DE102011119245A1

DE102011119245A1 - Thermoplastisches FVK-Mehrkammerhohlprofil sowieFlechtpultrusionsverfahren und Flechtpultrusionsanlagezu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011119245A1
Application number: DE102011119245A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Reese
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-10-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Flechtpultrusionsverfahren und eine Flechtpultrusionsanlage zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils (11) mit zumindest zwei Kammern (K) in der Pultrusionsanlage bereit, umfassend die Schritte: – Erzeugen einer der Anzahl der Kammern (K) entsprechenden Anzahl von Hohlprofilgeflechten (10) aus einer Vielzahl von Hybridfaserrovings (1) oder Fasertapes, die Verstärkungsfasern (2) und thermoplastisches Matrixmaterial (3) umfassen, wobei jedes Kohlprofilgeflecht (10) parallel mit zumindest einem Flechtrad (21) der Pultrusionsanlage auf je einen Kern geflochten wird, dessen Kontur eine Kammerkontur abbildet, – Zusammenführen der Hohlprofilgeflechte (10) und Anordnen entsprechend dem zu bildenden Mehrkammerhohlprofil (11), – Verbinden der Hohlprofilgeflechte (10) zu einem Mehrkammerhohlprofilgeflecht, – Einziehen des Mehrkammerhohlprofilgeflechts (11) in ein Konsolidierungswerkzeug (5) der Pultrusionsanlage mittels einer Abzugsvorrichtung (7) durch eine Einzugsmatrize (6) und Imprägnieren und Konsolidieren des Mehrkammerhohlprofilgeflechts, indem das Mehrkammerhohlprofilgeflecht Temperiervorrichtungen (8, 8a, 8b, 8c) des Konsolidierungswerkzeugs (5) durchläuft. Ferner wird ein FVK-Mehrkammerhohlprofil offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft die kontinuierliche Herstellung eines Mehrkammerhohlprofils aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff in einer Flechtpultrusionsanlage sowie das FVK-Mehrkammerhohlprofil selbst.
Mehrkammerhohlprofile aus Kunststoff kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von mehrkammerigen Hohlprofilen aus FVK in verschiedenen Verfahren bekannt. Mehrkammerhohlprofile eignen sich insbesondere auch für Seitenaufprallschutz-Träger zum Einbau in Fahrzeugtüren bzw. in Kraftfahrzeugen aber auch für andere Profile im Fahrzeug-(Rohbau). Gegenwärtig können solche Mehrkammerprofile etwa durch Weben hergestellt werden, was allerdings nur eher kleine Stückzahlen zulässt. Zusätzlich sind gewebte Profile in der Länge immer begrenzt und müssen aufwändig in einem zusätzlichen Prozess konsolidiert werden.
Eine Alternative ist ein Pultrusionsverfahren wie in der DE 10 2009 056 472 A1 beschrieben. Die Herstellung eines Verbundbauteils umfasst dort das Führen eines endlosen textilen Halbzeugs sowie eines endlosen metallischen Faserhalbzeugs durch eine Heizvorrichtung zu einem Formgebungswerkzeug wie einer Düse. Dort werden die Halbzeuge mit einem thermoplastischen Matrixmaterial zu einem Profil oder Hohlprofil, gegebenenfalls auch zu einem Mehrkammerprofil geformt und das Profil wird anschließend unter Druck konsolidiert. Das so geschaffene Mehrkammerprofil ist dann allerdings lediglich unidirektional verstärkt, d. h., dass die verwendeten Rovings und/oder metallischen Litzen in Erstreckungsrichtung des Profils verlaufen. Gegebenenfalls ist neben der unidirektionalen Verstärkung ein U-förmig angeordnetes Gewebe, das sich teilweise in der Außenwandung und dem Steg zwischen den Kammern erstreckt, vorgesehen. Die nicht von dem U-förmig angeordneten Gewebe abgedeckte Außenwand kann durch Anordnung eines weiteren Gewebes verstärkt werden.
Ferner beschreibt die DE 10 2009 026 894 A1 die Herstellung eines Mehrkammerprofils. das vollständig aus einem Hybridroving gefertigt wird. Dort wird ein schlauch- oder hohlkörperförmig ausgebildetes Gestrick mit mindestens bi-axial gestreckt angeordneten Verstärkungsfäden offenbart, die als Schussfäden spiralförmig in tangentialer Umfangsrichtung einerseits und als Kettfäden in Längsrichtung des schlauch- oder hohlkörperförmigen Gestricks andererseits angeordnet und durch mindestens ein Maschenfaden-System fixiert sind.
Ferner ist aus der DE 10 2009 016 596 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines hybriden Mehrkammer-Hohlprofils bekannt. Dabei wird ein profiliertes Roving mit einer Kunststoffschicht ummantelt. Diese Kunststoffschicht weist Verrippungen mit inneren Hohlkammern auf. Das verwendete Roving ist damit ein Hohlprofil mit nur einer Kammer. Die weiteren Kammern werden durch den Kunststoff gebildet, der das Roving ummantelt.
Auch in der Konstruktion von Fenster- und Türrahmen ist die Verwendung von Mehrkammerhohlprofilen aus Kunststoff weit verbreitet. Der Einsatz von Rovings ist in diesem Bereich allerdings auf Verstärkungseinlagen für ein Mehrkammerhohlprofil beschränkt, wie in der DE 28 43 437 A1 beschrieben, in der als Verstärkungseinlagen Glasfaserrovings im Bereich der von den die Sichtseiten des Profils bildenden Wänden abgehenden Querwände bzw. Stege einextrudiert sind.
Ferner ist bekannt, mittels Flechtpultrusion biege- und torsionssteife Rohrprofile herzustellen, beispielhaft seien dazu DE 10 2008 010 228 A1 und DE 10 2007 051 517 A1 genannt. Dabei wird ein schlauchförmiges Geflecht, in dem bereits ein thermoplastischer Matrixwerkstoff angeordnet ist, durch eine Pultrusionsanlage gezogen, konsolidiert, am Austritt aus dem Pultrusionswerkzeug entgratet und abschließend abgelängt. Es sind beliebige, konstante Profilformen sowie Faserorientierungen realisierbar. Allerdings können damit keine Mehrkammerprofile hergestellt werden.
