DE1189743T1 - Verfahren und vorrichtung zum formen von verbundmaterial - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum formen von verbundmaterialInfo
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Claims (54)
1. Verfahren zur Herstellung von Faser-verstärkten Verbundwerkstoffelementen (9), das die
folgenden Schritte enthält:
Anordnen einer Faser-verstärkten Matte (80), die Verstärkungsfasermaterial (5) und integrierten
thermoplastischen Werkstoff (8) enthält, der bei Raumtemperatur erstarrt und der
ausgelegt ist, um bei einer erhöhten Temperatur (Tp), plastisch zu werden, in einer Form (1);
Anordnen einer Trennmittelfolie (3) auf der verstärkten Matte (80); Anordnen einer Entlüftungsschicht (6), die angepasst ist, Luft (7) zwischen der Trennmittelfolie
(3) und einem Vakuumsack (2), und ebenfalls aus der verstärkten Matte (80) auszuführen;
Anordnen des Vakuumsacks auf der Entlüftungsschicht (6); Anwendung von Vakummsaugvorrichtungen (4) zum Evakuieren von Luft aus der Faserverstärkten Matte (80) und aus der Entlüftungsschicht (6); gekennzeichnet durch
Anordnen des Vakuumsacks auf der Entlüftungsschicht (6); Anwendung von Vakummsaugvorrichtungen (4) zum Evakuieren von Luft aus der Faserverstärkten Matte (80) und aus der Entlüftungsschicht (6); gekennzeichnet durch
Beschichten der Form (1, 11, 12, 13) und vorzugsweise einer Trennmittelschicht (30) mit einer
Färb- oder Strukturschicht (32) vor dem Anordnen der Faser-verstärkten Matte (80) in der
Form (1), wobei die Färb- oder Strukturschicht (32) die Fähigkeit aufweist, an der Faserverstärkung
(5) oder dem thermoplastischen Werkstoff (8) zu dem Zweck von Bilden einer integrierten
farbigen und/oder strukturierten Oberfläche des Fertigverbundwerkstoffelements (9)
zu haften;
Verwenden einer fluiddichten Trennmittelfolie (3) zwischen der Faser-verstärkten Matte (80) und der Entlüftungsschicht (6);
Verwenden einer fluiddichten Trennmittelfolie (3) zwischen der Faser-verstärkten Matte (80) und der Entlüftungsschicht (6);
Vakuumsaugung von beiden Seiten der fluiddichten Trennmittelfolie (3), sowohl von der Faser-verstärkten
Matte (80) als auch von der Entlüftungsschicht (6) unter dem Vakuumsack
Erwärmen in einer per se bekannten Weise von wenigstens dem thermoplastischen Werkstoff
(8) der Faser-verstärkten Matte (80) mittels Heizvorrichtungen (16), bis das thermoplastische
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Material (8) plastisch wird und das vorliegende Faserverstärkungsmaterial (5) umhüllt; und
dadurch dass die Schicht aus Thermoplast (8) und Faserverstärkung (5) mittels Kühlvorrichtungen
(17) gekühlt wird, bis der Thermoplast (8) erstarrt und das Faserverstärkungsmaterial
(5) bindet und ein Verbundwerkstoffelement (9) aufbaut, und dadurch dass das Vakkum abfällt;
wobei der Vakuumsack (2), die Entlüftungsmatte (6), und die Trennmittelfolie (3) von
dem Verbundwerkstoffelement (9) weggenommen werden, das aus der Form (1) entfernt
wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Plazierung eines ;Einwegentlüfters
(10)» vor der Heizphase des Formverfahrens, unter dem Vakuumsack (2) in;den Flächen (54,
84) der Thermoplast/Faserverstärkungsmatte (5, 8) nahe dem Auslass (40) &igr; zu den Vakuumsaugvorrichtungen
(4), zu dem Zweck von Ablaufenlassen und Absorbieren von möglicher überschüssiger thermoplastischer Masse (83), die mobil wird und zu dem Vakuumauslass
(40) während dem Schmelz verfahren des Thermoplaste (8) wandert.
