DE19922799A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach dem Harzinjektionsverfahren, bei dem in einem Drapierwerkzeug ein Vorformling erstellt wird. Dieses Drapierwerkzeug weist einen Spannrahmen auf, über den das den Vorformling bildende Fasermaterial vorgespannt wird, so daß ein verwerfungsfreies Einziehen des Fasermaterials in die Kavität des Drapierwerkzeuges möglich ist. Als Besonderheit ist hier die Realisierung einer hochkomplexen Geometrie unter Verwendung von Gelegen zu sehen, was bislang nur mit Matten möglich war.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1, eine der nach einem derartigen Verfahren her­ gestellte Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs und eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Herstellung flächiger Kunststoffformteile mit kom­ plexer dreidimensionaler Erstreckung im großindustriellen Maßstab bietet sich beispielsweise das Harzinjektionsver­ fahren (Reaction Transfer Molding, RTM-Verfahren) an.

Dieses Verfahren ist bereits seit den fünfziger Jahren bekannt. Es erlaubt eine wirtschaftliche Herstellung von Faserverbundteilen, wobei durch die Auswahl, Art und Anord­ nung von Verstärkungsmaterialien sowie durch die Wahl des Matrixsystems Formteile herstellbar sind, die in idealer Weise an die auftretenden Beanspruchungen angepaßt sind. Nach dem RTM-Verfahren lassen sich Verbundwerkstoffe mit einem hohen Fasergehalt herstellen. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, daß die zur Verstärkung dienenden Fasermaterialien, Kerne, Vliese zunächst in das Werkzeug eingelegt und anschließend das Matrixmaterial eingespritzt wird. D. h., der wesentliche Unterschied zum Pressen- und Spritzgiessen besteht darin, daß das Matrixmaterial und das Verstärkungs-/Kernmaterial erst im geschlossenen RTM-Werk­ zeug miteinander in Kontakt gelangen.

Hinsichtlich weiterer, grundlegender Einzelheiten des RTM-Verfahrens sei auf die vorhandene Literatur, beispiels­ weise auf "Einführung in die Technologie der Faserverbund­ werkstoffe"; W. Michaeli et al.; München, Wien; Karl Hanser Verlag; 1990; Seiten 41 ff. verwiesen.

Dieses Verfahren ist durchaus zur Herstellung einfache­ rer Abdeckungen in der Großserienproduktion geeignet. Es zeigte sich jedoch, daß diesem Verfahren bei der Herstel­ lung von großflächigen Kunststoffteilen mit komplexer Form­ teilgeometrie im industriellen Maßstab Grenzen gesetzt sind, da die Formteile weder hinsichtlich der Oberflächen­ qualität noch hinsichtlich der Maßhaltigkeit den Anforde­ rungen entsprechen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere einer Bodenschale eines Kraftfahrzeuges und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrich­ tung zu schaffen, mit denen auch komplexe Formteilgeometri­ en mit verbesserter Reproduzierbarkeit herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 und hinsicht­ lich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es desweiteren, eine Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 12 aus faserverstärktem Kunststoff herzu­ stellen.

Erfindungsgemäß wird der Vorformling in einem Drapier­ werkzeug hergestellt, wobei die Relativposition der Lage mit Bezug zum Drapierwerkzeug während der Vorformung durch einen Spannrahmen bestimmt ist.

Auf diese Weise werden die Lagen bei sich absenkendem Positivstempel des Drapierwerkzeuges über den Spannrahmen geführt, so daß ein Verwerfen oder ein Verschieben nahezu ausgeschlossen ist.

Dieses Verfahren ermöglicht es, erstmals auch Formteile mit äußerst komplexer Geometrie, wie beispielsweise einer Bodenschale eine Kraftfahrzeuges aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen, wobei das Verstärkungsmaterial durchgängig, d. h. ohne Einschnitte und nicht durch Zusam­ menfügen von Teilbereichen verarbeitet wird, so daß die Fa­ serstruktur durchgängig erhalten bleibt. Das Gewicht einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges läßt sich durch Verwen­ dung dieser mit Verstärkungen versehenen Bodenschale gegen­ über herkömmlichen Lösungen, bei denen die Fahrzeug-Boden­ gruppe im wesentlichen aus Stahlblech besteht bei zumindest gleicher Festigkeit wesentlich reduzieren.

