DE4027092C2

DE4027092C2 -

Info

Publication number: DE4027092C2
Application number: DE4027092A
Authority: DE
Inventors: Masanori Tochigi Jp Hosoi
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1993-05-06
Also published as: GB9018614D0; JPH0383624A; US5114654A; GB2239422A; DE4027092A1; JP2765981B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen und Formen eines aus laminierten Lagen unelastischer Fasern hergestellten flächigen Verbund werkstoffs in ein einen U-förmigen Querschnitt aufweisendes Erzeugnis. Bei dem Verbundwerkstoff handelt es sich im allgemeinen um ein harzimprägniertes, faserverstärktes Material, das laminierte Lagen oder Schichten aus Fasern aufweist und in Form einer Folie, Platte, Matte oder der gleichen vorliegen kann.

Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-1 29 119 ist zur Formgebung eines vorimprägnierten, faserverstärkten flächigen Verbundwerkstoffs, der in ein Gitter oder Netz laminierte Fasern enthält, ein Verfah ren bekannt, bei dem ein Flächenwerkstoff Lage um Lage von Hand einem Formwerkzeug zugeführt und laminiert wird. Weiterhin ist es aus einer veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 62-26 838 bekannt, zum Aus führen der Formgebung Vakuum in Verbindung mit einem Vakuumsack und Seitenblöcken anzuwenden.

Von den beiden oben beschriebenen herkömmlichen Form gebungsverfahren erfordert das erste manuelle Laminierungs vorgänge durch menschlichen Arbeitseinsatz, wobei die Gefahr besteht, daß in der Qualität der Fertigerzeugnisse Abwei chungen auftreten und der aufzubringende Arbeitseinsatz beachtlich ist, wenn die Anzahl der Laminierungsvorgänge hoch ist. Müssen beim Laminieren des herzustellenden Erzeugnisses Kanten ausgebildet werden, die einen kurven förmigen Verlauf haben, sind komplizierte Handbewegungen und entsprechendes Geschick erforderlich, um die ge wünschte Form oder Gestalt zu erhalten. Schwierigkeiten treten auch im Hinblick auf die Länge der Bearbeitungszeit auf, da die Zeitgrenze für den effektiven Einsatz eines vorimprägnierten Werkstoffs relativ kurz ist, so daß es schwierig ist, große Erzeugnisse zu laminieren.

Mit dem an zweiter Stelle beschriebenen Verfahren, das von einem Vakuumsack oder Vakuumbeutel Gebrauch macht, ist es möglich, die Laminierungsarbeitszeit zu vermindern, so daß größere Erzeugnisse laminiert werden können. Es gibt jedoch Fälle, bei denen die Kraft, die den vorimprä gnierten Werkstoff und den Vakuumsack geben die Seiten blöcke drückt, nicht wirksam ist, wenn nämlich die Sei tenblöcke abgesenkt werden. Dadurch tritt die Gefahr der Knitter- und Faltenbildung in Abschnitten auf, wo der vor imprägnierte Werkstoff gebogen wird.

Bei beiden oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren besteht das Problem der Knitter- und Faltenbildung, wenn der Biege- und Formgebungsvorgang mit Verbundwerkstoff für ein Fertigerzeugnis ausgeführt werden soll, das eine wellenförmige Referenzoberfläche oder gekrümmte Linien längs der Kanten aufweist, die die Referenzoberfläche mit den Seitenoberflächen verbinden.

Aus der US 45 76 776 ist zum Biegen und Formen eines aus laminierten Lagen unelastischer Fasern hergestellten flächigen Verbundwerkstoffs in ein einen U-förmigen Quer schnitt aufweisendes Erzeugnis, das eine Referenzoberfläche und ein Paar Seitenoberflächen hat, die längs einander gegenüberliegender gekrümmter Kanten der Referenzoberfläche abgewinkelt sind, ein Verfahren bekannt, bei dem der flächi ge Verbundwerkstoff durch ein aufweitbares elastisches Preßwerkzeug gegen ein stationäres Formwerkzeug gedrückt wird, das eine obere Referenzformoberfläche und Seitenform oberflächen hat, die ausgehend voneinander gegenüberliegen den gekrümmten Kanten der Referenzformoberfläche sich nach unten erstrecken. Ferner ist aus dieser Druckschrift eine Vorrichtung zum Biegen und Formen eines aus laminierten Lagen unelastischer Fasern hergestellten flächigen Verbund werkstoffs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 bekannt. Auch bei diesem Stand der Technik besteht die Gefahr, daß in dem hergestellten Erzeugnis Knitter und Falten auftreten.

