WO2013139834A1 - Verfahren zum thermoplastischen tapelegen, die verwendung eines tapes sowie ein tape - Google Patents
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- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
Definitions
- thermoplastic tape laying Method for thermoplastic tape laying, the use of a tape and a tape
- the invention relates to a process for thermoplastic tape laying, the
- thermoplastic fiber-plastic composite FKV
- Plastics are stored in the factory. Workplaces made from a thermoplastic fiber-plastic composite are characterized by high strength and rigidity and are regularly used, for example, in the automotive industry as well as in the aerospace industry.
- thermoplastic Tapelegeclar For the creation of workpieces made of a thermoplastic fiber-plastic composite so-called thermoplastic Tapelegeclar are known.
- duroplastics tapes are made of tapes in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a duroplastic material.
- the invention relates to a method for thermo-elastic tape laying, in which tapes in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material are used,
- thermoplastic tape laying Today, unidirectional fiber reinforced, fully impregnated and consolidated tapes are used in thermoplastic tape laying.
- the thermoplastic tapes are usually provided wound on spools and taping continuously unwound from the spool and deposited on a surface of a tool or component. Immediately before the deposit, during the deposit or
- the tapes or the portions of the tapes to be deposited or deposited on the surface are heated to above the melting temperature of the thermoplastic of the tap.
- the tapes deposited on the surface have cooled and the thermoplastic has hardened again, the tapes form a workpiece made of a thermoplastic fiber-plastic composite. As a rule, this workpiece can already be made available as a final component from a fiber-plastic composite.
- thermoplastic tape laying In principle, corresponding processes for thermoplastic tape laying have proven successful. In particular, methods for thermoplastic tape laying can be performed easily, as far as the tapes in geodesic Lanes can be stored on the surface of the tool or component. Often, however, it is not possible to place the tapes on the surface in geodesic orbits alone. Rather, due to the specific surface on which they are deposited, the tapes must regularly also be filed in a curve shape. In a curved drape, the tapes are at least partially bent in the plane of the tapes
- the prior art does not provide a solution to the problem, as in a kurvenförmi gene storage of the tapes in thermoplastic boarding an ondulation of the tapes can be avoided.
- the present invention is based on the object to provide a method for thermoplastic composting for the production of a workpiece from a thermoplastic-plastic fiber composite composite available through the tapes even with a curved placement of tapes ondulationslitis on a surface of a workpiece or component can be stored.
- thermoplastic bonding method for producing a workpiece from a fiber-plastic composite, comprising the following steps:
- At least one tape in the form of a fiber-plastic composite of Verstärkungsfasem and a thermoplastic material; Heating at least a portion of the tape to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic;
- the invention is based on the basic knowledge according to the invention that tapes in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic thermoplastics in a thermoplastic Tapelegeveriahren can be stored ondulationslitis even with a curved placement of tapes when the reinforcing fibers in the form of staple fibers in Tape available.
- Thermoplastics of the tape heated by heating above its melting temperature i st the tape can be stored curved, without the tape on the inside of the curve wrinkles or undulates.
- workpiece is, as far as used herein, understood both a finished component and a semi-finished product in the form of a fiber-plastic composite.
- the tapes are inventively preferably heated immediately before their deposition or during deposition on the surface of the tool or component to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic Kunststoffsto ffs the tape.
- a relatively short portion of the tape is heated, in particular a portion which is deposited immediately after di e heating on the surface.
- a portion of the tape is heated at least over a length which is twice the length of the longest staple fibers of the tape.
- the tapes when curving on such a minimum length curvatures particularly well undulation-free i st.
- the tapes may have a thickness in the range of 0.1 to 1 mm, and for example have a width in the range of 5 to 30 mm,
- the reinforcing fibers and the thermoplastic material of the tape may be the reinforcing fibers and thermoplastics known from the prior art.
- the staple fibers may be reinforcing fibers of glass, carbon, aramid, steel, boron or SiC.