Ein weiterer Vorteil einer derart hergestellten Boden­ schale liegt in der Vereinfachung des Produktionsablaufes, da die gesamte Bodenschale einstückig in einem Arbeitsgang herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Vorformling aus mehreren Lagen Fasermaterial hergestellt ist, wobei die Lagen vorzugsweise über einen Binder miteinander verbunden werden.

Bei besonders komplexen Formteilen, beispielsweise der vorgenannten Bodenschale ist es vorteilhaft, wenn die ein­ zelnen Lagen nacheinander im Drapierwerkzeug vorgeformt werden, so daß nach dem Einlegen und Vorformen der letzten Lage der Vorformling hergestellt ist. Dabei kann ein geeig­ neter Binder verwendet um die Lagen miteinander zu verbin­ den.

Zur Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des Kunst­ stoffformteils werden anstelle von Matten vorzugsweise Fa­ sergelege mit unterschiedlicher Orientierung verwendet.

Um das Eingleiten der Lagen in die Negativform des Dra­ pierwerkzeuges und das Anlegen an Krümmungen etc. zu ver­ einfachen, sollten die Gelege einer Lage derart fixiert sein, daß die Fasern oder Faserbündel (Rovings) sich noch in gewissem Maße unabhängig voneinander bewegen können.

Bei dem mehrlagigen Aufbau kann es bei komplexen Geome­ trien vorkommen, daß die zuvor vorgeformte Lage beim Vor­ formen der nächsten Lage verschoben wird. Um dies zu ver­ hindern, können die bereits vorgeformten Lagen über geeig­ nete Mittel in dem Drapierwerkzeug fixiert werden. Diese Fixierung kann beispielsweise über den Binder erfolgen, mit dem die Lagen getränkt sind und der vor dem Einlegen in das Drapierwerkzeug aufgeschmolzen wird. Das Aushärten des Bin­ ders kann dann durch Abkühlen des Drapierwerkzeuges erfol­ gen. Alternativ dazu kann der Binder auch nach dem Vorfor­ men auf die vorgeformte Lage aufgebracht und dann aufge­ schmolzen werden.

Ein Aspekt der Erfindung liegt darin, daß es durch die Verwendung von durchgängigen Gelegen anstelle von zusammen­ gefügten Matten erstmals möglich ist, komplexe Formteile mit der erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit auszubil­ den. D. h., die Fertigung einer Bodengruppe eines Kraftfahr­ zeugs unter Verwendung von Gelegen anstelle von Matten als Verstärkungsmaterial dürfte für sich genommen bereits den Anforderungen an die Patentfähigkeit genügen, da dies im Stand der Technik ohne Vorbild ist.

Erfindungsgemäß wird zur Durchführung des Verfahrens ein Spannrahmen verwendet, über den die vorzuformende Lage aus Fasermaterial gegen eine Hälfte des Werkzeuges vorge­ spannt wird, so daß beim Schließen des Drapierwerkzeuges die Faserlage gegen die Vorspannkraft des Spannrahmens nach innen, in die Kavität hineingezogen oder um den Stempel herumgezogen wird. Um eine vorbestimmte Spannkraft zu ge­ währleisten, sollte der Spannrahmen zumindest abschnitts­ weise an die Konturen des Drapierwerkzeuges angepaßt sein, so daß eine flächige Auflage des Spannrahmens auf der Fa­ serlage gewährleistet ist.

Bei komplexen Konturen des Drapierwerkzeuges ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn die vom Spannrahmen aufzubringen­ de Spannkraft abschnittsweise unterschiedlich einstellbar ist. Durch diese unterschiedlichen Spannkräfte über den Um­ fang des Formteils kann das Einziehen der Faserlage in das Drapierwerkzeug gesteuert werden, so daß das Verwerfen oder. Versetzen der Lage beim Vorformen verhindert wird.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vorformen eines Kunststoffformteils;

Fig. 2 ein mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 herge­ stelltes Kunststoffformteil;

Fig. 3 eine Detaildarstellung eines Spannrahmens aus Fig. 1 und

Fig. 4 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestellte Bodenschale eines Kraftfahrzeuges.