Aus der US 40 34 054 ist zum Herstellen hohler Teile aus thermoplastischem Kunststoff ein Formwerkzeug be kannt, das ein bewegbares Hilfswerkzeug und eine Membran aufweist, mittels derer eine thermoplastische Folie gegen das starre Formwerkzeug angedrückt wird.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung so auszubilden, daß bei der Ausbildung der Seitenoberflächen die Außenteile des flächigen Verbundwerkstoffs von den Hilfsformrip pen in solche Richtungen gezogen und gestreckt werden, daß durch Herabsetzen der Dichte der Fasern die Entstehung von Knitter und Falten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. der Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 2. Die Lösung beruht im Prinzip darauf, daß bei der Ausbildung der Seitenoberflächen des Erzeugnisses die Außenteile des flächigen Verbundwerkstoffs von den Hilfsformrippen in solche Richtungen gezogen und gestreckt werden, daß durch Herabsetzen der Dichte der Fasern eine Knitter- und Faltenbildung herabgesetzt oder vermieden wird, die sonst aufgrund der gekrümmten Kontur oder des gekrümmten Verlaufes der einander gegenüberliegenden Kanten der Referenzformoberfläche des stationären Form werkzeugs auftritt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum Biegen und Formen eines flächigen Verbundwerkstoffs;

Fig. 1a und 1b Schnittansichten von verschiedenen Ausgestaltungen eines Preßwerkzeugs;

Fig. 1c eine schematische Ansicht einer Abwand lungsmöglichkeit der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Formwerkzeugs;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht zum Aufzeigen der Beziehung zwischen Hilfsformrippen und einer Referenz formoberfläche des Formwerkzeugs;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines vor imprägnierten flächigen Verbundwerkstoffs;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines mit der Vorrichtung nach Fig. 1 hergestellten Erzeugnisses;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Fertig erzeugnisses;

Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der anfänglichen Formgebung des flächigen Verbundwerk stoffes mittels der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 8 einen Schnitt längs Linien VIII-VIII von Fig. 7;

Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche Ansicht, jedoch zum Aufzeigen eines fortgeschrittenen Zustands der Formgebung des flächigen Verbundwerkstoffs;

Fig. 10 eine der Fig. 8 ähnliche Ansicht, jedoch zum Aufzeigen des Endzustands der Formgebung des flächigen Verbundwerkstoffs;

Fig. 11 und 12 Ansichten zum Aufzeigen der Rich tung der Verlängerung des vorimprägnierten Verbundwerkstoffs;

Fig. 13 eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung der Verlängerung oder Dehnung des vorimprägnierten Ver bundwerkstoffs;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des form gepreßten Zustands eines vorimprägnierten flächigen Verbundwerkstoffs;

Fig. 15 eine perspektivische Teilansicht zum Auf zeigen von Knitter- und Faltenlinien, die in dem vor imprägnierten Verbundwerkstoff entstehen können;

Fig. 16 bis 19 Ansichten zur Erläuterung der Mechanismen, die für die Erzeugung der Knitter- und Falten linien in denjenigen Teilen der Flanschformoberflächen verantwortlich sind, die den Tälern entsprechen;

Fig. 20 eine Ansicht zur Erläuterung der Lage der Fasern in einer +45°-Richtung, wenn die Fasern so ausge streckt werden, daß eine Knitter- und Faltenlinienbildung nicht erfolgt;

Fig. 21 eine Ansicht zum Aufzeigen von Bedingungen der Hilfsformrippen zum Gewinnen einer Lage der Fasern wie in Fig. 20 angedeutet;

Fig. 22 eine Ansicht zum Aufzeigen des Formgebungs zustands eines vorimprägnierten Verbundwerkstoffs unter den obigen Bedingungen;

Fig. 23 eine Querschnittsansicht längs der Linie XXIV-XXIV von Fig. 22;

Fig. 24 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht, jedoch von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung;

