechnischer als auch in konstruktiver Hinsicht einfache und bequeme Fixierung des Einlegers bzw. des Halbzeugs in dem Formraum des Formwerkzeugs möglich ist. Sie ist ferner auf ein solchermaßen erzeugtes Polymer-Formteil, wie insbesondere in Form eines Strukturbauteils, gerichtet.
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In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens ein Einleger und/oder ein Halbzeug verwendet wird, welcher bzw. welches zumindest teilweise oder gänzlich aus wenigstens einem ferro- oder paramagnetischen Material gebildet ist, und dass die Fixierung in dem Formraum des Formwerkzeugs durch Anlegen eines Magnetfeldes an das Formwerkzeug geschieht.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Herstellung von mit Einlegern versehenen Polymer-Formteilen der eingangs genannten Art ferner vor, dass die Fixiereinrichtung wenigstens einen Magnet umfasst.
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Schließlich sieht die Erfindung zur Lösung des ihr zugrunde liegenden Problems bei einem insbesondere mittels eines Verfahren der vorgenannten Art hergestellten Polymer-Formteils mit wenigstens einem Einleger vor, dass der Einleger zumindest teilweise oder gänzlich aus wenigstens einem ferro- oder paramagnetischen Material gebildet ist.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folglich Einleger und/oder mit Einlegern versehene Halbzeuge eingesetzt, welche ferro- und/oder paramagnetische Materialien aufweisen, wie beispielsweise solche auf der Basis von Eisen, Nickel und/oder Kobalt einschließlich deren Legierungen. Wie weiter unten noch näher erläutert, kann es sich bei den Einlegern insbesondere um – gegebenenfalls vorimprägnierte – Faserstrukturen, welche gänzlich oder teilweise aus Fasern aus derartigen Materialien gebildet sind, oder auch um kompakte Teile aus derartigen Materialien handeln, welche mit dem plastifizierten Matrixpolymer des Polymer-Formteils oder einer zu einem Matrixpolymer aushärtbaren Harz hinter- bzw. umspritzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann im Falle von mit einem Einleger versehenen, vorgefertigten Halbzeugen, welche in dem Formwerkzeug verpresst und gegebenenfalls umgeformt werden, auch das Matrixpolymer oder das Harz, mit welchem die Faserstruktur des Halbzeugs imprägniert ist, mit hierin eindispergierten Partikeln aus ferro- und/oder paramagnetischen Materialien versetzt sein.
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Die Fixierung des Einlegers oder des Halbzeugs mit dem Einleger in dem Formraum des Formwerkzeugs in der exakten Position erfolgt sodann durch Anlegen eines Magnetfeldes an das Formwerkzeug, so dass der Einleger bzw. das Halbzeug während des Formvorgangs nicht ”verrutschen” kann. Dies gilt nicht nur im Falle eines mit einem Umformvorgang einhergehenden Verpressen von mit Einlegern versehenen Halbzeugen, sondern insbesondere auch im Falle eines Hinter- oder Umspritzens von gegebenenfalls vorimprägnierten Einlegern, bei welchen die magnetische Fixierung des Einlegers diesen vor einer Verlagerung innerhalb des Formraumes des Formwerkzeugs bewahrt, wenn das schmelzflüssige, plastifizierte Polymer oder die flüssige Harzmischung in den Formraum eingespritzt wird und der Materialfluss auf den Einleger einwirkt, wenn sich das flüssige Material in dem Formraum des Formwerkzeugs verteilt.
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Das erfindungsgemäß an das Formwerkzeug angelegte Magnetfeld vermag dabei den ferro- und/oder paramagnetische Materialien enthaltenden Einleger bzw. das solche Materialien enthaltende Halbzeug nicht nur in dem Formraum zu fixieren, sondern erleichtert auch deren prozesssichere Positionierung in dem Formraum anlässlich des Einbringens in diesen, weil eine mehr oder minder freie Positionierung im Innern des Formraums möglich wird und sich der Einleger bzw. das Halbzeug nicht an der den Formraum umgebenden Wandung des Formwerkzeugs abstützen muss, um seine Position zu halten. Auf diese Weise kann die Handhabung insbesondere auch mittels automatisierter Handhabungsgeräte, wie z. B. Robotern, geschehen, welche den Einleger bzw. das Halbzeug in der gewünschten Position in dem Formraum des Formwerkzeugs ablegen, woraufhin er/es infolge des Magnetfeldes in dem Formraum fixiert wird. Überdies werden etwaige Abdrücke auf dem Polymer-Formteil, wie sie bei einer herkömmlichen Fixierung innerhalb des Formraums des Formwerkzeugs erzeugt werden, vermieden und fallen auch keine Reste, wie insbesondere Faserverschnitte, an, wie dies der Fall ist, wenn die Faserstränge an Spanneinrichtungen des Formwerkzeugs gemäß dem Stand der Technik befestigt werden.