Die in den folgenden Figuren beschriebenen Formteile werden nach dem RTM-Verfahren hergestellt. Wie eingangs er­ wähnt, werden dabei das Matrixmaterial und das Verstär­ kungsmaterial erst in der Kavität eines RTM-Werkzeuges zu­ sammengebracht. Das Matrixmaterial besteht aus zumindest zwei Komponenten, die über Dosiereinrichtungen aus Spei­ chern abgezogen und in einem Mischkopf homogenisiert wer­ den. Die vermischten Matrixkomponenten werden dann über ei­ ne Düseneinrichtung, entweder quer zur Trennebene oder par­ allel zur Trennebene eingespritzt. Im erstgenannten Fall sind eine oder mehrere Düseneinrichtungen senkrecht zur Trennebene in einer Werkzeugplatte des RTM-Werkzeuges vor­ gesehen, während im letztgenannten Fall, d. h. bei der seit­ lichen Einspritzung, lediglich eine Düseneinrichtung seit­ lich am Seitenumfang des Werkzeuges angeordnet ist. Das eingespritzte Matrixmaterial benetzt das Verstärkungsmate­ rial, wobei der Verbund aufgrund einer Heizung des RTM- Werkzeuges vergleichsweise schnell aushärtet und das ferti­ ge Formteil entnommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird das Verstärkungsmaterial nicht di­ rekt in das RTM-Werkzeug eingelegt sondern zunächst in ei­ nem gesonderten Verfahrensschritt vorgeformt.

Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung 1 zur Ausbildung ei­ nes Vorformlings 2, der schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Drapierwerkzeug 6 mit einer unteren, feststehenden Form­ hälfte, die die Negativform 8 bildet und einer bewegbaren, die Positivform bildenden Formhälfte 10. In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind die Komponenten der Vorrichtung etwa in Art einer Explosionszeichnung dargestellt. In der Realität wird die Positivform 10 nur soweit von der Negativform 8 abgehoben, daß ein das Verstärkungsmaterial 12 einlegbar ist. Bei abgesenkter Positivform 10 taucht ein Stempel 14 in eine Matrize 16 der Negativform 8 ein, so daß die die Geometrie des Vorformlings 2 vorgebende Kavität durch den Spalt zwischen Stempel 14 und Matrize 16 sowie die Kontur der Formhälften 8, 10 im Stirnflächenbereich (Trennebene) 18 gebildet ist.

Das Verstärkungsmaterial 12 wird als Rollenmaterial in Pfeilrichtung X von nicht dargestellten Rollen abgezogen, die seitlich neben der Vorrichtung 1 angeordnet sind.

Dem Drapierwerkzeug 6 ist ein Spannrahmen 20 zugeord­ net, über den das Verstärkungsmaterial 12 auf der Stirnflä­ che 18 der Negativform 8 flächig festspannt.

Der Spannrahmen 20 läßt sich aus der in Fig. 1 ange­ deuteten abgehobenen Position, in der das Verstärkungsmate­ rial 12 zuführbar ist, absenken, bis er auf der Kontur Stirnfläche 18 der Negativform 8 flächig aufliegt.

Der Spannrahmen 20 besteht im wesentlichen aus einem Stützrahmen 22, der über eine Vielzahl von Spanneinrichtun­ gen 24 mit einem Auflagerahmen 26 verbunden ist.

Als Verstärkungsmaterial 12 lassen sich prinzipiell textile Flächengebilde verwenden, wie beispielsweise Vlie­ se, Gewebe, Gelege, Geflechte, Gewirke, Gestricke etc.

Die Verwendung von Gelegen ermöglicht es, das Formteil mit der erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit in Leichtbauweise auszuführen.

Gelege sind Flächengebilde, bei denen beispielsweise in einer Richtung orientierte Fasern über Nähfäden mit einem Trägermaterial verbunden sind. Derartige Gelege können bei­ spielsweise in 0°-, +45°-, -45°-Orientierung hergestellt werden. Das Gelege kann auch spinnennetzartig verbunden werden, wobei die Verbindungsstruktur beim Erwärmen auf­ schmilzt und die Fasern verbindet.

