DE102016208232A1

DE102016208232A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs

Info

Publication number: DE102016208232A1
Application number: DE102016208232.9A
Authority: DE
Inventors: Paulin Fideu; Hauke Seegel; Claus Fastert; Philipp Abel; Andreas Schnabel
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, wird eine Halbzeugform (16) bereitgestellt. Eine erste Faserlage (22), die eine Mehrzahl von in eine erste Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst, wird auf einer Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) angeordnet. Die Verstärkungsfasern (14) der ersten Faserlage (22) werden in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigt. Eine zweite Faserlage (24), die eine Mehrzahl von in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst, wird auf der ersten Faserlage (22) angeordnet. Die Verstärkungsfasern (14) der zweiten Faserlage (24) werden in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigt. Die erste und die zweite Faserlage (22, 24) werden miteinander verbunden. Die miteinander verbundenen Faserlagen (22, 24) werden von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil, insbesondere einem Flugzeugstrukturbauteil, aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist.
Im Flugzeugbau gibt es Bestrebungen, zunehmend Bauteile einzusetzen, die vollständig oder teilweise aus faserverstärkten Verbundmaterialien, beispielsweise glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen bestehen. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2007 062 111 A1 eine aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehende Querträgerstruktur, die der Abstützung der einzelnen Paneele eines Flugzeugfußbodensystems zur Trennung einer Passagierkabine von einem unterhalb der Passagierkabine angeordneten Frachtraum dient. Ferner ist es beispielsweise aus der DE 10 2004 001 078 B4 bzw. der CN 100418850 bekannt, Flugzeugrumpfsegmente mit einer Haut sowie Verstärkungselementen (z. B. Spante, Stringer) aus faserverstärkten Verbundmaterialien zu versehen.
Flugzeugstrukturbauteile aus faserverstärkten Verbundmaterialien können nach einem Vakuuminfusionsverfahren oder einem vakuumunterstützten Resin Transfer Moulding-(RTM)Verfahren hergestellt werden, bei denen ein in Form von Einzelfasern, Faser-Prewovens oder Faser-Prepregs vorliegendes Halbzeug in oder auf einer Form angeordnet wird und das Halbzeug anschließend mittels einer Vakuumfolie gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet wird. Anschließend wird ein aushärtbares Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel ein Epoxidharzmaterial, durch Infusionsschläuche, die mit abgedichtet durch die Vakuumfolie hindurchgeführten Anschlüssen verbunden werden, in das Halbzeug eingespritzt. Das in das Halbzeug eingespritzte aushärtbare Kunststoffmaterial wird schließlich unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur ausgehärtet, so dass die Verstärkungsfasern fixiert werden und ein wie gewünscht geformtes Bauteil aus einem Verbundmaterial erhalten wird, das in eine aus dem ausgehärteten Kunststoffmaterial bestehende Matrix eingebettete Verstärkungsfasern enthält. Hierzu kann der die Form, das Halbzeug und die Vakuumfolie umfassende Aufbau in einen Autoklaven eingebracht werden.
Ferner sind aus dem Stand der Technik planare Faser-Multiaxialgelege, sogenannte Non-Crimp-Fabrics (NCFs), bekannt, die mehrere übereinander angeordnete Faserlagen mit in jeweils unterschiedlichen Richtungen orientierten Fasern umfassen. Die Faserlagen sind in einer zu den jeweiligen Faserlagenebenen senkrechten Richtung miteinander vernäht.
Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, ein Halbzeug, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil, insbesondere einem Flugzeugstrukturbauteil, aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, auf einfache und kostengünstige Art und Weise und mit geringem Materialverlust herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs wird eine Halbzeugform bereitgestellt. Das mittels des Verfahrens herzustellende Halbzeug ist zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet und enthält Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Kohlenstofffasern. Die in dem Halbzeug enthaltenen Verstärkungsfasern können, je nach Bedarf, als Trockenfasern ausgeführt oder mit einer Oberflächenschicht aus einem thermoplastischen oder einem aushärtbaren Kunststoffmaterial versehen sein. Bei dem aus dem Halbzeug herzustellenden Bauteil kann es sich um ein Flugzeugbauteil, insbesondere ein Flugzeugstrukturbauteil handeln. Das Design der Halbzeugform ist vorzugsweise an ein gewünschtes Design des mittels der Halbzeugform herzustellenden Halbzeugs angepasst.
Eine erste Faserlage, die eine Mehrzahl von in eine erste Richtung orientierten Verstärkungsfasern umfasst, wird auf einer Formgebungsoberfläche der Halbzeugform angeordnet. Beispielsweise können die die erste Faserlage bildenden Verstärkungsfasern von entsprechenden Endlosfaserrollen abgewickelt und mittels eines Roboterarms oder einer anderen geeigneten Vorrichtung parallel zueinander auf die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform gelegt werden. Falls gewünscht, kann in die erste Faserlage auch ein Schussfaden eingearbeitet werden, der im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern orientiert sein kann. Hierzu kann ein geeignetes Schussfadenzufuhrsystem eingesetzt werden, das sich im Wesentlichen parallel zu der ersten Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern über die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform bewegen kann.