Fig. 25a und 25b perspektivische Ansichten, die der Fig. 3 entsprechen, jedoch ein drittes und viertes Ausfüh rungsbeispiel aufzeigen; und

Fig. 26a und 26b perspektivische Ansichten, die Fertigprodukte darstellen, welche mit den Vorrichtungen nach Fig. 25a und 25b hergestellt worden sind.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Vorrichtung zum Biegen und Formen eines flächigen Verbundwerkstoffs, d. h. eines Verbundwerkstoffs, der in Form einer Folie, eines Plättchens, einer Platte, eines Bandes, eines Streifens oder dergleichen vorliegt. Wie man Fig. 1 entnehmen kann, ist ein feststehendes oder stationäres Formwerkzeug 1 vorgesehen, das auf einem ge heizten Sockel, Unterbau oder Träger 2 angeordnet ist. Das Formwerkzeug 1 ist auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, um die Formgebung oder Formung eines kunststoff- oder kunstharzimprägnierten flächigen Verbundwerkstoffs 3 zu erleichtern, der noch beschrieben wird und bei dem es sich beispielsweise um einen sogenannten Prepreg handeln kann.

Wie es aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist das statio näre Formwerkzeug 1 mit einer Referenzformoberfläche 4 und mit Seitenformoberflächen 5 ver sehen, die sich zu beiden Seiten der Referenzformober fläche 4 nach unten erstrecken. Die Referenzformoberfläche 4 weist Berge 6a und Täler 6b auf, die einen wellenförmi gen Verlauf 6 bilden, und zwar mit einem derartigen Abschnitt in der Längsrichtung des Werkzeugs 1, daß die gemeinsamen Kanten 7 der Oberfläche 4 und der Oberflächen 5 bogenförmig verlaufen, wie es aus Fig. 2 hervorgeht.

Wie man es Fig. 1 und 3 entnehmen kann, ist ein Hilfs formwerkzeug 8 um den Außenumfang herum des stationären Formwerkzeugs 1 vorgesehen. Das Hilfsformwerkzeug 8 weist in seinem Mittenabschnitt eine Öffnung 8a auf, durch die sich das Formwerkzeug 1 erstrecken kann. Aus Fig. 1 geht hervor, daß das Hilfsformwerkzeug 8 ständig unter der Druckkraft einer Feder 9 in Aufwärtsrichtung gedrückt wird. Die Feder 9 ist zwischen dem Hilfsformwerkzeug 8 und dem Trägern 2 vorgesehen. Anstelle der Feder 9 kann man auch einen Hydraulikmechanismus 9a vorsehen, wie er beispiels weise in Fig. 1c dargestellt ist. Ein später noch be schriebenes Preßwerkzeug 10 kann von oben auf das Hilfs formwerkzeug 8 drücken, so daß sich das Werkzeug 8 absenkt und bei einer vorbestimmten Höhenposition zum Halten kommt. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Er findung bilden entweder die Feder 9 oder der Hydraulik mechanismus 9a einen Mechanismus zum Anheben und Absenken des Hilfsformwerkzeugs 8.

Wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, weist die obere Oberfläche oder Oberseite des Hilfsformwerkzeugs 8 Hilfsformstege oder Hilfsformrippen 11 auf, von denen jede eine nach oben gerichtete konvexe halbzylindrische Gestalt hat und mit einem der Berge 6a des Wellenverlaufes 6 ausgerichtet ist. Die Rippen 11 sind einstückig mit dem Hilfsformwerkzeug 8 ausgebildet und bewegen sich zusammen mit dem Werkzeug 8 nach oben bzw. nach unten.

Der vorimprägnierte flächige Verbundwerkstoff 3 ist aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt, der Lagen, Gitter oder Netze aus Fasern aufweist, und zwar aus einigen bis einigen zehn laminierten Schichten, und, wie es aus Fig. 4 hervorgeht, liegt der flächige Verbundwerkstoff in einer wellenförmigen Gestalt vor, die dem Wellenverlauf 6 entspricht. Der kunststoffimprägnierte Verbundflächenwerkstoff 3 wird auf die obere Oberfläche oder Oberseite des Formwerkzeugs 1 und des Hilfsformwerk zeugs 8 so gelegt, daß die Richtungen der Fasern mit den gemeinsamen Kanten 7 Winkel von näherungsweise 45° bilden. Der Verbundwerkstoff 3 wird dann zwischen den Formwerk zeugen 1 und 8 einerseits und dem Preßwerkzeug 10 anderer seits, das von der Oberseite her drückt, einem Formgebungs vorgang unterzogen.