Die DE 10 2008 010 228 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffprofilteils, das allerdings kein Hohlprofil ist, und das die Zuführung und Vorformung zweier schlauchförmiger Fasergeflechte, das mit einem flüssigen oder pulverförmigen Harzfilm benetzt wird, zu einem Kunststoffprofilteil beschreibt, indem die schlauchförmigen Fasergeflechte geplättet werden. Das Profil wird nach dem Einbringen der Matrix abschnittsweise in einer heizbaren Presse angeordnet und unter Wärmezufuhr teilweise ausgehärtet. Das dazu verwendete Werkzeug ist zweiteilig und muss zur Weiterführung des Profils immer geöffnet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kontinuierliche Herstellung eines Faserverbundkunststoff-Mehrkammerhohlprofils für hochbelastbare Bauteile bereitzustellen, das kostengünstig und mit einer hohen Produktionsgeschwindigkeit in großen Stückzahlen gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Flechtpultrusionsanlage zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Ferner wird ein hochbelastbares, kostengünstig herstellbares FVK-Mehrkammerhohlprofil in Leichtbauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 13 offenbart.
Ein erfindungsgemäßes Flechtpultrusionsverfahren zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils, das zwei oder mehr Kammern aufweist, in einer Pultrusionsanlage beginnt mit dem Erzeugen von Hohlprofilgeflechten aus einer Vielzahl von Hybridfaserrovings oder Fasertapes, die Verstärkungsfasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen. Das thermoplastische Matrixmaterial der Hybridrovings kann als Fasern vorliegen, die zusammen mit Verstärkungsfasern in den Rovings vorliegen, es kann sich aber auch um Rovings aus Hybridgarnen handeln, bei denen die Verstärkungsfasern mit einer thermoplastischen Matrixschlichte umhüllt sind. So enthält schon das Hohlprofilgeflecht zumindest einen Anteil des Matrixmaterials, und zwar gleichmäßig verteilt, der auch bei dickeren Wandstärken später eine vollständige und gleichmäßige Imprägnierung und Konsolidierung des Hohlprofilgeflechts zu dem thermoplastischen FVK-Hohlprofil sichert.
Erfindungsgemäß wird dabei eine Anzahl von Hohlprofilen geflochten, die der für das FVK-Mehrkammerhohlprofil vorgesehenen Anzahl der Kammern entspricht. Jedes der Hohlprofilgeflechte wird parallel von zumindest einem Flechtrad auf je einen Kern geflochten, dessen Kontur die Kontur der jeweiligen Kammer abbildet, so dass das darauf gebildete Hohlprofilgeflecht mit einer gewünschten Innenkontur zur Bildung der Kammer geschaffen wird. Als nächstes werden die einzelnen Hohlprofilgeflechte zusammengeführt und entsprechend der vorgesehenen Anordnung der Kammern des zu bildenden Mehrkammerhohlprofils angeordnet. Die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte werden zu einem Mehrkammerhohlprofilgeflecht verbunden, das mittels einer Abzugsvorrichtung durch eine Einzugsmatrize in ein Pultrusionswerkzeug eingezogen wird und dort Bedingungen zur Imprägnierung und zur Konsolidierung des Mehrkammerhohlprofilgeflechts zu dem FVK-Mehrkammerhohlprofil ausgesetzt wird. Dazu durchläuft das Mehrkammerhohl-profilgeflecht Temperiervorrichtungen des Pultrusionswerkzeugs, von denen eine erste das Schmelzen der thermoplastischen Matrix zum Imprägnieren bereitstellt, und wird zur Konsolidierung unter Druck abgekühlt und verfestigt. Der dazu erforderliche Druck kann etwa durch Rollpressen oder Bandpressen, beispielsweise auch durch die Abzugsvorrichtung, die das Mehrkammerhohlprofil aus dem Pultrusionswerkzeug abzieht, erzeugt werden.
Der erfindungsgemäße einstufige kontinuierliche Flechtpultrusionsprozess gestattet eine hohe Prozessintegration und verbesserte Energie- und Anlageneffizienz, wobei ferner die Imprägnierung des Fasergeflechts mit dem Thermoplasten und Konsolidierung des Thermoplasten auch für größere Profilwandstärken verbessert wird. Weiter wird durch die reduzierten Fertigungszeiten eine höhere Effizienz der Großserienfertigung geleistet, so dass die erfindungsgemäßen Profile kostengünstig herstellbar sind.
Um die Hohlprofilgeflechte zu dem Mehrkammerhohlprofilgeflecht zu verbinden, ist zum einen vorgesehen, ein Außengeflecht um die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte zu erzeugen, indem die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte quasi als Flechtkern einem weiteren Flechtrad der Pultrusionsanlage zugeführt werden, das das Außengeflecht um die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte aus einer Vielzahl von Hybridfaserrovings oder Fasertapes, die Verstärkungsfasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, flicht. Zusätzlich kann vorgesehen sein, das Matrixmaterial zumindest eines Hohlprofilgeflechts und/oder des Außengeflechts zu erwärmen, um die Hohlprofilgeflechte untereinander und/oder mit dem Außengeflecht stoffschlüssig zu verbinden.
Die Kerne, auf die die einzelnen Hohlprofile geflochten werden, sind vorzugsweise aus einem Thermoplasten, können aber auch aus einem anderen Material wie einer Schaumstruktur oder einem Elastomer sein.
Derartige verformbare Kernmaterialien erleichtern die Zusammenführung zur Anordnung der Hohlprofilgeflechte zu dem Mehrkammerhohlprofilgeflecht. Vorteilhaft ist es durch die Verwendung der Kerne möglich, unterschiedlich ausgebildete Hohlprofilgeflechte zu erzeugen. Die Kerne müssen nicht gleich sein, abhängig von der geplanten Gestaltung des Mehrkammerhohlprofils können die Kerne unterschiedliche Konturen und/oder Abmessungen aufweisen. So können auch komplex gestaltete Mehrkammerhohlprofile erzeugt werden.
Abhängig von der gewünschten Wandstärke und den erforderlichen mechanischen Eigenschaften kann vorgesehen sein, dass die Hohlprofilgeflechte und/oder das Außengeflecht mehrlagig gebildet werden. Es ist möglich, nur ein Hohlprofil mit mehreren Flechtlagen auszubilden, oder auch mehrere oder alle.
Es ist möglich, nur ein mehrlagiges Außengeflecht vorzusehen, um ein maßgeschneidertes Mehrkammerhohlprofilgeflecht zu erzeugen. Hier sind diverse Variationen denkbar. Mehrere Flechtlagen eines Hohlprofils bzw. des Außengeflechts werden durch seriell angeordnete Flechträder erzeugt, so dass eine Flechtlage auf die vorige geflochten wird. Dabei können durchaus verschiedene Flecht- und damit Verstärkungswinkel in jeder Flechtlage erzeugt werden. Die unabhängig von jedem der Flechträder erzeugten Flechtwinkel können in einem Bereich von ±5° bis ±80° liegen. Ferner können jeweils einem der Flechträder jeder Flechträderreihe Hybridrovings gestreckt zugeführt werden um so einen Verstärkungswinkel von 0° zu realisieren.