Die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage werden in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt. Insbesondere werden die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage derart in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform fixiert, dass sichergestellt ist, dass die Verstärkungsfasern nicht von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform herunterrutschen.
Auf der ersten Faserlage wird eine zweite Faserlage angeordnet, die eine Mehrzahl von in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung orientierten Verstärkungsfasern umfasst. Beispielsweise können Längsachsen der Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage in einem Winkel von ca. 10 bis 170° relativ zu Längsachsen der Verstärkungsfasern der ersten Faserlage orientiert sein. Die die zweite Faserlage bildenden Verstärkungsfasern können aus dem gleichen Material bestehen wie die die erste Faserlage bildenden Verstärkungsfasern. Alternativ dazu können zur Bildung der ersten und der zweiten Faserlage jedoch auch Verstärkungsfasern aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Ähnlich wie die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage, können auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage von Endlosfaserrollen abgewickelt und mittels eines Roboterarms oder einer anderen geeigneten Vorrichtung parallel zueinander auf die zweite Faserlage gelegt werden.
Wenn die die erste und die zweite Faserlage bildenden Verstärkungsfasern aus dem gleichen Material bestehen, können die zur Bildung der ersten Faserlage vorgesehenen Verstärkungsfasern von den gleichen Endlosfaserrollen abgewickelt werden wie die die zweite Faserlage bildenden Verstärkungsfasern. Die erste und die zweite Faserlage können dann durch miteinander verbundene Verstärkungsfasern gebildet werden. Falls gewünscht, können die zur Bildung der zweiten Faserlage vorgesehenen Verstärkungsfasern jedoch auch von den Verstärkungsfasern der ersten Faserlage getrennt oder Endlosfaserrollen entnommen werden, die separat von den Endlosfaserrollen mit den Verstärkungsfasern für die erste Faserlage ausgebildet sind. Ferner kann auch in die zweite Faserlage ein Schussfaden eingearbeitet werden, der im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern orientiert sein kann. Hierzu kann ein geeignetes Schussfadenzufuhrsystem eingesetzt werden, das sich im Wesentlichen parallel zu der zweiten Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern über die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform bewegen kann.
Auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage werden in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt. Ähnlich wie die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage, können auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage derart in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform fixiert werden, dass sichergestellt ist, dass die Verstärkungsfasern nicht von der unter der zweiten Faserlage auf die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform aufgebrachten ersten Faserlage herunterrutschen.
Je nach Bedarf, können zur Herstellung des Halbzeugs mehrere erste und zweite Faserlagen im Wechsel übereinander auf der Halbzeugform positioniert werden. Ferner können in das Halbzeug weitere Faserlagen mit Verstärkungsfasern eingebracht werden, die in eine von der ersten und der zweiten Richtung verschiedene weitere Richtung orientiert sind. Die Anzahl der Faserlagen, die Orientierung der Verstärkungsfasern in den einzelnen Faserlagen und/oder die Stapelfolge der Faserlagen kann/können dabei in Abhängigkeit der gewünschten Form und der gewünschten Eigenschaften des Halbzeugs variiert werden.
Ferner umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs einen Schritt zur Verbindung der ersten und der zweiten Faserlage. Im Zuge dieses Verbindungsschritts werden die Verstärkungsfasern der auf der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform übereinandergestapelten Faserlagen insbesondere derart aneinander fixiert, dass eine Ablösung der Einzellagen des Faserlagenstapels voneinander bei der weiteren Verarbeitung des Halbzeugs sicher unterbunden wird.
Schließlich werden die miteinander verbundenen Faserlagen von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform gelöst. Das Halbzeug kann dann beispielsweise durch Injizieren eines aushärtbaren Kunststoffmaterials und anschließendes Aushärten des Kunststoffmaterials zu einem aus einem faserverstärkten Verbundmaterial bestehenden Bauteil weiterverarbeitet werden.
Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann ein Halbzeug, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, auf einfache, rasche und kostengünstige Art und Weise hergestellt werden. Ferner kann durch eine entsprechende Gestaltung der Halbzeugform ein nahezu beliebig geformtes, großflächiges Halbzeuge hergestellt werden, dass zur anschließenden Weiterverarbeitung zu einem großflächigen, gekrümmten Bauteil, beispielsweise einem Flugzeugstrukturbauteil, geeignet ist. Schließlich ermöglicht das Verfahren eine endkonturnahe Fertigung des Halbzeugs, wodurch geringe Materialverluste bei der Herstellung des Halbzeugs realisiert werden können.
