DE102012102407A1 - Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape - Google Patents
Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012102407A1 DE102012102407A1 DE201210102407 DE102012102407A DE102012102407A1 DE 102012102407 A1 DE102012102407 A1 DE 102012102407A1 DE 201210102407 DE201210102407 DE 201210102407 DE 102012102407 A DE102012102407 A DE 102012102407A DE 102012102407 A1 DE102012102407 A1 DE 102012102407A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- tape
- thermoplastic
- reinforcing fibers
- fiber
- tapes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 49
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 34
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 34
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 30
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 30
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 29
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 238000011074 autoclave method Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000002996 emotional effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
- B29C70/504—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands
- B29C70/506—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands and impregnating by melting a solid material, e.g. sheet, powder, fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape.
Description
- 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 eingelagert sind. Aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund erstellte Werkstücke zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aus und werden regelmäßig beispielweise in der Fahrzeugindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt.
- Zur Erstellung 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 beim Tapelegen insbesondere zwischen dem duroplastischen Tapelegen und dem thermoplastischen Tapelegen. Beim duroplastischen Tapelegen werden Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem duroplastischen Kunststoff eingesetzt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, bei dem Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff eingesetzt werden.
- Beim thermoplastischen Tapelegen werden heutzutage unidirektional endlosfaserverstärkte, vollständig imprägnierte und konsolidierte Tapes verwendet. Die thermoplastischen Tapes werden üblicherweise auf Spulen gewickelt zur Verfügung gestellt und beim Tapelegen kontinuierlich von der Spule abgewickelt und auf einer Oberfläche eines Werkzeuges oder Bauteils abgelegt. Unmittelbar vor dem Ablegen, während des Ablegens oder unmittelbar nach dem Ablegen werden die Tapes beziehungsweise die auf der Oberfläche abzulegenden oder abgelegten Abschnitte der Tapes, lokal über die Schmelztemperatur des Thermoplasten des Tapes erhitzt. Nachdem die auf der Oberfläche abgelegten Tapes abgekühlt sind und der Thermoplast wieder erhärtet ist, bilden die Tapes ein Werkstück aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund. Dieses Werkstück kann in der Regel bereits als finales Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund 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 ist es jedoch nicht möglich, die Tapes allein in geodätischen Bahnen auf der Oberfläche abzulegen. Vielmehr müssen die Tapes auf Grund der spezifischen Oberfläche, auf der sie abgelegt werden, regelmäßig auch kurvenförmig abgelegt werden. Bei einem kurvenförmigen Ablegen werden die Tapes zumindest auch teilweise in der Ebene der Tapes gebogen beziehungsweise gekrümmt. Dabei kann es zu einer Faltenbildung beziehungsweise Ondulation der Tapes auf der Kurveninnenseite der Tapes kommen. Eine solche Faltenbildung beziehungsweise Ondulation der Tapes beim Tapelegen kann die Eigenschaften eines hieraus gebildeten Werkstückes nachteilig beeinflussen.
- Der Stand der Technik bietet keine Lösung des Problems, wie bei einer kurvenförmigen Ablage der Tapes beim thermoplastischen Tapelegen eine Ondulation der Tapes vermieden werden kann.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem thermoplastischen 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 erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt ein Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Zur Verfügungstellung wenigstens eines Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern 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 Bauteils;
- – Abkühlen des Tapes zur Erstellung eines Werkstücks;
- Die Erfindung beruht auf der erfindungsgemäßen Grunderkenntnis, dass Tapes in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff bei einem thermoplastischen Tapelegeverfahren 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 eines 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 ist, 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 thermoplastischen Kunststoffs erhitzt wird, so dass die Fasern an diesem Ende relativ zu anderen Verstärkungsfasern des Tapes bewegbar sind. Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten thermoplastischen Tapes, bei denen die Verstärkungsfasern stets in Form von Endlosfasern vorlagen, ist eine solche Bewegung der Fasern gegeneinander nicht möglich.