- the thermoplastic material may be, for example, a plastic in the form of polypropylene (P.P), polyamide 66, polyethylene terephthalate (PET),
- PPS Polyphenylene sulfide
- PEEK polyetheretherketone
- a tape head is a rotatable and regularly pivotable roller or roller that can pick up a tape and roll it on a surface.
- pressure on the tape will be applied. This pressure can be applied in particular by the tape head on the tape. By applying pressure to the deposited tape in particular a complete
- the tape can - before filing on the tool surface or
- the reinforcing fibers are completely impregnated with the thermoplastic material and the free spaces between the fibers are completely filled with the plastic.
- the free space between the fibers is not or only partially filled with the plastic.
- thermoplastic material workpiece may be present in the form of a finished component. Further treatment of the workpiece obtained after cooling is not necessary for obtaining a finished component.
- the proportion of the reinforcing fibers in the fully consolidated tape may, for example, be in the range of 30 to 70% by volume, based on the volume of the tape.
- the tape provided for the inventive method in the form of a not completely consolidated fiber-plastic composite Wi rd can be provided in particular that the reinforcing fibers with the thermoplastic already completely or partially impregnated s ind, but the space between the fibers is not or largely not filled with the thermoplastic material.
- non-taped Tapes can therefore be provided, for example, in particular in the form of preimpregnated fiber bundles available.
- Fiber pia.ee.ment Tape laying processes employing tapes in the form of such fiber bundles are also referred to as "fiber pia.ee.ment” and have heretofore been known solely from the technology of thermoset tape ply.
- the fibers are completely or partially impregnated or coated with the thermoplastic in the case of non-fully consolidated tapes.
- the fibers are not completely consolidated tapes with a powder of a
- thermoplastic coated The share of the
- thermoplastic plastic powder based on the total mass of the tape. may for example be in the range of only 0.2 to 5% by mass, preferably in the range of from 0, 5 to 2% by mass, after heating, depositing and
- thermoset is introduced into the workpiece after it has been produced or when the thermoplastic has completely hardened.
- a duroplastic plastic may be injected into the workpiece by an autoclave or vacuum injection process
- thermoset introduced into the free spaces completely fills the open spaces.
- thermoset subsequent complete crosslinking or solidification of the thermoset yields a final component.
- Embodiment of the method according to the invention is in particular that for the preparation of the workpiece, in which a thermosetting plastic is introduced, a thermoplastic Tapelegeclar can be used in the
- thermosetting Tapelege compiler with a much simpler process technology is feasible.
- this embodiment makes it possible, however, to produce a component made of a fiber-plastic composite in which the plastic is largely in the form of a fiber-plastic composite
- Thermosets vorl Lies which has over a thermoplastic for many applications more advantageous properties.
- thermoplastic tapes in carrying out the method according to the invention on the e e to the thermoplastic tapes from the prior art known methods and techniques are used, in particular the
- Component surface applying pressure to the deposited tape as well separating off tapes on the tool surface or component surface.
- the tape is brought into a shape that later
- Geometry of the tape when laying on the surface is equal or approximated. As a result, it is possible to also store the tape curvedly with especially small radii ondulationslitis.
- the predraping of the tape may be accomplished by any means known in the art
- Draping device suc conditions.
- the tape is first heated to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material of the tape, subsequently predrawn and then, if appropriate after further heating, deposited on the surface of the tool or component,
- the invention further relates to the use of a tape in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a
- thermoplastic material in which the reinforcing fibers are present in the form of staple fibers, for thermoplastic tape laying to create a workpiece.
- the invention further relates to a tape in the form of a fiber-plastic composite of reinforcing fibers and a thermoplastic material in which the reinforcing fibers are in the form of staple fibers.
- Figure 1 shows the implementation of the method according to the invention by means of a device for thermoplastic tape Tiegen.
- the apparatus for thermoplastic tape-bending in FIG. 1 is identified by the reference numeral 1.