Erfindungsgemäß besteht der Vorformling aus mehreren unidirektionalen Lagen oder Schichten, d. h. aus Schichten, bei denen die Fasern jeweils nur in einer Richtung liegen. Insbesondere bei komplexen Geometrien und hohen Flächenge­ wichten wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die einzel­ nen Lagen nacheinander in die Vorrichtung 6 eingebracht, vorgeformt und gemeinsam zum Vorformling 2 verbunden wer­ den. Selbstverständlich können auch alle oder mehrere Lagen gleichzeitig vorgeformt werden.

Vorzugsweise wird der Vorformschritt wird für jede ein­ zelne Lage extra durchgeführt. Auf diese Weise ist gewähr­ leistet, daß die Lagen in der vorbestimmten Orientierung zueinander im Vorformling 2 angeordnet sind. Die einzelnen Lagen können sich beispielsweise in der Orientierung der Fasern voneinander unterscheiden, so daß der Vorformling beispielsweise aus 6 Lagen bestehen kann, wobei die unter­ ste Lage eine 0°-Lage ist, die mittleren 4 Lagen +45°- und -45°-Lagen und die obere Decklage wiederum eine 0°-Lage ist. Anstelle der genannten Strukturen können auch andere Orientierungen verwendet werden.

Damit die zuvor ausgeformte Lage nicht beim Ausformen der darauffolgenden Lage verschoben wird, sind die einzel­ nen Lagen des Verstärkungsmaterials (12 _a, 12 _b, 12 _c) mit ei­ nem thermoplastischen Fixiermittel getränkt. Vor dem Einle­ gen in die Vorrichtung 1 werden die einzelnen Lagen des Verstärkungsmaterials 12 (12 _a, 12 _b . . .) über eine Wärme­ quelle, beispielsweise einen Infrarotstrahler oder Heißluft erwärmt, so daß das Bindemittel aufschmilzt. Die Lage mit dem aufgeschmolzenen Bindemittel wird anschließend auf die Negativform 8 aufgelegt, wobei bereits eine Voranpassung an die Form der Matrize 16 erfolgt.

Nachdem diese Lage 12 auf der Stirnfläche 18 der Nega­ tivform 8 aufliegt, wird der Spannrahmen 20 abgesenkt, so daß der Auflagerahmen 26 mit seinen unteren Auflageflächen in Anlage an die Lage 12 auf der Negativform 8 gelangt.

Wie eingangs erwähnt, ist die Auflagefläche des Aufla­ gerahmens 26 an die Kontur der Negativform 8 angepaßt, so daß der Auflagerahmen 26 die Lage 12 flächig gegen die Stirnfläche 18 der Negativform 8 vorspannt.

Wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, liegt der Auflagerahmen 26 lediglich am Randbereich 28 auf der Nega­ tivform 8 auf, so daß entsprechend auch die Lage 12 ledig­ lich in diesem Randbereich 28 gespannt ist. Bei komplexeren Geometrien soll die Spannkraft individuell entlang des Randbereichs 28 einstellbar sein. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel wird dies erzielt, in dem die Spanneinrichtungen 24 durch Federelemente gebildet werden, deren Vorspannkraft einstellbar ist.

Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung des Spannrahmens 20 aus Fig. 1. Demgemäß wird der Stützrahmen 22 von Gewin­ destangen 30 durchsetzt, die am Auflagerahmen 26 befestigt sind. Dieser Auflagerahmen 26 besteht bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Sandwichbau­ teil, mit einem PUR-Kern 32 und zwei CFK-Laminatdeckschich­ ten 34.

Um eine flächige Anlage zu gewährleisten, wird dieser Sandwichaufbau bei der Herstellung direkt auf der Stirnflä­ che 18 der Negativform 8 laminiert, so daß der Auflagerah­ men 26 flächig der Werkzeugkontur folgt.

Um geringfügige Fehler auszugleichen und den Reibungs­ koeffizient zwischen dem Verstärkungsmaterial 12 und dem Auflagerahmen 26 zu minimieren, kann an der Unterseite (Fig. 3) des Auflagerahmens 26 ein geeignetes Polstermate­ rial 38 aufgebracht werden.

