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Dokumentenidentifikation DE69000851T2 19.05.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0396456
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere Verbundwerkstoffen, in Form dünner Blätter.
Anmelder Dassault Aviation, Paris, FR
Erfinder Calventus, Antoine, F-95870 Bezons, FR;
Vautey, Philippe, F-94700 Maisons Alfort, FR;
Perrin, Didier, F-78100 Saint Germain en Laye, FR;
Dufosse, Georges, F-92250 La Garenne Colombes, FR
Vertreter Hauck, H., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 8000 München; Graalfs, E., Dipl.-Ing., 2000 Hamburg; Wehnert, W., Dipl.-Ing., 8000 München; Döring, W., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing., 4000 Düsseldorf; Siemons, N., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte; Reichert, H., Rechtsanw., 2000 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69000851
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 26.04.1990
EP-Aktenzeichen 904011400
EP-Offenlegungsdatum 07.11.1990
EP date of grant 03.02.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse B29C 51/02
IPC-Nebenklasse B29C 67/14   B29C 43/56   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen von thermoplastischen Werkstoffen in Form dünner Blätter und insbesondere von thermoplastischen Verbundwerkstoffen.

Die thermoplastischen Verbundwerkstoffe werden aus Fasern hergestellt, die in einer Matrix aus thermoplastischem Harz eingebettet sind. Die Fasern können aus Kohlenstoff, Glas, Aramid, usw bestehen. Die Matrix ist üblicherweise ein Harz, das bei Umgebungstemperatur in festem Zustand ist und das durch Erwärmen einen pastösen Zustand annimmt, der die Verformung des Werkstoffes erlaubt. Die Rückkehr zur Umgebungstemperatur verleiht dem Werkstoff wieder seinen festen Zustand. Der Vorgang kann wiederholt werden, um die Form des Gegenstandes wieder zu verändern.

Der thermoplastische Verbundwerkstoff wird üblicherweise in Form dünner Blätter komerziell vertrieben, die Bänder oder Gewebe bilden. Zur Erzielung der gewünschten Dicke wird eine geeignete Anzahl dünner Blätter übereinandergelegt. Das Gebilde wird anschließend komprimiert und auf die Erweichungstemperatur der Matrix erwärmt, was die Verschweißung der dünnen Blätter untereinander wie auch ihrer Verformung in einer geeigneten Presse mit Formwerkzeugen erlaubt.

Man kann ein heizbares Werkzeug verwenden. Der Stapel dünner Blätter wird dann durch Berührung mit dem Werkzeug erwärmt und dann durch dieses verformt. Üblicherweise werden das Werkzeug und das verformte Werkstück gemeinsam gekühlt, bevor das Werkstück entnommen wird. Diese Technik liefert Produkte guter Qualität, sie hat jedoch den Nachteil, langsam zu sein.

Gemäß einem anderen Verfahren, vgl. "Kunststof Rubber" Vol 40, No 2 Fevrier 87, pages 26-31, "Met continue vezels versterkte thermoplasten" wird das Werkzeug auf einer Temperatur gehalten, die kleiner ist als die, bei der der Werkstoff verformbar wird, und der Stapel wird vorher außerhalb des Werkzeugs auf die geeignete Temperatur erwärmt. Der Transport des erwärmten Stapels erfolgt mit Hilfe eines raschen Fördersystems. In der Presse erfolgt gleichzeitig die Formgebung des Gegenstandes und sein Kühlung durch Berührung mit dem Werkzeug. Diese Technik erlaubt eine beträchtliche Verringerung der Formgebungsdauer. Die vorherige Erwärmung des Werkstoffes erfolgt entweder dadurch, daß der Stapel einer Infrarotstrahlung ausgesetzt wird, oder dadurch, daß er in einem Ofen angeordnet wird. Die Erwärmung durch Infrarotstrahlung hat den Nachteil, daß ein großer Temperaturgradient zwischen der der Strahlung ausgesetzten ersten Schicht und den benachbarten Schichten erzeugt wird, mit der Gefahr einer Degradation des Werkstoffes durch Überheizen. Die Erwärmung im Ofen ist relativ langsam.

Außerdem werden sowohl die eine wie auch die andere Methode in der freien Luft eingesetzt, was zwei zusätzliche Nachteile mit sich bringt: Es besteht die Gefahr einer Degradation der Eigenschaften des Verbundwerkstoffes, wenn er gegenüber Luft hoher Temperatur empfindlich ist. Diese Gefahr ist bei der Erwärmung im Ofen, die länger dauert, noch größer. Außerdem besteht die Gefahr, daß Luft zwischen den Blättern des Stapels eingeschlossen wird, was zu Fehlern in dem fertigen Gegenstand führen kann. Dieser Nachteil läßt sich mit der heizbaren Presse in der Weise vermeiden, daß die Wirkung der Formwerkzeuge in dem zentralen Bereich der Blätter beginnt, um zum Umfang fortzuschreiten, wodurch die Luft nach außen getrieben wird.

Die Erfindung hat das Ziel, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, d.h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine rasche Formgebung mit einer kurzen Standzeit der Formpresse erlaubt und die gleichzeitig die Gefahr einer Degradation durch Luft oder des Einschlusses von Luft zwischen den übereinanderliegenden Blättern vermeidet.

