DE2461706A1

DE2461706A1 - Verfahren zum herstellen von verstaerkten profilen durch einen ziehvorgang (pultrusion) und vorrichtung zur ausuebung des verfahrens

Info

Publication number: DE2461706A1
Application number: DE19742461706
Authority: DE
Inventors: Marcel Goupy; Pierre Roubinet
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2256656A5

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Ο —8 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Π .. VA/ Lr/SOBCD 'S» (089) -29 66 84

Dr. rer. not. W. KORBER

DW..I.,. J. SCHM₁DT-EVERs 27. Dezember 1974

PATENTANWÄLTE

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8710 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILES PEUGEOT

75 , Avenue de la Grande Arme"e Paris / Frankreich

Patentanmeldung

Verfahren zum Herstellen von verstärkten Profilen durch einen Ziehvorgang ('pultrusion') und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf gewölbte Profile zur Energieabsorption aus verstärktem Kunststoff mit in einer Richtung wirksamen Verstärkungen, insbesondere als Stoßstangen oder KarosserieverStärkungen für Kraftfahrzeuge, auf das Verfahren zu ihrer Herstellung und auf die Vorrichtung zur Ausübung des Herstellungsverfahrens.

Bekanntlich wird vorimprägniertes Polyestermaterial gern

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zur Herstellung von Teilen verwendet, die eine hohe Stoßfestigkeit besitzen. Daher werden bestimmte Formen von ■ Kraftfahrzeugstoßstangen, die als "Schutzschilde" bezeichnet werden, aus einem gewebten oder nichtgewebten Trägermaterial aus Glasfasern hergestellt, das mit einem Duroplastmaterxal, z.B. einem Epoxidharz- oder Polyestermaterial, getränkt ist.

Wenn derartige Profile eine komplizierte Gestalt haben, werden sie nach einem Preßgußverfahren hergestellt; das hat aber den Nachteil, daß eine kostspielige, diskontinuierlich arbeitende Anlage eingesetzt werden muß.

Wenn die Profilgestalt es zuläßt, kann man ein gerades Profil durch Extrudieren oder durch einen Ziehvorgang ('pultrusion*) herstellen und die erforderlichen Längen abtrennen.

Das letztgenannte Verfahren, das wegen der Möglichkeit einer kontinuierlichen Fertigung besonders interessant ist," war bisher jedoch auf die Herstellung geradliniger Bauteile beschränkt und konnte daher nicht zur Fertigung eines Stoßstangen-Stranges, der einen der Vorderfront des Kraftfahrzeuges entsprechend gekrümmten Verlauf zeigt oder anderweitig gekrümmt ist, wie etwa Türverkleidungen oder Dächer usw., verwendet werden.

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von energieabsorbierenden Profilen aus verstärktem Kunststoff durch einen Ziehvorgang, wobei diese Profile beispielsweise für eine Stoßstange eine Wölbung zeigen, die derjenigen der Vorderfront des Fahrzeugs (im Grundriß) entspricht; die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, die im einzelnen folgendes darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische Montagezeich'nung, nach der

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der erfindungsgemäße Stoßstangenstrang in eine energieaufnehmende Anordnung an einem Kraftfahrzeug eingebaut ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch das erhaltene Profil;

Fig, 3 und M- die- gesamte Anlage zum Ziehen eines Profils in Seitenansicht und im Grundriß;

Fig» 5 und 6 der Formgeberabschnitt in perspektivischer Ansicht;

igp 7 ein Detail aus dem Antrieb der Vorrichtung.

Aus den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß der mittlere Strang, dessen Querschnitt in Fig. 2 zu.erkennen ist, eine deutliche Biegung in der Horizontalebene aufweist. Dieser Strang wird am vorderen, verstärkten Teil des Fahrzeugchassis oder der Fahrzeugkarosserie mit Hilfe von Elementen 2 befestigt, die durch einen Formgebungsvorgang aus halbhartem oder weichem, geschäumtem oder nicltgeschäumtem Kunststoff material, wie z.B. Polyurethan, Kautschuk, Polyäthylen usw., hergestellt sind. Durch ähnliche Elemente 3 sind die Stoßstangenecken mit der Karosserie verbunden. Die verschiedenen Elemente 2 und 3 dienen als zusätzliche Energieaufnehmer und zur Verstärkung; sie weisen Teile auf, mit denen sie an dem Stoßetangenstrang starr befestigt werden können, und Zapfen, Laschen oder unterschiedliche Halterungen für ihre Anbringung an" dem Fahrzeug. Diese verschiedenen Teile lassen sich ebenso wie der energieaufnehmende Strang durch einen nachgiebigen Vorbei 10 verbergen, der der gewünschten Stilrichtung des Fahrzeugs angepaßt sein kann.

