DE102017212471A1

DE102017212471A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms

Info

Publication number: DE102017212471A1
Application number: DE102017212471.7A
Authority: DE
Inventors: Jeong Min CHO
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2018-06-14
Also published as: KR20180068364A; CN108608656B; CN108608656A; US10596735B2; US20180162020A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms angegeben. Die Vorrichtung umfasst ein unteres Formwerkzeug und ein oberes Formwerkzeug und eine Formeinheit zum Formen eines Preforms durch Pressen eines Faserverbunds, der auf einer Oberfläche des unteren Formwerkzeugs platziert wird, während die Formeinheit gemäß einer Form des unteren Formwerkzeugs verformt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms.
HINTERGRUND
Allgemein handelt es sich bei einem Faserverbund wie Kohlefaser-verstärktem Kunststoff (CFRP) oder Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFRP), der durch Mischen einer Endlosfaser wie einer Kohlefaser oder Glasfaser mit einem Kunststoffharz hergestellt wird, um ein Verbundmaterial mit geringem Gewicht und hervorragenden mechanischen Eigenschaften, und wird daher in verschiedenen Bereichen eingesetzt, die Leichtgewichtseigenschaften und mechanische Festigkeit erfordern.
In den letzten Jahren hat der vorgenannte Faserverbund Fahrzeugteile aus Stahl in der Automobilindustrie ersetzt, was zur Gewichtsreduzierung erforderlich ist, weshalb er bei der Herstellung verschiedener Fahrzeugteile eingesetzt wird, um das Fahrzeuggewicht zu verringern.
Spritzpressen bzw. Resin Transfer Molding (RTM) und Formpressen werden hauptsächlich genutzt, um Fahrzeugteile wie beispielsweise eine Motorhaube mithilfe des Faserverbunds herzustellen. Die obengenannten beiden Verfahren umfassen das Vorformen eines Halbzeugs wie beispielsweise eines Trockenstoffs oder eines Prepregs.
Da ein hergestelltes Preform großen Einfluss auf die Qualität eines Endproduktes besitzt, ist es vorteilhaft, das Preform so zu formen, dass es eine Form besitzt, die dem Endprodukt so ähnlich wie möglich ist.
Herkömmlich werden zur Herstellung des Preforms ein Handauflegeverfahren oder eine Vorrichtung eingesetzt, die ein oberes und ein unteres Formwerkzeug aufweist.
Das Handauflegeverfahren ist jedoch dahingehend problematisch, dass die Qualität des Preforms je nach Qualifikation eines Bedieners variiert und eine lange Herstellungszeit erfordert. Bei der herkömmlichen Vorrichtung werden ungeformte Abschnitte produziert, wenn das Preform eine komplexe Form besitzt. Ferner müssen sowohl das untere als auch das obere Formwerkzeug ausgetauscht werden, wenn die Form des Preforms verändert werden soll, was zu einem Kostenanstieg führt.
Die vorstehenden Ausführungen sollen lediglich ein verbessertes Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung vermitteln und nicht dahingehend verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung in den Bereich der verwandten Technik, die einem Fachmann bereits bekannt ist, fällt.
DARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms. Bei bestimmten Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms, wobei die Vorrichtung zum Formen einer komplexen Form wie beispielsweise einem Fahrzeugteil mithilfe des Faserverbunds genutzt werden kann, und eine verbesserte Formbarkeit des Preforms verwirklichen und das einfache Austauschen eines Formwerkzeugs erzielen kann. Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Probleme lösen, die in der verwandten Technik auftreten. Ausführungsformen der Vorrichtung sind in der Lage, die Herstellungsdauer des Preforms zu verkürzen und ein einfaches Austauschen eines Formwerkzeugs zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms genutzt werden. Die Vorrichtung umfasst ein unteres Formwerkzeug und eine Formeinheit zum Formen eines Preforms durch Pressen eines Faserverbunds, der auf einer Oberfläche des unteren Formwerkzeugs platziert ist, während die Formeinheit gemäß einer Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs verformt wird.