Das Erwärmen des Matrixmaterials zur stoffschlüssigen Verbindung der Hohlprofilgeflechte und/oder des Außengeflechts kann vor der Konsolidierung erfolgen, insbesondere können auch schon die Hybridfaserrovings bzw. Fasertapes vor dem Flechten erwärmt werden.
Da ein thermoplastisches Matrixmaterial verwendet wird, kann das pultrudierte FVK-Mehrkammerhohlprofil nach Verlassen des Pultrusionswerkzeugs noch verformt werden, beispielsweise kann ein Abschnitt des FVK-Mehrkammerhohlprofils gebogen werden. Dazu kann es vorteilhaft sein, wenn das FVK-Mehrkammerhohlprofil das Pultrusionswerkzeug mit Restwärme verlässt, so dass das Matrixmaterial nicht mehr fließt, aber auch noch nicht vollständig konsolidiert ist und noch einen Biegevorgang zulässt.
Ferner kann je nach der Höhe des Matrixanteils in den Hybridrovings oder Fasertapes und abhängig von einem gewünschten Fasergehalt im FVK-Mehrkammerhohlprofil vorgesehen sein, dass zusätzliches thermoplastisches Matrixmaterial beispielsweise mittels eines Extruders in eine Imprägnierzone des Pultrusionswerkzeugs, die durch die erste Temperiervorrichtung auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials aufgeheizt wird, zugeführt wird.
Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zur optimalen Konsolidierung des thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils können Vibrationen in die Kerne bzw. in das Flechtmaterial eingeleitet werden, was durch die Erzeugung von Vibrationen im Konsolidierungswerkzeug mittels einer geeigneten Vorrichtung wie beispielsweise eines Ultraschallgebers realisiert werden kann.
Ferner kann beim Einziehen des Mehrkammerhohlprofilgeflechts in das Pultrusionswerkzeug das Abziehen von den Flechtkernen erfolgen. Dabei kann gegebenenfalls das Aufziehen des Mehrkammerhohlprofilgeflechts auf entsprechende Werkzeugkerne erfolgen, über die das Mehrkammerhohlprofilgeflecht von der Abzugsvorrichtung durch das Pultrusionswerkzeug gezogen wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Hohlprofilgeflechte des Mehrkammerhohlprofilgeflechts schwimmend auf den Werkzeugkernen gelagert sind, wodurch Geflechtdickenunterschiede ausgeglichen werden, so dass ein Faserstau an der Einzugsmatrize und damit Faserschäden verringert bzw. vermieden werden.
Die durch die Einzugsmatrize geführten Werkzeugkerne können dabei feststehend und/oder schwingend angeordnet sein. Ferner ist eine temperierbare Gestaltung der Werkzeugkerne mittels integrierter Beheizung oder Kühlung denkbar, etwa um in den verschiedenen Temperierzonen des Pultrusionswerkzeugs auch von innen eine entsprechende Temperierung vorzunehmen um so gleichmäßiges Aufschmelzen zur Imprägnierung und anschließendes gleichmäßiges Abkühlen zur Konsolidierung zu erreichen.
Eine erfindungsgemäße Flechtpultrusionsanlage zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils mit zumindest zwei Kammern umfasst eine Flechteinrichtung aus zumindest zwei Flechträdern und ein Pultrusionswerkzeug mit einer Einzugsmatrize und Temperiervorrichtungen zum Imprägnieren und Konsolidieren eines mittels der Flechteinrichtung erzeugten Geflechts.
Erfindungsgemäß besteht die Flechteinrichtung aus mehreren Flechtvorrichtungen, entsprechend der Anzahl der für das herzustellende Mehrkammerhohlprofil vorgesehenen Kammern. Jede der Flechtvorrichtungen ist zur Herstellung eines Hohlprofilgeflechts vorgesehen, das jeweils eine Kammer des Mehrkammerhohlprofils bildet. Dazu weist jede Flechtvorrichtung zumindest ein Flechtrad und einen Kern mit einer für die jeweilige Kammer vorgesehenen Kontur auf. An die Flechtvorrichtungen schließt sich eine Zusammenführungseinrichtung an, von der die Hohlprofilgeflechte entsprechend einer vorgesehenen Anordnung der Kammern zueinander zusammengeführt werden. Hierbei kann es sich in einfacher Weise um die Kerne handeln, die entsprechend der vorgesehenen Anordnung der Kammern von den Flechträdern zusammenlaufen, um die darauf geführten Hohlprofilgeflechte zusammenzuführen. Weiter umfasst die Flechteinrichtung eine Umflechtvorrichtung, die ebenfalls zumindest ein Flechtrad aufweist, dem als Flechtkern die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte durch die Zusammenführungseinrichtung zugeführt werden. Die Umflechtvorrichtung umflicht die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte mit einem Außengeflecht, wodurch ein Mehrkammerhohlprofilgeflecht erzeugt wird, das von einer Abzugsvorrichtung des Pultrusionswerkzeugs durch die Einzugsmatrize in das Pultrusionswerkzeug mit den Temperiervorrichtungen zum Imprägnieren und Konsolidieren zu dem Mehrkammerhohlprofil einziehbar ist.
Zum stoffschlüssigen Verbinden der Hohlprofilgeflechte und/oder des Außengeflechts können die Flechtvorrichtungen und/oder die Zusammenführungseinrichtung und/oder die Umflechtvorrichtung eine oder mehrere Heizvorrichtung(en) zum Erwärmen des Matrixmaterials der Hybridrovings oder Fasertapes bzw. der Hohlprofilgeflechte und/oder Außengeflechts aufweisen.
Die Kerne, auf die die einzelnen Hohlprofile geflochten werden, sind vorzugsweise aus einem Thermoplasten, können aber auch aus einem anderen Material wie einer Schaumstruktur oder einem Elastomer sein. Vorteilhaft ist es durch die Verwendung der Kerne möglich, unterschiedlich ausgebildete Hohlprofilgeflechte zu erzeugen. Die Kerne müssen nicht gleich sein, abhängig von der geplanten Gestaltung des Mehrkammerhohlprofils können die Kerne unterschiedliche Konturen und/oder Abmessungen aufweisen. So können auch komplex gestaltete Mehrkammerhohlprofile erzeugt werden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Flechtpultrusionsanlage ferner eine dem Pultrusionswerkzeug nachgeschaltete Biegevorrichtung und/oder eine Zufuhreinrichtung für zusätzliches thermoplastisches Matrixmaterial in eine Imprägnierzone des Pultrusionswerkzeugs und/oder eine an dem Pultrusionswerkzeug vorgesehene Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen, insbesondere einen Ultraschallgeber und/oder den Flechtkernen entsprechende Werkzeugkerne zur schwimmenden Lagerung des Mehrkammerhohlprofilgeflechts beim Einzug in das Pultrusionswerkzeug, wobei die Werkzeugkerne insbesondere Temperiervorrichtungen aufweisen, umfassen.