- the device 1 comprises, in particular, a semifinished product reel 3, a conveying and guiding system 5, a cutting device 7, a stacking head 9 and a heating device 11.
- the wound up first on the Halbzeugspuie 3 Tape 1 3 can be unwound by means of the conveying and guiding system 5 of the semi-finished coil 3 and the tape head 9 can be fed.
- the Tapelegekopf 9 is designed as a swivel and rollable roller, which under pressure against the surface 15 of a tool 1 7 feasible and unrolled on this i st. , ⁇ ?.
- the Schneidevorrichtimg 7 connects. d urch which the tape 13, after it has been supplied to the tape head 9, can be cut off.
- the tape 1 3 is heated.
- the heating device 1 1 i st arranged such that a portion of the tape 1 3 is heated in its supply to the tape head 9.
- Tool 1 7 can be stored.
- the device 1 which is movable in its entirety, is moved along the surface 15 of the tool 17.
- Tapel egekorb 9 receives the supplied from the conveying and guiding system 5 tape 13 and sets di eses from rolling on the surface 15, over which it is moved under pressure.
- the tape 1 3 kurvenförmi g on the surface 15 of the tool 17 can be stored.
- the tape 1 3 according to the invention in the form of a fiber-plastic composite of ampli gs fibers in the form of staple fibers and a
- thermoplastic's plastic Since the tape is 1 3 immediately before being deposited by the heating device 1 1 heated so that the thermoplastic material of the tape 13 melts, the staple fibers of the tape 1 3 in the heated portion of the tape are mutually movable, so that the tape 1 3 also can be deposited on the surface 1 5 in the case of a curvilinear laying on undulating. Kachdem the tape 13 has been deposited in a desired length on the surface 15, this dropped section is through the
- thermoplastic Tapeiegeclar feasible in which the
- thermoplastic tape 13 can be deposited on the surface 15 of a tool 17, even with a curvilinear laying down.
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Abstract
Ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes (13) sowie ein Tape (13).
Description
Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die
Verwendung eines Tapes sowie ein Tape.
Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen dienen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff- Verbund (FKV). Ein thermoplastischer Faser-Kunststoff-Verbund besteht aus
Verstärkungsfasern, die in eine Matrix aus einem thermoplastischen
Kunststoff e ingelagert si nd, Aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff- Verbund erstellte Werkslücke zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und Stei figkeit aus und werden regelmäßig beispielweise in der Fahrzeugindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt.
Zur Erstel lung von Werkstücken aus einem thermoplastischen Faser- Kunststoff- Verbund sind sogenannte thermoplastische Tapelegeverfahren bekannt. Dabei werden bandförmige Halbzeuge aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff- Verbund, die sogenannten Tapes, auf der Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils abgelegt. Das Tapelegen erfolgt heutzutage üblicherweise automatisiert, wobei die Tapes richtungs- und positionsvariabel auf ebenen oder gekrümmten Oberflächen eines Werkzeugs oder Bauteils
abgelegt werden. Unterschieden wird bei m Tapelegen insbesondere zwischen dem d urop!asti schen Tapelegen und dem thermopl astischen Tapelegen. B eim duroplasti sehen Tapelegen werden Tapes in Form eines Faser-Kunststoff - Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem duro i astischen Kunststoff eingesetzt .
D i e vorl iegen de Erfindung betri fft ein Verfahren zum thermopl astischen Tapelegen, bei dem Tapes in Form eines Faser -Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff eingesetzt werden,
Beim thermoplastischen Tapelegen werden heutzutage unidirektionai endJ osfaserverstärkte, vollständig imprägnierte und konsolidierte Tapes verwendet. Die thermoplastischen Tapes werden üblicherweise auf Spulen gewickelt zur Verfügung gestellt und beim Tapelegen kontinuierlich von der S pule abgewickel t und auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils abgel egt . Unmittelbar vor d em Ablegen, während des Ablegens oder
unmittelbar nach dem Ablegen werden die Tapes beziehungsweise die auf der Oberfl äche abzulegenden oder abgelegten Abschnitte der Tapes, l okal über die Schmelztemperatur des Thermoplasten des Tapes erhitzt. Nachdem di e auf der Ober fläche abgelegten Tapes abgekühlt sind und der Thermoplast wieder erhärtet i st, bi ld en die Tapes ei n Werkstück aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund. Dieses Werkstück kann in der Regel bereits als final es Bauteil aus einem Faser-Kunststoff- erbund zur Verfügung gestellt werden.