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Der Strang setzt sich- aus mehreren Elementen zusammen und ist dadurch den Belastungen angepaßt, denen er ausgesetzt sein soll. Fig, 2 läßt erkennen, daß der vordere Abschnitt 20, der auf Druck und Scherung beanspruchbar sein soll, im wesentlichen aus einer in vielen Richtungen wirksamen, aus Glasfaser, z.B. Glasfasermatte oder Glasfasergewebe, gebildeten Bewehrung 21, besteht, die durch Glasstapelfaserlunten und einige in Längsrichtung des Stranges verlaufende Fäden 22 verstärkt ist.

Durch diesen Aufbau sollen mechanische Eigenschaften in Richtung senkrecht zu den in einer Richtung wirksamen Verstärkungen erzielt werden, die zu Mindestwerten von

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1000 kp/mm für den Elastizitätsmodul, 15 kp/mm für die

Biegefestigkeit und 15 kp,cm/cm für die Volumenschlagzähigkeit führen.

Andererseits bestehen die bei einem Stoß auf Zug beanspruchten Abschnitte 2 3 aus in einer Richtung wirksamen Verstärkungen, etwa aus Glasstapelfaserlunte, die in Längsrichtung des Stranges verläuft.

Dadurch ergeben sich mechanische Eigenschaften in Längs-

2 richtung, die mindestens gleich 2000 kp/mm für denEla-

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stizitätsmodul, 40 kp/mm für die Biegebruchfestigkeit und

40 kp/cm für die VolumenSchlagzähigkeit sind.

Die hier beschriebenen Stoßstangen werden auf der nachstehend in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 zu beschreibenden Anlage hergestellt.

Die verschiedenen, schon oben erwähnten imprägnierten Trägermaterialien werden abgewickelt, und zwar kommen die Fäden von den Spulen 30 und die Matten von der Trommel

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■ In an sich bekannter Weise werden diese Trägermaterialien in einen Imprägniertank 32 geleitet, wobei die Bewegungsbahn von einer Anzahl FührungsroIlen bestimmt ist; von dem Tankausgang aus druchläuft das Trägermaterial den Formgeberabschnitt der Anlage, der aus einer Luntenführung 33, aus den Formgebereinrichtungen 34 und dem Strangpreßwerkzeug 35 besteht» Diese Einzelteile sind im einzelnen perspektivisch in den Fig» 5 und 6 abgebildet, aus denen zu entnehmen ist, daß die von den Spulen 30 ausgehenden und aus dem Tank 32 herauskommenden Fäden oder Lunten im wesentlichen auf die Enden des Stoßstangenquerschnitts konzentriert sind und die Teile 23 aus Fig. 2 bilden, während einige Fäden 2 2 auch in den Bereich des Frontabschnitts des Profils geführt sind» Das von der Trommel 31 abgewickelte und aus dem Tank 32 heraustretende Band erscheint in der Öffnung der Luntenführung, die es ordnungsgemäß an die Stellen der Öffnungen 52 - 53 der Formgebereinrichtungen 34 bringt, in denen es mit den von den Spulen 30 herkommenden Fäden oder Lunten zusammengeführt wird. Das auf diese Weiss zusammengestellte Stück wird bis in den Kern auf ungefähr 100⁰C erhitzt, während es sich auf seiner Bahn fortbewegt; zum Erhitzen dienen Hochfrequenzheizeinrichtungen 36, die eine Erhitzung infolge der dielektrischen Verluste hervorrufen. Durch diesen Vorgang wird der in dem Imprägniefharz befindliche Katalysator infolge Zersetzung der Peroxide, etwa des Benzoylperoxids, und Freisetzung der freien Radikale aktiviert; die Vernetzungsreaktion des verwendeten Kunststoffmaterials wird eingeleitet, wobei es sich um Polyester, Vinylester, Epoxidharze u» dgl» handeln kann; die Formgebereinrichtungen 34, die die allmähliche Verformung der das Profil bildenden Bestandteile bewirken, müssen aus einem isolierenden Material bestehen, das praktisch frei von dielektrischen Ver-.lusten ist, um in der Masse der formgebenden Elemente eine durch Hochfrequenz hervorgerufene Erhitzung auszuschliessen»

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Aus diesem Grunde wird zweckmässigerweise Polytetrafluoräthylen (Handelsbezeichnung "Teflon") oder ein ähnliches Kunststoffmaterial verwendet.