Die Formeinheit kann einen kastenförmigen Presskörper mit einem darin befindlichen Innenraum und einer Vielzahl von Gasströmungsöffnungen an einer Unterseite davon umfassen. An einer Unterseite des Presskörpers kann ein Pressteil vorgesehen sein, das eingerichtet ist, den Faserverbund zu formen und zu pressen, während das Pressteil entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs verformt wird. Ein Hubzylinder besitzt eine an eine ebene Oberfläche des Presskörpers gekoppelt Stange, so dass die Stange in einer Richtung hin zum unteren Formwerkzeug ausfährt. Ein Temperatureinstellungsteil ist an dem Presskörper vorgesehen und liefert Gas an den Innenraum des Presskörpers, so dass das Pressteil erwärmt und gekühlt wird.
Das Pressteil kann eine Andruckbahn aus einem flexiblen Material umfassen, deren Ende an der Unterseite des Presskörpers vorgesehen ist, wobei die Andruckbahn mit dem Faserverbund in Kontakt gelangt. Das Pressteil kann auch eine Vielzahl von Formkügelchen umfassen, die in die Andruckbahn gefüllt sind bzw. werden.
Das Pressteil kann ferner eine Vielzahl von Andruckzylindern umfassen, die an der Unterseite des Pressteils vorgesehen und voneinander in einer Breitenrichtung des Presskörpers beabstandet sind, so dass die Andruckzylinder die Formkügelchen, die in eine Vielzahl von in der Breitenrichtung des Andruckzylinders unterteilten Pressbereichen des Presskörpers gefüllt sind, mit einem vorgegebenen Formdruck von jedem der Pressbereiche pressen.
Die Andruckzylinder können individuell entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs ausfahren.
Das Pressteil kann ferner umfassen: zumindest eine Spannungseinstellwalze, die in dem Presskörper vorgesehen ist und an die das Ende der Andruckbahn gekoppelt ist, um aufgerollt zu werden, wobei die Spannungseinstellwalze dahingehend fungiert, eine konstante Spannung der Andruckbahn aufrechtzuerhalten.
Der Presskörper kann an der Unterseite mit einer Vielzahl von Gasströmungsöffnungen versehen sein, und das Temperatureinstellungsteil kann umfassen: einen ersten Gaseinlass, durch den Gas an den Innenraum des Presskörpers zugeführt wird, so dass das Pressteil erwärmt wird; einen zweiten Gaseinlass, durch den Gas zugeführt wird, das eine Temperatur besitzt, die niedriger ist als diejenige des durch den ersten Gaseinlass zugeführten Gases, so dass das Pressteil gekühlt wird; und einen Gasauslass, durch den durch den ersten und den zweiten Gaseinlass eingeleitetes Gas abgeleitet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms bereitgestellt, das Verfahren umfassend: einen Vorbereitungsschritt des Platzierens eines Faserverbunds auf einer Oberfläche eines unteren Formwerkzeug; einen ersten Formschritt von zunächst dem Pressen des Faserverbunds durch Absenken einen Pressteils in einer Richtung hin zur Oberseite des unteren Formwerkzeug, so dass das Pressteil in Kontakt mit einer Oberfläche des Faserverbunds gelangt; einen Einstellschritt des Einstellens eines Formdrucks für jeden Pressbereich gemäß der Tiefe und dem Ort einer Vertiefung des unteren Formwerkzeugs; und einen zweiten Formschritt des sekundären Pressens des Faserverbunds gemäß dem Formdruck durch Senden eines Betätigungssignals an eine Vielzahl von Andruckzylindern, die jeweils in den Pressbereichen vorgesehen sind, wodurch ein Preform erzeugt wird.
Das Verfahren kann ferner einen Erwärmungsschritt zur Erwärmung des Faserverbunds in Kontakt mit dem Pressteil umfassen, indem heißes Gas an einen Innenraum des Pressteils vor dem zweiten Formschritt zugeführt wird, wodurch die Formbarkeit des Faserverbunds erhört wird.
Das Verfahren kann ferner einen abschließenden Schritt des Kühlen und Entnehmens des Preforms in Kontakt mit dem Pressteil umfassen, indem nach dem zweiten Formschritt kühles Gas mir einer Temperatur, die niedriger ist als die des heißen Gases, an den Innenraum des Pressteils zugeführt wird.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Preform mit einer komplexen Form auf effiziente Weise zu formen, und die Qualität eines Endprodukts durch Minimieren des Auftretens von Defekten wie beispielsweise ungeformten Abschnitten zu verbessern.