15
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3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Faserverstärkten
Matte (80), in der der thermoplastische Werkstoff (8), vorzugsweise als Filamente
oder Fasern (88), die ausgelegt sind, bei einer erhöhten Temperatur (Tp) über etwa
2000C plastisch oder eine Schmelze zu werden, z. B. eine Thermoplast/Glasfasermatte (81)
oder eine Thermoplast/Kohlenstoff-Fasermatte (82) integriert ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Form (1), die als
eine numerisch hergestellte dünne Plattenform (11) aus einem numerischen Modell von einer
Seite des gewünschten Verbundwerkstoffelements (9) gebildet ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Form (1, 12), die
in keramischen Werkstoff (12) einer Schablone oder eines Modells (0) von einer Seite des
gewünschten Verbundwerkstoffelements (9) gebildet ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Form (1), die als
eine thermisch gespritzte Form (13) aus einer Schablone oder einem Modell (10) von einer
Seite des gewünschten Verbundwerkstoffelements (9) gebildet ist.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehendenen Ansprüche, gekennzeichnet: durch die Verwendung
eines Rahmens (15), der die Form (1, 11, 12, 13), vorzugsweise mittels flexibler
Haltevorrichtungen (14) hält, der ausgelegt ist, um einen Teil der thermischen Formänderungen
oder-spannungen zu absorbieren, die während der Heiz- und Kühlperiode des Formverfahrens
entstehen können.
8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Form (1, 11, 12, 13) mit einer beständigen Trermmittelschicht (30) in der Form von Polytetrafluorethylen,
PTFE „Teflon" oder gleichwertigem beschichtet ist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch das elektrostatische Spritzen von einem
Farbmittel (32), wobei dem Farbmittel und der Form (1,11,12, 13) entgegengesetzte elektrische
Ladungen während dem Spritzverfahren gegeben werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorheizen der Form (1, 11, 12, 13) bevor
die Farbmittelschicht (32) aufgespritzt wird, so dass die Farbmittelschicht (32) teilweise
sofort geschmolzen wird, nachdem sie auf die Form (1, 11,12,13) aufgetragen wurde.
11. Verfahren gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch Abkühlen der Farbmittelschicht (32)
bevor mit Zugeben von der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte (8, 5, 80) begonnen wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbmittelschicht (32)
teilweise mittels Hitze geschmolzen wird, und dann vorzugsweise vor Zugeben der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte
(8, 5, 80) abgekühlt wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (1, 11, 12, 13) und
vorzugsweise die Trermmittelschicht (30) mit einer Folie bedeckt ist bzw. sind, die die Farboder
Strukturschicht (32) enthält.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (1, 11, 12, 13) und
vorzugsweise die Trennmittelschicht (30) mittels einer Spritzdüse (34) sprüh-beschichtet
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wird bzw. werden oder gestrichen wird bzw. werden mit der Färb- oder Strukturschicht (32).
15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte
(8, 5) mittels Heizvorrichtungen (16) im Innern eines geschlossenen Ofens (20), vorzugsweise unter Verwendung von Heißluftventilatoren (21)
durchgeführt wird, um die Wärmeenergie zu verteilen.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte
(8, (5)) mittels Heizvorrichtungen (16) durchgeführt wird, die Wärmelampen (22), vorzugsweise mit Infrarotstrahlung oder Mikrowellen oder hochfrequenten
dielektrischen Feldern umfassen.
17. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte
(8, (5)) oder des Fertigverbundwerkstoffelements (9) mittels
Kühlvorrichtungen (17) durchgeführt wird, die Kaltluftdüsen (171) umfassen.
18. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen oder Erwärmen
der Thermoplast/Faserverstärkungs-Matte (8, 5) oder des Fertigverbundwerkstoffelements (9)
mittels Kühlvorrichtungen (17) durchgeführt wird, die Kühl- oder Heizrohre (172) enthalten,
die in die Form (1) integriert sind, die zum Umwälzen von Kühlflüssigkeiten (Kühlgas oder
Kühlflüssigkeit) oder wärmetragenden Flüssigkeiten (173) ausgelegt sind. ,
19. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erwärmen oder Kühlen des Thermoplaste
(8) durch den Vakuumsack (2) mittels integrierter Kanäle 172' zum Umwälzen von
Kühl- oder Heizflüssigkeit 173' in dem Vakuumsack (2).
20. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Erwärmen des Thermoplasts (8)
durch Vakuumsack (2) mittels integrierten elektrischen Leitern (172") in dem Vakuumsack
(2).
21. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachformen des Fertigverbundwerkstoffelements
(9) durch ein allgemeines oder lokales Erwärmen des Verbundwerk-
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«· ■·'·■· m
Stoffelements (9) mittels einer Heizvorrichtung (16') durchgeführt wird, bis ein lokales
Weichmachen auftritt, und dass das Verbundwerkstoffelement mittels Vakuumsaugvorrichtungen
(4') über eine Form (&Ggr;) abgezogen wird; und anschließend erneutes Abkühlen zum
Tempern des umstrukturierten Verbundwerkstoffelements (9').
' ' . . ■ ■ ' · - ' .'
' ' . . ■ ■ ' · - ' .'
22. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vakuumsack (2) mit einem kontinuierlichen
Netzwerk von Kanälen oder Rinnen in dem Vakuumsack (2), der integrierte Vakuumkanäle
(26) auf der Seite des Vakuumsacks (2) aufbaut, die der Trennmittelfolie (3) und/oder dem Verbundwerkstoffelement (5, 8, 9) gegenüberliegt.
23. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine integrierte Entlüftung/Trennmittelschicht
(6, 3) in dem Vakuumsack (2).
24. Vakuumsack (2) zum Formen von Verbundwerkstoffen (9) auf einer Form (1) mit einem
Flansch (110) mit einer Flanschoberfläche (111), wobei der Vakuumsack eine geformte
Oberfläche (2f) und einen Dichtungsflansch (120) aufweist, der seine Kontaktfläche (121)
angeordnet hat, um sich gegen die Flanschoberfläche (111) zu stützen, gekennzeichnet durch
den Vakuumsack (2) und den Dichtungsflansch (120), die in einem integrierten Formstück
(158) gebildet sind;
eine erste, innere Dichtung (143), die entlang der Kontaktfläche (121) angeordnet ist;
eine zweite, äußere Dichtung (145), die aus einer integrierten Erhöhung (145) außerhalb von
der ersten, inneren Dichtung (143) entlang der Kontaktfläche (121) hergestellt ist, und die
ausgelegt ist, um einen Hohlraum (147) zu bilden und zu schließen, der außerhalb der ersten,
inneren Dichtung (143) gebildet ist, wobei der Hohlraum (147) durch die Kontaktfläche
(121), die erste, innere Dichtung (143) und die Flanschoberfläche (111), beim Aufbauen des
Dichtungsflansches (120) gegen den Flansch (110) auf der Form (1) begrenzt ist.
25. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Vakuumsack
(2) und der Dichtungsflansch (120) aus einem wärmebeständigen und elastischen Werkstoff,
der nach Strecken seine Form behält, vorzugsweise Silizium, hergestellt sind.
26. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine erste, innere Dichtung (143),
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die aus einer integrierten Erhöhung in dem gleichen Formstück (158) hergestellt ist, die entlang
der Kontaktfläche (121) des Dichtungsflanschs angeordnet ist, der ausgelegt ist, um den
Raum zwischen der Form (1) und dem Vakuumsack (2) zu schließen und abzudichten.
27. Vakuumsack gemäß Anspruch 25 oder 26, gekennzeichnet durch ein Versteifungsprofil (114)
für den Dichtungsflansch (120), das ausgelegt ist, um den Dichtungsflansch (114) gegen die
Flanschoberfläche (111) zu versteifen.
28. Vakuumsack gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (114)
für den Dichtungsflansch (120) über der inneren Dichtung (143) plaziert ist und angeordnet
ist, um die erste, innere Dichtung (143) gegen die Flanschoberfläche (111) zu versteifen.
29. Vakuumsack gemäß Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (114) über der äußeren, zweiten Dichtung (145) plaziert ist und angeordnet ist, um die
äußere, zweite Dichtung (145) zu versteifen.
30. Vakuumsack gemäß einem der Ansprüche 27, 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das
Versteifungsprofil (114) gänzlich umhüllt im Innern des Dichtungsflanschs (120) plaziert ist.
31. Vakuumsack gemäß einem der Ansprüche 27-30, gekennzeichnet durch Verstärkungsstützen
(117), die ausgelegt sind, um das Versteifungsprofil (114) während der Bildung des Dichtungsflanschs
(120) zu tragen, wobei die Verstärkungsstützen (117) vorzugsweise aus dem
gleichen Werkstofftyp wie der Dichtungsflansch (120) und der Vakuumsack (2) bestehen.
32. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, gekennzeichnet durch wenigstens eine Ventilmuffe (141),
die zwischen der ersten, inneren Dichtung (143) und der äußeren, zweiten Dichtung (145)
durch den Dichtungsflansch (120) angeordnet ist bzw. sind.
33. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, gekennzeichnet durch Perforationen (115) in dem Versteifungsprofü
(114), die ausgelegt sind, um Brücken (115') durch das Versteifungsprofil (114)
des Werkstoffs (158) zu bilden, wobei der Dichtungsflansch (120) ausgelegt ist, um das Versteifungsprofil
(114) in dem Dichtungsflansch (114) zu versperren.
34. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlenstoff-Faser umfasst,
die zu der flüssigen Dichtung/Vakuum-Matten-Masse (158) zugegeben ist.
35. Vakuumsack gemäß Anspruch 24, gekennzeichnet durch integrierte Kanäle 172' zum Umwälzen
von Kühl- oder Heizflüssigkeiten 173' in dem Vakuumsack (2), die zum Erwärmen oder Kühlen der Form werkstoffe und möglicherweise der Form (1) durch den Vakuumsack
(2) angeordnet sind.
36. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch integrierte elektrische Leiter (172") in
dem Vakuumsack (2), die zum Erwärmen des Thermoplasts (8) und möglicherweise der
Form (1) durch den Vakuumsack (2) angeordnet sind.
37. Profilformteil (150) zum Gießen eines profilierten Dichtungsflanschs (120) für einen Vakuumsack
(2), der ausgelegt ist, um sich gegen die Flanschoberfläche (111) des Flanschs (110)
der Form (1) zu stützen, gekennzeichnet durch
eine Unterseite (lll')>
die ausgelegt ist, um sich gegen die Flanschoberfiäbhe (111) zu stützen;
eine Oberseite (121'), die ausgelegt ist, um die Kontaktfläche (121) des Dichtungsflanschs
(120) zu bilden;
eine (erste), innere Längsnut (143') in der Oberseite (121'), die angeordnet ist, um eine (erste),
innere Dichtung (143) wie eine integrierte Erhöhung in der Kontaktfläche (121) zu bilden
und zum Bilden eines Vakuumkanals (155) im Innern der ersten, inneren Dichtung (143).
38. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine zweite äußere Längsnut
(145') in der Oberseite (121'), die angeordnet ist, um eine zweite äußere Dichtung (145) als
eine Erhöhung in der Kontaktfläche (121) zu bilden.
39. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37 oder 38, gekennzeichnet durch ein eingearbeitete
innere Schulter (154) in der Oberseite des Profilformteils (150), die angeordnet ist, um den
geformten Vakuumkanal (155) flacher zu machen.
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* 8
~
40. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilformteil
durch den Aufbau von starren Elementen entlang der Flanschoberfläche (111) gebildet ist.
41. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass es &igr; aus einem extrudierten
oder pultrudierten flexiblen Profil besteht, das angeordnet ist, um auf und entlang der
Flanschoberfläche (111) plaziert zu werden, und das angeordnet ist, um dib zwei freien Enden
zusammen zu verbinden bzw. zu spleißen.
42. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass es jaus einem steifen
oder flexiblen, profilierten Ganzring hergestellt ist, der angeordnet ist, um auf der Flanschoberfläche
(111) plaziert zu werden.
43. Profilformteil (150) gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilformteil
(150) Längsvertiefungen (114') bei den Enden umfasst, die angeordnet sind, um gerade oder,
in der Flanschfläche, geknickte Verbindungen (114b) zu empfangen, die angeordnet sind, um
das Profilformteil zu verbinden bzw. zu spleißen, um es an das Profil des Flanschs (110) der
Form (1) anzupassen.