Grundsätzlich haben sich entsprechende Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen bewährt. Insbesondere können Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen problemlos durchgeführt werden, soweit die Tapes in geodätischen
Bahnen auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils abgelegt werden können . Vielfach i st es j edoch nicht m öglich., die Tapes allein in geodätischen Bahnen auf der Oberfläche abzulegen. Vielmehr müssen die Tapes auf Grund der spezi fischen Oberfl äche, auf der si e abgelegt werden, regelmäßig auch kurvenförm i g abgelegt werden . Be i einem kurvenförmigen Abl egen werden d ie Tapes zumindest auch teilweise in der Ebene der Tapes gebogen
beziehungsweise gekrümmt. Dabei kann es zu einer Faltenbi ldung
beziehungsweise Ondulation der Tapes auf der Kurveninnenseite der Tapes kommen . Eine solche Faltenbildung beziehungsweise Ondulation der Tapes beim Tapeiegen kann die Eigenschaften eines hieraus gebi ldeten Werkstückes nachteili g beeinflussen.
Der Stand der Technik bietet keine Lösung des Problems, wie bei einer kurvenförmi gen Ablage der Tapes beim thermoplastischen Tapeiegen eine Ondulation der Tapes vermieden werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum thermopl astischen Tapeiegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem thermopl asti schen Faser-Kunststoff- Verbund zur Verfügung zu stellen, durch das Tapes auch bei einem kurvenförmigen Ablegen der Tapes ondulationsfrei auf einer Oberfläche eines Werkstückes oder Bauteils ablegbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungs gemäß zur Verfügung gestellt ein Verfahren zum thermoplastischen Tapeiegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, das die folgenden Schritte umfasst:
Zur Verfügungsteilung wenigstens eines Tapes in Form eines Faser- Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasem und einem thermoplastischen Kunststoff;
Erhitzen zumindest eines Abschnittes des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs;
Ablegen des erhitzten Abschnittes des Tapes auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteil s ;
Abkühlen des Tapes zur Erstellung eines Werkstücks ;
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasera in Form von
Stapelfaser n vorl iege n .
Die Erfindung beruht auf der erfindungsgemäßen Grunderkenntnis, dass Tapes in Form eines Faser-Kunststoff- Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermopl asti schen Kunststoff bei einem thermoplastischen Tapelegeveriahren auch bei einem kurvenförmigen Ablegen der Tapes ondulationsfrei abgelegt werden können, wenn die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern im Tape vorliegen.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass das Erhitzen des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen
Kunststoffs unmittelbar vor dem Ablegen des Tapes auf einer Oberfläche ein es Werkzeuges oder Bauteils eine Bewegung der Stapelfasern in dem Tape gegeneinander erlaubt, Auf Grund dieser möglichen Bewegung der
Stapelfasern gegeneinander in dem Abschnitt des Tapes, in dem der
Thermoplast des Tapes durch das Erhitzen über seine Schmelztemperatur erhitzt i st, kann das Tape kurvenförmig abgelegt werden, ohne dass das Tape auf der Kurveninnenseite Falten bildet oder onduliert.
Die mögliche Bewegung der Verstärkungsfasern in dem erhitzten Abschnitt des Tapes gegeneinander beruht offenbar insbesondere darauf, dass diese keine endlose oder kontinuierliche Länge aufweisen und daher zumindest mit einem ihrer beiden Enden in dem Abschnitt des Tapes liegen, der über die
Schmelztemperatur des thermopl asti schen Kunststoffs erhitzt wird, so dass di e Fasern an diesem Ende relativ zu arideren Verstärkungsfasern des Tapes bewegbar sind. Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten thermoplastischen Tapes, bei denen die Verstärkungsfasern stets in Form von Eiid l osfasern vorlagen, ist eine solche Bewegung der Fasern gegeneinander nicht mögli ch.