Die endgültige Formgebung^ des Schichtmaterials erfolgt in dem in Fig. 6 in sanen Einzelheiten erkennbaren Formgeberwerkzeug 35. Dieses Werkzeug besteht aus zwei Metallteilen 6 0-61, die miteinander in an sich bekannter Weise verbunden sind und ein Profil 62 bestimmen, das demjenigen des fertigen Stoßstangenstranges entspricht. Es ist sehr wichtig, festzuhalten, wie es die Fig. 6 erkennen läßt, daß das von dem Formgeberwerkzeug abgegrenzte Formgebungsvolumen nicht einen geradlinigen Stoßstangenstrang darstellt, sondern daß ein Bogen von gleichbleibendem Radius vorliegt, wobei der Radius im Falle der Herstellung von Stoßstangen für ein Kraftfahrzeug Werte zwischen 1,5 und 6 m annehmen kann.

Nach einem an sich bekannten Vorgehen ist die eintretende Kunststoffmasse am Eingang zu dem Formgeberwerkzeug 35 noch im halbflüssigen Zustand und härtet teilweise nach Maßgabe ihres Fortsehreitens in dem gegebenenfalls beheizten Formgeberwerkzeug aus.

Da die Reaktion exotherm verläuft, steigt die Temperatur des Kunststoffmaterials bis auf ungefähr 200⁰C anj wodurch die Härtung am Ausgang des Formgeberwerkzeugs 35 abgeschlossen ist.

Trotzdem kann bei der erwähnten Temperatur und je nach dem verwendeten Werkstoff eine gewisse Biegsamkeit bis zum Abkühlen des fertigen gebogenen Profils bestehen bleiben«

Der folgende Abschnitt der Vorrichtung bezieht sich auf den Antrieb und das Ablängen des kontinuierlich entstehenden Profils, das von dem Formgeberwerkzeug aus zwischen

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zwei frei laufenden Führungsrollen 37 hindurchläuft, die ein plötzliches seitliches Abknicken des Profils beim Austritt aus dem Formgeberwerkzeug vermeiden sollen»

Mindestens zwei Paare zur Fortbewegung des Profils dienende Greifbacken 3 8 - 39 klemmen wechselweise das gebogene Profil ein und führen es aus dem Formgeberwerkzeug heraus» Sie sind mit Radialarmen 41 an einem Festpunkt 0 angelenkt; die Länge der Arme entspricht dem Krümmungsradius des Profils».

Jeder Greifbacken wird so angetrieben, daß er eine Hin- und Herbewegung um einen Winkelweg oC ausführt; der Winkelweg entspricht der Einheitswegstrecke des Profils; ferner führen die Greifbacken öffnungs- bzw. Schließbewegungen am Ende bzw* zu Beginn eines Wegstücks aus»

Daher schließt der Greifbacken, der sich an dem dem Formgeberwerkzeug nächstgelegenen Ende seines Winkelweges befindet, sich um das Profil; er öffnet sich, wenn er das andere Ende seines Winkelweges erreicht hat.

Während des gesamten, im Uhrzeigersinn durchlaufenen Weges bleibt der Schließbacken somit geschlossen und nimmt daher das Profil mit; wenn er jedoch im mathematisch positiven Sinne geschwenkt wird, ist er geöffnet und berührt daher das genannte Profil nicht.

Dasselbe gilt für den Greifbacken 39 mit dem Unterschied, daß er sich gegenüber dem,Greifbacken 38 gegenphasig verhält, so daß er das Profil mitführt, wenn der Greifbacken 38 offen ist, und daß er umgekehrt offen ist, wenn der Greifbacken 38 die Fortbewegung des Profils übernimmt. Dadurch entsteht ein praktisch kontinuierlicher Transport des gebogenen Profils ausserhalb des FormgeberWerkzeugs.

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Die Hin- und Herbewegung wird durch die im einzelnen in Fig, 7 gezeigte Vorrichtung hervorgerufen.

Der um einen Winke1(X um den Punkt 0 hin und her drehbare Radialarm Hl trägt zwei Elemente 71-72 eines Greifbackens 38 - 39, die das Profil 70 einklemmen und mitziehen sollen. Eine an sich bekannte Kniegelenkanordnung 73 steuert die Schließbewegung der Backen. Am äusseren Ende des Radialarms Hl befinden sich Rollen, die auf einer Stützschiene 75 ruhen, sowie am unteren Teil dieses äusseren Endes eine Einrichtung zum Ankuppeln an die Kette 76 (vgl. auch Fig. 5); die Kupplung besteht aus einem Finger, der in die Kette eingeklinkt wird, wenn ein im richtigen Zeitpunkt ferngesteuerter Arbeitszylinder 7H den Finger betätigt.