44. Verfahren zum Bilden eines Vakuumsacks (2) mit Dichtungsflansch (120) mit Kontaktfläche
(121), die angeordnet ist, um sich gegen eine Flanschoberfläche (121) eines Flanschs (110)
auf einer Form (1) zu stützen, die für Fonnverbundwerkstoffe (9) ausgelegt ist, gekennzeichnet
durch
die Plazierung eines Profilformteils (150) auf der Flanschoberfläche (111) der Form (1), wobei
das Profilformteil (150) angeordnet wurde, um eine Form zum Formen der Kontaktfläche
(121) des profilierten Dichtungsflanschs (120) aufzubauen, wobei das Profilformteil eine
Oberseite (121'), eine (erste) innere Längsrinne (143') in der Oberseite (1-21') aufweist, die
ausgelegt sind, um eine (erste), innere Dichtung (143) als eine Erhöhung in der Kontaktfläche
(121) zu bilden, und um einen Vakuumkanal (155) im Innern von der ersten, inneren Dichtung
(143) zu bilden;
das Zugeben von einer vorzugsweise flüssigen Dichtung/Vakuumsackmasse (158) in die Nut
(143'), auf die Oberseite (121') und in die Form (1), so dass ein integrierter Vakuumsack (2)
gebildet wird, der die gesamte Gießoberfläche und Flanschoberfläche (111) der Form (1) be-
deckt;
Erstarrung/Tempern des integrierten Vakuumsacks, der die Dichtung/Vaküummasse (158) in
einer per se bekannten Weise enthält, bis der Vakuumsack (2) eine ausreichende Zugfestigkeit
und/oder mechanische Festigkeit erhalten hat, um von der Form (1) freigegeben zu werden.
45. Verfahren gemäß Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmebeständiger und
elastischer Werkstoff, der nach Strecken seine Form behält, vorzugsweise Silikon, für den
integrierten Vakuumsack (2) und den Dichtungsflansch (120) verwendet wird.
46. Verfahren gemäß Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass vor Zugeben der Dichtung/Vakuumsackmasse
(158), ein Versteifungsprofil (114) für den Dichtungsflansch (120)
bei einer gewünschten Distanz über dem Profilformteil plaziert wird.
47. Verfahren gemäß Anspruch 44, gekennzeichnet durch die Plazierung von Verstärkungsstützen
(117) auf dem Profilformteil zum Stützen des Versteifungsprofils (IiI 4) während dem
Formen des Dichtungsfianschs (120), wobei die Verstärkungsstützen (117): vorzugsweise aus
dem gleichen Werkstofftyp bestehen wie die Dichtung/Vakuummasse (15|8), die den Dichtungsflansch
(120) und den Vakuumsack (2) aufbauen wird.
48. Verfahren gemäß Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (114)
gänzlich in dem Dichtungsflansch (120) geformt wird.
49. Verfahren gemäß Anspruch 44, 45 oder 46, gekennzeichnet durch die Plazierung von wenigstens
einer Ventilmuffe (141) auf dem Profilformteil (150), die zwischen der ersten, inneren
Rinne (143') und der zweiten, äußeren Rinne (154') in der Oberseite (121') des Profilformteils
(150) steht.
50. Verfahren gemäß Anspruch 44, gekennzeichnet durch das Zugeben von Kohlenstoff-Faser in
die flüssige Dichtung/Vakuummasse (158).
51. Verfahren zum Formen einer äußeren Schicht in einem Verbundwerkstoff (9) durch Gießen
• ♦·
* 10 ' ■ . , ■
** ■· in eine Form (1), gekennzeichnet durch
* Beschichten von der Form (1) und vorzugsweise einer Trennmittelschicht (30) mit einer
Färb- oder Strukturschicht (32), die in der Lage ist, an einer Faserverstärkung (5) oder einem
Matrixwerkstoff (8) zu dem Zweck von Formen einer integrierten farbigen loder strukturierten
Oberfläche des Fertig-Verbundwerkstoffs (9) zu haften; und
Abkühlen der Farbmittelschicht (32) vor Zugeben irgendwelcher weiteren Komponenten, die
in dem Verbundwerkstoff enthalten sein müssen, wie der Matrixwerkstoff und die Faserverstärkung
(8, 5, 80).
52. Verfahren gemäß Anspruch 51, gekennzeichnet durch elektrostatisches Aufspritzen einer
Farbmittelschicht (32), wobei dem Farbmittel und der Form (1) während dem Spritzverfahren
entgegengesetzte elektrische Ladungen gegeben werden.
53. Verfahren gemäß Anspruch 51, gekennzeichnet durch Vorheizen der Form (1) vor Zugeben
der Farbmittelschicht (32), so dass die Farbmittelschicht (32) teilweise geschmolzen wird,
sobald sie auf die Form (1) aufgetragen wird.
54. Verfahren gemäß Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbmittelschicht (32)
teilweise mittels Wärme geschmolzen wird, und vorzugsweise vor Zugeben des Matrixmaterials
und der Faserverstärkung (8, 5, 80) abgekühlt wird.
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