WO2016082971A1 - Prozessanordnung und verfahren zur herstellung eines faserverstärkten kunststoffbauteils - Google Patents

Prozessanordnung und verfahren zur herstellung eines faserverstärkten kunststoffbauteils Download PDF

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WO2016082971A1
WO2016082971A1 PCT/EP2015/071865 EP2015071865W WO2016082971A1 WO 2016082971 A1 WO2016082971 A1 WO 2016082971A1 EP 2015071865 W EP2015071865 W EP 2015071865W WO 2016082971 A1 WO2016082971 A1 WO 2016082971A1
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container
semi
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process arrangement
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Maurice Bitterlich
Max Ehleben
Katja Zeuner
Thomas Mertens
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B65D85/62—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for stacks of articles; for special arrangements of groups of articles

Definitions

  • the invention relates to a process arrangement for producing a fiber-reinforced
  • the production of fiber-reinforced plastic components can be done using textile semi-finished products, so-called prepregs.
  • prepregs a textile fiber material is preimpregnated with a thermoplastic matrix material below a polymerization start temperature.
  • the prepregs are stacked in a deposition process to form a layer package and subjected to a deep-drawing or pressing process.
  • WO 2012/1 16947 A1 discloses a generic process for the production of prepregs, that is to say of fiber-reinforced, flat semi-finished products with polyamide matrix.
  • textile structures having a liquid starting component of the polyamide matrix that is to say molten lactam, including added catalysts and / or activators, are first preimpregnated, in a continuous process.
  • the preimpregnated textile endless structure is assembled in a cutting station to fiber-reinforced sheet semi-finished and stacked in a stacking station.
  • the preimpregnated textile semifinished products are transported to an assembling station, in which the textile semi-finished products are superimposed in a laying process and corresponding to the final contour of the component to be produced
  • the layer package thus formed is then inserted into a mold. Then the shaping takes place, namely at a temperature above the
  • the fiber-reinforced, flat semi-finished product is brought into the intended form of the component to be produced.
  • thermoplastic matrix material in contact with the environment, that is with the Humidity, the oxygen, UV radiation or the like, reacts, whereby their processability, in particular their polymerization, is impaired in the further course of the process.
  • the pre-impregnated textile semi-finished products are dried in an energy-intensive manner during storage and transport until their processing.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic component, wherein the storage and transport of
  • the stacking station is associated with at least one transport and / or storage container in which the prefabricated, pre-impregnated textile semifinished products are stored under air-, light- and / or moisture-proof shielding and can be transported to the assembling station. In this way it is ensured that the process steps which take place after the preparation of the prepregs are avoided while avoiding e.g. Inadmissible moisture absorption are performed. In this case, automatic stacking and removal of the prepreg material is made possible.
  • the concept according to the invention provides for a container system consisting of at least one transport and / or storage container.
  • the first steps of the process chain ie the production and stacking of the preimpregnated textile semifinished products, take place as indicated in the above prior art according to WO 2012/1 16947 A1.
  • the optionally automated assembly of the transport and storage container can be done directly in the prepreg plant.
  • the at least one storage and / or transport container may preferably be formed in two parts, with a lower housing part on which the semi-finished products are stackable, and with an upper housing part which is detachably received on the lower housing part.
  • the container bottom for example, by means of a scissor lift, for example, docked to the container hood.
  • a scissor lift for example, docked to the container hood.
  • Container bottom remain stationary and the container hood are lowered to it.
  • the sealing of the container can, for example, by means of a circumferential round cord in
  • Container bottom done. Quick release clamps can ensure a continuous and even contact pressure of the cover on the seal.
  • the filled, closed container in the next process step can be flooded with a protective gas, for example nitrogen.
  • a protective gas for example nitrogen.
  • the flooding of the container takes place for example via a N 2 quick coupling.
  • the air in the tank is replaced by extremely dry inert gas.
  • a safety valve may preferably be provided on a wall opposite the quick coupling.
  • the further processing of the prepreg material can be in the already mentioned above
  • Assemblierstation take place, which is preferably designed as a likewise conditioned room, which is shielded from external influences.
  • the invention can be used for all reinforced and / or unreinforced materials that are sensitive to environmental influences. For such materials, shielding from atmospheric moisture, oxygen, UV radiation, etc. may be necessary to maintain their processability.
  • shielding from atmospheric moisture, oxygen, UV radiation, etc. may be necessary to maintain their processability.
  • the prepreg container can also be provided with a pressure relief valve, whereby too high an internal pressure and thus the bursting of the container is prevented.
  • the storage and / or transport containers allow automated or semi-automated transport and a safe storage of prepregs.
  • a secure stacking of the prepreg container and thus a space-saving concept can be provided.
  • Assemblierstation additionally have at least one docking point at which the textile, pre-impregnated semi-finished products from the storage and / or transport containers are shielded outwardly into the Assemblierstation be transferred. This can be done in a first
  • the docking point have a lock space in which the storage and / or transport container is positioned and then the preimpregnated textile semi-finished fiber products are removed for further processing.