Wie es aus Fig. 1a hervorgeht, ist das Preßwerkzeug 10 aus einem flexiblen, wärmestandfesten Gummisack 10a herge stellt, dessen Innenraum über eine Leitung oder ein Rohr 10d mit Druckluft 10b bei einer hohen Temperatur oder bei Raum temperatur gefüllt wird. Wie es aus Fig. 1b hervorgeht, kann das Preßwerkzeug 10 auch aus einem flexiblen, wärme standfesten flachen Sack 10c bestehen, dessen Innenraum Druckluft 10b bei einer hohen Temperatur oder Raumtempera tur zugeführt wird. Der Gummisack 10a dehnt sich aus oder schwillt an, wenn ihm die Druckluft 10b zugeführt wird, und er übt dabei einen nach unten gerichteten Druck auf den kunststoffimprägnierten Verbundflächenwerkstoff 3 aus. Die Preß- oder Druckkraft verursacht, daß der kunst stoffimprägnierte Verbundflächenwerkstoff 3 zunächst gegen die Referenzformoberfläche 4 gedrückt wird, wobei die Referenzoberfläche des kunststoffimprägnierten Verbund flächenwerkstoffs 3 gebildet wird. Bei ansteigendem Druck der Druckluft 10b werden die Endabschnitte des Verbund flächenwerkstoffs 3, die sich über die Seitenformoberflä chen 5 hinaus erstrecken, von oben vom Gummisack 10a ge drückt und von unten vom Hilfsformwerkzeug 8 gegengehalten. Gegen die Kraft der Feder 9 senkt sich dann das Hilfsform werkzeug 8 ab, so daß in dem Verbundflächenwerkstoff 3 die Seitenformoberflächen 5 Bördel oder Seitenteile ausbilden.

Fig. 5 zeigt ein auf diese Weise entstandenes Erzeug nis 12 mit Seitenteilen 12b und Extraabschnitten 12a unmittel bar im Anschluß an den oben beschriebenen Formgebungsvor gang, und Fig. 6 zeigt ein Fertigerzeugnis 13, nachdem die Extraabschnitte 12a entfernt worden sind.

Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens zum Biegen und Formgeben eines Verbundflächenwerkstoffs unter Verwen dung der oben beschriebenen Biege- und Formgebungsvorrich tung.

Zuerst wird der mattenförmige oder flächige kunst stoffimprägnierte Verbundwerkstoff 3, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, auf das Formwerkzeug 1 und das Hilfsformwerk zeug 8 gelegt, wie es Fig. 1 zeigt, und anschließend von oben mittels des Preßwerkzeugs 10 in der bereits zuvor beschriebenen Weise formgepreßt. Bei diesem Vorgang wird, wie es aus Fig. 7 und 8 hervorgeht, der kunststoffimprä gnierte Verbundflächenwerkstoff 3 in engen Kontakt mit der Oberseite der Hilfsformrippen 11 des Hilfsformwerkzeugs 8 und der Referenzformoberfläche 4 des Formwerkzeugs 1 gebracht, um an dem Werkstoff die Referenzoberfläche auszubilden.

Der Druck der Druckluft 10b im Luftsack 10a wird dann entweder weiter erhöht oder der Gegendruck der Feder 9 oder des Hydraulikmechanismus 9a wird mechanisch vermindert, so daß sich das Hilfsformwerkzeug 8 allmählich absenkt und die Seitenteile 12b mittels der Seiten formoberflächen 5 ausgebildet werden.

Während der Formgebung werden die Endabschnitte des Prepreg-Verbundwerkstoffs 3, die sich über die Seiten formoberflächen 5 hinaus erstrecken, von oben und von unten mittels des Preßwerkzeugs 10 bzw. der Hilfsformwerk zeugs 8 gehalten und dabei durch das Absenken des Hilfs formwerkzeugs 8 nach unten gezogen. Die Hilfsformrippen 11 auf dem Hilfsformwerkzeug 8 dienen dazu, die Abschnitte des Werkstoffs 3, die den Tälern 6b des Wellenverlaufes 6 ent sprechen, in Richtung auf die Hilfsformrippen 11 plastisch auszudehnen oder zu strecken. Die Folge davon ist, daß sich auf den Oberflächen der geformten Seitenteile 12b keine Knitter oder Falten bzw. Knitter- oder Faltlinien einstel len. Dies wird später noch im einzelnen beschrieben.