Während des Betriebes der Anlage wird zu Beginn des von einem der Greifbacken 38-39 ausgeübten TransportVorgangs in einem ersten Zeitpunkt die Ankupplung der Vorrichtung durch Aktivieren des Arbeitszylinders 7H und Einklinken des Fingers in die Kette 76 vorgenommen. Dadurch beginnt der Radialarm Hl seine Drehbewegung in Uhrzeigerrichtung und durchläuft den Winkelweg oC .

Dann wird, so lange der Greifbacken sich praktisch noch an dem dem Preßwerkzeug 35 nächstgelegenen Ende seiner Bewegungsbahn befindet, durch die Kniegelenkanordnung 73 die Umschliessung des Profils vorgenommen.

Während des gesamten Winkelweges (X. wird das Profil somit transportiert. Im Augenblick der Freigabe des Profils am Ende des Transports wird der Greifbacken zunächst zum öffnen veranlaßt und dann von der Kette gelöst.

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Inzwischen befindet sich der andere, gegenphasig arbeitende Greifbacken in der Anfangslage für seine Transportbewegung. Zu bemerken ist noch, daß die Rückführung des Radialazms Ul an den Anfang des Transportzyklus in an sich bekannter Weise mit (mechanischen, hydraulischen, pneumatischen usw.) ,Eilgangeinrichtungen erfolgt·

Schließlich wird das kontinuierliche Profil in folgender Weise in passende Längen zerschnitten:

Das freie Profilende schreitet fort, bis es einen Tastkopf 55^ berührt, dessen Stellung entsprechend der für die Stoßstange erforderlichen Länge verändert werden kann.

In diesem Augenblick wird ein Signal an den Trennblock 5 6 gegeben, de'r wie die Greifbacken 38 und 3 9 einerseits auf einem Kreisbogen bewegt wird und andererseits sich von dem Profil weg bewegen oder es umschliessen kann. Wenn das Signal bei ihm eintrifft, klemmt er das Profil ein und begleitet es auf seinem Winkelwege Ck. , während eine nicht eingezeichnete Säge das Profilstück abschneidet. Bei Beendigung der Winkelbewegung ist dieser Vorgang abgeschlossen und der Trennblock gibt das Profil 42 frei und. kehrt gleichzeitig in seine Ausgangslage in nächster Nähe des Greifbackens 39 zurück, während das Profilstück 42 ausgeworfen wird.

Ansprüche:

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Claims

Ansprüche

1» Verfahren zum Herstellen von verstärkten Profilen, die insbesondere als Stoßstangen an Kraftfahrzeugen verwendet werden, durch einen Ziehvörgang, nach welchem Glasfäden oder Glasstapelfaser!unten und mindestens ein gewebtes oder nichtgewebtes Band durch einen Imprä'gni^ertank gezogen werden, der ein Polyester-, ein Vinylester-, ein Epoxidharz oder ein sonstiges duroplastisches Kunstharz sowie einen durch Wärme aktivierbaren Katalysator enthält, die imprägnierten Trägermaterialien anschliessend durch eine Luntenführung geleitet werden, welche sie an die Stellen der öffnungen zweier Förmgeber steuert und dadurch die Profilform vorbestimmt, während in diesem Bereich die Vernetzungsreaktion des Kunststoffmaterials durch Aktivierung des Katalysators infolge bis in den Kern wirksamer Erhitzung des Profils mittels einer die dielektrischen Verluste ausnützenden Hochfrequenzeinrichtung eingeleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das vorbereitete Profil seine endgültige Form und Durchbiegung beim Durchlaufen eines Formgeberwerkzeugs (35) passender Profilierung erhält, dessen Innenbahn auf einer gebogenen Linie von gleichbleibendem Krümmungsradius liegt, und daß das Profil ausserhalb des Formgeberwerkzeugs C35) durch Greifbackeneinrichtungen (38, 39) gezogen wird, die eine Winkelbewegung bis an eine Trennvorrichtung (56) heran ausführen, die Abschnitte passender Länge von dem Profilstrang abtrennt,