  • a volume of space is provided for the lock chamber, which is ventilated with conditioned air, which is associated with high process engineering effort.
  • the docking station may preferably have a closable access opening which, in one, delimits the processing space of the assembly station
  • the transport and / or storage container may be formed with a closable removal opening.
  • the container-side removal opening and the access opening of the assembling station are coupled with one another air-tight, light-tight and / or moisture-tight and opened.
  • the preimpregnated textile semi-finished products are automated or manually from the transport and / or storage container directly into the
  • Processing room transferred to the assembling station Processing room transferred to the assembling station.
  • the container-side removal opening and / or the access opening of the housing can preferably have a passage slot which is widened in the transverse direction and through which the semi-finished products can be transferred into the processing space of the assembly station.
  • At least one access slot can be connected to the transverse passage slot, which is designed to be edgewise elongate and which simplifies access to the uppermost semifinished product in the at least one semifinished product stack of the container.
  • the container-side removal opening and / or the access opening of the housing is approximately T-shaped.
  • the transverse passage slot merges approximately centrally into an upright access slot.
  • the passage slot at each of its two transversely opposite end sides can pass into a lateral access slot.
  • a third middle access slot may be provided.
  • the storage and / or transport container can first be positioned on a rack with rail system. This conical position elements can serve the exact orientation of the container.
  • the container is pushed so far towards the housing of the assembly until it rests flush against a sealing flange, which is arranged between the container and the housing of the assembly station, and is held in position by means of quick releases.
  • the opening of the container preferably takes place from the inside of the assembling station.
  • the lid of the container which is airtight attached to the container side, geometrically adapted so that it can be disassembled by the sealing flange into the interior of the assembly station.
  • the opening of the side cover can be done by means of a hinge system.
  • Fig. 1 is a block diagram for illustrating method steps for
  • FIG. 2 in a schematic representation of an assembling station with a
  • Fig. 3 and 4 each a docking of Assemblierstation with and without storage and
  • Fig. 5 in a view from within the Assemblierstation on a formed in the housing access opening.
  • a method for producing a fiber-reinforced plastic component is shown insofar as it is necessary for the understanding of the invention.
  • two fiber layers 1 are initially brought by way of example onto a continuous conveyor belt 5 in a continuous process with the interposition of a first film 3 of, for example, polyamide or another suitable material.
  • the textile layer structure 7 thus formed is provided with an initial component 8 of a
  • thermoplastic matrix material such as lactam
  • a second film 9 is applied and the textile layer structure 7 is cooled in a cooling unit 11 and, in a subsequent cutting unit 13, made into individual pre-impregnated textile semi-finished products 15.
  • the preimpregnated textile semi-finished products 15 are stacked on top of each other in a subsequent stacking station II.
  • the stacking station II has for this purpose a transport and / or
  • Storage container 17 which is designed in two parts in FIG. As is apparent from Fig. 1, the transport and / or storage container 17 is shown open, with a
  • Caseback 19 the periphery open, that is edge-free without raised
  • Side wall 23 is formed by a side cover 25 closed discharge opening 27, whose function will be described later.
  • the container 17 is shown in FIG. 1 on a height-adjustable scissor lift 29.
  • At the bottom of the container bottom 19 that is, the container base plate, forklift pockets 31 are formed to facilitate the transportation of the container 17.
  • the stacking station II is process-technically downstream of an assembling station III, in which the preimpregnated, textile semi-finished products 15 (hereinafter also referred to as prepregs) are cut and stored stacked as a layer package 16 (FIG. 2) in order to prepare a subsequent deep-drawing and / or pressing process ,
  • the layer package 16 is heated to a temperature above the polymerization start temperature, namely with simultaneous pressing and / or deep drawing of the layer package 16 into the shape of the fiber-reinforced plastic component to be produced.
  • the container 17 has a protective gas connection 33, by means of which the
  • Container interior with dry air and / or an inert gas, for example nitrogen or argon, can be conditioned.
  • the container 17 has, for example, a further connection 38 for a safety valve.
  • the prepregs 15 can be stored over a longer period of time without impairing the further processing and can subsequently be transported to the assembling station III, whose coarse structure is shown in FIG.
  • the assembly station III has an enclosure 34 defining a processing space 35 that is conditioned with dry air and shielded from the outside environment from adverse environmental conditions.
  • the assembling station III has in FIG. 2 on the outside of its housing 34 a total of three docking sites 37, by way of example.
  • a container 17 equipped with preimpregnated textile semifinished products 15 is positioned.
  • the semifinished products 15 located in each container 17 each have
  • each of the container 17 is brought with its removal opening 27 in registration with a corresponding access opening 39 which in the housing 34 of the
  • Assemblierstation III is formed.
  • the three containers 17 are in Fig. 2 with the interposition of a sealing flange 41 (Fig. 2 to 4) in abutment with the housing 34th Der
  • the removal opening 27 of the respective container 17 occlusive side cover 25 is designed so that it is completed after docking of the container 17 from the
  • Processing room 35 by the worker can be opened.