Die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform kann zumindest abschnittsweise eine konvexe Krümmung aufweisen. Unter Verwendung einer derartigen Halbzeugform kann ein Halbzeug hergestellt werden, das besonders gut zur Weiterverarbeitung zu einem großflächigen Flugzeugstrukturbauteil geeignet ist.
Die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage können durch eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln, die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage durch eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln, die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt werden. Die Befestigungsnadeln können gleichmäßig oder ungleichmäßig über die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform verteilt sein und so weit von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorstehen, das mittels der Befestigungsnadeln die Verstärkungsfasern einer gewünschten Anzahl von Faserlagen in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform fixiert werden können. Vorzugsweise werden die gleichen Befestigungsnadeln zur Befestigung der Verstärkungsfasern der ersten Faserlage und der zweiten Faserlage sowie etwaiger weiterer Faserlagen in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform verwendet. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, zur Befestigung der Verstärkungsfasern lediglich einzelner Faserlagen vorgesehene Befestigungsnadeln vorzusehen, beispielsweise dann, wenn sich die Faserlagen über verschiedene Bereiche der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken.
Die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage können um die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckenden Befestigungsnadeln geschlungen oder gewickelt werden, um die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage, wie gewünscht, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform zu fixieren. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage um die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckenden Befestigungsnadeln geschlungen oder gewickelt werden, um die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage, wie gewünscht, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform zu fixieren. Dies ermöglicht eine rasche und einfache, dennoch aber zuverlässige Fixierung der Verstärkungsfasern der ersten und/oder der zweiten Faserlage in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform.
Beispielsweise können von einer Endlosfaserrolle abgewickelte Verstärkungsfasern so auf die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform gelegt werden, dass die Verstärkungsfasern zur Bildung der ersten Faserlage in die erste Richtung orientiert sind. Anschließend können die Verstärkungsfasern um mindestens eine beispielsweise im Bereich eines Rands der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorgesehene Befestigungsnadel geschlungen oder gewickelt werden, um eine die Verstärkungsfasern an der Befestigungsnadel fixierende Verstärkungsfaserschlaufe zu bilden. Schließlich können die Verstärkungsfasern in einem nächsten Schritt zur Bildung der zweiten Faserlage so auf die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform gelegt werden, dass die Verstärkungsfasern in die zweite Richtung orientiert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Verstärkungsfasern der ersten Faserlage durch eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln, die sich in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken, sowie mindestens eine zentrale Befestigungsnadel, die sich von einem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckt, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch die Verstärkungsfasern der zweiten Faserlage durch eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln, die sich in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken, sowie mindestens eine zentrale Befestigungsnadel, die sich von einem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckt, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigt werden.
Die Randbefestigungsnadeln können dann in vorteilhafter Weise, beispielsweise wie oben beschrieben, von den Verstärkungsfasern umwickelt oder umschlungen werden, um Verstärkungsfaserschlaufen um die Randbefestigungsnadeln zu legen und die Verstärkungsfasern dadurch grundsätzlich in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform zu fixieren. Die mindestens eine zentrale Befestigungsnadel kann dagegen verhindern, dass die Verstärkungsfasern, insbesondere dann, wenn die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt ist, von dem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform herunterrutschen. Die mindestens eine zentrale Befestigungsnadel kann ebenfalls von den Verstärkungsfasern umwickelt oder umschlungen werden. Alternativ dazu können die Verstärkungsfasern jedoch auch nur an der zentralen Befestigungsnadel vorbeigeführt werden. Eine besonders sichere Fixierung der Verstärkungsfasern in dem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform ist dann möglich, wenn mehrere, beispielsweise in einer Reihe hintereinander angeordnete zentrale Befestigungsnadeln vorhanden sind.
Zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln weist vorzugsweise eine gekrümmte Spitze auf. Die im Bereich der Spitze der Randbefestigungsnadeln vorgesehene Krümmung ist vorzugsweise einer Zugbelastungsrichtung der Randbefestigungsnadeln durch mittels der Randbefestigungsnadeln in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigte Verstärkungsfasern entgegengerichtet. Durch eine derartige Ausgestaltung der Randbefestigungsnadeln kann sicher verhindert werden, dass sich um die Randbefestigungsnadeln geschlungene Verstärkungsfasern in unerwünschter Weise aus ihrer Position lösen.
Zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln, insbesondere zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln, kann vor dem Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Halbzeugform gelöst werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln, insbesondere zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln, vor dem Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform derart in die Halbzeugform versenkt werden, dass die Befestigungsnadeln nicht länger von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorstehen. Von der Halbzeugform lösbare oder in die Halbzeugform versenkbare Befestigungsnadeln erleichtern das Lösen des fertigen Halbzeugs von der Halbzeugform. Insbesondere kann dann darauf verzichtet werden, Verstärkungsfaserschlaufen, die um die lösbaren oder versenkbaren Befestigungsnadeln gelegt sind, aufzuschneiden, um das Halbzeug von der Halbzeugform lösen zu können. Vielmehr kann das Abschneiden etwaiger Verstärkungsfaserschlaufen auf materialverlustarme Weise im Zuge des Endzuschnitts des aus dem Halbzeug gefertigten Bauteils erledigt werden. Dadurch kann ein separater Arbeitsschritt eingespart werden.
Die erste und die zweite Faserlage können mittels eines Binders miteinander verbunden werden. Der Binder kann beispielsweise in Form einer Oberflächenschicht auf die Verstärkungsfasern der ersten und der zweiten Faserlage aufgebracht sein und ein aushärtbares Polymermaterial enthalten. Alternativ dazu kann der Binder auch während oder nach der Anordnung der Verstärkungsfasern der ersten und der zweiten Faserlage auf der Halbzeugform auf die Verstärkungsfasern aufgebracht werden. Beispielsweise ist es denkbar, den Binder auf die Verstärkungsfasern der ersten und der zweiten Faserlage aufzusprühen. Falls erforderlich, können die Faserlagen zur Aktivierung des Binders einer erhöhten Temperatur und/oder einem erhöhten Druck ausgesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu können die erste und die zweite Faserlage jedoch auch durch Vernähen miteinander verbunden werden. Auf den Einsatz eines zusätzlichen Binders kann dann verzichtet werden. Das Vernähen der Faserlagen, d. h. der Verstärkungsfasern der Faserlagen kann beispielsweise mittels einer Nähnadel erfolgen, die durch übereinander angeordnete Faserlagen hindurchgeführt wird, um die Faserlagen in einer zu den Faserlagen im Wesentlichen senkrechten Richtung zu verbinden. Dies erfordert einen Zugang der Nähnadel zu sowohl einer der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform zugewandten Oberfläche des Faserlagenstapels als auch einer von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform abgewandten Oberfläche des Faserlagenstapels. Um dies zu gewährleisten, können in der Halbzeugform einzelne Nähnadelkanäle oder Nähnadelzugangsbereiche ausgebildet sein, die einen Zugang der Nähnadel zu der der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform zugewandten Oberfläche des Faserlagenstapels ermöglichen. Falls gewünscht, kann auch eine Mehrzahl von Nähnadel eingesetzt werden, um die Faserlagen des Halbzeugs in einer zu den Faserlagen im Wesentlichen senkrechten Richtung zu verbinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Halbzeugform mehrteilig ausgebildet und wird durch Zusammensetzen einer Mehrzahl von Teilabschnitten in die gewünschte Form gebracht. Dadurch wird es ermöglicht, verschieden geformte Halbzeuge herzustellen, ohne für jedes Halbzeug eine separate Halbzeugform herstellen zu müssen. Beispielsweise kann die Halbzeugform einen Rahmenabschnitt, der einen äußeren Rand der Halbzeugform definiert, sowie einen zentral in einer gewünschten Position relativ zu dem Rahmenabschnitt angeordneten Stützabschnitt umfassen. Der Stützabschnitt kann dann beispielsweise in verschiedenen Höhen relativ zu dem Rahmenabschnitt positioniert werden, um auf einfache Art und Weise verschiedene Krümmungen der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform zu realisieren. Eine Halbzeugform, die einen Rahmenabschnitt und einen Stützabschnitt umfasst, gewährt auch Zugang zu großen Bereichen der der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform zugewandten Oberfläche des Faserlagenstapels und erleichtert somit das Vernähen der Faserlagen des Faserlagenstapels.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, umfasst eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen einer ersten Faserlage, die eine Mehrzahl von in eine erste Richtung orientierten Verstärkungsfasern umfasst, auf einer Formgebungsoberfläche der Halbzeugform und zum Anordnen einer zweiten Faserlage, die eine Mehrzahl von in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung orientierten Verstärkungsfasern umfasst, auf der ersten Faserlage. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Verstärkungsfasern der ersten und der zweiten Faserlage in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform sowie eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden der ersten und der zweiten Faserlage. Schließlich ist eine Löseeinrichtung zum Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorgesehen.
Die Formgebungsoberfläche der Halbzeugform weist vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine konvexe Krümmung auf.
Die Befestigungseinrichtung kann eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln umfassen, die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken.
Die Anordnungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Verstärkungsfasern der ersten und/oder der zweiten Faserlage um die sich von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckenden Befestigungsnadeln zu schlingen.
Die Befestigungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln, die sich in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstrecken, sowie mindestens eine zentrale Befestigungsnadel, die sich von einem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform erstreckt. Zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln weist vorzugsweise eine Spitze mit einer Krümmung auf, die einer Zugbelastungsrichtung der Randbefestigungsnadeln durch mittels der Randbefestigungsnadeln in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform befestigte Verstärkungsfasern entgegengerichtet ist.
Zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln, insbesondere zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln, kann von der Halbzeugform lösbar oder derart in die Halbzeugform versenkbar sein, dass die Befestigungsnadeln nicht länger von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorstehen.
Die Verbindungseinrichtung kann eine Binderzufuhreinrichtung und/oder eine Vernäheinrichtung umfassen. Die Vernäheinrichtung umfasst vorzugsweise eine Nähnadel, die durch die übereinander angeordneten Faserlagen hindurch führbar ist, um die Faserlagen in einer zu den Faserlagen im Wesentlichen senkrechten Richtung zu verbinden.
Die Halbzeugform kann mehrteilig ausgebildet und durch Zusammensetzen einer Mehrzahl von Teilabschnitten in die gewünschte Form bringbar sein. Insbesondere kann die Halbzeugform einen Rahmenabschnitt, der einen äußeren Rand der Halbzeugform definiert, sowie einen zentral in einer gewünschten Position relativ zu dem Rahmenabschnitt angeordneten Stützabschnitt umfassen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs zeigt, das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, und
2 ein mittels der Vorrichtung gemäß 1 hergestelltes Halbzeug in einer teilweise weggeschnittenen Ansicht zeigt.
1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines Halbzeugs 12 (siehe 2), das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist und Verstärkungsfasern 14, wie zum Beispiel Kohlenstofffasern enthält. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Halbzeugform 16 mit einer Formgebungsoberfläche 18, deren Form und Größe an eine gewünschte Form und Größe des mittels der Vorrichtung 10 herzustellenden Halbzeugs 12 angepasst ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 eine konvexe Krümmung auf. Die Vorrichtung 10 ist daher besonders gut zur Herstellung gekrümmter großflächiger Halbzeuge 12 zur Weiterverarbeitung zu Flugzeugstrukturbauteilen geeignet.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Anordnungseinrichtung 20 zum Anordnen einer ersten Faserlage 22 auf der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16. Darüber hinaus ist die Anordnungseinrichtung 20 dazu eingerichtet, eine zweite Faserlage 24 auf der ersten Faserlage 22 anzuordnen. Ferner können mittels der Anordnungseinrichtung 20 eine dritte Faserlage 26, eine vierte Faserlage 28, eine fünfte Faserlage 30 sowie eine beliebige Anzahl weiterer Faserlagen übereinander auf die Halbzeugform 16 aufgebracht werden. In der Darstellung gemäß 2 sind die übereinander angeordneten Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 des Halbzeugs 12 jeweils teilweise weggeschnitten, um den Aufbau des Halbzeugs 12 als Stapel übereinander angeordnete Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 zu verdeutlichen.
Die Anordnungseinrichtung 20 umfasst Verstärkungsfaserführungselemente 32, 34 sowie ein Bewegungsführungselement 35. Das Bewegungsführungselement 35 ist in einer Bewegungsrichtung B über die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 bewegbar und kann in Form eines Schussfadenzufuhrsystems zur Zufuhr eines Schussfadens zu den auf der Halbzeugform zu erzeugenden Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Bewegungsführungselement 35 jedoch auch nur dazu dienen, die Verstärkungsfasern 14 in der Bewegungsrichtung B über die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 zu ziehen. Mithilfe der Verstärkungsfaserführungselemente 32, 34 und des Bewegungsführungselements 35 können die von Endlosfaserrollen 36 abgewickelten Verstärkungsfasern 14 in einer gewünschten Orientierungsrichtung auf die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 bzw. auf eine Oberfläche einer bereits bestehenden Faserlage 22, 24, 26, 28, 30 aufgebracht werden.
Insbesondere kann mittels der Anordnungseinrichtung 20 die erste Faserlage 22 auf der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 angeordnet werden, die in eine erste Richtung A1 orientierte Verstärkungsfasern 14 umfasst. Auf der ersten Faserlage 22 kann dann mittels der Anordnungseinrichtung 20 dann die zweite Faserlage 24 angeordnet werden, die in eine von der ersten Richtung A1 verschiedene zweite Richtung A2 orientierte Verstärkungsfasern 14 umfasst. In der in 2 gezeigten Ausführungsform eines Halbzeugs 12 sind Längsachsen der Verstärkungsfasern 14 der zweiten Faserlage 24 beispielsweise in einem Winkel von ca. 45° relativ zu Längsachsen der Verstärkungsfasern 14 der ersten Faserlage 22 orientiert.