- Unter dem Begriff Werkstück wird, soweit hierin verwendet, sowohl ein fertiges Bauteil als auch ein Halbzeug in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes verstanden.
- Unter Stapelfasern werden bekanntermaßen verhältnismäßig kurze, aber noch verspinnbare Fasern verstanden, die regelmäßig in einer Länge im Bereich von 10 bis 1.000 mm vorliegen. Erfindungsgemäß werden bevorzugt Stapelfasern 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 Kunststoffs des Tapes erhitzt. Bevorzugt wird nur ein verhältnismäßig kurzer Abschnitt des Tapes erhitzt, insbesondere ein Abschnitt, der unmittelbar im Anschluss an die 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 ist.
- Die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung gestellten Tapes können die aus dem Stand der Technik bekannten Dicken und Breiten aufweisen. Beispielsweise 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.
- Die 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 (PP), Polyamid 66, Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (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 Flammen- 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 sich um eine drehbare und regelmäßig auch schwenkbare Walze oder Rolle, die ein Tape aufnehmen und rollend auf einer Oberfläche ablegen kann. Beim Ablegen kann der Tapelegekopf insbesondere unter Andruck gegen die Oberfläche 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 Konsolidierung des Tapes erzeugt oder erhalten werden.
- Das Tape kann – vor der Ablage auf der Werkzeugoberfläche oder Bauteiloberfläche – vollständig konsolidiert oder nicht vollständig konsolidiert zur Verfügung gestellt werden.
- Bei einem vollständig konsolidierten Tape aus einem Faser-Kunststoff-Verbund sind die Verstärkungsfasern vollständig 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 Verstärkungsfasern 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 wird, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Kunststoff bereits ganz oder teileweise imprägniert sind, aber der Freiraum zwischen den Fasern nicht oder weitgehend nicht mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt ist. Entsprechend nicht konsolidierte 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 placement” bezeichnet und sind bisher allein aus der Technologie des duroplastischen Tapelegens bekannt. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Fasern bei nicht vollständig konsolidierten 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 Bereich von 0,5 bis 2 Masse-%. Nach dem Erhitzen, Ablegen und Abkühlen 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 vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt sind. Ein solches Werkstück kann insbesondere als Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug zur Verfügung gestellt werden und in sich 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 finalen Bauteil weiterverarbeitet werden kann. Dies schafft einen großen Freiraum bei der weiteren Verarbeitung des Werkstückes zum finalen Bauteil. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in das Werkstück nach seiner Erstellung beziehungsweise der vollständigen Erhärtung des Thermoplasten ein Duroplast eingebracht wird. Beispielsweise kann ein duroplastischer Kunststoff durch ein Autoklav-Verfahren oder ein Vakuuminjektions-Verfahren in das Werkstück eingebracht werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der in die Freiräume eingebrachte Duroplast die Freiräume vollständig ausfüllt. Nach der anschließenden vollständigen Vernetzung beziehungsweise Solidifikation 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 jedoch ein Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund erstellen, bei dem der Kunststoff weitgehend in Form eines Duroplasten vorliegt, der gegenüber einem thermoplastischen Kunststoff für zahlreiche Anwendungen vorteilhaftere Eigenschaften aufweist.
- Im übrigen kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die 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, die Förder- und Führungstechnik zur Zuführung der Tapes von der Spule auf die Werkzeugoberfläche 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 abgelegten Abschnitten des Tapes.
- Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Tape vor dem Ablegen – vor oder nach dem Erhitzen des Tapes – vordrapiert wird. Durch eine Vordrapierung wird das Tape in eine Form gebracht, die der späteren Geometrie des Tapes beim Ablegen auf der Oberfläche entspricht oder dieser angenähert ist. Hierdurch ist es möglich, das Tape auch kurvenförmig mit besonders kleinen Radien ondulationsfrei abzulegen. Die Vordrapierung des Tapes kann durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Drapiervorrichtung erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Tape zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Tapes erhitzt, anschließend vordrapiert und schließlich, 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 Stapelfasern vorliegen, zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes.
- Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Tape in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie den beigefügten Figuren und der zugehörigen Figurenbeschreibung.
- Sämtliche Merkmale der Erfindung können, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombiniert sein.
- Ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
- Dabei zeigt
-
1 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Vorrichtung zum thermoplastischen Tapelegen. - In ihrer Gesamtheit ist die Vorrichtung zur thermoplastischen Tapelegen in
1 mit dem Bezugszeichen1 gekennzeichnet. - Die Vorrichtung
1 umfasst insbesondere eine Halbzeugspule3 , ein Förder- und Führungssystem5 , eine Schneidevorrichtung7 , einen Tapelegekopf9 sowie auf Aufheizvorrichtung11 . - Das zunächst auf die Halbzeugspule
3 aufgewickelte Tape13 ist mittels des Förder- und Führungssystems5 von der Halbzeugspule3 abwickelbar und dem Tapelegekopf9 zuführbar. - Der Tapelegekopf
9 ist als schwenk- und rollbare Walze ausgebildet, die unter Andruck gegen die Oberfläche15 eines Werkzeuges17 führbar und auf dieser abrollbar ist. - An das Förder- und Führungssystem
5 schließt sich die Schneidevorrichtung7 an, durch die das Tape13 , nachdem es dem Tapelegekopf9 zugeführt worden ist, abschneidbar ist. - Durch die als Flammen-Aufheizvorrichtung ausgebildete Aufheizvorrichtung
11 ist das Tape13 erhitzbar. Die Aufheizvorrichtung11 ist derart angeordnet, dass ein Abschnitt des Tapes13 bei seiner Zuführung zum Tapelegekopf9 erhitzbar ist. - Durch die Vorrichtung
1 ist das Tape13 auf der Oberfläche15 eines Werkzeuges17 ablegbar. - Hierzu wird die Vorrichtung
1 , die in ihrer Gesamtheit bewegbar ist, entlang der Oberfläche15 des Werkzeuges17 bewegt. Der rollbar ausgebildete Tapelegekorb9 nimmt das von dem Förder- und Führungssystem5 zugeführte Tape13 auf und legt dieses abrollend auf der Oberfläche15 ab, über die er unter Andruck bewegt wird. - Auf Grund der Schwenkbarkeit des Tapelegekopfes
9 ist das Tape13 kurvenförmig auf der Oberfläche15 des Werkzeuges17 ablegbar. - Das Tape
13 ist erfindungsgemäß in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern und einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet. Da das Tape13 unmittelbar vor dem Ablegen durch die Aufheizvorrichtung11 derart erhitzt wird, dass der thermoplastische Kunststoff des Tapes13 schmilzt, sind die Stapelfasern des Tapes13 in dem erhitzten Abschnitt des Tapes gegeneinander bewegbar, so dass das Tape13 auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche15 ablegbar ist. - Nachdem das Tape
13 in einer gewünschten Länge auf der Oberfläche15 abgelegt worden ist, wird dieser abgelegte Abschnitt durch die Schneidvorrichtung7 abgetrennt. - Durch die im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung
1 ist ein thermoplastisches Tapelegeverfahren durchführbar, bei dem das thermoplastische Tape13 demnach auch bei einem kurvenförmigen Ablegen ondulationsfrei auf der Oberfläche15 eines Werkzeuges17 ablegbar ist.
Claims (8)
- Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, das die folgenden Schritte umfasst: 1.1. Zur Verfügungstellung wenigstens eines Tapes (
13 ) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes 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-Verbundes zur Verfügung gestellt wird. - Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (
13 ) in Form eines nicht vollständig konsolidierten Faser-Kunststoff-Verbundes zur Verfügung gestellt wird. - Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tape (
13 ) in Form von mit einem thermoplastischen Pulver beschichteten Verstärkungsfasern zur Verfügung gestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in die zwischen den Verstärkungsfasern verbleibenden Freiräume des nach dem Abkühlen erhaltenen Werkstückes ein duroplastischer Kunststoff eingebracht wird.