  • Fig. 5 is a view from within the assembly station III is shown, in a viewing direction of the worker on the opened access and discharge openings 27, 39.
  • the worker located in the processing room 35 receives an immediate access to the in the The semi-finished fiber products 15 can thus be removed from external environmental influences protected and automated on a cutting table 43 in the processing room 35 or manually cut.
  • the layer package 16 is then by an outwardly openable flap on a mounted on a rail system drawer from the
  • Assemblierstation III pushed (transported) and can then be inserted into a mold be in which a deep-drawing and / or pressing process for the production of the plastic component takes place.
  • FIGS. 3 and 4 one of the docking stations 37 of the assembling station III is shown roughly simplified. Accordingly, the docking point 37 on a frame 47 with rail system on which the container 17 is displaceably positioned. The container 17 positioned thereon can be pushed so far in the direction of the housing 34 until it lies flush against the sealing flange 41 and is held in position by means of quick-releases 40 (FIG. 4). Subsequently, the side cover 25 of the container 17 can be opened from the interior of the assembly station III.
  • both the container-side removal opening 27 and the access opening 39 of the housing 34 have a special, approximately T-shaped opening cross-section. This one is extended from one in the transverse direction
  • Passage slot 51 through which the semifinished products 15 are transferable, and an adjoining access slot 53 formed, which is executed edgewise elongated and through which access to the uppermost semi-finished product 15 in the semifinished product stack of the container 17 is made possible.
  • the lower peripheral edge 55 of the access slot 53 is in Fig. 5 in approximately the same height as the container bottom 19, whereby the stack height of the stacked in the container 17 semifinished products 15 is easy to see.

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Abstract

Prozessanordnung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einer Stapelstation (II), in der vorimprägnierte, textile Halbzeuge (15) stapelbar sind, und einer Assemblierstation (III), in der die Halbzeuge (15) unter Bildung des Lagenpakets (16) weiterverarbeitbar sind. Danach erfolgt die Bildung des faserverstärkten Kunststoffbauteils in der Presse. Erfindungsgemäß ist der Stapelstation (II) zumindest ein Transport- und/oder Lagerbehälter (17) zugeordnet, in dem die Halbzeuge (15) in luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdichter Abschirmung lagerbar und zur Assemblierstation (III) transportierbar sind.

Description

Beschreibung
PROZESSANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FASERVERSTÄRKTEN KUNSTSTOFFBAUTEILS
Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Herstellung eines faserverstärkten
Kunststoffbauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoffbauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 15.
Die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen kann mit Hilfe von textilen Halbzeugen, sogenannten Prepregs, erfolgen. Bei derartigen Prepregs ist ein textiles Fasermaterial mit einem thermoplastischen Matrixmaterial unterhalb einer Polymerisations-Starttemperatur vorimprägniert. Zur Formgebung des faserverstärkten Kunststoffbauteils werden die Prepregs in einem Ablegevorgang zu einem Lagenpaket übereinandergestapelt und einem Tiefzieh- oder Pressverfahren unterworfen.
Aus der WO 2012/1 16947 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Prepregs, das heißt von faserverstärkten, flächigen Halbzeugen mit Polyamidmatrix bekannt. In dem Verfahren werden zunächst textile Strukturen mit einer flüssigen Ausgangskomponente der Polyamidmatrix, das heißt geschmolzenes Lactam einschließlich zugegebener Katalysatoren und/oder Aktivatoren, vorimprägniert, und zwar in einem kontinuierlichen Prozess. Nach erfolgter Konsolidierung wird die vorimprägnierte textile Endlos-Struktur in einer Schneidstation zu faserverstärkten flächigen Halbzeugen konfektioniert und in einer Stapelstation übereinander gestapelt. Im weiteren Prozessverlauf werden die vorimprägnierten textilen Halbzeuge zu einer Assemblierstation transportiert, in der die textilen Halbzeuge in einem Ablegevorgang übereinandergelegt und entsprechend der Endkontur des herzustellenden Bauteils
zugeschnitten werden. Das so gebildete Lagenpaket wird anschließend in eine Werkzeugform eingelegt. Dann erfolgt die Formgebung, und zwar bei einer Temperatur oberhalb der
Polymerisations-Starttemperatur in einem Press- oder Tiefziehvorgang. Auf diese Weise polymerisiert das vorimprägnierte Lactam zu einem Polyamid. Durch das gleichzeitige
Tiefziehen/Pressen wird das faserverstärkte, flächige Halbzeug in die beabsichtigte Form des herzustellenden Bauteils gebracht.