Auf der zweiten Faserlage 24 können dann mittels der Anordnungseinrichtung 20 nacheinander die dritte, die vierte und die fünfte Faserlage 26, 28, 30 sowie eventuelle weitere Faserlagen angeordnet werden, die, wie gewünscht orientierte Verstärkungsfasern 14 umfassen können. In dem Halbzeug 12 gemäß 2 sind die Verstärkungsfasern 14 der dritten Faserlage 26 in eine Richtung A3 orientiert, die Orientierungsrichtung der Verstärkungsfasern 14 in der vierten Faserlage 28 entspricht der Orientierungsrichtung A2 der Verstärkungsfasern 14 in der zweiten Faserlage 24 und die Verstärkungsfasern 14 in der fünften Faserlage 30 sind in eine Richtung A4 orientiert. Die Anzahl der Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30, die Orientierung der Verstärkungsfasern 14 in den einzelnen Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 und/oder die Stapelfolge der Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 kann/können dabei in Abhängigkeit der gewünschten Form und der gewünschten Eigenschaften des Halbzeugs 12 bzw. das aus dem Halbzeug 12 zu fertigenden Bauteils variiert werden.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Befestigungseinrichtung 38, die dazu dient, die Verstärkungsfasern 14 der ersten und der zweiten Faserlage 22, 24 sowie der weiteren Faserlagen 26, 28, 30 in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform 16 zu befestigen. Die Befestigungseinrichtung 38 umfasst eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln 40, 42, die sich von der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 erstrecken. Insbesondere umfasst die Befestigungseinrichtung 38 eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln 40, die in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche 16, d. h. entlang von einander gegenüberliegenden Rändern der Formgebungsoberfläche 18 in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind. Ferner umfasst die Befestigungseinrichtung 38 eine Mehrzahl von zentralen Befestigungsnadeln 42, die sich in der beispielhaften Anordnung gemäß 1 in drei im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Reihen von der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 erstrecken. Die Randbefestigungsnadeln 40 weisen jeweils eine, bezogen auf Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16, nach außen gekrümmte Spitze 44 auf.
Wie aus 1 ersichtlich wird, werden im Betrieb der Vorrichtung 10 die Verstärkungsfasern 14 der ersten Faserlage 22 durch die Anordnungseinrichtung 20 in der Bewegungsrichtung B, die der Orientierungsrichtung A1 der Verstärkungsfasern 14 in der ersten Faserlage 22 entspricht, auf die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 aufgebracht. Dabei werden die Verstärkungsfasern 14 zwischen den in Reihen hintereinander angeordneten zentralen Befestigungsnadeln 42 der Befestigungseinrichtung 38 hindurchgeführt, so dass die zentralen Befestigungsnadeln 42 verhindern, dass die Verstärkungsfasern 14 von der konvex gekrümmten Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 rutschen.
Nach Fertigstellung der ersten Faserlage 22 werden die Verstärkungsfasern 14 um die Randbefestigungsnadeln 40 der Befestigungseinrichtung 38 geschlungen, die sich im Bereich des in 1 rechten Rands der Formgebungsoberfläche 18 von der Formgebungsoberfläche 18 erstrecken. Dabei entstehen um die Randbefestigungsnadeln 40 gelegte Verstärkungsfaserschlaufen S, die die Verstärkungsfasern 14 an den Randbefestigungsnadeln 40 fixieren. Die im Bereich der Spitze 44 der Randbefestigungsnadeln 40 vorgesehene Krümmung ist dabei einer Zugbelastungsrichtung der Randbefestigungsnadeln 40 durch die um die Randbefestigungsnadeln 40 geschlungenen Verstärkungsfasern 14 entgegengerichtet. Dadurch kann sicher verhindert werden, dass sich die um die Randbefestigungsnadeln 40 geschlungenen Verstärkungsfasern 14 in unerwünschter Weise aus ihrer Position lösen.
Anschließend werden die Verstärkungsfasern 14 zur Ausbildung der zweiten Faserlage 24 in einer Bewegungsrichtung B über die Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 geführt, die der Orientierungsrichtung A2 der Verstärkungsfasern 14 in der zweiten Faserlage 24 entspricht, und nach Fertigstellung der zweiten Faserlage 24 um entsprechende Randbefestigungsnadeln 40 geschlungen. Diese Vorgänge werden zur Herstellung der weiteren Faserlagen 26, 28, 30 wiederholt.