- Verwendung eines Tapes (
13 ) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen, zum thermoplastischen Tapelegen zur Erstellung eines Werkstückes - Tape (
13 ) in Form eines Faser-Kunststoff-Verbundes aus Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem die Verstärkungsfasern in Form von Stapelfasern vorliegen.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201210102407 DE102012102407A1 (de) | 2012-03-21 | 2012-03-21 | Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape |
| PCT/EP2013/055778 WO2013139834A1 (de) | 2012-03-21 | 2013-03-20 | Verfahren zum thermoplastischen tapelegen, die verwendung eines tapes sowie ein tape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201210102407 DE102012102407A1 (de) | 2012-03-21 | 2012-03-21 | Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102012102407A1 true DE102012102407A1 (de) | 2013-09-26 |
Family
ID=47988951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201210102407 Ceased DE102012102407A1 (de) | 2012-03-21 | 2012-03-21 | Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102012102407A1 (de) |
| WO (1) | WO2013139834A1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014223565A1 (de) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und Faserhalbzeug |
| DE102015215669A1 (de) | 2015-08-18 | 2017-02-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mittels imprägnierter Faserrovings |
| DE102016117799A1 (de) | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Airbus Operations Gmbh | System und verfahren zur herstellung eines faserverbundhalbzeugs sowie ein verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils |
| DE102017215153A1 (de) | 2017-08-30 | 2019-02-28 | M & A - Dieterle GmbH Maschinen- und Apparatebau | Handführungsvorrichtung und Verfahren zum manuellen Ablegen eines faserverstärkten Materialbands auf ein Substrat sowie Verwendung einer Handführungsvorrichtung zum manuellen Ablegen eines faserverstärkten Materialbands auf ein Substrat |
| DE102021125797A1 (de) | 2021-10-05 | 2023-04-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Tapelegemaschine und Verfahren zur Tapeablage an einem Substrat |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015122026A1 (de) | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Automation Steeg & Hoffmeyer Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Komposition von Faser-Kunststoff-Verbunden mit hohen Appliziergeschwindigkeiten |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69009019T2 (de) * | 1989-12-06 | 1994-11-10 | Du Pont | Verfahren zum Auflegen von Bändern. |
| WO2006041768A1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | The Boeing Company | Method for laying composite tape |
| DE102009009186A1 (de) * | 2009-02-16 | 2010-09-09 | Airbus Deutschland Gmbh | Anpressvorrichtung zum Anpressen von faserverstärkten thermoplastischen Materialien, Faseranordnungsvorrichtung und Verfahren zum Anordnen eines faserverstärkten thermoplastischen Materials |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB735532A (en) * | 1951-10-31 | 1955-08-24 | Gen Electric | Improvements in and relating to electrical insulation |
| JP4206454B2 (ja) * | 2006-08-18 | 2009-01-14 | 福井県 | 多軸補強積層成型品及びその製造方法 |
-
2012
- 2012-03-21 DE DE201210102407 patent/DE102012102407A1/de not_active Ceased
-
2013
- 2013-03-20 WO PCT/EP2013/055778 patent/WO2013139834A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69009019T2 (de) * | 1989-12-06 | 1994-11-10 | Du Pont | Verfahren zum Auflegen von Bändern. |
| WO2006041768A1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | The Boeing Company | Method for laying composite tape |
| DE102009009186A1 (de) * | 2009-02-16 | 2010-09-09 | Airbus Deutschland Gmbh | Anpressvorrichtung zum Anpressen von faserverstärkten thermoplastischen Materialien, Faseranordnungsvorrichtung und Verfahren zum Anordnen eines faserverstärkten thermoplastischen Materials |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014223565A1 (de) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und Faserhalbzeug |