Bei der oben skizzierten Prozesskette besteht die Problematik darin, dass in den
vorimprägnierten, textilen Halbzeugen die noch nicht polymerisierte Ausgangskomponente des thermoplastischen Matrixmaterials in Kontakt mit der Umgebung, das heißt mit der Luftfeuchtigkeit, dem Sauerstoff, der UV-Strahlung oder dergleichen, reagiert, wodurch deren Verarbeitbarkeit, insbesondere deren Polymerisation, im weiteren Prozessverlauf beeinträchtigt wird. Um eine solche nachteilige Reaktion mit der Umgebung zu reduzieren, werden im Stand der Technik die vorimprägnierten textilen Halbzeuge während der Lagerung und des Transports bis zu ihrer Verarbeitung in energieintensiver Weise getrocknet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils bereitzustellen, bei dem die Lagerung sowie der Transport von
vorimprägnierten, textilen Halbzeugen bis zu deren Verarbeitung in einfacher Weise ohne Beeinträchtigung von deren Verarbeitbarkeit durchführbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 15 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der Stapelstation zumindest ein Transport- und/oder Lagerbehälter zugeordnet, in dem die konfektionierten, vorimprägnierten, textilen Halbzeuge unter luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdichter Abschirmung gelagert werden und zur Assemblierstation transportiert werden können. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die nach der Herstellung der Prepregs erfolgenden Prozessschritte unter Vermeidung von z.B. unzulässiger Feuchtigkeitsaufnahme durchgeführt werden. Dabei wird eine automatische Stapelung und Entnahme des Prepreg-Materials ermöglicht. Wie oben dargelegt, sieht das erfindungsgemäße Konzept ein Behältersystem, bestehend aus zumindest einem Transport- und/oder Lagerbehälter, vor. Die ersten Schritte der Prozesskette, das heißt die Herstellung sowie die Stapelung der vorimprägnierten, textilen Halbzeuge, erfolgen, wie im obigen Stand der Technik gemäß WO 2012/1 16947 A1 angegeben. Die gegebenenfalls automatisierte Bestückung des Transport- und Lagerbehälters kann unmittelbar in der Prepreg-Anlage erfolgen.
Der zumindest eine Lager- und/oder Transportbehälter kann bevorzugt zweiteilig ausgebildet sein, und zwar mit einem Gehäuseunterteil, auf dem die Halbzeuge stapelbar sind, und mit einem Gehäuseoberteil, das lösbar auf dem Gehäuseunterteil aufgenommen wird. Im Hinblick auf eine fehlerfreie Ablage der vorimprägnierten, textilen Faserhalbzeuge kann das
Behälteroberteil eine Haube sein, die (wie eine Butterglocke) von einem Behälterboden entfernt werden kann. Bei entfernter Behälterhaube sind daher bei einer Ablage bzw. Entnahme der vorimprägnierten, textilen Faserhalbzeuge keine Störkanten mehr am Behälter vorhanden, da der Behälterboden umfangsseitig offen, das heißt randfrei ohne hochgezogene Seitenwände ausgeführt ist, die ansonsten eine Störkontur bilden könnten. In der erfindungsgemäßen Prozessanordnung kann während des gesamten Herstellungs- und Bestückungsprozesses ein exakt auf den Prozess eingestelltes Klima aufrechterhalten werden. Ein wichtiger Parameter ist hierbei die Luftfeuchtigkeit. Mit dem erfindungsgemäßen Lagerund/oder Transportbehälter wird sichergestellt, dass die produzierten, vorimprägnierten, textilen Faserhalbzeuge jederzeit vor Feuchte geschützt sind.
Nach der vollständigen Bestückung wird beispielhaft der Behälterboden, zum Beispiel mittels eines Scherenhubtisches, an die Behälterhaube angedockt. Alternativ dazu kann der
Behälterboden ortsfest verbleiben und die Behälterhaube darauf abgesenkt werden. Die Abdichtung des Behälters kann zum Beispiel mittels einer umlaufenden Rundschnur im
Behälterboden erfolgen. Schnellspanner können für einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Anpressdruck des Deckels auf der Dichtung sorgen. Im Falle einer längeren Lagerung des Prepreg-Materials kann im nächsten Prozessschritt der bestückte, geschlossene Behälter mit einem Schutzgas, zum Beispiel Stickstoff, geflutet werden. Dadurch kann die Restfeuchte im Behälter minimiert und die Verarbeitbarkeit des Prepregs deutlich verlängert werden. Die Flutung des Behälters erfolgt zum Beispiel über eine N2-Schnellkupplung. Dabei wird die im Behälter befindliche Luft durch extrem trockenes Schutzgas ersetzt. Um einen zu hohen Druck im Behälterinneren zu vermeiden, kann ein Sicherheitsventil vorzugsweise an einer der Schnellkupplung gegenüberliegenden Wandung vorgesehen sein.
Die Weiterverarbeitung des Prepreg-Materials kann in der bereits oben erwähnten
Assemblierstation erfolgen, die bevorzugt als ein ebenfalls klimatisierter Raum ausgeführt ist, der vor äußeren Einflüssen abgeschirmt ist.