Ferner ist es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, die Herstellungszeit zu verringern, wodurch die Produktivität verbessert wird, und die Kosten zum Austauschen eines Formwerkzeugs zu verbessern.
Figurenliste
Die obenstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in denen:

1 eine Querschnittansicht ist, die eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht ist, die eine Formeinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Presskörper gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Ansicht ist, die einen Betrieb der Vorrichtung zur Herstellung des Faserverbund-Preforms zeigt; und
5 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Preforms zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. An den Ausführungsformen können verschiedene Änderungen vorgenommen werden und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt, um eine vollständige Offenbarung der vorliegenden Erfindung anzugeben und einem Fachmann dabei zu helfen, die vorliegende Erfindung so gut wie möglich zu verstehen. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Teile.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt umfasst die Vorrichtung zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein unteres Formwerkzeug 100 und eine Formeinheit 200, die das Preform durch Pressen eines auf der Oberfläche des unteren Formwerkzeug 100 platzierten Pressmaterials formen, während die Formeinheit 200 gemäß einer Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 verformt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung kann das Formmaterial ein Faserverbund sein, der ausgewählt ist aus Kohlefaser-verstärktem Kunststoff (CFRP) oder Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFRP) oder einem Halbzeug-Produkt wie beispielsweise einem Trockengewebe oder einem Prepreg.
Dabei kann die Formeinheit 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart eingerichtet sein, dass ein unterer Teil, der in Kontakt mit dem Faserverbund gelangt, der auf der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 platziert wird, um den Faserverbund zu pressen und zu formen, in einer unregelmäßigen Form gebildet ist, so dass der untere Teil der Formeinheit 200 entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 verformt wird.
2 ist eine Ansicht, welche die Formeinheit 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 2 gezeigt umfasst die Formeinheit 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen kastenförmigen Presskörper 211 mit einem Innenraum darin, ein Pressteil 210, das an einer Unterseite des Presskörpers 211 vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Faserverbund zu pressen und zu formen, während das Pressteil 210 entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 verformt wird, einen Hubzylinder 220, von dem eine Stange mit einer ebenen Fläche des Presskörpers 211 gekoppelt ist, so dass die Stange in eine Richtung hin zu dem unteren Formwerkzeug 100 ausfährt, und ein Temperatureinstellungsteil 230, das an dem Presskörper 211 vorgesehen ist und es dem Presskörper 21 ermöglicht, erwärmt und gekühlt zu werden.
Der Presskörper 211 kann mit einer Vielzahl von Gasströmungsöffnungen 211a an einer Unterseite versehen sein. Aufgrund dessen gelangt Gas, das durch das Temperatureinstellungsteil 230 in den Innenraum des Presskörpers 211 strömt, in unmittelbaren Kontakt mit dem Pressteil 210, das an der Unterseite des Presskörpers 211 vorgesehen ist, wodurch die Temperatur des Pressteils 210 rasch erhöht oder gesenkt werden kann.
Das Pressteil 210 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Andruckbahn 213, die an der Unterseite des Presskörpers 211 vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Formkügelchen 215, die in einem Raum gefüllt sind, der zwischen der Unterseite des Presskörpers 211 und der Andruckbahn 213 gebildet wird.
Die Andruckbahn 213 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aus einem flexiblen Material wie beispielsweise einem Textilgewebe oder Vinyl gefertigt sein, und weiter bevorzugt aus einem Material, das gleichzeitig Elastizität und Flexibilität besitzt.
Somit kann die Andruckbahn 213 auf einfache Weise entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 verformt werden, wenn der Faserverbund verpresst wird, und die Andruckbahn 213 kann eine Spannkraft bei Verformung beibehalten, und dadurch die Pressbarkeit des Faserverbunds verbessern.
Dabei können die Formkügelchen 215 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi gefertigt sein.
Somit können die Formkügelchen 215 leicht in ihren Ursprungszustand zurückversetzt werden, nachdem die Formkügelchen 215 den zu formenden Faserverbund gepresst haben, wodurch die Wiederverwertungszeit minimiert wird, und die Formkügelchen 215 können bis zu einem Ausmaß verformt werden, um den Faserverbund zu pressen, wodurch die Qualität des Formens eines herzustellenden Preforms verbessert wird.
Ferner können die Formkügelchen 215 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Durchmesser von 3 bis 5 mm besitzen.