Die Gewindestange 30 steht im Gewindeeingriff mit einer Mutter 40, so daß durch deren Axialverschiebung entlang der Gewindestange 30 die Vorspannung einer Vorspannfeder 42 veränderbar ist, die an der Unterseite (Ansicht nach Fig. 3) des Stützrahmens 22 abgestützt ist. D. h., die Druckfeder 42 hält die beiden Rahmen 22, 26 im Abstand, wobei der Ma­ ximalabstand durch eine Anschlagschraube 44 vorgegeben ist, die an der in Fig. 3 oberen Fläche des Stützrahmens 22 an­ liegt.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, kann der Auf­ lagerahmen 26 in mehrere Segmente 26a bis 26e unterteilt werden, wobei jedem Segment 26a . . . eine eigene Spannein­ richtung 24 zugeordnet ist, so daß die Anpreßkraft der ein­ zelnen Segmente 26a . . . individuell einstellbar ist. Auf diese Weise kann in Bereichen mit einer komplexen, dreidi­ mensionalen Geometrie eine andere Spannkraft gewählt wer­ den, als es in Bereichen mit ebenen Flächenabschnitten der Fall ist.

Nach dem Absenken des Spannrahmens 22 wird somit die jeweilige Lage des Verstärkungsmaterials 12a, . . . mit einer vorbestimmten Kraft auf den Randbereich 28 der Negativform 8 aufgepreßt.

Unter Beibehaltung der Vorspannung wird dann die Posi­ tivform 10 abgesenkt, so daß der Stempel 14 in die Matrize 16 eintaucht. Der Außenumfang 46 der Negativform 8 ist da­ bei so ausgebildet, daß er in die Innenumfangsöffnungen 48, 50 des Stützrahmens 22 bzw. des Auflagerahmens 26 eintau­ chen kann. D. h., die Positivform 10 gelangt nicht in Kon­ takt mit dem Spannrahmen 20.

Durch den eintauchenden Stempel 14 wird die Lage des Verstärkungsmaterials 12 in das innere der Matrize 16 hin­ eingezogen, so daß das Material von außen unter dem Spann­ rahmen 20 hindurch nach innen in die Matrize 16 hineinbe­ wegt wird. Die Vorspannung des Spannrahmens 20 ist entspre­ chend so gewählt, daß ein gleichmäßiger, verwerfungsfreier Materialeinzug in die Negativform 8 gewährleistet ist.

In der Negativform 8 ist ein Wärmetauscher 52 vorgese­ hen, über den diese abkühlbar ist, um den thermoplastischen Binder des Verstärkungsmaterials 12 auszuhärten, so daß die Lage des Verstärkungsmaterials 12a . . . auf der jeweiligen Unterlage, d. h. entweder auf der Negativform 8 oder auf der zuvor vorgeformten Verstärkungsmaterial-Lage fixiert ist.

Nach diesem Vorformen einer Lage werden die Positivform 10 und der Spannrahmen 20 abgehoben, so daß die nächste La­ ge (12b, 12c, . . .) über die Stirnfläche 18 der Negativform 8 gezogen werden kann. Diese Lage 12b, . . . enthält wiederum einen thermoplastischen Binder, der vor dem Auflegen aufge­ schmolzen wurde und bei der sich anschließenden Vorformung aushärtet und mit der darunter liegenden Lage einen Verbund herstellt.

Selbstverständlich ist die Erfindung keinesfalls auf die Verwendung von thermoplastischen Binde-/Fixiermitteln beschränkt, sondern es könnte auch ein Klebematerial oder ein chemisch reagierendes Mittel eingesetzt werden, um die Lagen 12a, 12b, . . . zu fixieren.

Als besonders geeignete Alternative zu thermoplasti­ schen Bindern hat sich aufschmelzbares Epoxidpulver heraus­ gestellt. Epoxidpulver zeichnet sich durch eine schnelle Aushärtung aus, so daß die Zykluszeiten kurz sind. Bei die­ ser Verfahrensvariante wird die zu verformende Lage 12 un­ getränkt ins Drapierwerkzeug 6 eingelegt, vorgeformt und anschließend das Epoxidpulver aufgetragen. Gleichzeitig wird der Stempel 14 der Positivform 10 über eine Heizung 54 aufgeheizt und abgesenkt, so daß er flächig auf der mit Epoxidpulver versehenen Lage 12 aufliegt. Das Pulver schmilzt dann aufgrund der erhöhten Stempeltemperatus auf. Anschließend wird der Stempel 14 abgekühlt, so daß das Epoxidpulver aushärtet und die Positivform 10 die für den nächsten Vorformvorgang erforderliche Temperatur erreicht. Das Aushärten kann auch bei geöffnetem Drapierwerkzeug 6 erfolgen.