Die Erfindung kann für alle verstärkten und/oder auch unverstärkten Materialien eingesetzt werden, die empfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen sind. Für solche Materialien kann die Abschirmung gegenüber Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff, UV-Strahlung usw. notwendig sein, um deren Verarbeitbarkeit zu erhalten. Im Hinblick auf den oben dargelegten Stand der Technik ergeben sich die folgenden stichpunktartig aufgelisteten Vorteile: So kann mittels der Erfindung eine automatisierte Ablage von vorimprägnierten, textilen Halbzeugen (das heißt Prepregs) erfolgen. Zudem kann eine automatische luftdichte Abschirmung der Prepregs in einem
Prepreg-Behälter und damit eine verlängerte Verarbeitbarkeit des Prepreg-Materials erfolgen. Zudem kann durch die Flutung/Spülung des Prepreg-Behälters vorzugsweise mit trockener Luft/Stickstoff/Argon ein weiterer Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff erfolgen. Der Prepreg-Behälter kann zudem mit einem Überdruckventil versehen sein, wodurch ein zu hoher Innendruck und damit das Bersten des Behälters verhindert ist. Zudem ermöglichen die Lagerund/oder Transportbehälter einen automatisierten oder teilautomatisierten Transport sowie eine sichere Lagerung der Prepregs. Außerdem ist eine sichere Stapelung der Prepreg-Behälter und damit ein platzsparendes Konzept bereitstellbar.
Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung beschrieben: So kann die
Assemblierstation zusätzlich zumindest eine Andockstelle aufweisen, an der die textilen, vorimprägnierten Halbzeuge von dem Lager- und/oder Transportbehälter unter Abschirmung nach außen in die Assemblierstation überführbar sind. Hierfür kann in einer ersten
Ausführungsvariante die Andockstelle einen Schleusenraum aufweisen, in dem der Lagerund/oder Transportbehälter positioniert wird und anschließend die vorimprägnierten textilen Faserhalbzeuge zur Weiterverarbeitung entnommen werden. Bei dieser Ausführungsvariante ist jedoch für den Schleusenraum ein Raumvolumen bereitstellbar, der mit klimatisierter Luft belüftet ist, was mit hohem prozesstechnischen Aufwand verknüpft ist.
Alternativ dazu kann die Andockstelle bevorzugt eine verschließbare Zugangsöffnung aufweisen, die in einer, den Verarbeitungsraum der Assemblierstation begrenzenden
Einhausung ausgebildet ist. In gleicher Weise kann auch der Transport- und/oder Lagerbehälter mit einer verschließbaren Entnahmeöffnung ausgebildet sein. Bei einer Überführung der textilen, vorimprägnierten Halbzeuge werden die behälterseitige Entnahmeöffnung und die Zugangsöffnung der Assemblierstation miteinander luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdicht gekoppelt sowie geöffnet. Anschließend werden die vorimprägnierten textilen Halbzeuge automatisiert oder manuell aus dem Transport- und/oder Lagerbehälter direkt in den
Verarbeitungsraum der Assemblierstation transferiert.
Die behälterseitige Entnahmeöffnung und/oder die Zugangsöffnung der Einhausung können bevorzugt einen in der Querrichtung ausgeweiteten Durchlassschlitz aufweisen, durch den die Halbzeuge in den Verarbeitungsraum der Assemblierstation transferierbar sind. An den querverlaufenden Durchlassschlitz kann sich zumindest ein Zugriffschlitz anschließen, der hochkant langgestreckt ausgeführt ist und durch den ein Zugriff auf das oberste Halbzeug im zumindest einen Halbzeug-Stapel des Behälters vereinfacht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die behälterseitige Entnahmeöffnung und/oder die Zugangsöffnung der Einhausung in etwa T-förmig ausgebildet. D.h. dass der querverlaufende Durchlassschlitz in etwa mittig in einen hochkant verlaufenden Zugriffschlitz übergeht. Alternativ sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar. Beispielhaft kann der Durchlassschlitz an seinen beiden in Querrichtung gegenüberliegenden Endseiten jeweils in einen seitlichen Zugriffschlitz übergehen. Zusätzlich dazu kann ggf. noch ein dritter mittlerer Zugriff schlitz vorgesehen sein. Zur technischen Umsetzung eines solchen Andockvorganges kann der Lager- und/oder Transportbehälter zunächst auf einem Gestell mit Schienensystem positioniert werden. Dabei können konische Positionselemente der exakten Ausrichtung des Behälters dienen.
Anschließend wird der Behälter soweit in Richtung auf die Einhausung der Assemblierstation geschoben, bis er bündig an einem Dichtungsflansch anliegt, der zwischen dem Behälter und der Einhausung der Assemblierstation angeordnet ist, und mittels Schnellspannern in Position gehalten wird. In diesem Zustand sind die Assemblierstation und der Transport- und/oder Lagerbehälter miteinander luftdicht gekoppelt. Anschließend erfolgt das Öffnen des Behälters bevorzugt aus dem Inneren der Assemblierstation. Vorzugsweise ist der Deckel des Behälters, der an der Behälterseite luftdicht angebracht ist, geometrisch so angepasst, dass er durch den Dichtungsflansch in das Innere der Assemblierstation demontierbar ist. Gegebenenfalls kann das Öffnen des Seitendeckels mittels eines Scharniersystems erfolgen.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltdiagramm zur Veranschaulichung von Verfahrensschritten zur
Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils;
Fig. 2 in einer prinzipiellen Darstellung eine Assemblierstation mit einem
Verarbeitungsraum in einer Ansicht von oben;
Fig. 3 und 4 jeweils eine Andockstelle der Assemblierstation mit sowie ohne Lager- und
Transportbehälter; und
Fig. 5 in einer Ansicht von innerhalb der Assemblierstation auf eine in der Einhausung ausgebildete Zugangsöffnung.