Beträgt ein Durchmesser des Formkügelchens 215 weniger als 3 mm, ist es schwierig, die Elastizität der Formkügelchen 215 sicherzustellen. Dementsprechend wird die Rückstellkraft nach dem Formen gesenkt, wodurch sich die Wiederverwendungszeit erhöht, und es braucht eine lange Zeit, bis das Temperatureinstellungsteil 230 die Temperatur angepasst hat, wodurch die Produktivität abnimmt. Beträgt der Durchmesser der Formkügelchen 215 mehr als 5 mm, nehmen zwischen den Formkügelchen 215 gebildete Leerräume zu, und, wenn ein Preform mit einem verhältnismäßig komplizierten Aufbau hergestellt wird, verursachen dadurch Defekte wie beispielsweise ungeformte Abschnitte aufgrund von Leeräumen.
Der Hubzylinder 220 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch die Stange desselben an die ebene Oberfläche des Presskörpers 211 gekoppelt, der an das Pressteil 210 an der Unterseite davon gekoppelt ist, so dass die Stange des Hubzylinders 220 in Richtung hin zu dem unteren Formwerkzeug 100 ausfährt.
Dabei können wahlweise verschiedene Zylinderarten, wie beispielsweise ein Pneumatikzylinder oder ein Hydraulikzylinder, als Hubzylinder 220 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Temperatureinstellungsteil 230 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen ersten Gaseinlass 231, durch den heißes Gas an den Innenraum des Presskörpers 211 zugeführt wird, einen zweiten Gaseinlass 232, durch den kaltes Gas an den Innenraum des Presskörpers 211 zugeführt wird, und einen Gasauslass 233, durch den durch den ersten und zweiten Gaseinlass 231 und 232 eingeleitetes Gas abgeleitet wird, umfassen.
Dementsprechend tauscht Gas, das durch den ersten und zweiten Gaseinlass 231 und 232 in den Innenraum des Presskörpers 211 eingeleitet wird, mit den Formkügelchen 215 und der Andruckbahn 213 durch die Gasströmungsöffnungen 211a derart Wärme aus, dass Temperaturen der Formkügelchen 215 und der Andruckbahn 213 eingestellt werden können, woraufhin wärmegetauschtes Gas durch den Gasauslass 233 nach außen abgeleitet wird. Somit ist es möglich, die Produktion des Preforms zu vereinfachen.
Dabei kann Gas, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Inertgas wie beispielsweise Argon (Ar) oder Stickstoff (N₂) sein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gas die Qualität des Faserverbunds nicht dadurch beeinflussen sollte, dass es mit diesem reagiert, oder Sicherheitsvorfälle wie eine Explosion bei einer hohen Temperatur nicht auftreten sollten.
Die Formeinheit 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Vielzahl von Andruckzylindern 212 umfassen, die an der Unterseite des Presskörpers 211 vorgesehen und voneinander in einer Breitenrichtung des Presskörpers 211 um einen regelmäßigen Abstand beabstandet sind. Dabei kann sich jeder Andruckzylinder 212 individuell ausdehnen, so dass die Andruckzylinder 212 die Formkügelchen 215 entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 mit einem vorgegebenen Formdruck beaufschlagen.
Dabei ist es durch Variieren des Formdrucks zum Pressen der in eine Vielzahl von in der Breitenrichtung des Presskörpers 211 geteilten Pressbereichen gefüllten Formkügelchen 215 entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 möglich, ein Preform mit einer komplexen Form zu formen und die Qualität des herzustellenden Preforms zu verbessern.
Zudem kann die Formeinheit 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest eine Spannungseinstellrolle 214 umfassen, die in dem Innenraum des Presskörpers 211 vorgesehen ist, und an die das Ende der Andruckbahn 213 gekoppelt ist, um aufgerollt zu werden.
Entsprechend kann die Spannkraft der Andruckbahn 213 konstant gehalten werden, während das Ende der Andruckbahn 213 zurückgezogen oder gemäß einer Form der Andruckbahn 213 aufgerollt wird, die zum Zeitpunkt des Pressens verformbar ist.