Ein erfindungsgemäßes FVK-Mehrkammerhohlprofil aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Matrixmaterial weist zwei oder mehr Kammern auf. Es kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt werden und weist neben einem im Vergleich zu Metallprofilen geringen Gewicht eine verbesserte Medien- und Chemikalienbeständigkeit auf und kann durch entsprechende Auslegung von Wandstärken und Kammeranordnung mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften auch in komplexer Profilstruktur erzeugt werden. Die in dem thermoplastischen Matrixmaterial eingebetteten Verstärkungsfasern umgeben die Kammern als schlauchförmige Geflechte, die wiederum von einem Außengeflecht umgeben sind, das ebenfalls in das thermoplastische Matrixmaterial eingebettet ist. So wird ein integrales Mehrkammerhohlprofil aus thermoalastischem FVK bereitgestellt, das vorteilhafter Weise im Anschluss an den Herstellungsprozess noch nachgeformt werden kann. Ferner ist durch das lokale Anschmelzen des thermoplastischen Matrixkunststoffs das „Anschweißen” von thermoplastischen Anbindungsstrukturen oder anderen Profilen möglich, sowie das Anspritzen von gewünschten Strukturen mit einem thermoplastischen Kunststoff, so dass sich die angespritzten Strukturen stoffschlüssig mit der Matrix des Mehrkammerhohlprofils verbinden.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht der Flechteinrichtung zur Herstellung der FVK-Mehrkammerhohlprofile,
2 eine Seitenschnittansicht eines Pultrusionswerkzeugs zur Imprägnierung und Konsolidierung des Mehrkammerhohlprofilgeflechts zu dem FVK-Mehrkammerhohlprofil,
3 in dreidimensionaler Ansicht schematisch die Anordnung von zwei Hohlprofilgeflechten zu einem Mehrkammerhohlprofilgeflecht,
4 eine Querschnittansicht durch ein Hybridroving,
5 eine Querschnittansicht durch ein Hybridroving,
6 eine Querschnittansicht durch ein Hybridroving,
7 eine Querschnittansicht durch ein Hybridroving,
8 eine Seitenansicht auf eine Flechträderreihe zur Erzeugung mehrlagiger Hohlprofilgeflechte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf die Herstellung eines mehrkammerigen Hohlprofils aus FVK, vorzugsweise aus thermoplastischen Hybridrovings in einem kontinuierlichen Verfahren.
Das geschaffene Mehrkammerhohlprofil ist insbesondere für Seitenaufprallschutz-Träger zum Einbau in Fahrzeugtüren/Kraftfahrzeuge aber auch für andere Profile im Fahrzeug-(Rohbau) geeignet.
Erfindungsgemäß wird durch eine Variation der Flechtpultrusion die Herstellung von endlosen Mehrkammerprofilen aus Hybridrovings oder Tapes, die Verstärkungsfasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, in einem kontinuierlichen Prozess ermöglicht.
Ausgangsmaterial ist hierbei vorzugsweise ein Hybridgarn aus einem Thermoplasten und einer Verstärkungsfaser. Grundsätzlich können auch bereits vorkonsolidierte Halbzeuge, so genannten Tapes verwendet werden. Als Ausgangsmaterial kann ein sehr fein verteiltes homogenes Hybridroving (siehe 4 bis 6) verwendet werden. Dieses besteht aus einer Verstärkungsfaser 2 aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall und einer thermoplastischen Faser 3, etwa PPA. Der Vorteil der Hybridrovings ist das bereits in der Preform enthaltene Matrixmaterial, so dass sich durch die sehr feine, homogene Verteilung der Verstärkungs- und Matrixfasern 2, 3 das Matrixmaterial bereits vor der Konsolidierung im Pultrusionsprozess im Geflecht 10, 11 befindet. Dies ermöglicht eine schnellere und bessere Konsolidierung aufgrund kurzer Fließwege des späteren Mehrkammerhohlprofils 11. Außerdem sind die Fasern 2, 3 achsparallel und performance-steigernd ohne Verdrillung/Knoten angeordnet. Eine zweite Variante ist die Verwendung von so genannten Towpregs oder kerntiefen-imprägnierten Rovings, von denen ein Querschnitt in 7 zu sehen ist und bei denen es sich um matrixummantelte Rovings aus einer Verstärkungsfaser 2 und einem thermoplastischen Matrixmaterial 3 handelt.
Hierzu werden, wie in 1 dargestellt, durch drei Flechträder 21 einzelne Hohlprofilgeflechte 10 aus den Hybridrovings 1 erzeugt, welche in Folge entsprechend einer vorgesehenen Anordnung der Kammern K (siehe 3) der Mehrkammerhohlprofils 11, die durch die Hohlprofilgeflechte 10 begrenzt werden, zusammengeführt und durch eine Verbindungstechnik und das Umflechten mittels dem nachgeschalteten Flechtrad 21' mit Hybridrovings 1 bzw. durch das Aufflechten der Außenstruktur 11' auf die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte 10 verbunden werden. So wird ein Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 erzeugt, das dann, wie in 2 gezeigt, in ein Pultrusionswerkzeug 5 zur Imprägnierung und Konsolidierung gezogen wird.
Um die von den verschiedenen Flechträdern 21 geflochtenen Hohlprofile 10 zusammenführen zu können und zu dem komplexen Mehrkammerprofil verbinden zu können, können die für jedes Hohlprofil 10 eingesetzten Kerne vorzugsweise aus einem Thermoplast bestehen, der entsprechend der Kontur der jeweiligen Kammer K des Mehrkammerprofils 11 geformt ist. Für das Kernmaterial sind aber auch andere Materialien wie z. B. Schaumstrukturen oder auch Elastomere möglich.
Die Kerne zur Bildung der einzelnen Hohlprofilgeflechte 10 werden jeweils von einem oder mehreren Flechträdern 21 umflochten. Durch letzteres können mehrlagige Hohlprofilgeflechte erzeugt werden. Auch zur Bildung des Außengeflechts 11 können mehrere Flechträder 21' in Reihe angeordnet werden. Ein mehrlagiges Geflecht 10, 11' wird so durch mehrere hintereinander geschaltete Flechträder 21 (siehe 8) erzeugt. So können mehrere Schichten übereinander geflochten werden, was die Fertigung von großen Wandstärken ermöglicht. Beim Flechten sind Verstärkungswinkel von etwa ±5° bis ±80° möglich, für eine Verstärkung in 0°-Richtung, die insbesondere bei Biegebelastung von Vorteil ist, können am Flechtrad 21, 21' zusätzliche Stehfäden zugeführt werden. Diese laufen gestreckt in das Geflecht 10, 11' ein und weisen dadurch quasi keine Ondulation auf. Man spricht vom so genannten UD-Flechten.