Bei einem Verstärkungsmaterialaufbau mit sechs Lagen wiederholt sich der vorbeschriebene Vorgang praktisch sechs Mal, bis der endgültige Vorformling 2 mit der in Fig. 2 dargestellten Form erhalten wird. Dieser Vorformling 2 wird dann aus dem geöffneten Drapierwerkzeug 6 entnommen, wobei das Entnehmen durch ein Aufheizen der Negativform 8 er­ leichterbar ist (Lösen des Fixiermittels/Binders von der Negativform 8).

Wesentlich bei dem vorbeschriebenen Vorformvorgang ist, daß der Spannrahmen 20 umlaufend genug Spannkraft auf­ bringt, um das Einziehen des Verstärkungsmaterials 12 in die Negativform 8 faltenfrei durchführen zu können. D. h., der Spannrahmen 20 muß sehr stabil ausgeführt sein, wobei der Stützrahmen bei größeren Formteilen in der Regel aus Stahl hergestellt werden muß.

Um die Reproduzierbarkeit des Vorformlings 2 zu erhö­ hen, ist es vorteilhaft, wenn die Geometrie der Negativform 8 der gewünschten Endkontur des Formteils entspricht, wäh­ rend die Positivform 10 an den Schrägflächen in der Schließlage einen vorbestimmten Abstand zur Negativform aufweist. Dieser Abstand kann bei großflächigen Werkzeugen im Bereich zwischen 1 und 3 mm liegen (bei einer Bauteil­ wandstärke von etwa 2 mm). Es hat sich als günstig erwie­ sen, wenn an den Horizontalflächen (0°) die Negativform 8 und die Positivform 10 direkt aufeinander liegen (Nullabstand).

Bei großflächigen Formteilen müssen erhebliche Schließ­ kräfte aufgebracht werden, um den vorbeschriebenen Vorform­ vorgang durchführen zu können. Das kann daher erforderlich sein, dem Drapierwerkzeug 6 eine hydraulische Schließein­ heit zuzuordnen, über die die Formhälften 8, 10 ohne Ver­ kanten etc. schließbar sind und der erforderliche Schließ­ druck aufbaubar ist.

Als Material für die Fasern können beispielsweise Glas­ fasern, Carbonfasern, Aramidfasern oder Mischlagen derarti­ ger Komponenten verwendet werden.

Der auf diese Weise hergestellte Vorformling 2 wird dann am Umfangsrand auf Maß geschnitten, ggf. mit weiteren Verstärkungen belegt und im RTM-Werkzeug auf die eingangs beschriebene Weise weiter verarbeitet. Nach dem Aushärten des Verbundes aus Matrixsystem und Verstärkungsmaterial wird das fertige Kunststoffformteil entnommen und der wei­ teren Produktion zugeführt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Kunststoffformteils, das als Bodenschale für ein Kraftfahr­ zeug verwendet werden kann. Ein derartiges Bauteil hat eine Länge bis zu 5 m und weist desweiteren eine ausgeprägte dreidimensionale Geometrie auf, die erhebliche Anforderun­ gen an die Fertigungstechnik stellt.

Durch das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren gelang es erstmals eine derartige Bodenschale 2 aus Faser­ material herzustellen, wobei durch geeignete Kombination der unterschiedlichen Lagen 12a, 12b, . . . die geforderten Festigkeiten der Bodenschale und Steifigkeiten bei maxima­ len Leichtbau erzielt wurden. Eine weitere Stabilisierung der Bodenschale erfolgt durch nachträgliches Anbauen von Verstärkungsteilen, beispielsweise Längsträgern, Struktur­ platten, Verstärkungen, Sitzbefestigungen etc. die nach dem Aushärten der Bodenschale montiert werden oder aber bereits in dem RTM-Werkzeug eingelegt werden.