Sobald das Hilfsformwerkzeug 8 vollständig nach unten abgesenkt ist, wie es aus Fig. 10 hervorgeht, wird dem Innenraum des Luftsacks 10a Druckluft mit Raumtempera tur oder gekühlte Druckluft 10b zugeführt, um den Luft sack 10a und den kunststoffimprägnierten Verbundwerkstoff 3 zu kühlen. Ferner wird das Formwerkzeug 1 durch die Innenseite des Sockels oder Trägers 2 gekühlt.

Sobald der Verbundwerkstoff 3 hinreichend gekühlt ist, wird die durch das Preßwerkzeug 10 ausgeübte Preß- oder Druckkraft aufgehoben, und der Formgebungsvorgang ist beendet. Man erhält dann das in Fig. 5 dargestellte Er zeugnis. Die unteren Enden der Seitenteile 12b werden dann abgeschnitten, wobei das in Fig. 6 dargestellte Fertig erzeugnis erhalten wird.

Es folgt jetzt eine Beschreibung, die sich mit der Entstehung von Knitter- und Faltlinien befaßt.

Die Fasern des Prepreg-Verbundflächenwerkstoffs 3 sind gemäß einem in Fig. 11 dargestellten Maschen-, Netz- oder Gittermuster aufeinandergeschichtet bzw. laminiert, so daß sich der kunststoffimprägnierte Verbundflächen werkstoff 3 nicht in den Richtungen ausdehnen kann, die durch Pfeile P und Q angezeigt sind, weil die Fasern keine Elastizität haben. Wird der kunststoffimprägnierte Verbund flächenwerkstoff 3 in Richtungen gezogen, die in Fig. 12 mit Pfeilen X und Y eingezeichnet sind, verändert sich das in Fig. 12 mit voll ausgezogenen Linien eingezeichnete quadratische Maschenmuster des Verbundflächenwerkstoffs 3 in ein rautenförmiges Muster, das mit strichpunktierten Linien in Fig. 13 eingezeichnet ist, und man gewinnt den Eindruck, als hätten sich die Fasern selbst gestreckt.

Wenn der Prepreg-Verbundflächenwerkstoff 3 in die in Fig. 14 dargestellte Gestalt oder Form gebracht worden ist und man die Länge der Referenzoberfläche 20 mit A₁, sowie die Länge der Seitenoberflächen 21 mit A₂ bezeich net, dann ist die Referenzoberfläche 20 um ein durch den wellenförmigen Verlauf 6 verursachtes Ausmaß länger, so daß

A₁<A₂ (1)

Wenn daher der Formgebungsvorgang ohne weiteres in einfacher Weise durchgeführt wird, tritt in den Seiten oberflächen 21 überschüssiger Werkstoff auf, und zwar in einer Menge, die der Differenz A₃ zwischen A₁ und A₂ entspricht (A₃= A₁-A₂), so daß Knitter, Falten und Linien 22 auftreten, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Die Knitter, Falten und Linien 22 erscheinen in Abschnit ten der Seitenoberflächen 21, die den Tälern 6b des Wellenverlaufes 6 entsprechen.

Es folgt eine weitere diesbezügliche Erläuterung. Es sei unterstellt, daß der kunststoffimprägnierte Verbundflächenwerkstoff 3 in einer flachen Ebene laminiert ist und Gitterlinien mit gleichem Abstand hat, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Ferner sei unterstellt, daß bei der Ausbildung der Referenzoberfläche 20 eine in Fig. 16 dargestellte Gitterlinie A-B mit der Mittellinie der Höhe jedes Berges 6a ausgerichtet ist, wie es Fig. 17 zeigt, und daß in diesem Zustand die Seitenoberflächen 21 ausgebildet werden.