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2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glasfaden (22) oder Glasstapelfaserlunten sowie mindestens eine gewebte oder nicht gewebte Glasfasermatte von Vorratsrollen (30, 31) abgezogen und über Führungsrollen in einen mit Imprägniermittel gefüllten Tank (32) und dann durch eine Luntenführung C3 3) gezogen werden, die öffnungen in einer Verteilung aufweist, die die räumliche Anordnung und die Konzentration der Fäden oder Lunten in dem Bande bestimmt, und dann in aus einem praktisch dielektrisch verlustfreien Material bestehenden Formgeberwerkzeuge (3f, 35) geführt werden, die eine öffnung besitzen, deren Form dem Querschnitt des herzustellenden Profils entspricht, wobei das Profil im Bereich der Werkzeuge mit Hilfe einer Hochfrequenzvorrichtung (3 6) einer durch dielektrische Verluste hervorgerufenen Erhitzung bis zum Kern unterworfen wird, seine endgültige Form und seine Biegung beim Durchlaufen eines Formgeberwerkzeugs 05) entsprechender Profilierung erhält, dessen Innenform eine Biegung von gleichbleibendem Krümmungsradius aufweist, und·daß das Profil ausserhalb des Formgeberwerkzeugs (35) von Greifbacken (38, 39) gezogen wird, die eine Winkelbewegung ausführen, wobei das Profil einer Trennvorrichtung (56) zugeführt wird, die Abschnitte passender Länge abschneidet und wegführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Greifbackeneinrichtungen (38, 39) auf •schwenkbaren Halterungen (41) vorgesehen sind, die ihre Bewegung auf einem gekrümmten, der Durchbiegung der Stoß-

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Stange angepaßten Wege bewirken bzw» eine Hin- und Herbewegung vorgegebener Amplitude, daß diese Bewegung durch periodisches Ankuppeln der genannten schwenkbaren Halterung (41) an eine endlose Kette (76), anschliessendes Entkuppeln und Eilrückführung der Halterungen in ihre Anfangslage unter dem Einfluß an sich bekannter Rückführeinrichtungen herbeigeführt wird, wobei die Greifbacken (38, 39) das Profil klemmend umfassen, so lange die Halterung (Hl) an die endlose Kette (76) gekuppelt ist, und andererseits während der Eilrückführung in die Anfangslage offen stehen, und daß der eine Greifbacken angekuppelt ist und das Profil mitführt, während der andere Greifbacken die Phase der Eilrückführung bei losgelassenem Profil durchläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Trennvorrichtung auf einer Schwenkhalterung angeordnet ist und sich mit einer Hin- und Herbewegung vorgegebener Amplitude auf einem dem Krümmungsradius des fertigen Profils angepaßten gekrümmten Bahn bewegt, wobei diese Bewegung in gleicher Weise wie die der Greifbacken durch periodisches Ankuppeln der Schwenkhalterung an eine endlose Kette, anschliessendes Entkuppeln und Eilrückführung in die Anfangslage herbeigeführt wird, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Profil während der Ankupplungsphase der Halterung abschneidet und es freigibt und auswirft, wenn die Halterung sich im Eilgang zurückbewegt.

5. Gegenstand, hergestellt nach dem Verfahren gemäß An-

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spruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem zusammengesetzten, gewölbten Strang besteht, dessen vorderer Abschnitt (20) im wesentlichen aus einer in vielen Richtungen wirkenden-gewebten oder nicht gewebten Verstärkung (21), aus Glasfaser od. dgl.,besteht, die mit einem duroplastischen Harz getränkt ist, verstärkt jedoch durch einige in Längsrichtung des Stranges angeordnete Fäden (22) , während die Ränder (23) des Stranges, die Zugkräfte aufnehmen sollen, im wesentlichen aus in einer Richtung wirkenden Verstärkungen bestehen, etwa Glasstapelfaserlunten, die in Längsrichtung des Stranges verlaufen* .

Stoßstangen für Kraftfahrzeuge, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Strang andern Fahrzeug mit Hilfe von zentralen Blöcken (2) und Endblöcken (3) aus' weichem oder halbweichem, geschäumtem oder nichtgeschäumtem synthetischen Material befestigt ist, deren Form der Form des Stranges angepaßt ist, wobei die Gesamtanordnung mit einem Bauteil(lO) aus biegsamem,, gepreßtem synthetischen Material verkleidet sein kann.

7. Verstärkungsteile für Fahr&eugkarosSerien, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie entsprechend der Form des Karos Seriebauteils, das sie verstärken sollen,· gewölbt sind ο

Der· Patentanwalt ' ■

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