Mit anderen Worten wird das Ende der Andruckbahn 213 zurückgezogen, wenn das untere Formwerkzeug 100 eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten an der Oberfläche derselben besitzt. Gibt es nur wenige gebogene Abschnitte, wir das Ende der Andruckbahn 213 aufgerollt. Somit wird die Spannkraft der Andruckbahn 213 konstant gehalten, wodurch sich die Formbarkeit des Faserverbunds verbessert und eine konsistente Pressqualität erhalten wird.
Wie obenstehend beschrieben ist die Vorrichtung zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage, ein Preform mit einer komplizierten Form zu formen und die Qualität des herzustellenden Endprodukts durch Minimieren des Auftretens von Defekten wie beispielsweise ungeformten Abschnitten zu verbessern.
Zudem ist es möglich, die Kosten Für den Austausch eines Formwerkzeugs zu verringern, da zum Zeitpunkt des Austauschs des Formwerkzeugs nur das untere Formwerkzeug 100 ausgetauscht wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Preforms mithilfe der Vorrichtung zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
4 ist eine Ansicht, die einen Betrieb der Vorrichtung zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in den 4 und 5 gezeigt umfasst das Verfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor allem einen Vorbereitungsschritt, einen ersten Formschritt und einen zweiten Formschritt.
Der Vorbereitungsschritt wird durchgeführt, indem der Faserverbund wie beispielsweise ein Kohlefaser-verstärkter Kunststoff (CFRP) oder ein Glasfaser-verstärkter Kunststoff (GFRP) oder das Halbzeug wie beispielsweise Trockengewebe oder das Prepreg zwischen der Formeinheit 200 und dem unteren Formwerkzeug 100 platziert wird. Der Faserverbund wird auf der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 100 platziert, die gemäß einer Form eines herzustellenden Preforms vertieft ist.
Ist der Vorbereitungsschritt abgeschlossen, fährt die Stange des Hubzylinders 220 in Richtung hin zum unteren Formwerkzeug 100 aus, um den Presskörper 211, der an ein Ende der Stange gekoppelt ist, abzusenken, woraufhin das Pressteil 210, das an der Unterseite des Presskörpers 211 vorgesehen ist, zunächst eine ebene Oberfläche des Faserverbunds anpresst, wodurch ein Preform mit grober Form geformt wird.
Ist der erste Formschritt abgeschlossen, wird in einem Einstellschritt zum Einstellen des Formdrucks der Formdruck für jeden der Pressbereiche gemäß der Höhe eines Vorsprungs oder der Tiefe und dem Ort einer Vertiefung des unteren Formwerkzeugs 100 bezüglich den Pressbereichen festgelegt, die gedacht in unregelmäßigen Abständen in einer Breitenrichtung des unteren Formwerkzeugs 100 unterteilt sind.
Mit anderen Worten wird der Formdruck für jeden Pressbereich festgelegt, so dass eine Vertiefung mit einer tiefen Tiefe des unteren Formwerkzeugs 100 mit hohem Druck gepresst wird, und eine Vertiefung, die eine verhältnismäßig geringe Tiefe besitzt, mit einem Druck gepresst wird, der geringer ist als derjenige der Vertiefung mit der tiefen Tiefe.
Wird der Formdruck wie obenstehend beschrieben festgelegt, wird bei dem zweiten Formschritt der Faserverbund sekundär gemäß dem Formdruck gepresst, der für jeden der Pressbereiche durch Senden eines Betätigungssignals an die Vielzahl von Andruckzylindern 212 festgelegt wird, das jeweils den Pressbereichen entspricht, wodurch ein Preform hergestellt wird.
Dabei kann der Formdruck für jeden Pressbereich unterschiedlich gemäß der Tiefe und des Orts der Vertiefung des unteren Formwerkzeugs 100 festgelegt werden, da sich die Andruckzylinder 212 individuell gemäß einem vorgegebenen Formdruck ausdehnen bzw. ausfahren. Somit ist es möglich, ein Preform herzustellen, das eine komplexe Form besitzt, und die Qualität des herzustellenden Preforms zu verbessern.
Das Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Preforms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Erwärmungsschritt zur Erwärmung des Faserverbunds vor dem zweiten Formschritt, und einen abschließenden Schritt der Kühlung und Entnahme des hergestellten Preforms nach dem sekundären Formschritt umfassen.