Unter dem Begriff Werkstück wird, soweit hierin verwendet, sowohl ein fertiges Bauteil als auch ein Halbzeug in Form eines Faser-Kunststoff- Verbundes verstanden .
Un ter Stapelfasern werden bekanntermaßen verhältnismäßig kurze, aber noch verspinnbare Fasern verstanden, die regelmäßig in einer Länge im Bereich von 1 0 bis 1 .000 mm vorliegen. Erfindungsgemäß werden bevorzugt
Stapel fasern mit einer Länge im Bereich von 10 bis 200 mm eingesetzt.
Die Tapes werden erfindungsgemäß bevorzugt unmittelbar vor ihrem Ablegen oder währen des Ablegens auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststo ffs des Tapes erhitzt. Bevorzugt wird nur ein verhältnismäßig kurzer Abschnitt des Tapes erhitzt, insbesondere ein Abschnitt, der unmittelbar im Anschluss an di e Erhitzung auf der Oberfläche abgelegt wird.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des Tape mindestens auf einer Länge erhitzt wird, die der doppelten Länge der längsten Stapelfasern des Tapes entspricht. Erfindungsgemäß wurde
festgestellt, dass das Tape bei einer Erhitzung auf einer solchen Mindestlänge besonders gut ondulationsfrei kurvenförmig ablegbar i st.
Die für das erf nd ungs gemäße Verfahren zur Verfügung gestellten. Ta es können di e aus dein. Stand der Technik bekannten Dicken und Breiten aufweisen , Bei spielsweise können die Tapes eine Dicke im Bereich von 0 , 1 bis 1 mm aufweisen, und beispielsweise eine Breite im Bereich von 5 bis 30 mm aufweisen,
D ie Verstärkungsfasern sowie der thermoplastische Kunststoff des Tapes können die aus dem Stand der Technik bekannten Verstärkungsfasern und thermoplastischen Kunststoffe sein. Beispielsweise können die Stapelfasern Verstärkungsfasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Stahl, Bor oder SiC sein. Der thermoplastische Kunststoff kann beispielsweise ein Kunststoff in Form von Polypropylen (P.P), Polyamid 66, Polyethylenterephthalat (PET),
Pol yphenyie nsulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) sein.
Zur Erhitzung des Tapes kann auf beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Aufheizvorrichtungen zur Erhitzung von Tapes beim
thermoplastischen Tapelegen zurückgegriffen werden, beispielsweise eine Fl ammen- oder Laseraufheizvorrichtung.
Das Ablegen des Tapes auf der Oberfläche des Werkzeuges oder Bauteils kann durch die hierzu aus dem Stand der Technik bekannten Mittel erfolgend, beispielsweise durch einen Tapelegekopf. Bei einem Tapelegekopf handelt es sieh um eine drehbare und regelmäßig auch schwenkbare Walze oder Rol le, die ein Tape aufnehmen und rollend auf einer Oberfläche ablegen kann. Beim Ablegen kann der Tapelegekopf insbesondere unter Andruck gegen die
Oberfl äche geführt sein.
Nach dem Ablegen des erhitzten Tapes auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteilsoberfläche kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Druck auf
das Tape aufgebracht werden. Dieser Druck kann insbesondere durch den Tapelegekopf auf das Tape aufgebracht werden. Durch das Aufbringen von Druck auf das abgelegte Tape kann insbesondere eine vollständige
Konsol idierung des Tapes erzeugt oder erhalten werden.
Das Tape kann - vor der Ablage auf der Werkzeugoberfläche oder
Bauteilober fläche - vollständig konsolidiert oder nicht vollständig
konsolidiert zur Verfügung gestellt werden.