Um dies zu erreichen, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Verformen thermoplastischer Werkstoffe in Form dünner Blätter, bei dem zum Erzielen der erwünschten Dicke mindestens zwei dünne Blätter aufeinandergelegt werden, der Stapel auf eine geeignete Temperatur zum Verschweigen der Blätter untereinander und für ihre Formgebung gebracht wird, anschließend der Stapel in eine Presse gebracht wird, die mit Formwerkzeugen entsprechend dem herzustellenden Gegenstand versehen ist, wobei die Formwerkzeuge auf einer Temperatur gehalten werden, die kleiner als die ist, bei der sich der Werkstoff verformt, der Stapel zwischen den Formwerkzeugen zusammengepreßt wird, bis er die gewünschte Form erhält, und dann der geformte Gegenstand entnommen wird, welcher durch Berührung mit den Formwerkzeugen gekühlt wurde, wobei das Verfahren derart ist, daß der Stapel, um ihn auf die geeignete Temperatur zu bringen, in einer Kammer angeordnet wird, in der ein Vakuum hergestellt wird, und er in dieser Kammer zwischen den Heizplatten einer Heizpresse zusammengedrückt wird.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens, welche in Reihenanordnung aufweist: eine Aufgabestation, die mit vorher zubereiteten Stapeln beaufschlagbar ist, eine Vakuumkammer, die mit einer Presse mit Heizplatten versehen ist und einen der Aufgabestation zugewandten Einlaß sowie einen Auslaß aufweist, und eine Formpresse neben dem Auslaß der Vakuumkammer, wobei Übertragungsmittel vorgesehen sind, um die Stapel von der Aufgabestation zu der Vakuumkammer und von der Vakuumkammer zu der Formpresse rasch zu fördern.

Die Erwärmung des Stapels durch Zusammendrücken zwischen den Platten einer Heizpresse hat eine gleichmäßige, rasche und leicht zu steuernde Erwärmung zur Folge. Die Tatsache, daß die Erwärmung in einer Vakuumkammer stattfindet, vermeidet die Gefahr einer Degradation des Werkstoffes durch Luft und verhindert, daß Luft zwischen den dünnen Blättern eingeschlossen wird.

Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand eines praktischen Ausführungsbeispieles, das in der einzigen Figur dargestellt ist, näher erläutert; die Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung.

Eine Aufgabestation 1 besitzt einen Speicher 2, der nacheinander die Stapel 3A dünner Blätter abgibt, und eine Stößeleinrichtung 4, die den Stapel 3A zu einer Vorheizstation 5 schiebt, welche eine Vakuumkammer 6 und eine Presse enthält, deren Platten 7, 8 heizbar sind. Diese Platten, die in Richtung der Pfeile 9, 10 gegeneinander bewegbar sind, sind in der Lage, einen zwischen ihnen angeordneten Stapel 3B auf die Formgebungstemperatur zu bringen. Eine Stößeleinrichtung 11, die in schematischer Weise mit gestrichelten Linien dargestellt ist, schiebt einen heißen Stapel 3A zu einer Verformungseinrichtung 12 mit einer Presse 13, die mit Formwerkzeugen 14, 15 versehen ist, welche mit nicht dargestellten Kühlmitteln versehen sind und die einen erwärmten Stapel 3C verformen können. Die Stößeleinrichtungen 4 und 11 erlauben eine rasche Verschiebung der Stapel von der Aufgabestation zur Vorheizvorrichtung und dann zur Formgebungseinrichtung. Dies erlaubt es, die Öffnungszeit der Türen 16, 17 der Vakuumkammer auf ein Minimum zu verrringern und ein nennenswertes Absinken der Temperatur zu vermeiden, wenn der Stapel von der Vakuumkammer zur Presse 13 wandert. Auf diese Weise erhält man mit großer Herstellungsgeschwindigkeit Gegenstände einwandfreier Qualität.

Es versteht sich, daß die dargestellte Reihenanordnung nicht unabdingbar ist, und je nach der entsprechenden Heiz- und Formgebungsdauer können einige der Stationen beispielsweise auf einem Karussell vorgesehen werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verformen thermoplastischer Werkstoffe in Form dünner Blätter, bei dem zum Erzielen der erwünschten Dicke mindestens zwei dünne Blätter aufeinandergelegt werden, der Stapel (3A) auf eine geeignete Temperatur zum Verschweißen der Blätter untereinander und für ihre Formgebung gebracht wird, anschließend der Stapel in eine Presse (12) gebracht wird, die mit Formwerkzeugen (14, 15) entsprechend dem herzustellenden Gegenstand versehen ist, wobei die Formwerkzeuge auf einer Temperatur gehalten werden, die kleiner als die ist, bei der sich der Werkstoff verformt, der Stapel zwischen den Formwerkzeugen zusammengepreßt wird, bis er die gewünschte Form erhält, und dann der geformte Gegenstand entnommen wird, welcher durch Berührung mit den Formwerkzeugen gekühlt wurde, wobei das Verfahren derart ist, daß der Stapel, um ihn auf die geeignete Temperatur zu bringen, in einer Kammer (6) angeordnet wird, in der ein Vakuum hergestellt wird, und er in dieser Kammer zwischen den Heizplatten (7, 8) einer Heizpresse zusammengedrückt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, welche in Reihenanordnung aufweist: eine Aufgabestation (1), die mit vorher zubereiteten Stapeln (3A) beaufschlagbar ist, eine Vakuumkammer (6), die mit einer Presse mit Heizplatten (7, 8) versehen ist und einen der Aufgabestation zugewandten Einlaß sowie einen Auslaß aufweist, und eine Formpresse (12) neben dem Auslaß der Vakuumkammer, wobei Übertragungsmittel (4, 13) vorgesehen sind, um die Stapel von der Aufgabestation zu der Vakuumkammer und von der Vakuumkammer zu der Formpresse rasch zu fördern.







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