Nachdem die gewünschte Anzahl Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30, wie oben beschrieben, auf die Halbzeugform 16 aufgebracht worden ist, werden die Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 mittels einer Verbindungseinrichtung 45 miteinander verbunden. Beispielsweise können die Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 durch einen Binder, der beispielsweise aus einem aushärtbaren Polymermaterial bestehen kann, miteinander verbunden werden. Der Binder kann den Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 mittels einer in 1 lediglich schematisch veranschaulichten Binderzufuhreinrichtung 46. Die Binderzufuhreinrichtung 46 kann beispielsweise in Form einer Sprühvorrichtung ausgebildet sein, die es ermöglicht, den Binder entweder während der Herstellung der Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 oder nach der Fertigstellung der Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 auf die Verstärkungsfasern 14 der Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 aufzusprühen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Vorrichtung 10 mit einer Vernäheinrichtung 48 zum Vernähen der Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 in einer zu den Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 im Wesentlichen senkrechten Richtung versehen sein. Die Vernäheinrichtung 48 umfasst eine Nähnadel 50, die durch die übereinander angeordneten Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 hindurchgeführt wird, um die Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 in der zu den Faserlagen 20, 24, 26, 28, 30 im Wesentlichen senkrechten Richtung miteinander zu verbinden. Dies erfordert einen Zugang der Nähnadel 50 zu sowohl einer der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 zugewandten Oberfläche des Faserlagenstapels als auch einer von der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 abgewandten Oberfläche des Faserlagenstapels.
Die Vorrichtung 10 ist mit einer Halbzeugform 16 ausgestattet, die mehrteilig ausgebildet und durch Zusammensetzen einer Mehrzahl von Teilabschnitten 52, 54 in die gewünschte Form bringbar ist. Dadurch wird es ermöglicht, mittels der Vorrichtung 10 verschieden geformte Halbzeuge 12 herzustellen, ohne für jedes Halbzeug 12 eine separate Halbzeugform 16 bereithalten zu müssen. Insbesondere umfasst die Halbzeugform 16 einen Rahmenabschnitt 52, der einen äußeren Rand der Halbzeugform 16 definiert, sowie einen zentral in einer gewünschten Position relativ zu dem Rahmenabschnitt 52 angeordneten Stützabschnitt 54. Der Stützabschnitt 54 kann in verschiedenen Höhen relativ zu dem Rahmenabschnitt 52 positioniert werden, um so verschiedene Krümmungen der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 zu realisieren. Die in 1 veranschaulichte Halbzeugform 16, die einen Rahmenabschnitt 52 und einen Stützabschnitt 54 umfasst, gewährt auch Zugang zu großen Bereichen der der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 zugewandten Oberfläche des Faserlagenstapels und erleichtert somit das Vernähen der Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 des Faserlagenstapels mittels der Vernäheinrichtung 48.
Nach dem Verbinden der Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 des das Halbzeug 12 bildenden Faserlagenstapels werden die miteinander verbundenen Faserlagen 22, 24, 26, 28, 30 mittels einer in 1 lediglich schematisch veranschaulichten Löseeinrichtung 56 von der Formgebungsoberfläche 18 der Halbzeugform 16 gelöst. Die Löseeinrichtung 56 kann beispielsweise eine Hebevorrichtung zum Anheben des Halbzeugs 12 von der Halbzeugform 16 umfassen. Um diesen Lösevorgang zu erleichtern, sind zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln 40, 42 der Befestigungseinrichtung 38, insbesondere die Randbefestigungsnadeln 40, von der Halbzeugform 16 lösbar oder derart in die Halbzeugform 16 versenkbar, dass die Befestigungsnadeln 40, 42 nicht länger von der Formgebungsoberfläche der Halbzeugform vorstehen. Dadurch kann dann darauf verzichtet werden, die Verstärkungsfaserschlaufen S, die um die lösbaren oder versenkbaren Randbefestigungsnadeln 40 gelegt sind, aufzuschneiden, um das Halbzeug 12 von der Halbzeugform 16 lösen zu können. Vielmehr kann das Abschneiden der Verstärkungsfaserschlaufen S auf materialverlustarme Weise im Zuge des Endzuschnitts des aus dem Halbzeug 12 gefertigten Bauteils erledigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007062111 A1 [0002]
DE 102004001078 B4 [0002]
CN 100418850 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs (12), das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Halbzeugform (16), – Anordnen einer ersten Faserlage (22), die eine Mehrzahl von in eine erste Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst, auf einer Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) und Befestigen der Verstärkungsfasern (14) der ersten Faserlage (22) in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16), – Anordnen einer zweiten Faserlage (24), die eine Mehrzahl von in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst auf der ersten Faserlage (22) und Befestigen der Verstärkungsfasern (14) der zweiten Faserlage (24) in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16), – Verbinden der ersten und der zweiten Faserlage (22, 24), und – Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen (22, 24) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) zumindest abschnittsweise eine konvexe Krümmung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verstärkungsfasern (14) der ersten und/oder der zweiten Faserlage (22, 24) durch eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln (40, 42), die sich von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstrecken, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verstärkungsfasern (14) der ersten und/oder der zweiten Faserlage (22, 24) um die