Ferner können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren komplexe Mehrkammerprofile erzeugt werden. So kann ein Profil mit unterschiedlichen Kammerkonturen und -querschnitten erzeugt werden, indem Kerne mit unterschiedlichen Konturen und Abmessungen eingesetzt werden. Die darauf geflochtenen Hohlprofile 10 weisen dann die entsprechenden Formen und Größen auf, ehe sie im weiteren Ablauf zu dem Mehrkammerhohlprofil kombiniert werden, indem die einzelnen Hohlprofile 10 zusammengeführt und zu einem dem komplexen Mehrkammerprofil 11 verbunden werden.
Die Verbindung der zusammengeführten Hohlprofile 10 geschieht zum einem durch das Umflechten mit dem Außengeflecht 11'. Zusätzlich besteht hier die Möglichkeit durch ein Aufheizen der Hybridrovings 1 eine Verbindung über das schmelzförmiges Matrixmaterial der Hohlprofile 10 und der Außenstruktur 11' zu schaffen. Hierzu muss zumindest einer der beiden Bindungspartner aufgeheizt werden. Entscheidend ist jedoch, dass die einzelnen Hohlprofile 10 vor der Konsolidierung im Pultrusionswerkzeug 5 bzw. vor dem Verbinden zum gesamten Mehrkammerhohlprofil 11 vollständig bzw. an ihrer komplette Oberfläche aufgeheizt werden um eine ausreichende Anbindung zwischen den Hohlprofilen 10 untereinander bzw. zwischen der Außenstruktur 11' und den Hohlprofilen 10 zu ermöglichen. Hierzu können Heizeinrichtungen wie Infrarot-Strahler, Laser, Induktor für elektrisch leitfähige Kohlenstofffasern oder andere übliche Heizeinrichtungen verwendet werden. In 8 ist eine Heizeinrichtung 22 zu sehen, mit der ein erzeugtes mehrlagiges Hohlprofilgeflecht 10 erwärmt wird, ehe es mit anderen Hohlprofilgeflechten zusammengeführt wird. Generell können solche Heizeinrichtungen auch schon an den Flechträdern 21 angeordnet sein, um jede gebildete Flechtlage zu erwärmen, denkbar ist aber auch die Erwärmung der Hybridrovings, bevor sie verflochten werden. Auch sind Heizeinrichtungen nach der Zusammenführung der Hohlprofile und/oder nach dem Umflechten mit dem Außengeflecht 11' und/oder vor dem Einzug in das Pultrusionswerkzeug 5 denkbar. Thermoplastische Kerne lasen sich auch nach dem Flechten des Profils erwärmen. Hierbei können die Thermoplaste in geeigneter Weise umgeformt werden.
Besonders im Fall des letzten Flechtrades 21' für die Außenstruktur 11' kann vorgesehen sein, die Hybridgarne bereits im Flechtprozess über eine direkt angeschlossene Heizeinrichtung aufzuwärmen.
Nach dem Flechtprozess der Gesamtstruktur wird das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 durch eine Pultrusionsanlage 5 konsolidiert. Aufgrund der für die verhältnismäßige komplexe Struktur der Profile werden hohe Anforderungen an die Pultrusionsanlage und deren Temperierung gestellt. Die Konsolidierung der Mehrkammerprofile 11 erfolgt direkt im Anschluss an den Flechtprozess, was eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ermöglicht. Die effiziente Konsolidierung des geflochtenen mehrkammerigen Hohlprofils wird durch die Pultrusionstechnik ermöglicht.
Der ganze Prozess vom Flechten bis zum endfertigen Mehrkammerhohlprofil 11 ist durchgehend kontinuierlich, dabei läuft das Geflecht 10 nach dem Flechtvorgang direkt ohne Zwischenschritt in das Pultrusionswerkzeug 5. An diese Pultrusion kann auch noch ein Umformvorgang angeschlossen werden.
Nach dem Flechtprozess wird das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 in das Pultrusionswerkzeug 5 (2) eingezogen und dort über eine Matrize 6 durch das Pultrusionswerkzeug 5 gezogen. Für das Durchziehen durch das Pultrusionswerkzeug 5 sowie für den Vortrieb im Flechtprozess ist eine Abzugsvorrichtung 7 dem Pultrusionswerkzeug 5 nachgeschaltet. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 von den Flechtkernen ab und unter Umständen auf Werkzeugkerne aufgezogen wird.
Bei Hohlprofilen mit großen Wandstärken und trockenen Verstärkungsfasern können beim Einzug durch die Matrize 6 hohe Reibkräfte entstehen, wodurch es zum Faseraufstau am Anfang des Pultrusionswerkzeugs 5 kommen kann, was das Geflecht 10, 11' bzw. die Fasern 1 schädigt. Dies kann verhindert, bzw. unterdrückt werden, indem das von dem Flechtkernen abgezogene Mehrkammerhohlprofilgeflecht schwimmend auf entsprechenden Werkzeugkernen gelagert wird, mit denen das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 durch die Einzugsmatrize 6 und das Pultrusionswerkzeug geführt wird. Dadurch können Geflechtdickenunterschiede ausgeglichen werden und der Faseraufstau am Eintritt in das Pultrusionswerkzeug 5 wird reduziert.
Unter die Bezeichnung „Werkzeugkern” fallen sämtliche für den Zweck geeigneten Kerne, Dome, Hülsen und Innenprofile. So können etwa Gliederdorne verwendet werden, die als Kerne die Reibfläche auf der Innenseite der Hohlprofile 10 verringern.
Das durch die Abzugsvorrichtung 7, die den axialen Vorschub des Mehrkammerhohlprofilgeflechts 11 bereitstellt und die beispielsweise als Doppelbandabzug ausgeführt sein kann, in das Pultrusionswerkzeug 5 eingezogene Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 wird beim Durchlaufen der verschiedenen Temperaturzonen imprägniert und konsolidiert. Dazu werden die Temperaturzonen durch verschiedene Temperiervorrichtungen 8, 8a, 8b, 8c des Pultrusionswerkzeugs 5 beheizt oder auch gekühlt. Die in Produktionsfließrichtung erste Temperiervorrichtung 8 erhitzt das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 10 bis auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffes, so dass hier die Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit der thermoplastischen Matrix erfolgt. An dieser Stelle kann auch das zusätzliche Matrixmaterial, falls gewünscht oder erforderlich, beispielsweise mittels eines Extruders zugeführt werden. In den anschließenden Temperierungszonen 8a, 8b, 8c folgt ein sukzessives Abkühlen zur schrittweise Konsolidierung, beispielsweise in 30°C Schritten von 120°C über 90°C auf 60°C, ehe das FVK-Mehrkammerhohlprofil 11 das Pultrusionswerkzeug 5 durch die Abzugsvorrichtung 7 verlässt und danach mit einer entsprechenden Vorrichtung 24 abgetrennt und/oder nachgeformt oder gebogen werden kann.