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Überdies kann das Magnetfeld auch zur Versteifung des Einlegers bzw. des Halbzeugs sowie in gewissem Maße zu einer Orientierung von Verstärkungsfasern enthaltenden Einlegern dienen, wobei die durch das Magnetfeld bewirkte Fixierkraft ferner eine erste (Vor)verformung des Einlegers bzw. des Halbzeugs bewirken kann. Insbesondere wird auch beim Umpressen oder Umspritzen von aus Faserstrukturen gebildeten Einlegern oder mit solchen Einlegern versehenen Halbzeugen infolge der mit einer Versteifung des Einlegers bzw. des Halbzeugs einhergehenden magnetischen Fixierung desselben deren Struktur gegenüber dem Stand der Technik weniger beeinträchtigt, weil sie dem Materialfluss von schmelzflüssigem Polymer oder flüssigem Harz besser zu widerstehen vermag.
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Was die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft, so kann das von dem Magnet erzeugte Magnetfeld vorzugsweise veränderbar sein, um es einerseits z. B. abschwächen oder gänzlich unterbinden bzw. ”abschalten” zu können und auf diese Weise eine einfache Entformung des fertigen Polymer-Formteils zu gewährleisten, andererseits die Stärke des Magnetfeldes an den jeweils verwendeten Einleger oder an das jeweils verwendete Halbzeug anpassen zu können, je nach dem, wie groß der Anteil an ferro- oder paramagnetischen Materialien in demselben ist.
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In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Magnet der dem Formwerkzeug zugeordneten Fixiereinrichtung
- – einen Elektromagnet umfasst, welcher insbesondere mit einem veränderbaren elektrischen Strom bzw. mit einer veränderbaren elektrischen Spannung versorgt ist (folglich kann die Magnetfeldstärke durch Änderung der in der/den Spule(n) des Elektromagnets fließenden, elektrischen Stromes verändert werden);
- – einen Permanentmagnet umfasst, welcher insbesondere relativ zu dem Formraum des Formwerkzeugs verlagerbar angeordnet ist (folglich kann der Permanentmagnet z. B. in Richtung des Formraums der Formwerkzeugs sowie von diesem fort verlagerbar sein, so dass die Magnetfeldstärke durch Änderung des Abstandes des/der Permanentmagnets/-magneten von dem Formraum des Formwerkzeugs verändert werden kann; oder der Permanentmagnet kann beispielsweise auch drehbar gelagert sein, um zwischen einer Position, in welcher seine Magnetfeldlinien den Formraum größtenteils durchdringen, und einer Position, in welcher seine Magnetfeldlinien den Formraum vornehmlich, z. B. etwa parallel zu diesem passieren, verschwenkt zu werden, so dass die Magnetfeldstärke im Formraum des Formwerkzeugs durch Drehen des/der Permanentmagnets/-magneten verändert werden kann); und/oder
- – wenigstens zwei Permanentmagnete umfasst, welche insbesondere relativ zueinander verlagerbar angeordnet sind (folglich können die Permanentmagnete z. B. derart relativ zueinander gedreht werden, dass ihre Pole im Wesentlichen gleichsinnig oder auch im Wesentlichen gegensinnig angeordnet sind, wodurch das Gesamtmagnetfeld vergrößert bzw. verkleinert bzw. gegenseitig aufgehoben wird).
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Weitere Magnetanordnungen einschließlich sogenannter Mybridmagneten sind freilich denkbar.