Der Erwärmungsschritt wird ausgeführt, indem heißes Gas zugeführt wird und der zuerst geformte Faserverbund erwärmt wird, um das Formen zu erleichtern. Das durch den ersten Gaseinlass 231 eingeleitete heiße Gas strömt durch die Gasströmungsöffnungen 211a, um die Formkügelchen 215 und die Andruckbahn 213 zu erwärmen, wodurch sich der in Kontakt mit der Andruckbahn 213 befindliche Faserverbund erwärmt.
Dementsprechend kann die Formbarkeit des Faserverbunds verbessert werden, was das Formen beim zweiten Formschritt vereinfacht und die Formqualität verbessert.
Der abschließende Schritt wird durch Kühlung und Entnahme des durch sekundäres Formen des erwärmten Faserverbunds gebildeten Preforms durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Gas mit einer Temperatur, die niedriger ist als diejenige des an den ersten Gaseinlass zugeführten Gases, durch den zweiten Gaseinlass 232 an das Preform zugeführt, welches durch das durch den ersten Gaseinlass 23 zugeführte Gas erwärmt wird, um gekühlt zu werden.
Somit kann die Abkühldauer des Preforms verringert werden, wodurch es möglich ist, die Produktivität zu verbessern.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben wurde, wird ein Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifizierungen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms, wobei die Vorrichtung aufweist: ein unteres Formwerkzeug; und eine Formeinheit, die eingerichtet ist, ein Preform durch Pressen eines auf einer Oberfläche des unteren Formwerkzeugs platzierten Faserverbunds zu formen, während die Formeinheit entsprechend einer Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs verformt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Formeinheit umfasst: einen kastenförmigen Presskörper mit einem darin befindlichen Innenraum und einer Vielzahl von Gasströmungsöffnungen an einer Unterseite davon; ein Pressteil, das an einer Unterseite des Presskörpers vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Faserverbund zu pressen und formen, während das Pressteil entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs verformt wird; einen Hubzylinder mit einer Stange, die an eine ebene Fläche des Presskörpers gekoppelt ist, so dass die Stange in eine Richtung hin zu dem unteren Formwerkzeug ausfährt; und ein Temperatureinstellungsteil, das an dem Presskörper vorgesehen ist und eingerichtet ist, Gas an den Innenraum des Presskörpers zuzuführen, so dass das Pressteil erwärmt und gekühlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Pressteil umfasst: eine Andruckbahn, die aus einem flexiblen Material gefertigt ist und von der ein Ende an der Unterseite des Presskörpers vorgesehen ist, wobei die Andruckbahn mit dem Faserverbund in Kontakt gelang; und eine Vielzahl von Formkügelchen, die in die Andruckbahn gefüllt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Pressteil ferner eine Vielzahl von Andruckzylindern umfasst, die an der Unterseite des Presskörpers vorgesehen und voneinander mit einem vorgegebenen Abstand in einer Breitenrichtung des Presskörpers beabstandet sind, so dass die Andruckzylinder die Formkügelchen, die in eine Vielzahl von Pressbereichen gefüllt sind, die in der Breitenrichtung des Presskörpers unterteilt sind, mit einem vorgegebenen Formdruck für jeden der Pressbereiche pressen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Andruckzylinder individuell entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs ausfahren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Pressteil ferner eine Spannungseinstellungswalze umfasst, die in dem Presskörper vorgesehen ist und an die das Ende der Andruckbahn gekoppelt ist, um aufgerollt zu werden, und die Spannungseinstellungswalze eingerichtet ist, dahingehend zu wirken, eine konstante Spannung der Andruckbahn aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Temperatureinstellungsteil umfasst: einen ersten Gaseinlass, durch den Gas an den Innenraum des Presskörpers zugeführt wird, so dass das Pressteil erwärmt werden kann; einen zweiten Gaseinlass, durch den Gas zugeführt wird, das eine Temperatur besitzt, die niedriger ist als diejenige des durch den ersten Gaseinlass zugeführten Gases, so dass das Pressteil gekühlt werden kann; und einen Gasauslass, durch den durch den ersten und den zweiten Gaseinlass eingeleitetes Gas abgeleitet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Presskörper an der Unterseite mit