Durch einen auf dem Pultrusionswerkzeug 5 angeordneten Ultraschallgeber 23 können Vibrationen in des Pultrusionswerkzeug 5 bzw. die Werkzeugkerne und damit in das Flechtmaterial eingeleitet werden, wobei durch die Vibration der Einspannung und der Kerne Lufteinschlüsse vermieden werden können, was letztendlich zu einer optimalen Konsolidierung führt. Alternative Vibrationserreger zu dem Ultraschallgeber 23 sind ebenfalls denkbar.
Bei der Konsolidierung und der Faserimprägnierung wird die Matrix 3 homogen unter Vermeidung von Lunkern bzw. Lufteinschlüssen verteilt. Dies wird durch die drei Prozessparameter Wärme, Druck und Zeit beeinflusst. Hohe Temperaturen erhöhen die Fließfähigkeit, die auch in der Mitte der Wandstärke erforderlich ist. Durch Druck wird die Schmelze zwischen die Fasern gedrückt, was teilweise auch über Kapillarwirkung erfolgt. Es wird auch unter Druck abgekühlt, wodurch die Oberfläche geglättet und die Maßhaltigkeit gewährleistet wird. Durch den kurzen Fließweg mit feinverteilten Hybridrovings 1 erfordert das Konsolidieren einen geringen Zeitaufwand.
Um das Mehrkammerhohlprofilgeflecht 11 zu konsolidieren, muss zunächst eine gewisse Temperatur erreicht werden. Anschließend muss eine Kühlung erfolgen. Diese wird zum einen durch das mittels der Temperiervorrichtungen 8, 8a, 8b, 8c temperierte Pultrusionswerkzeug 5 bereitgestellt. Um die Zeit zur Konsolidierung möglichst gering zu halten, kann die Temperierung des Hohlprofilgeflechts 10 auch innenseitig durchgeführt werden. Die Temperierung erfolgt hier dann über den Kern bzw. Dorn, der je nach Bedarf heizen oder kühlen kann. Zur Kühlung ist der Dorn dazu im Inneren mit einer Leitung versehen, die ein Kühlmedium wie Stickstoff an die gewünschten Stellen bringt und dort dann für den entsprechenden Effekt sorgt. Lokal kann das Kühlen auch durch Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitwerten erfolgen.
Zum Urformen wie etwa zum Biegen der FVK-Mehrkammerhohlprofile erzeugen kann vorgesehen sein, dass das FVK-Mehrkammerhohlprofil, das das Pultrusionswerkzeug zumindest mit einer Restwärme temperiert verlässt, einer sich an das Pultrusionswerkzeug in Prozessfließrichtung anschließenden Biegevorrichtung zugeführt wird. Durch diese kann ein Abschnitt des FVK-Hohlprofils gebogen werden, wobei der zu biegende Abschnitt mittels einer Stützeinrichtung der Biegevorrichtung, die von außen oder innen an dem Biegeabschnitt angreift, stabilisiert wird, so dass das Knicken oder Einfallen des FVK-Mehrkammerhohlprofils im Biegeabschnitt verhindert wird. Während dieses Biegevorgangs wird die Biegevorrichtung in Pultrusionsrichtung mit einer auf eine axiale Vorschubgeschwindigkeit des FVK-Mehrkammerhohlprofils abgestimmten Geschwindigkeit verfahren, so dass das Biegen prozessintegriert im Anschluss an die kontinuierliche Pultrusion stattfinden kann. So kann ein fertiges gebogenes thermoplastisches FVK-Mehrkammerhohlprofil in einer Anlage quasi in einem Prozessschritt hergestellt werden. ist ein Abschnitt des FVK-Mehrkammerhohlprofils gebogen, so verfährt die Biegevorrichtung entgegen der Pultrusionsrichtung zurück in ihre Startposition, um einen nächsten Biegevorgang an einem nächsten zu biegenden Abschnitt des FVK-Mehrkammerhohlprofils auszuführen.
Eine alternative Biegevorrichtung verwendet Mikro-Roboter, die gleichzeitig beide Aufgaben des Umformens und in Form Haltens erfüllen können. Dabei können die Mikro-Roboter als Haltevorrichtung zur Stützung des FVK-Mehrkammerhohlprofils vor und nach einem flexiblen Biegeprozess eingesetzt werden, wobei es erst nach dem Biegeprozess zu einem Abtrennen des gebogenen FVK-Hohlprofils kommt.
Vorteilhaft bezüglich der eingesetzten Heizenergien, kann das FVK-Mehrkammerhohlprofil das Pultrusionswerkzeug temperiert und lediglich teilkonsolidiert in einem biegeweichen Zustand verlassen, so dass direkt der Biegevorgang angeschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der zu biegende Abschnitt des FVK-Mehrkammerhohlprofils mittels einer Temperiervorrichtung der Biegevorrichtung temperiert wird. Dabei kann es sich zum Einen um Wärmezufuhr handeln, um das FVK-Hohlprofil in einen plastisch verformbaren Zustand zu versetzten, zum Anderen kann es sich bei der Temperierung auch um ein gezieltes Abkühlen des Biegeabschnitts handeln, um eine Rückfederung des Materials zu verhindern. Vorzugsweise kann eine Biegevorrichtung verwendet werden, die beide Temperierungsmaßnahmen in einem variothermen Temperieren vereint.
Eine zur Stabilisierung des Biegeabschnitts eingesetzte Stützvorrichtung kann beispielsweise aus Biegedornen bestehen, die in den durch die Hohlprofilgeflechte gebildeten Kammern angeordnet werden, so dass die biegbaren Gliederelemente der Biegedorne in dem zu biegenden Abschnitt positioniert sind. Diese Biegedorne können von den Werkzeugkernen, auf dem das FVK-Mehrkammerhohlprofil durch das Pultrusionswerkzeug gezogen wird, separate Biegedorne sein, die in Pultrusionsrichtung prozessabwärts von der Biegevorrichtungsseite der Pultrusionsanlage in das FVK-Mehrkammerhohlprofil eingeführt werden. Hierbei erfolgt nach dem Austritt aus dem Pultrusionswerkzeug das Abziehen des FVK-Mehrkammerhohlprofils von den Werkzeugkernen, bevor die Biegedorne mit den biegbaren Gliederelementen in das FVK-Mehrkammerhohlprofil eingeführt werden.