Diese völlige Neuentwicklung einer Bodenschale zeichnet sich durch äußerst geringes Gewicht bei exzellenter Festig­ keit aus, so daß sämtliche Festigkeitsanforderungen erfüll­ bar sind. Bei der in Fig. 4 dargestellten Bodenschale wer­ den vorzugsweise Langfasern verwendet, wobei Fasergehalte von mehr als 40 Volumen-% erforderlich sind.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich die Bo­ denschale mit der erforderlichen Bauteilqualität (hohe Re­ produzierbarkeit) bei geringen Kosten und mit minimalen Taktzeiten herstellen.

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils nach dem Harzinjektionsverfahren, bei dem in einem Drapierwerkzeug ein Vorformling erstellt wird. Dieses Drapierwerkzeug weist einen Spannrahmen auf, über den das den Vorformling bildende Fasermaterial vorgespannt wird, so daß ein verwerfungsfreies Einziehen des Fasermate­ rials in die Kavität des Drapierwerkzeuges möglich ist. Als Besonderheit ist hier die Realisierung einer hochkomplexen Geometrie unter Verwendung von Gelegen zu sehen, was bis­ lang nur mit Matten möglich war.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere einer Bodenschale eines Kraftfahrzeuges, mit den Schritten:

• - Erstellen eines Vorformlings (2) aus Verstärkungsma­ terial (12);
• - Einlegen des Vorformlings (2) in ein Werkzeug;
• - Schließen des Werkzeuges;
• - Einspritzen eines Matrixmaterials;
• - Aushärten und Entnehmen des Formteils,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial (12) zur Ausbildung des Vorformlings (2) mittels eines Spannrahmens (20) vorgespannt und in einem Drapierwerk­ zeug (6) unter Beibehaltung der Spannkraft vorgeformt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verstärkungsmaterial in mehreren Lagen (12) ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verstärkungsmaterial aus durchgängi­ gen Fasergelegen (12) mit vorzugsweise unterschiedli­ chen Orientierungen besteht.

4. Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagen (12) aus Fasergelegen mit Fa­ sern oder Faserbündeln in 0°-, -45°-, +45°-, und/oder 0°-Orientierung hergestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 2 bis 4 da­ durch gekennzeichnet, daß die Fasergelege derart mit­ einander fixiert werden, daß sich die Fasern oder Fa­ serbündel unabhängig voneinander bewegen können.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (12) nach­ einander vorgeformt werden.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine vorgeformte Lage (12a) vor dem Aufbringen einer nächsten Lage (12b) fixiert wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fixierung flächig, beispielsweise durch Aufschmelzen eines Fixiermittels erfolgt.

9. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagen (12) durch ein thermoplastisches Fi­ xiermittel getränkt sind und vor dem Einbringen in das Drapierwerkzeug (6) aufgeheizt und im Drapierwerkzeug (6) zum Aushärten des Fixiermittels gekühlt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (12) des Verstärkungsmaterials durch Bandmaterial gebildet wer­ den.

11. Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Boden­ schale, die unter Verwendung von durchgängigem Verstär­ kungsmaterial hergestellt und mit Verstärkungsteilen versehen ist.

12. Bodengruppe nach Patentanspruch 11, wobei die Boden­ schale unter Verwendung von Gelegen als Verstärkungsma­ terial hergestellt ist.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10, mit einem Drapierwerkzeug (6) mit einer Negativform (8) und einer Positivform (10) die gemeinsam eine Formteilgeometrie vorgeben und mit einem Spannrahmen (20) zum Spannen von auf eine Formhälfte des Drapierwerkzeugs (6) aufgelegtem Faser­ material, wobei der Spannrahmen (20) entsprechend der Werkzeugkontur der Formhälfte (8, 10) im Anlagebereich an die Lage (12) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spannrahmen (20) einen Stützrahmen (22) und einen Auflagerahmen (26) hat, die über Spann­ einrichtungen (24) miteinander verbunden sind, über die die Spannkraft des Auflagerahmens (26) abschnittsweise bestimmt ist.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auflagerahmen (26) in mehrere Teil­ segmente (26a, 26b, 26c, . . .) unterteilt ist, denen je­ weils zumindest eine Spanneinrichtung (24) zugeordnet ist, so daß die Spannkraft jedes Teilsegmentes(12a, 12b, . . .) individuell einstellbar ist.