der Vielzahl von Gasströmungsöffnungen versehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms, das Verfahren umfassend: Platzieren eines Faserverbunds auf einer Oberfläche eines unteren Formwerkzeugs; Pressen des Faserverbunds durch Absenken eines Pressteils in einer Richtung hin zur Oberfläche des unteren Formwerkzeugs, so dass das Pressteil in Kontakt mit einer Oberfläche des Faserverbunds gelangt; Einstellens eines Formdrucks für jeden einer Vielzahl von Pressbereichen entsprechend der Tiefe und dem Ort einer Vertiefung des unteren Formwerkzeugs, wobei die Pressbereiche in regelmäßigen Abständen in einer Breitenrichtung des unteren Formwerkzeugs unterteilt sind; und Pressen des Faserverbunds gemäß dem Formdruck durch Senden eines Betätigungssignals an eine Vielzahl von Andruckzylindern, die in den Pressbereichen vorgesehen sind, wodurch ein Preform hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Erwärmen des Faserverbunds in Kontakt mit dem Pressteil, indem vor dem Pressen des Faserverbunds gemäß dem Formdruck heißes Gas an einen Innenraum des Pressteils zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erwärmen die Formbarkeit des Faserverbunds erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, ferner umfassend das Kühlen und Entnehmen des Preforms in Kontakt mit dem Pressteil, indem kaltes Gas mit einer Temperatur, die niedriger ist als diejenige des heißen Gases, an den Innenraum des Pressteils zugeführt wird, nachdem der Faserverbund gemäß dem Formdruck gepresst wurde.
Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbund-Preforms, wobei die Vorrichtung umfasst: ein unteres Formwerkzeug; und eine Formeinheit, die eingerichtet ist, ein Preform zu formen durch Pressen eines auf einer Oberfläche des unteren Formwerkzeugs platzierten Faserverbunds, Einstellen eines Formdrucks für jeden der Vielzahl von Pressbereichen entsprechend einer Tiefe und einem Ort einer Vertiefung des unteren Formwerkzeugs, und Pressen des Faserverbunds gemäß dem Formdruck durch Senden eines Betätigungssignals an eine Vielzahl von an den Pressbereichen vorgesehenen Andruckzylindern.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Pressbereiche in regelmäßigen Abständen in einer Breitenrichtung des unteren Formwerkzeugs unterteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Formeinheit umfasst: einen kastenförmigen Presskörper mit einem darin befindlichen Innenraum und einer Vielzahl von Gasströmungsöffnungen an einer Unterseite davon; ein Pressteil, das an einer Unterseite des Presskörpers vorgesehen und eingerichtet ist, den Faserverbund zu pressen und zu formen, während das Pressteil entsprechend der Form der Oberfläche des unteren Formwerkzeugs verformt wird; einen Hubzylinder mit einer Stange, die mit einer ebenen Fläche des Presskörpers gekoppelt ist, so dass die Stange in eine Richtung hin zum unteren Formwerkzeug ausfährt; und ein Temperatureinstellungsteil, das an dem Presskörper vorgesehen ist und Gas an den Innenraum des Presskörpers zuführt, so dass das Pressteil erwärmt und gekühlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Pressteil umfasst: eine Andruckbahn, die aus einem flexiblen Material hergestellt ist und von der ein Ende an der Unterseite des Presskörpers vorgesehen ist, wobei das Pressteil in Kontakt mit dem Faserverbund gelangt; eine Vielzahl von Formkügelchen, die in die Andruckbahn gefüllt sind; und eine Vielzahl von Andruckzylindern, die an der Unterseite des Pressteils vorgesehen und voneinander in einer Breitenrichtung des Presskörpers beabstandet sind, so dass die Andruckzylinder die Formkügelchen, die in die Vielzahl von Pressbereichen gefüllt sind, mit einem entsprechenden Formdruck von jedem der Pressbereiche pressen können.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Temperatureinstellungsteil umfasst: einen ersten Gaseinlass, durch den Gas an den Innenraum des Presskörpers zugeführt wird, so dass das Pressteil erwärmt werden kann; einen zweiten Gaseinlass, durch den Gas zugeführt wird, das eine Temperatur besitzt, die niedriger ist als diejenige des durch den ersten Gaseinlass zugeführten Gases, so dass das Pressteil gekühlt werden kann; und einen Gasauslass, durch den durch den ersten und den zweiten Gaseinlass eingeleitetes Gas abgeleitet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Presskörper an der Unterseite mit der Vielzahl von Gasströmungsöffnungen versehen ist.