Anhand der Fig. 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge werden in einer Fertigungsstation I zunächst exemplarisch zwei Faserlagen 1 in einem kontinuierlichen Prozess unter Zwischenlage einer ersten Folie 3 aus zum Beispiel Polyamid oder einem anderen geeigneten Material auf ein Endlostransportband 5 gebracht. Die so gebildete textile Lagenstruktur 7 wird mit einer Ausgangskomponente 8 eines
thermoplastischen Matrixmaterials, etwa Lactam, durchtränkt, und zwar unter
Wärmebeaufschlagung 10 bei einer Temperatur unterhalb der Starttemperatur für eine
Polymerisation der Ausgangskomponente des thermoplastischen Matrixmaterials.
Anschließend wird im weiteren Prozessverlauf eine zweite Folie 9 appliziert und die textile Lagenstruktur 7 in einer Kühleinheit 1 1 abgekühlt sowie in einer nachfolgenden Schneideinheit 13 zu einzelnen vorimprägnierten, textilen Halbzeugen 15 konfektioniert.
Die vorimprägnierten, textilen Halbzeuge 15 werden in einer nachfolgenden Stapelstation II übereinander gestapelt. Die Stapelstation II weist hierfür einen Transport- und/oder
Lagerbehälter 17 auf, der in der Fig. 1 zweiteilig ausgeführt ist. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist der Transport- und/oder Lagerbehälter 17 geöffnet gezeigt, und zwar mit einem
Gehäuseboden 19, der umfangsseitig offen, das heißt randfrei ohne hochgezogene
Seitenwand, ausgeführt ist, und mit einer oberen Gehäusehaube 21 , die eine oberseitige Deckwand sowie umlaufende Seitenwände 23 aufweist. In der in der Fig. 1 gezeigten
Seitenwand 23 ist eine durch einen Seitendeckel 25 verschlossene Entnahmeöffnung 27 ausgebildet, deren Funktion später beschrieben ist. Der Behälter 17 liegt gemäß der Fig. 1 auf einem höhenverstellbaren Scherenhubtisch 29 auf. An der Unterseite des Behälterbodens 19 (das heißt die Behälter-Grundplatte) sind Gabelstapler-Taschen 31 ausgebildet, um den Transport des Behälters 17 zu vereinfachen.
Der Stapelstation II ist prozesstechnisch eine Assemblierstation III nachgelagert, in der die vorimprägnierten, textilen Halbzeuge 15 (nachfolgend auch als Prepregs bezeichnet) zugeschnitten und als ein Lagenpaket 16 (Fig. 2) übereinandergeschichtet abgelegt werden, um einen nachfolgenden Tiefzieh- und/oder Pressvorgang vorzubereiten. Im Tiefzieh- und/oder Pressvorgang wird das Lagenpaket 16 auf eine Temperatur oberhalb der Polymerisationsstarttemperatur erwärmt, und zwar bei gleichzeitigem Pressen und/oder Tiefziehen des Lagenpakets 16 in die Form des herzustellenden faserverstärkten Kunststoffbauteils.
Nachfolgend ist der Transport- und/oder Lagervorgang zwischen der Stapelstation II und der Assemblierstation III näher beschrieben: So wird nach der Bestückung des Behälters 17 mit den Faserhalbzeugen 15 dessen Gehäuseboden 19 mittels eines Scherenhubtisches angehoben und an die Gehäusehaube 21 angedockt. Dadurch sind die im Behälter 17 gelagerten
Faserhalbzeuge 15 luft-, licht- und feuchtigkeitsdicht nach außen abgeschirmt. In der Fig. 1 weist der Behälter 17 einen Schutzgasanschluss 33 auf, mittels dem der
Behälterinnenraum mit trockener Luft und/oder einem Schutzgas, zum Beispiel Stickstoff oder Argon, konditioniert werden kann. Zudem weist der Behälter 17 beispielhaft einen weiteren Anschluss 38 für ein Sicherheitsventil auf. In einem derart klimatisierten Behälter 17 sind die Prepregs 15 ohne Beeinträchtigung der Weiterverarbeitung über einen längeren Zeitraum lagerbar und anschließend zur Assemblierstation III transportierbar, deren grober Aufbau in der Fig. 2 gezeigt ist. Demzufolge weist die Assemblierstation III eine Einhausung 34 auf, die einen Verarbeitungsraum 35 begrenzt, der mit trockener Luft klimatisiert ist und nach außen vor nachteiligen Umgebungseinflüssen abgeschirmt ist. Die Assemblierstation III weist in der Fig. 2 außenseitig ihrer Einhausung 34 insgesamt beispielhaft drei Andockstellen 37 auf. An jeder der Andockstellen 37 ist ein mit vorimprägnierten, textilen Halbzeugen 15 bestückter Behälter 17 positioniert. Die in jedem Behälter 17 befindlichen Halbzeuge 15 weisen jeweils
unterschiedliche Faserorientierungen und/oder einen unterschiedlichen Faseraufbau und/oder unterschiedliches Fasermaterial auf, wie es in der Schnittansicht von oben aus der Fig. 2 durch die Kreuzschraffur, die Horizontalschraffur und durch die Schrägschraffur der Halbzeuge 15 angedeutet ist.