Bei einem vol lständig konsolidierten Tape aus einem Faser-Kunststoff- Verbund sind die Verstärkungsfasern vol lständig mit dem thermoplastischen Kunststoff imprägniert und die Freiräume zwischen den Fasern vollständig mit dem Kunststoff ausgefüllt.
Bei einem nicht vollständig konsolidierten Tape sind die Freiräume zwischen den Fasern nicht oder nur teilweise mit dem Kunststoff ausgefüllt.
Soweit das Tape beim Ablegen bereits vollständig konsolidiert ist, hat dies den Vorteil, dass das nach dem Abkühlen des thermoplastischen Kunststoffs erhaltende Werkstück in Form eines fertigen Bauteils vorliegen kann. Eine weitere Behandlung des nach dem Abkühlen erhaltenden Werkstücks ist zum Erhalt eines fertigen Bauteils damit nicht notwendig.
Der Anteil der V er Stärkungsfasern in dem vollständig konsolidierten Tape kann beispielsweise im Bereich von 30 bis 70 Volumen-%, bezogen auf das Volumen des Tapes, liegen .
Soweit das Tape für das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines nicht vollständig konsolidierten Faser-Kunststoff- Verbundes zur Verfügung gestellt
wi rd, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Kunststoff bereits ganz oder teiieweise imprägniert s ind, aber der Freiraum zwischen den Fasern nicht oder weitgehend nicht mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt ist. Entsprechend nicht konsol idierte Tapes können daher beispielsweise insbesondere auch in Form von vorimprägnierten Faserbündeln zur Verfügung gestellt werden.
Tapelegeverfahren, bei denen Tapes in Form solcher Faserbündel eingesetzt werden, werden auch als„fiber pia.ee.ment" bezeichnet und sind bisher allein aus der Technologie des duroplastischen Tapelegens bekannt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Fasern bei nicht vol lständig konsoli dierten Tapes ganz oder teilweise mit dem Thermoplasten imprägniert beziehungsweise beschichtet sind. Bevorzugt sind die Fasern bei nicht vollständig konsolidierten Tapes mit einem Pulver aus einem
thermoplastischen Kunststoff beschichtet. Der Anteil an dem
thermoplastischen Kunststoffpulver, bezogen auf die Gesamtmasse des Tapes. kann beispielsweise im Bereich von nur 0,2 bis 5 Masse-% liegen, bevorzugt im Berei ch von 0, 5 bis 2 Masse-%, Nach dem Erhitzen, Ablegen und
Abküh len eines entsprechend nicht vollständig konsolidierten Tapes auf dem Werkstück gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man ein
Werkstück aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bei dem zwischen den Fasern Freiräume verbleiben, die noch nicht vol lständig mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt sind. Ein solches Werkstück kann insbesondere als Faser-Kunststoff- Verbund-Halbzeug zur Verfügung gestellt werden und in si ch an das Tapelegen anschließenden Bearbeitungsschritten zu einem finalen Bauteil weiterverarbeitet werden. Der Vorteil an einem solchen, durch das erfindungsgemäße Verfahren erstellten Werkstück in Form eines Faser- Kunststoff- Verbund-Halbzeuges liegt insbesondere darin, das dieses auf Grund seiner Freiräume mit einem Kunststoff verfüllt werden kann und anschließend zum final en Bauteil weiterverarbeitet werden kann. Dies schafft
einen großen Freiraum bei der weiteren Verarbeitung des Werkstückes zum fin alen B auteil . Nach einer besonders bevorzugten Aus führungsf orm ist vorgesehen, dass in das Werkstück nach seiner Erstellung beziehungsweise der vollständigen Erhärtung des Thermoplasten ein Duroplast eingebracht wird. Beispi el swei se kann ein duropl astischer Kunststoff durch ein Autoklav- Verfahren oder ein Vakuuminj ektions-Verfahren in das Werkstück
eingebracht werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der in die Freiräume eingebrachte Duroplast die Freiräume vollständig ausfüllt. Nach der
anschl ießenden vollständigen Vernetzung beziehungsweise Solidiflkation des Duroplasten erhält man ein finales Bauteil. Der Vorteil dieser
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass zur Erstellung des Werkstückes, in das ein Duroplast einbringbar ist, ein thermoplastisches Tapelegeverfahren verwendet werden kann, das im
Gegensatz zu duroplastischen Tapelegeverfahren mit einer wesentlich einfacheren Verfahrenstechnik durchführbar ist. Gleichzeitig lässt sich durch diese Ausführungsform j edoch ein Bauteil aus einem Faser-Kunststoff- Verbund erstellen, bei dem der Kunststoff weitgehend in Form eines
Duroplasten vorl iegt, der gegenüber einem thermoplastischen Kunststoff für zahlreiche Anwendungen vorteilhaftere Eigenschaften aufweist.