Unter der Annahme, daß die Richtung von 90°, wie in Fig. 16 eingezeichnet, geradewegs nach unten gebogen wird, um die Formgebung ohne eine Änderung in der Fläche vorzu nehmen, die durch Linien definiert ist, welche die Punkte A, B, C und D miteinander verbinden, dann würden die Seiten oberflächen 21 so erscheinen, wie es in Fig. 18 dargestellt ist.

In Wirklichkeit kann sich aber die Länge der Faser A-C in der -45°-Richtung (Fig. 16) nicht verlängern in der in Fig. 18 angegebenen Richtung. Wenn daher die Länge jeder der Fasern in der -45°-Richtung ersetzt wird durch die tatsächliche Länge, dann erhält man das in Fig. 19 dargestellte Ergebnis mit A′-B′-C′-D′. Hier sieht man, daß die Dichte der Fasern C′-D′ in der -90°-Richtung relativ groß ist, und zwar im Vergleich zu derjenigen der Fasern C-D im Talabschnitt nach Fig. 18. Dies bedeutet, daß die Fasern konzentrierter sind. Die Knitter, Falten und Linien 22 treten auf, wenn die Faserdichte übermäßig wird.

Es ist daher erforderlich, die Fasern in der ± 45°- Richtung auszubreiten, um das Auftreten von Knitter, Falten und Linien 22 zu vermeiden. Ein ausschließliches Ziehen in der 90°-Richtung (d. h. geradewegs nach unten) ist nicht erwünscht, da dann in der ± 45°-Richtung in der Nachbarschaft der Seitenecken R (Fig. 14) der Täler 6b Knitter erscheinen.

Fig. 20 zeigt das Legen der Fasern in der ± 45°-Rich tung, wenn die Fasern gemäß dem obigen Verfahren ausge breitet werden. Dies ist die gleiche Situation wie bei einem manuellen Legen für eine Formgebung ohne Knitter.

Unter Bezugnahme auf das Obige, können zwei Verfahren in Betracht gezogen werden, die die Erzeugung von Knitter, Falten und Linien 22 in den Seitenoberflächen 21 verhin dern.

Das erste Verfahren besteht darin, die Abschnitte des kunststoffimprägnierten Verbundflächenwerkstoffs 3 in den Tälern 6b in der ± 45°-Richtung auszubreiten und sie auf das Formwerkzeug zu drücken, und das zweite Ver fahren besteht darin, die Fasern in den Tälern 6b in der ± 45°-Richtung vor der Bildung der Berge 6a auszubreiten.

Eine Möglichkeit zur Realisierung des ersten Ver fahrens könnte es sein, den kunststoffimprägnierten Verbundflächenwerkstoff 3 zu klemmen und ihn mechanisch zu ziehen. Bei einem manuellen Legen werden anstelle der Klemmen Hände benutzt, so daß ein beliebiges Ziehen durch geführt werden kann, es ist jedoch äußerst schwierig und unpraktisch, in eine Formgebungsmaschine einen Klemmechanismus mit einer äquivalenten Funktion einzubeziehen.

Andererseits ist ein mögliches Mittel zum Realisieren der zweiten Methode die Verwendung des Hilfsformwerkzeugs 8, wie bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Hilfswerkzeug 8 auf seiner Oberseite Hilfsform rippen 11 hat, die gewisse Bedingungen erfüllen. So ist in Fig. 21 die Länge der Oberfläche des Wellenverlaufes 6 zwischen den Spitzen P₁ und P₂ der Berge 6a, d. h. die Länge der gemeinsamen Kante 7, mit a angegeben, und die entsprechende Länge der Oberfläche der Hilfsformrippen 11 ist mit b angegeben. Die Hilfsformrippen 11 sind dann so ausgelegt, daß

ab (2)

Wenn dann der kunststoffimprägnierte Verbundflächen werkstoff 3 geformt wird, wie es in Fig. 22 und 23 darge stellt ist, wird der Werkstoff 3 in den Abschnitten der Täler 6b in Richtung auf die unteren Abschnitte zwischen den Hilfsformrippen 11 gezogen, so daß die gleichen Wir kungen wie bei einem manuellen Legen erhalten werden.

Fig. 24 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbei spiel. Anstelle der Hilfsformrippen 11 und der Hilfsformwerkzeugs 8 des ersten Ausführungsbeispiels werden hier bandförmig gestaltete Hilfsformteile 28 verwendet. Jedes Teil 28 hat in integrierter oder zusammenhängender Ausbildung Formrücken, Formstege oder Formrippen 27 und ist an einer Hilfsformplatte 29 befestigt.