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Während dem Formwerkzeug grundsätzlich eine Fixiereinrichtung in Form wenigstens eines äußeren Magnets zugeordnet sein kann, wie z. B. eines das Formwerkzeug umgebenden Elektromagnets oder einer das Formwerkzeug umgebenden Anordnung von Permanentmagneten, kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Magnet in wenigstens eine Wandung des Formwerkzeugs eingebettet oder hierin – sei es translatorisch und/oder rotatorisch – verlagerbar gelagert ist, wobei er, wie oben erwähnt, insbesondere im Falle von Permanentmagneten auch in entsprechenden Ausnehmungen des Formwerkzeugs von dem Formraum fort und auf diesen zu verlagerbar und/oder dreh- bzw. schwenkbar angeordnet sein kann. Dabei sollte das Material des Formwerkzeugs selbstverständlich für magnetische Feldlinien permeabel sein, so dass das Magnetfeld wirksam ins Innere des Formraumes übertragen wird. Beispiele solcher Materialien umfassen Aluminium, hochtemperatur- und -druckfeste Kunststoffe, wie z. B. Polyetherketone (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetheretheretherketone (PEEEK), Polyetherketonketone (PEKK), Polyetheretherketonketone (PEEKK), Polyetheretherketonetherketone (PEEKEK), Polyetherketonetheretherketone (PEKEEK), Polyaryletherketone (PAEK) einschließlich Copolymeren und Polymer-Blends derselben etc.
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Wie bereits angedeutet, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass das Magnetfeld zumindest während eines oder mehrerer der folgenden Verfahrensschritte an das Formwerkzeug angelegt wird.
- (a) – anlässlich des Überführens des zumindest teilweise aus ferro- und/oder paramagnetischen Materialien gebildeten Einlegers in den Formraum des Formwerkzeugs; und/oder
- – während des anschließenden Überführens des plastifizierten Matrixpolymers oder des aushärtbaren Harzes in den Formraum des Formwerkzeugs, z. B. durch Einspitzen in den Formraum des Formwerkzeugs unter Um- oder Hinterspritzen des Einlegers; und/oder
- – während des Erstarrens des plastifizierten Polymers oder während des Aushärtens des Harzes zu dem Matrixpolymer; oder
- (b) – anlässlich des Überführens des mit dem Einleger versehenen Halbzeugs, dessen Einleger und/oder dessen Imprägnierpolymer bzw. Imprägnierharz zumindest teilweise ferro- und/oder paramagnetischen Materialien enthält, in den Formraum des Formwerkzeugs; und/oder
- – während des Verpressens des Einlegers mit dem plastifizierten Matrixpolymer oder mit dem aushärtbaren Harz des Halbzeugs.
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Wie ebenfalls bereits angedeutet, kann demgegenüber vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Magnetfeld anlässlich des Entnehmens des fertigen, mit dem Einleger versehenen Polymer-Formteils aus dem Formraum des Formwerkzeugs unterbunden oder zumindest abgeschwächt wird, um für eine einfache, z. B. auch mittels Robotern vonstatten gehende Entformung zu sorgen.
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Wie oben erwähnt, kann das Magnetfeld beispielsweise dadurch unterbunden oder abgeschwächt werden, dass
- – wenigstens ein dem Formwerkzeug (1) zugeordneter Elektromagnet von einer Strom- bzw. Spannungsquelle getrennt und/oder von dieser mit einem verminderten Strom bzw. einer verminderten Spannung versorgt wird;
- – wenigstens ein dem Formwerkzeug (1) zugeordneter Permanentmagnet – translatorisch und/oder rotatorisch – relativ zu dem Formraum des Formwerkzeug verlagert wird; und/oder
- – wenigstens zwei dem Formwerkzeug zugeordnete Permanentmagneten relativ zueinander verlagert werden, um ihre Magnetfelder gegenseitig zu verstärken oder gegeneinander abzuschwächen.
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Wie ebenfalls bereits angedeutet, macht es das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich möglich, dass der mittels des Magnetfeldes in dem Formraum des Formwerkzeugs fixierte Einleger bzw. das mit dem Einleger versehene Halbzeug in dem Formwerkzeug umgeformt wird, wobei beispielsweise aus einem vornehmlich flächigen Einleger/Halbzeug eine dreidimensionale Struktur erzeugt werden kann.
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Während, wie eingangs erwähnt, als Einleger grundsätzlich beliebige Verstärkungselemente aus ferro- und/oder paramagnetischen Materialien zum Einsatz kommen können, bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für solche Einleger an, welcher Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Verstärkungsfaserbündeln und/oder -lagen, umfasst, wobei zumindest einige der Verstärkungsfasern aus ferro- oder paramagnetischen Materialien gebildet sind. Dabei kann es sich um Verstärkungsfaserstrukturen handeln, welche gänzlich aus derartigen Materialien gefertigt sind, oder es können z. B. auch aus derartigen Materialien gefertigte Fasern oder Faserbündel bzw. -lagen in andere, nicht ferro- oder paramagnetische Fasern oder Faserbündel bzw. -lagen eingebracht sein, wie z. B. eingeflochten, eingewebt, eingestrickt, eingelegt, eingewirkt oder dergleichen.
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Sofern ein mit einem Einleger versehenes Halbzeug eingesetzt wird, ist es alternativ oder zusätzlich zum Einsatz von Verstärkungsfasern des Einlegers aus ferro- oder paramagnetischen Materialien möglich, dass in das plastifizierbare Matrixpolymer oder in das zu dem Matrixpolymer aushärtbare Harz des Halbzeugs, mit welchem die Verstärkungsfasern seines Einlegers imprägniert sind, Partikel aus ferro- oder paramagnetischen Materialien eindispergiert sind. Solche Partikel vermögen nicht nur für eine einwandfreie magnetische Fixierung des Halbzeugs im Formraum des Formwerkzeugs zu sorgen, sondern erhöhen auch die Viskosität des Imprägnierpolymers bzw. des Imprägnierharzes beim Anlegen des Magnetfeldes, so dass die gewünschten Faserstrukturen bei der Formgebung nicht oder zumindest in geringerem Ausmaße beeinträchtigt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Polymer-Formteil kann es sich schließlich insbesondere um ein Strukturbauteil handeln, wobei der Einleger des Polymer-Formteils vorzugsweise Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Verstärkungsfaserbündeln und/oder -lagen, umfassen kann, und wobei zumindest einige der Verstärkungsfasern aus ferro- oder paramagnetischen Materialien gebildet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines mit einer magnetischen Fixiereinrichtung ausgestatteten Formwerkzeugs zur Herstellung von mit Einlegern verstärkten Polymer-Formteilen im geöffneten Zustand; und
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2 eine schematische Schnittansicht des geschlossenen Formwerkzeugs gemäß 1.
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In den 1 und 2 sind schematische Ansichten eines Formwerkzeugs 1 im geöffneten (1) bzw. im geschlossenen Zustand (2) seiner beiden Formhälften 1a, 1b, wiedergegeben, welche zwischen sich einen Formraum 2 bilden. Das Formwerkzeug 1 kann als Press- oder (Spritz)gießwerkzeug ausgestaltet sein, wobei es im letztgenannten Fall in als solcher bekannter Weise geeignete Spritzkanäle (nicht dargestellt) aufweist, welche in den Formraum 2 münden. Das Formwerkzeug 1 – im vorliegenden Fall seine untere Formhälfte 1b – ist ferner mit einer Fixiereinrichtung 3 ausgestattet, welche einen in die Wandung der Formhälfte 1b eingebetteten Magnet 4 aufweist. Der Magnet 4 ist z. B. in Form eines Elektromagnets 5 ausgebildet und weist eine Spule auf, welche mittels elektrischer Anschlüsse 6a, 6b mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist, so dass das von der Spule induzierte Magnetfeld entsprechend dem elektrischen Stromfluss veränderbar ist. Auf diese Weise können ferro- oder paramagnetische Materialien enthaltende Einleger, wie beispielsweise Verstärkungsfaserstrukturen mit aus solchen Materialien gefertigten Fasern, oder auch Halbzeuge, welche derartige Fasern enthalten und/oder deren Imprägnierpolymer oder Imprägnierharz mit hierin eindispergierten Partikeln aus ferro- oder paramagnetischen Partikeln versetzt ist, positionsgenau und reproduzierbar an der gewünschten Stelle des Formraumes 2 des Formwerkzeugs 1 fixiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 99/52703 A1 [0007, 0008]
- DE 102010030009 A1 [0008]