Im übrigen kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf di e zum thermoplastischen Tapelegen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Techniken zurückgegriffen werden, insbesondere die
Aufwicklung und zur Verfügungstellung der Tapes auf einer Halbzeugspule, di e Förder- und Führungstechnik zur Zuführung der Tapes von der Spule auf die Werkzeugoberfl äche oder Bauteiloberfläche, das Erhitzen des Tapes vor oder bei der Ablage auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche, das Ablegen des erhitzten Tapes auf der Werkzeugoberfläche oder
Bauteiloberfläche, das Aufbringen von Druck auf das abgelegte Tape sowie
das Abtrennen von auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche abge l egten Absch ni tten des Tapes .
Nach ei ner Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Tape vor dem Ahle gen. - vor oder nach dem Erhitzen des Tapes - vordrapiert wird . Durch eine
Vordrapierung wird das Tape in eine Form gebracht, die der späteren
Geometrie d es Tapes beim Ablegen auf der Oberfläche entspricht oder dieser angenähert i st. Hierdurch i st es möglich, das Tape auch kurvenförmig mit besonders kl einen Radien ondulationsfrei abzulegen. Die Vordrapierung des Tapes kann durch eine aus dem Stand der Technik bekannte
Drapiervorrichtung erfol gen . Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Tape zunächst auf ei ne Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplasti schen Kunststoffs des Tapes erhitzt, anschl i eßend vordrapiert und schl ießl ich, gegebenenfalls nach einem weiteren Erhitzen, auf der Oberfläche des Werkzeugs oder Bauteils abgelegt wird ,
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung eines Tapes in Form eines Faser- Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem
thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapel fasern vorliegen, zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes.
Ferner i st Gegenstand der Erfindung ein Tape in Form eines Faser-Kunststoff- Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapel fasern vorliegen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie den bei gefügten Figuren und der zugehörigen Figurenbeschreibung.
Sämtliche Merkmale der Erfi ndung körinen, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombini ert sein.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des
erfindun gsgemäßen Verfahrens wird in der nachfolgenden
Figurenbeschreibung näher erl äutert.
Dabei zeigt
Figur 1 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Vorrichtung zum thermoplastischen Tapeiegen.
In ihrer Gesamtheit i st die Vorrichtung zur thermoplastischen Tapeiegen in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Die Vorrichtung 1 umfasst insbesondere eine Halbzeugspule 3 , ein Förderund Führungssystem 5 , eine Schneidevorrichtung 7 , ei nen Tapel egekopf 9 sowie auf Aufheizvorrichtung 1 1 .
Das zunächst auf die Halbzeugspuie 3 aufgewickelte Tape 1 3 ist mittels des Förder- und Führungssystems 5 von der Halbzeugspule 3 abwickelbar und dem Tapelegekopf 9 zuführbar.
Der Tapelegekopf 9 ist als schwenk- und rollbare Walze ausgebildet, die unter Andruck gegen die Oberfläche 15 eines Werkzeuges 1 7 führbar und auf dieser abrollbar i st.
,ί?.
An das Förder- und Führungssystem 5 schließt sich die Schneidevorrichtimg 7 an. d urch die das Tape 13 , nachdem es dem Tapelegekopf 9 zugeführt worden ist, abschneidbar ist.
Durch die al s Flammen-Aufheizvorrichtung ausgebildete Aufheizvorrichtung
1 1 ist das Tape 1 3 erhitzbar. Die Aufheizvorrichtung 1 1 i st derart angeordnet, dass ein Abschnitt des Tapes 1 3 bei seiner Zuführung zum Tapelegekopf 9 erhitzbar ist .
Durch die Vorrichtung 1 ist das Tape 1 3 auf der Oberfläche 15 eines
Werkzeuges 1 7 ablegbar.
Hierzu wi rd die Vorrichtung 1 , die in ihrer Gesamtheit bewegbar ist, entlang der Oberfläche 1 5 des Werkzeuges 17 bewegt. Der rollbar ausgebildete
Tapel egekorb 9 nimmt das von dem Förder- und Führungssystem 5 zugeführte Tape 13 auf und legt di eses abrollend auf der Oberfläche 15 ab, über die er unter Andruck bewegt wird.
Auf Grund der Schwenkbarkeit des Tapelegekopfes 9 ist das Tape 1 3 kurvenförmi g auf der Oberfläche 15 des Werkzeuges 17 ablegbar.
Das Tape 1 3 ist erfindungsgemäß in Form eines Faser-Kunststoff- Verbundes aus Verstärk un gs fasern in Form von Stapel fasern und einem
thermoplasti schen Kunststoff ausgebildet. Da das Tape 1 3 unmittelbar vor dem Ablegen durch die Aufheizvorrichtung 1 1 derart erhitzt wird, dass der thermoplastische Kunststoff des Tapes 13 schmilzt, sind die Stapelfasern des Tapes 1 3 in dem erhitzten Abschnitt des Tapes gegeneinander bewegbar, so dass das Tape 1 3 auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche 1 5 ablegbar ist.
Kachdem das Tape 13 in einer gewünschten Länge auf der Oberfläche 15 abgelegt worden ist, wird dieser abgelegte Abschnitt durch die
Scbneidvorrichtung '7 abgetrennt.
Durch die im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung ί ist ein thermoplastisches Tapeiegeverfahren durchführbar, bei dem das
thermoplastische Tape 13 demnach auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche 15 eines Werkzeuges 17 ablegbar ist.
Claims
1.1 Zur Verfügungstellung wenigstens eines Tapes (13) in Form eines Faser-Kunststoff- erbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff;
1.2 Erhitzen des Tapes auf eine Temperatur oberhalb der
Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs;
1.3 Ablegen des erhitzten Tapes auf einer Oberfläche (15);
1.4 Abkühlen des Tapes (13) zur Erstellung eines Werkstücks;
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.
Tapelegeverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungsfasern eine Länge im Bereich von 10 mm bis 200 mm aufweisen,
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (13) in Form eines vollständig konsolidierten Faser- Kunststoff ·· erbundes zur Verfügung gestellt wird,
4. Verfahren nach weni gstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem d as Tape ( 1 3) i n Form eines nicht vollständig konsolidierten Faser- Kunststoff-Verbundes zur Verfügung gestellt wird,
5. Verfahren nach weni gstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape ( 1 3) in Form von mit einem thermoplastischen Pulver beschichteten Verstärkungsfasem zur Verfügung gestel lt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in die zwischen den
Verstärkungsfasern verbleibenden Freiräume des nach dem Abkühl en erhaltenen Werkstückes ein duroplasti scher Kunststoff eingebracht wird ,
7. Verwendung eines Tapes ( 1 3 ) in Form eines Faser-Kunststoff- Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen
Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen, zum thermopl astischen Tapelegen zur Erstellung eines
Werkstückes
8. Tap e ( 1 3) in Form eines Faser-Kunststoff« erbundes aus
Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.
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