In diesem Fall kann man die gleiche Wirkung wie diejenige erzielen, die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, sofern die in Fig. 21 aufgezeigte Beziehung erfüllt ist.

Fig. 25a und 25b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die gemeinsame Kante 7 zwischen der Referenzformoberfläche 4 und den Seitenformoberflächen 5 des Formwerkzeugs 1 eine konvexe oder konkave Kurve. Unter Verwendung der Biege- und Formgebungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhält man Fertigerzeugnisse 12A und 12B, wie in Fig. 26a und 26b dargestellt, ohne die Ausbildung von Knitter, Falten oder Linien.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Hilfsformrippen 32 auf der oberen Oberfläche des Hilfsformwerkzeugs 8 vorgesehen, um die Längsenden der Fertigprodukte 12A und12B zu veranlassen, sich unter Bildung eines Kastens zu schließen.

Wie es oben beschrieben worden ist, wird gemäß dem Verfahren ein kunststoffimprägnierter Verbundflächenwerkstoff so plaziert, daß die Richtungen der Fasern bezüglich der gemeinsamen Kante zwischen der Referenzformoberfläche und den Seitenformoberflächen des Formwerkzeugs unter einem Winkel von etwa 45° verlaufen, und der Verbundwerkstoff wird dadurch geformt, daß er auf die obere Oberfläche des stationären Formwerkzeugs und des Hilfsformwerkzeugs mit Hilfe des Preßwerkzeugs gedrückt wird. Dann wird das Hilfswerkzeug abgesenkt, wobei die Seitenabschnitte des kunststoffimprägnierten Verbundflächenwerkstoffs zwischen dem Preßwerkzeug und dem Hilfsformwerkzeug festgehalten werden. Der Verbundflächenwerkstoff wird daher hinreichend eng und dicht bei den Seitenform oberflächen des Formwerkzeugs gehalten und wird gebogen und geformt, während die Hilfsformrippen den Verbund flächenwerkstoff ziehen, so daß keine Schlaffstellen im Werkstoff auftreten, wodurch die Ausbildung von Knit ter, Falten und Linien vermieden wird, und zwar selbst dann, wenn die gemeinsamen Kanten zwischen der Referenz oberfläche und den Seitenoberflächen gekrümmt sind.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist die Oberflächenstrecke oder Oberflächenlänge in einem vor bestimmten Bereich der Hilfsformrippen des Hilfsformwerk zeugs gleich oder größer als die Länge oder Strecke der gemeinsamen Kanten zwischen der Referenzoberfläche und den Seitenoberflächen des Formwerkzeugs. Auf diese Weise ist es möglich, das Biegen und Formen eines Verbund flächenwerkstoffs in einer solchen Weise vorzunehmen, daß keine Knitter, Falten oder Linien in dem Erzeugnis auf treten, selbst wenn die Referenzoberfläche wellenförmig ist.

Claims

1. Verfahren zum Biegen und Formen eines aus laminierten Lagen unelastischer Fasern hergestellten flächigen Verbundwerk stoffs in ein einen U-förmigen Querschnitt aufweisendes Erzeugnis, das eine Referenzoberfläche und ein Paar Seitenoberflächen hat, die längs einander gegenüberlie gender gekrümmter Kanten der Referenzoberfläche abgewin kelt sind, bei dem der flächige Verbundwerkstoff auf einem stationären Formwerkzeug, das eine obere Referenz formoberfläche und Seitenformoberflächen hat, die aus gehend von einander gegenüberliegenden gekrümmten Kanten der Referenzformoberfläche sich nach unten erstrecken, und einem nach unten verschiebbaren Hilfsformwerkzeug, das das stationäre Formwerkzeug umgibt und nach oben gebauchte Hilfsformrippen auf seiner Oberseite aufweist, plaziert wird, wobei die Fasern des flächigen Verbund werkstoffs in bezug auf die Kanten der Referenzformober fläche einen Winkel von etwa 45° bilden, und bei dem dann der flächige Verbundwerkstoff durch ein aufweitbares elastisches Preßwerkzeug nach unten gegen das stationäre Formwerkzeug und das Hilfsformwerkzeug gedrückt wird, wobei beim weiteren Nachuntenbewegen des elastischen Preß werkzeugs in bezug auf das stationäre Formwerkzeug das Hilfsformwerkzeug nach unten verschoben wird und dabei die über die Referenzformoberfläche hinausragenden Außen teile des flächigen Verbundwerkstoffs zwischen dem Preß werkzeug und dem Hilfswerkzeug gehalten werden und dabei die Seitenoberflächen des Erzeugnisses ausgebildet werden.