sich von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstreckenden Befestigungsnadeln (40, 42) geschlungen werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Verstärkungsfasern (14) der ersten und/oder der zweiten Faserlage (22, 24) durch eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln (40), die sich in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstrecken, sowie mindestens eine zentrale Befestigungsnadel (42), die sich von einem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstreckt, in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigt werden, wobei zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln (40) vorzugsweise eine Spitze (44) mit einer Krümmung aufweist, die einer Zugbelastungsrichtung (Z) der Randbefestigungsnadeln (40) durch mittels der Randbefestigungsnadeln (40) in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigte Verstärkungsfasern (14) entgegengerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln (40, 42), insbesondere zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln (40), vor dem Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen (22, 24) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) von der Halbzeugform (16) gelöst oder derart in die Halbzeugform (16) versenkt werden, dass die Befestigungsnadeln (40, 42) nicht länger von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) vorstehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste und die zweite Faserlage (22, 24) mittels eines Binders und/oder durch Vernähen miteinander verbunden werden, wobei das Vernähen der Faserlagen (22, 24) vorzugsweise mittels einer Nähnadel (50) erfolgt, die durch die übereinander angeordneten Faserlagen (22, 24) hindurch geführt wird, um die Faserlagen (22, 24) in einer zu den Faserlagen (22, 24) im Wesentlichen senkrechten Richtung zu verbinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Halbzeugform (16) mehrteilig ausgebildet ist und durch Zusammensetzen einer Mehrzahl von Teilabschnitten (52, 54) in die gewünschte Form gebracht wird, wobei die Halbzeugform (16) insbesondere einen Rahmenabschnitt (52), der einen äußeren Rand der Halbzeugform (16) definiert, sowie einen zentral in einer gewünschten Position relativ zu dem Rahmenabschnitt (52) angeordneten Stützabschnitt (54) umfasst.
Vorrichtung zur Herstellung eines Halbzeugs (12), das zur Weiterverarbeitung zu einem Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundmaterial geeignet ist, die umfasst: – eine Halbzeugform (16), – eine Anordnungseinrichtung (20) zum Anordnen einer ersten Faserlage (22), die eine Mehrzahl von in eine erste Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst, auf einer Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) und zum Anordnen einer zweiten Faserlage (24), die eine Mehrzahl von in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung orientierten Verstärkungsfasern (14) umfasst, auf der ersten Faserlage (22), – eine Befestigungseinrichtung (38) zum Befestigen der Verstärkungsfasern (14) der ersten und der zweiten Faserlage (22, 24) in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16), – eine Verbindungseinrichtung (45) zum Verbinden der ersten und der zweiten Faserlage (42, 24), und – eine Löseeinrichtung (56) zum Lösen der miteinander verbundenen Faserlagen (22, 24) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16).
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) zumindest abschnittsweise eine konvexe Krümmung aufweist und/oder wobei die Befestigungseinrichtung (38) eine Mehrzahl von Befestigungsnadeln (40, 42) umfasst, die sich von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Anordnungseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, die Verstärkungsfasern (14) der ersten und/oder der zweiten Faserlage (22, 24) um die sich von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstreckenden Befestigungsnadeln (40, 42) zu schlingen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Befestigungseinrichtung (38) eine Mehrzahl von Randbefestigungsnadeln (40), die sich in einem Randbereich der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstrecken, sowie mindestens eine zentrale Befestigungsnadel (42), die sich von einem zentralen Bereich der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) erstreckt, umfasst, wobei zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln (40) vorzugsweise eine Spitze (44) mit einer Krümmung aufweist, die einer Zugbelastungsrichtung (Z) der Randbefestigungsnadeln (40) durch mittels der Randbefestigungsnadeln (40) in ihrer Position relativ zu der Halbzeugform (16) befestigte Verstärkungsfasern (14) entgegengerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zumindest ein Teil der Befestigungsnadeln (40, 42), insbesondere zumindest ein Teil der Randbefestigungsnadeln (40), von der Halbzeugform (16) lösbar oder derart in die Halbzeugform (16) versenkbar ist, dass die Befestigungsnadeln (40, 42) nicht länger von der Formgebungsoberfläche (18) der Halbzeugform (16) vorstehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Verbindungseinrichtung (45) eine Binderzufuhreinrichtung (46) und/oder eine Vernäheinrichtung (48) umfasst, wobei die Vernäheinrichtung (48) vorzugsweise eine Nähnadel (50) umfasst, die durch die übereinander angeordneten Faserlagen (22, 24) hindurch führbar ist, um die Faserlagen (22, 24) in einer zu den Faserlagen (22, 24) im Wesentlichen senkrechten Richtung zu verbinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Halbzeugform (16) mehrteilig ausgebildet und durch Zusammensetzen einer Mehrzahl von Teilabschnitten (52, 54) in die gewünschte Form bringbar ist, wobei die Halbzeugform (16) insbesondere einen Rahmenabschnitt (52), der einen äußeren Rand der Halbzeugform (16) definiert, sowie einen zentral in einer gewünschten Position relativ zu dem Rahmenabschnitt (52) angeordneten Stützabschnitt (54) umfasst.