Alternativ dazu können Biegedorne verwendet werden, die sich an das prozessabwärts liegende Ende der Werkzeugkerne anschließen. Dabei ist zumindest der Biegedornabschnitt der Werkzeugkern-Biegedorne mit den biegbaren Gliederelementen ausgestattet, während die Werkzeugkernabschnitte der Werkzeugkern-Biegedorne mit den Flechtkernen gekoppelt sind, um die Werkzeugkern-Biegedorne von der Flechtseite aus zu halten, so dass die Biegedornabschnitte aus dem FVK-Mehrkammerhohlprofil beim Biegen gezogen werden können.
Alternativ oder gegebenenfalls auch zusätzlich zu der inneren Stützvorrichtung, die als die beschriebenen Biegedorne ausgeführt sein kann, kann eine Stützvorrichtung, die eine den zu biegenden Abschnitt umschließende Vakuumvorrichtung der Biegevorrichtung ist, um den zu biegenden Abschnitt angeordnet werden, so dass durch die Vakuumvorrichtung während des Biegens auf die Außenseite des zu biegenden Abschnitts Unterdruck wirkt, der das Hohlprofil während des Biegens hält. Diese Vakuumvorrichtung kann beispielsweise in die Biegebacken der Biegevorrichtung integriert sein. Bei dieser Ausführungsform der Stützvorrichtung kann auf Biegedorne verzichtet werden.
Im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofilen sind die Hybridhohlprofilteile, die durch Flechtpultrusion mit duroplastischen Systemen in herkömmlichen Pultrusionsverfahren erzeugt werden, nach der Herstellung nicht verformbar. In duroplastischen Hybridhohlprofilteilen verlaufen die Fasern im Wesentlichen in Längsrichtung der Kunststoffprofilteile, so dass bei entsprechender Belastung auftretende Torsions- oder Schälspannungen einen Bruch des Harzes zwischen parallel verlaufenden Fasern verursachen können. Dazu sind Profile aus faserverstärkten Duroplasten wie Epoxid und Polyester mit Verstärkung aus Glas- oder Kohlefasern aufwändig, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Aspekts, und damit teuer herzustellen, und nur für eine relativ eng begrenzte Anwendung nutzbar.
Mit Verwendung einer thermoplastischen Matrix wie insbesondere PPA oder PA bei der Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofile ergeben sich deutliche Vorteile in der Verarbeitung, sodass beispielsweise infolge stark verkürzter Taktzeiten eine Serienfertigung für den Automobilbau erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren ermöglicht somit wirtschaftlichen Leichtbau. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft das Nachformen des FVK-Mehrkammerhohlprofils möglich. Weiter wird durch die reduzierten Fertigungszeiten eine höhere Effizienz der Großserienfertigung geleistet, so dass die erfindungsgemäßen Profile kostengünstig herstellbar sind. Ferner sind die so geschaffenen FVK-Mehrkammerhohlprofile torsions- und biegesteife geschlossene Hohlprofile bei gleichzeitigem Materialeinsatz von Materialien mit höchster Leichtbaugüte. Der Herstellungsprozess ist faserschonend und insofern qualitätsfördernd. Vorteilhaft lässt das erfindungsgemäße Flechtpultrusionsverfahren deutlich höhere Stückzahlen durch höheren Materialdurchsatz in einem einstufigen, kontinuierlichen Prozess zu.
Gegenüber Pultrusionsprofilen mit duroplastischer Matrix kommt die nahezu unbegrenzte Lagerbarkeit des thermoplastischen Matrixmaterials bei Raumtemperatur zum Tragen, ferner ist kein Einsatz von Lösungsmitteln für die Bauteilherstellung erforderlich. Am Ende der Nutzungsdauer können die Bauteile recycelt und als Granulat verfügbar gemacht werden.
Der Herstellungsprozess gerader und gebogener Hohlprofile ist sicher und robust und dennoch variabel und flexibel bei geringen Werkzeugkosten für unterschiedliche Abmessungen; er erlaubt sogar die Fertigteilproduktion in einem Prozessschritt.
Die so geschaffenen FVK-Mehrkammerhohlprofile sind hoch beanspruchbar und können entsprechende Metallprofile ersetzen, und so insbesondere im Kraftfahrzeugbau durch Senkung des Gewichts zu einer Senkung des Kraftstoff-/Energieverbrauchs des Fahrzeugs und damit der Verringerung des Schadstoffausstoßes beitragen. Gegenüber Metallprofilen weisen die FVK-Mehrkammerhohlprofile ein kleineres Volumen auf und nehmen damit vorteilhaft einen kleineren Bauraum ein.
Ferner können komplexe Profilstrukturen hergestellt werden, die zudem im Vergleich zu metallischen Strukturen eine verbesserte Medien- und Chemikalienbeständigkeit aufwiesen, so dass kein zusätzlicher Korrosionsschutz notwendig ist und die Bauteile eine längere Lebensdauer aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009056472 A1 [0003]
DE 102009026894 A1 [0004]
DE 102009016596 A1 [0005]
DE 2843437 A1 [0006]
DE 102008010228 A1 [0007, 0008]
DE 102007051517 A1 [0007]

Claims

Flechtpultrusionsverfahren zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils (11) mit zumindest zwei Kammern (K) in einer Pultrusionsanlage, umfassend die Schritte: – Erzeugen einer Anzahl von Hohlprofilgeflechten (10), die der Anzahil der Kammern (K) entspricht, aus einer Vielzahl von Hybridfaserrovings (1) oder Fasertapes, die Verstärkungsfasern (2) und thermoplastisches Matrixmaterial (3) umfassen, wobei jedes Hohlprofilgeflecht (10) mit zumindest einem Flechtrad (21) der Pultrusionsanlage auf je einen Kern geflochten wird, dessen Kontur eine Kammerkontur abbildet, – Zusammenführen der Hohlprofilgeflechte (10) und Anordnen entsprechend dem zu bildenden Mehrkammerhohlprofil (11), – Verbinden der Hohlprofilgeflechte (10) zu einem Mehrkammerhohlprofilgeflecht (11), – Einziehen des Mehrkammerhohlprofilgeflechts in ein Pultrusionswerkzeug (5) der Pultrusionsanlage mittels einer Abzugsvorrichtung (7) durch eine Einzugsmatrize (6), Imprägnieren und unter Druck Konsolidieren des Mehrkammerhohlprofilgeflechts (11), indem das Mehrkammerhohlprofilgeflecht Temperiervorrichtungen (8, 8a, 8b, 8c) des Pultrusionswerkzeugs (5) durchläuft.
Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbinden der Hohlprofilgeflechte (10) umfasst – um die zusammengeführten Hohlprofilgeflechte (10) herum, das Erzeugen eines Außengeflechts (11') aus einer Vielzahl von Hybridfaserrovings (1) oder Fasertapes, die Verstärkungsfasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, mit dem Flechtrad (21') der Pultrusionsanlage, insbesondere unter – Erwärmen des Matrixmaterials (3) zumindest eines Hohlprofilgeflechts (10) und/oder des Außengeflechts (11') und stoffschlüssig Verbinden der Hohlprofile (10) untereinander und/oder mit dem Außengeflecht (11').
Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kerne aus einem Thermoplasten, einer Schaumstruktur oder einem Elastomer sind, und wobei die Kerne, auf denen die Hohlprofilgeflechte (10) erzeugt werden, gleiche oder unterschiedliche Konturen und/oder Abmessungen aufweisen.
Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hohlprofilgeflechte (10) und/oder das Außengeflecht (11') mehrlagig durch jeweils seriell angeordnete Flechträder (21, 21') hergestellt werden, wobei ein Flecht- bzw. Verstärkungswinkel, der unabhängig von jedem der Flechträder (21, 21') erzeugt wird, im Bereich von ±5° bis ±80° liegt, und/oder wobei einem der Flechträder (21, 21') einer Flechträderreihe Hybridrovings (1) gestreckt zugeführt werden und so ein Verstärkungswinkel von 0° erzeugt wird.
Flechtpultrusionsverfahren nach Anspruch 2 bis 4, wobei das Erwärmen des Matrixmaterials (3) vor dem Flechten der Hybridfaserrovings (1) oder Fasertapes erfolgt.
Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend den Schritt: – Biegen eines Abschnitts des pultrudierten FVK-Mehrkammerhohlprofils (11), das das Pultrusionswerkzeug (5) temperiert verlässt.
Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend zumindest einen der Schritte: – Zuführen von zusätzlichem thermoplastischem Matrixmaterial in eine Imprägnierzone des Pultrusionswerkzeugs (5), die durch eine erste Temperiervorrichtung (8) auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials aufgeheizt wird, – Erzeugen von Vibrationen im Pultrusionswerkzeug (5), insbesondere Erzeugen von Vibrationen des Kerns unter Verwendung einer Vorrichtung (23) zur Erzeugung von Vibrationen, insbesondere eines Ultraschallgebers (23).
Flechtpultrusionsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Einziehen des Mehrkammerhohlprofilgeflechts in das Pultrusionswerkzeug (5) das Abziehen von den Flechtkernen und insbesondere das Aufziehen auf Werkzeugkerne erfolgt, wobei die Hohlprofilgeflechte (10) des Mehrkammerhohlprofilgeflechts (11) schwimmend auf den Werkzeugkernen gelagert sind, wobei insbesondere die Werkzeugkerne feststehend und/oder schwingend durch die Einzugsmatrize (6) geführt werden und/oder die Werkzeugkerne durch Beheizung oder Kühlung temperiert werden.
Flechtpultrusionsanlage zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Mehrkammerhohlprofils (11) mit zumindest zwei Kammern (K) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Flechteinrichtung aus zumindest zwei Flechträdern (21) und ein Pultrusionswerkzeug (5) mit einer Einzugsmatrize (6) und einer Temperiervorrichtung (8, 8a, 8b, 8c) zum Imprägnieren und Konsolidieren eines mittels der Flechteinrichtung erzeugten Hohlprofilgeflechts (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Flechteinrichtung – der Anzahl der Kammern (K) entsprechende Flechtvorrichtungen, von denen jede zumindest ein Flechtrad (21) und einen Kern für jeweils ein eine Kammer (K) umschließendes Hohlprofilgeflecht (10) aufweist, wobei die Kerne Konturen aufweisen, die den Kammern entsprechen, und – eine Zusammenführungseinrichtung, von der die Hohlprofilgeflechte (10) entsprechend einer vorgesehenen Anordnung der Kammern (K) zueinander zusammengeführt werden, wobei die Zusammenführungseinrichtung insbesondere durch die Kerne gebildet wird, die entsprechend der vorgesehenen Anordnung von den Flechträdern (21) zusammenlaufen, und – eine Umflechtvorrichtung mit zumindest einem Flechtrad (21'), das der Zusammenführungseinrichtung nachgeordnet ist, zum Umflechten der zusammengeführten Hohlprofilgeflechte (10).
Flechtpultrusionsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flechtvorrichtungen und/oder die Zusammenführungseinrichtung und/oder die Umflechtvorrichtung zumindest eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Matrixmaterials (3) der Hybridrovings (1), Fasertapes, Kerne, Hohlprofilgeflechte (10) und/oder des Außengeflechts (11') aufweist/aufweisen.
Flechtpultrusionsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne aus einem Thermoplasten, einer Schaumstruktur oder einem Elastomer sind, und wobei die Kerne, auf denen die Hohlprofilgeflechte (10) erzeugt werden, gleiche oder unterschiedliche Konturen und/oder Abmessungen aufweisen.
Flechtpultrusionsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flechtpultrusionsanlage – eine dem Pultrusionswerkzeug (5) nachgeschaltete Biegevorrichtung, und/oder – eine Zufuhreinrichtung für zusätzliches thermoplastisches Matrixmaterial in eine Imprägnierzone des Pultrusionswerkzeugs (5), und/oder – eine an dem Pultrusionswerkzeug (5) vorgesehene Vorrichtung (23) zur Erzeugung von Vibrationen, insbesondere einen Ultraschallgeber (23), und/oder – den Flechtkernen entsprechende Werkzeugkerne zur schwimmenden Lagerung des Mehrkammerhohlprofilgeflechts beim Einzug in das Pultrusionswerkzeug (5) umfasst, wobei die Werkzeugkerne insbesondere Temperiervorrichtungen aufweisen.
FVK-Mehrkammerhohlprofil (11) aus Verstärkungsfasern (2) und einem thermoplastischen Matrixmaterial (3) mit zumindest zwei Kammern (K), herstellbar durch ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem thermoplastischen Matrixmaterial (3) eingebetteten Verstärkungsfasern (2) als schlauchförmige Geflechte die Kammern (K) umgeben, wobei die schlauchförmigen Geflechte von einem Außengeflecht (11'), das ebenfalls in das thermoplastische Matrixmaterial (3) eingebettet ist, umgeben sind.