2. Vorrichtung zum Biegen und Formen eines aus laminier ten Lagen unelastischer Fasern hergestellten flächigen Verbundwerkstoffs in ein einen U-förmigen Querschnitt aufweisendes Erzeugnis, das eine Referenzoberfläche und ein Paar Seitenoberflächen hat, die längs einander gegen überliegender gekrümmter Kanten der Referenzoberfläche abgewinkelt sind, welche Vorrichtung enthält: ein stationäres Formwerkzeug mit einer oberen Referenzformober fläche und Seitenformoberflächen, die auf einander gegenüberliegenden gekrümmten Kanten der Referenzform oberfläche sich nach unten erstrecken, ein aufweitbares elastisches Preßwerkzeug, das oberhalb des stationären Formwerkzeugs angeordnet ist und nach unten gegen das stationäre Formwerkzeug bewegbar ist, um die Referenz oberfläche des Erzeugnisses unter Anlage an die Referenz formoberfläche des stationären Formwerkzeugs und die Seitenoberflächen des Erzeugnisses unter Anlage an die Seitenformoberflächen des stationären Formwerkzeugs aus zubilden, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hilfsformwerkzeug (8) vorgesehen ist, das das stationäre Formwerkzeug (1) umgibt und nach oben konvexe Hilfsformrippen (11) an seiner Oberseite aufweist, die angrenzend an die Kanten (7) des stationären Formwerkzeugs angeordnet sind und von diesen Kanten wegragen, wobei das Hilfsformwerkzeug (8) gegen eine elastische Kraft nach unten bewegbar ist, und
daß das elastische Preßwerkzeug (10) derart ausge bildet ist, daß es beim Nachuntenbewegen gegen das statio näre Formwerkzeug (1) auch gegen das Hilfsformwerkzeug (8) drückt und dadurch die über die Referenzformoberfläche (4) hinausragenden Außenteile des flächigen Verbundwerkstoffs (3) fest zwischen dem elastischen Preßwerkzeug (10) und dem Hilfsformwerkzeug (8) gehalten werden, wenn sich das elastische Preßwerkzeug (10) und das Hilfsformwerkzeug (8) in bezug auf das stationäre Formwerkzeug (1) nach unten bewegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzformoberfläche (4) wellenförmig ist und daß der Ziehvorgang von Tälern (6b) der wellenförmigen Oberfläche in Richtung auf tieferliegende Abschnitte zwischen benachbarten Hilfsformrippen (11) unter Ausbil dung einer wellenförmigen Referenzoberfläche und ebener Seitenoberflächen (12b) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß die Referenzformoberfläche (4) eben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsformrippen (11) auf dem Hilfsformwerkzeug (8) jeweils ausgerichtet sind mit den Bergen (6a) und zwischen sich Täler (6b) begrenzen, die ebenfalls jeweils mit den Tälern (6b) des wellenförmigen Verlaufs der Referenzform oberfläche (4) ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsformrippen (11) auf einem Band (28) ausgebil det sind, das an dem Hilfsformwerkzeug (29) fest ange bracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsformrippen (11) und die Täler dazwischen be züglich ihrer Gesamtoberflächenstrecke im Bereich eines Schrittes eine Länge (b) haben, die gleich oder größer als die Länge (a) der Gesamtoberflächenstrecke des wellen förmigen Verlaufes in einem entsprechenden Schrittbereich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der entgegengesetzten Kanten (7) eine nach außen gerichtete Konvexform aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der entgegengesetzten Kanten (7) eine nach innen gerichtete Konvexform aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsformwerkzeug (8) mittels einer Schrauben feder (9) federnd nach oben drückbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsformwerkzeug (8) zwischen einer Hydraulik zylinder- und Kolbenanordnung (9a) von unten her abstütz bar ist.