Dabei ist jeder der Behälter 17 mit seiner Entnahmeöffnung 27 in Überdeckung mit einer korrespondierenden Zugangsöffnung 39 gebracht, die in der Einhausung 34 der
Assemblierstation III ausgebildet ist. Die drei Behälter 17 sind in der Fig. 2 unter Zwischenlage eines Dichtungsflansches 41 (Fig. 2 bis 4) in Anlage mit der Einhausung 34. Der
Dichtungsflansch 41 umzieht die Zugangs- und Entnahmeöffnungen 27, 39 luftdicht. Der die Entnahmeöffnung 27 des jeweiligen Behälters 17 verschließende Seitendeckel 25 ist so konstruiert, dass er nach erfolgtem Andockvorgang des Behälters 17 ausgehend vom
Verarbeitungsraum 35 vom Werker (oder alternativ automatisch) geöffnet werden kann. In der Fig. 5 ist eine Ansicht von innerhalb der Assemblierstation III gezeigt, und zwar in einer Blickrichtung des Werkers auf die geöffneten Zugangs- und Entnahmeöffnungen 27, 39. Auf diese Weise erhält der im Verarbeitungsraum 35 befindliche Werker einen unmittelbaren Zugriff auf die in den angedockten Behältern 17 befindlichen Faserhalbzeuge 15. Die Faserhalbzeuge 15 können somit geschützt vor äußeren Umgebungseinflüssen entnommen und auf einem Schneidtisch 43 im Verarbeitungsraum 35 automatisiert oder manuell zugeschnitten werden.
Anschließend werden die zugeschnittenen Faserhalbzeuge 15 auf einem Legetisch 45 zu dem Lagenpaket 16 lose oder gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Binders
übereinandergeschichtet. Das Lagenpaket 16 wird anschließend durch eine nach außen zu öffnende Klappe über eine auf einem Schienensystem gelagerte Schublade aus der
Assemblierstation III geschoben (transportiert) und kann dann in eine Werkzeugform eingelegt werden, in der ein Tiefzieh- und/oder Pressvorgang zur Herstellung des Kunststoffbauteils erfolgt.
In den Fig. 3 und 4 ist eine der Andockstellen 37 der Assemblierstation III grob vereinfacht dargestellt. Demzufolge weist die Andockstelle 37 ein Gestell 47 mit Schienensystem auf, auf dem der Behälter 17 verlagerbar positioniert ist. Der darauf positionierte Behälter 17 kann so weit in Richtung auf die Einhausung 34 geschoben werden, bis er bündig am Dichtungsflansch 41 anliegt und mittels Schnellspannern 40 (Fig. 4) in Position gehalten wird. Anschließend kann der Seitendeckel 25 des Behälters 17 aus dem Inneren der Assemblierstation III geöffnet werden.
Wie aus den Fig. 3 bis 5 weiter hervorgeht, weisen sowohl die behälterseitige Entnahmeöffnung 27 als auch die Zugangsöffnung 39 der Einhausung 34 einen speziellen, in etwa T-förmigen Öffnungsquerschnitt auf. Dieser ist aus einem in der Querrichtung ausgeweiteten
Durchlassschlitz 51 , durch den die Halbzeuge 15 transferierbar sind, und einem daran anschließenden Zugriffschlitz 53 ausgebildet, der hochkant langgestreckt ausgeführt ist und durch den ein Zugriff auf das oberste Halbzeug 15 im Halbzeug-Stapel des Behälters 17 ermöglicht ist. Die untere Randkante 55 des Zugriffschlitzes 53 ist in der Fig. 5 in etwa auf gleicher Höhe wie der Behälterboden 19, wodurch die Stapelhöhe der im Behälter 17 gestapelten Halbzeuge 15 einfach einsehbar ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Prozessanordnung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, mit einer Stapelstation (II), in der vorimprägnierte, textile Halbzeuge (15) stapelbar sind, und einer Assemblierstation (III), in der die Halbzeuge (15) unter Bildung des Lagenpakets (16) weiterverarbeitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelstation (II) zumindest ein Transport- und/oder Lagerbehälter (17) zugeordnet ist, in dem die Halbzeuge (15) in luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdichter Abschirmung lagerbar und zur Assemblierstation (III) transportierbar sind.
2. Prozessanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lager- oder Transportbehälter (17) zweiteilig mit einem Gehäuseunterteil (19), auf dem die Halbzeuge (15) gestapelt sind, und einem Gehäuseoberteil (21 ) ausgebildet ist, das lösbar auf dem Gehäuseunterteil (19) gehaltert ist.
3. Prozessanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gehäuseunterteil (19) ein Gehäuseboden ist, der umfangsseitig offen, das heißt randfrei ohne eine, eine Störkontur bildende hochgezogene Seitenwand ausgeführt ist, und dass das Gehäuseoberteil (21 ) eine Gehäusehaube mit einer Deckwand sowie umlaufenden Seitenwänden (23) ist.
4. Prozessanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerund/oder Transportbehälter (17) einen Schutzgasanschluss (33) aufweist, mittels dem der Behälterinnenraum mit trockener Luft und/oder einem Schutzgas, etwa Stickstoff oder Argon, konditionierbar ist.
5. Prozessanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Assemblierstation (III) einen gegenüber der Prozessumgebung abgeschirmten
Verarbeitungsraum (35) aufweist, der mit trockener Luft klimatisiert ist, und dass die Assemblierstation (III) zumindest eine Andockstelle (37) aufweist, an der die Halbzeuge (15) von dem Lager- und/oder Transportbehälter (17) unter Abschirmung nach außen in die Assemblierstation (III) transferierbar sind.
6. Prozessanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verarbeitungsraum (35) der Assemblierstation (III) von einer Einhausung (34) begrenzt ist, in der zumindest eine verschließbare Zugangsöffnung (39) ausgebildet ist, und dass die Halbzeuge (15) vom Lager- und/oder Transportbehälter (17) über die Zugangsöffnung (39) in den Verarbeitungsraum (35) der Assemblierstation (III) transferierbar sind.
7. Prozessanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse des Transport- und Lagerbehälters (17) eine verschließbare Entnahmeöffnung (27) ausgebildet ist, und dass beim Transferiervorgang die Entnahmeöffnung (27) des Transport- und Lagerbehälters (17) und die Zugangsöffnung (39) der Assemblierstation (III) luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdicht gekoppelt sind.
8. Prozessanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerund/oder Transportbehälter (17) unter Zwischenlage eines Dichtelements (41 ) in Anlage mit dem Randbereich der Zugangsöffnung (39) der Assemblierstation (III) ist, und dass das Dichtelement (41 ) die Zugangs- und Entnahmeöffnungen (27, 39) rahmenartig umzieht.
9. Prozessanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Andockstelle (37) der Assemblierstation (III) ein Gestell (47) aufweist, auf dem der Lager- und/oder Transportbehälter (17) positionierbar ist, und zwar in einer Lage, bei der die
behälterseitige Entnahmeöffnung (27) und die Zugangsöffnung (39) der Assemblierstation (III) aufeinander abgestimmt sind.
10. Prozessanordnung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
behälterseitige Entnahmeöffnung (27) und/oder die Zugangsöffnung (39) der Einhausung (34) einen insbesondere in der Querrichtung ausgeweiteten Durchlassschlitz (51 ), durch den die Halbzeuge (15) führbar sind, und zumindest einen daran anschließenden
Zugriffschlitz (53) aufweist, der hochkant langgestreckt ausgeführt ist und durch den ein Zugriff auf das oberste Halbzeug (15) im Halbzeug-Stapel des Behälters (17) ermöglicht ist.
1 1 . Prozessanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
behälterseitige Entnahmeöffnung (27) und/oder die Zugangsöffnung (39) der Einhausung (34) in etwa T-förmig ausgebildet sind, und/oder dass eine untere Randkante (55) des Zugriffschlitzes (53) in etwa auf gleicher Höhe wie der Behälterboden (19) ist, wodurch die Stapelhöhe der im Behälter (17) gestapelten Halbzeuge (15) einsehbar ist.
12. Prozessanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behälters (17) eine Hebeeinheit vorgesehen ist, mittels der die übereinander gestapelten Halbzeuge (15) nachführbar sind, so dass das oberste Halbzeug (15) auf Höhe des Durchlassschlitzes (51 ) angeordnet ist.
13. Prozessanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Entnahmeöffnung (27) in einer Seitenwand (23) der Gehäusehaube (21 ) des Lagerund/oder Transportbehälters (17) ausgebildet ist.
14. Prozessanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelstation
(II) prozesstechnisch eine Fertigungsstation (I) vorgelagert ist, in der die mit dem thermoplastischen Matrixmaterial vorimprägnierten textilen Faserhalbzeuge (15) herstellbar und zuschneidbar sind.
15. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils in einer
Prozessanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vorimprägnierte textile Halbzeuge (15) gestapelt und zur Weiterverarbeitung zu einer Assemblierstation
(III) transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport und/oder der Transfer der Halbzeuge (15) zur Assemblierstation (III) unter luft-, licht- und/oder feuchtigkeitsdichter Abschirmung erfolgt.
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