| DE102015215669A1 (de) | 2015-08-18 | 2017-02-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mittels imprägnierter Faserrovings |
| DE102016117799A1 (de) | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Airbus Operations Gmbh | System und verfahren zur herstellung eines faserverbundhalbzeugs sowie ein verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils |
| DE102017215153A1 (de) | 2017-08-30 | 2019-02-28 | M & A - Dieterle GmbH Maschinen- und Apparatebau | Handführungsvorrichtung und Verfahren zum manuellen Ablegen eines faserverstärkten Materialbands auf ein Substrat sowie Verwendung einer Handführungsvorrichtung zum manuellen Ablegen eines faserverstärkten Materialbands auf ein Substrat |
| DE102017215153B4 (de) | 2017-08-30 | 2021-08-26 | M & A - Dieterle GmbH Maschinen- und Apparatebau | Handführungsvorrichtung |
| DE102021125797A1 (de) | 2021-10-05 | 2023-04-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Tapelegemaschine und Verfahren zur Tapeablage an einem Substrat |
| WO2023057270A1 (de) | 2021-10-05 | 2023-04-13 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Tapelegemaschine und verfahren zur tapeablage an einem substrat |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013139834A1 (de) | 2013-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2265436B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines profilierten preforms oder eines profilierten fvk-bauteils | |
| DE102013021642B4 (de) | Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens | |
| DE102008028441B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug, sowie Verwendung derartiger Verfahren und Vorrichtungen | |
| EP2874800B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von faserverstärkten kunststoffbauteilen | |
| EP3515677B1 (de) | Verfahren und vorrichtung für das recycling von thermoplastischem faserverbundmaterial | |
| DE102012102407A1 (de) | Verfahren zum thermoplastischen Tapelegen, die Verwendung eines Tapes sowie ein Tape | |
| DE102012201262A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Endlos-Halbzeugs, Endlos-Halbzeug sowie Pultrusionsverfahren und Pultrusionsvorrichtung | |
| AT514721A1 (de) | Formgebungsanlage zum Herstellen eines Faser-Kunststoff-Verbundes | |
| EP1342554A1 (de) | Verfahren zum Herstellen textiler Vorformlinge aus textilen Halbzeugen | |
| EP2803475A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings für ein Faserverbundbauteil | |
| DE102013109854A1 (de) | Drapiervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Vorformlings aus Fasermaterial | |
| DE102015215936A1 (de) | Ablagevorrichtung und Ablageverfahren zur Herstellung eines Faserverbundgeleges für die Bildung eines Faserverbundbauteils | |
| DE102006025280A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils und Vorrichtung dazu | |
| EP3463825B1 (de) | Verfahren zum herstellen eines bauteils aus einem faserverbundwerkstoff | |
| DE102014019220A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Halbzeugs | |
| EP3037234B1 (de) | Vorrichtung zur konsolidierung einer preform | |
| DE202013104091U1 (de) | Drapiervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Vorformlings aus Fasermaterial | |
| EP2783839B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines endlosen Halbzeugs mit wengistens einer schräg verstärkten Schicht | |
| DE10251581B4 (de) | Verfahren zum Herstellen textiler Vorformlinge aus textilen Halbzeugen | |
| DE102011002906B4 (de) | Umformkern und Verfahren zur Drapierung unidirektionaler 0°-Faserschichten | |
| EP4021701B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von vorformlingen | |
| DE102013107106A1 (de) | Faserhalbzeug-Fördervorrichtung | |
| EP3257663B1 (de) | Verfahren zum herstellen von halbzeugen für faser-kunststoff-verbundbauteile | |
| DE102008057782B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Umfalten eines zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehenen textilen Halbzeugprofils, sowie Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen textilen Halbzeugprofils | |
| DE102014002950A1 (de) | Vorrichtung zur Herstellung von Vorformlingen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |