WO2011069607A1 - Verfahren zur herstellung eines faserverstärkten kunststoff - hohlprofils und das hergestellte profil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines faserverstärkten kunststoff - hohlprofils und das hergestellte profil Download PDF

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Ralf Sander
Peter Michel
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic hollow profile.
  • Fiber-reinforced plastic profiles are becoming increasingly important in practice. This is particularly related to the fact that the weight of components which are used for example in the automotive or aircraft industry, plays a very important role against the background of the required reduction of C0 2 emissions.
  • Plastic profiles are distinguished from metal components, for example made of steel, by a much lower weight. To ensure a comparable mechanical strength of these plastic components, the plastic profiles are often provided with a fiber reinforcement.
  • DE 107 47 021 B4 discloses a method for injection molding endlessly fiber-reinforced hollow bodies.
  • tubular braids are positioned and fixed in an injection mold, so that the braids are flowed through from the inside of the plastic melt in the injection mold during injection of the plastic melt.
  • Another known manufacturing method for fiber-reinforced plastic profiles in a thermoplastic matrix is pultrusion. In this case, adjacent reinforcing fibers are pulled through a Pultrusionsdüse and soaked with synthetic resin.
  • a disadvantage of this method is that only one fiber orientation can be realized in the profile longitudinal direction.
  • the manufacturing process is started with the extrusion of a thermoplastic pipe.
  • This pipe is unidirectionally reinforced as it is withdrawn from the extruder nozzle by drawing in a longitudinal roving.
  • the extruded tube is used as a winding core, fiber layers with a targeted fiber orientation being applied to the tube in a winding station.
  • the dry-wound tube is drawn into a heating area and radially expanded there in the heated state by an expanding mandrel. In this area, the actual impregnation and compaction of the layers takes place. This process is very complex.
  • injection molding special processes in which the assembly injection molding is combined with the fluid injection technique by injection molding.
  • preheated tissue by-products are preformed by the melt pressure and further deformed in the same cycle by means of fluid injection technique and finally consolidated by the heat dissipation.
  • the invention has for its object to provide a method which allows the fast and cost-effective production of a mechanically highly resilient, fiber-reinforced plastic hollow profile.
  • the object is achieved according to the invention by a method for blow-molding a fiber-reinforced plastic hollow profile
  • this plastic tube is introduced into a reinforcing fibers containing reinforcing tube, wherein, as part of a blow molding process, the plastic hose is inflated and thereby pressed against the inner surface of the reinforcing hose; and during the blow molding process, the plastic and reinforcing hose are pressed together against the inner wall of a blow molding tool, thereby forming the fiber reinforced plastic hollow profile ,
  • an intimate connection between the inner plastic hose and the surrounding reinforcing hose can be produced in a very simple manner by means of a blow molding process. Due to the internal pressure present in the plastic tube in the blow molding process, material of the plastic tube, which is still in the melt state, penetrates into the tissue structure of the reinforcing tube, so that an intimate connection of the two tubes arises. In the context of the invention, of course, this is also true that the reinforcing tube is completely penetrated by material of the plastic tube. The blowing process not only brings about the shaping of the finished component but at the same time brings about a consolidation of the plastic tube still in the melt state and the reinforcing tube. Overall, the method according to the invention thus permits the production of a mechanically highly loadable and nevertheless very light profile in a quick and thus cost-effective manner.
  • a reinforcing hose a hose or a
  • the reinforcing tube may contain mineral (in particular glass) and / or carbon and / or aramid fibers, in particular in endless form.
  • the tubular braid or the tubular fabric is made of, in particular endless, mineral (especially glass) and / or carbon and / or aramid fibers.
  • the reinforcing tube may for example be constructed of unidirectionally aligned in the tube axis direction, preferably endless, reinforcing fibers, which are held together by transversely arranged, preferably elastomeric bands.
  • the reinforcing tube advantageously has a pronounced flexibility during the blow-molding process, so that the reinforcing tube can adapt very precisely to the shape of the blow-molding tool.
  • the reinforcing fibers are interwoven and intertwined several times along the circumference of the reinforcing tube, so that the individual endless reinforcing fibers extend helically.
  • a sustainable reinforcement of the fiber-reinforced plastic hollow profile is ensured transversely to the profile longitudinal direction, so that in particular a high torsional stiffness is present.
  • the reinforcing tube may additionally contain, in particular endless, plastic fibers. These plastic fibers expediently melt at least partially during the blow-molding process and the concomitant consolidation of reinforcing tube and plastic tube, thereby facilitating this consolidation.
  • polypropylene PP
  • polyamide PA
  • polyetherimide PEI
  • polyphenylene sulfide PPS
  • polyetheretherketone PEEK
  • the plastic tube consists of one of the aforementioned polymers or a mixture of at least two of the aforementioned polymers.
  • the blow molding process according to the invention is carried out at a blow molding pressure of 2 to 100 bar, preferably 5 to 50 bar, particularly preferably 10 to 30 bar.
  • the pressure is thus much lower than is usual, for example, in an injection molding process.
  • a high-pressure blowing process e.g. at a pressure of 100 to 500 bar, preferably 200 to 400 bar.
  • the reinforcing tube before the blow molding process is additionally surrounded by an outer plastic tube, which is pressed against the inner wall of the blow molding tool during the blow molding together with the plastic and the reinforcing tube.
  • this outer plastic tube is produced via an extrusion process.
  • the three-layer composite produced by this method allows in a simple manner a complete embedding of the reinforcing tube in a matrix formed by plastic tube and outer plastic tube.
  • materials for the outer plastic tube the materials already mentioned with respect to the plastic tube can be used.
  • plastic hose and outer plastic hose can be made of the same material.
  • the components produced by the method according to the invention can be used in a variety of ways.
  • the fiber-reinforced plastic hollow profile can be designed in particular as a component for crash management systems (CMS) in motor vehicles, as a load-bearing component of a motor vehicle body system or generally as a motor vehicle structural component.
  • CMS crash management systems
  • the fiber-reinforced plastic hollow profile produced by the method according to the invention may be formed as an aircraft structural component.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of components for means of transport, which in addition to motor vehicles and aircraft in particular also includes railroad and shipbuilding etc.
  • the application possibilities of the plastic hollow profile produced by the method according to the invention are not limited to these applications, so that according to claim 10, fiber-reinforced plastic hollow profiles produced quite generally with the method according to the invention are protected.
  • Fig. 1 shows an inventive method for producing a fiber-reinforced
  • Fig. 2 shows an alternative inventive manufacturing method
  • Fig. 3 is a fragmentary view of a reinforcing tube used in a manufacturing method according to the invention.
  • 1 shows a method for blow molding a fiber-reinforced plastic hollow profile 1.
  • a thermoplastic plastic tube 2 is first produced by means of an extrusion process.
  • This hose 2 can be produced continuously or discontinuously and is in a hot, moldable state due to the subsequent blow molding process.
  • the designated also as a preform plastic hose 2 is usually made in a flanged tool 3 and ejected down.
  • the material thickness in the tube 2 is regulated according to the shape of the finished plastic hollow section 1.
  • this plastic tube 2 is introduced into a reinforcing tube 5 containing reinforcing fibers 4.
  • a mandrel enters the plastic tube 2 from above or below.
  • two-part blow mold 6 moves to and covers the two hoses 2,5 together with the mandrel.
  • the plastic tube 2 is inflated and thereby pressed against the inner surface of the reinforcing tube 5.
  • compressed air see the arrow in the middle illustration of FIG. 1 is pressed into the plastic tube 2 by the mandrel and thereby the plastic and reinforcing tubes 2, 5 together against the inner wall of the blow mold 6 pressed, whereby the shaping of the fiber-reinforced plastic hollow profile 1 takes place.
  • the plastic tube 2 is cooled.
  • the plastic thus adapts to the predetermined shape and becomes firm, the melt of the plastic tube 2 at least partially penetrating or even penetrating the open structure of the reinforcing tube 5 due to the internal pressure, thus bringing about a consolidation of plastic tube 2 and reinforcing tube 5.
  • the device shown in FIG. 1 for carrying out the method according to the invention has a fixing device, not shown, for fixing the reinforcing tube 5 during the introduction of the plastic tube 2 and the subsequent blow molding process.
  • a fixing device for fixing the reinforcing tube 5 during the introduction of the plastic tube 2 and the subsequent blow molding process.
  • the blow molding method according to the invention has the advantage over injection molding that hollow parts can be produced in a simple manner and also undercuts without a slide can be produced to a limited extent.
  • a variation of the wall thickness is directly compared to the injection molding in the blow molding process possible.
  • the reinforcing tube 5 which has a hybrid character, that is, for example, contains endless glass and carbon fibers 4. It is also within the scope of the invention that, as shown in FIG. 3, the reinforcing tube 5 is constructed of reinforcing fibers 4 aligned unidirectionally in the tube axis direction x, which are held together by elastomeric bands 7 arranged transversely thereto. Alternatively, an intimate interweaving or interlacing of the endless reinforcing fibers according to FIGS. 1 and 2 ensures in particular a high torsional rigidity of the finished plastic hollow profile 1.
  • the reinforcing tube 5 In addition to the glass and carbon fibers 4, the reinforcing tube 5 according to FIG Plastic fibers 4 '. These plastic fibers 4 'melt at least partially during the blow molding process due to the pressed, hot melt of the plastic hose 2 and thereby facilitate the consolidation of reinforcing hose 2 and plastic hose 5.
  • the plastic hose shown in FIG. 1 consists of PP, PA, PEI, PPS or PEEK, or else a mixture of at least two of these polymers.
  • the blow molding process is carried out at a pressure of 5 to 50 bar, preferably 10 to 30 bar.
  • the reinforcing tube 2 before the blow molding process is additionally surrounded by an outer plastic tube 8 produced by means of a further extrusion tool 3 'which, during the blow molding process, cooperates with the plastic and reinforcing tubes 2, 5 the inner wall of the blow mold tool 6 is pressed.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Blasformen eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils, wobei ein Kunststoffschlauch hergestellt wird, dieser Kunststoffschlauch in einen Verstärkungsfasern enthaltenden Verstärkungsschlauch eingebracht wird, im Rahmen eines Blasformvorgangs der Kunststoffschlauch aufgeblasen und hierbei gegen die innere Oberfläche des Verstärkungsschlauchs gepresst wird, wobei während des Blasformvorgangs der Kunststoff- und der Verstärkungsschlauch gemeinsam gegen die innere Wandung eines Blasform-Werkzeugs gedrückt werden und hierdurch die Formgebung des faserverstärkten Kunststoff-Profils erfolgt. Gegenstand der Erfindung ist auch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kunststoff-Hohlprofil (1).

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FASERVERSTÄRKTEN
KUNSTSTOFF - HOHLPROFILS UND DAS
HERGESTELLTE PROFIL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff- Hohlprofils.
Faserverstärkte Kunststoffprofile gewinnen in der Praxis immer mehr an Bedeutung. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass das Gewicht von Bauteilen, welche beispielsweise in der Kraftfahrzeug- oder Flugzeugindustrie eingesetzt werden, vor dem Hintergrund der geforderten Reduzierung des C02-Ausstoßes eine sehr große Rolle spielt. Kunststoffprofile zeichnen sich gegenüber Metallbauteilen, beispielsweise aus Stahl, durch ein wesentlich niedrigeres Gewicht aus. Um eine vergleichbare mechanische Belastbarkeit dieser Kunststoff-Bauteile zu gewährleisten, werden die Kunststoffprofile häufig mit einer Faserverstärkung versehen.
So ist beispielsweise aus der DE 107 47 021 B4 ein Verfahren zum Spritzgießen endlos faserverstärkter Hohlkörper bekannt. Bei diesem Verfahren werden Schlauchgeflechte in einem Spritzgusswerkzeug positioniert und fixiert, so dass im Spritzgusswerkzeug bei einer Injektion der Kunststoffschmelze die Geflechte von innen von der Kunststoffschmelze durchströmt werden. Ein derartiges Verfahren verursacht jedoch vergleichsweise hohe Werkzeugkosten, da das Spritzgießen bei hohen Drücken durchgeführt werden muss. Ein weiteres bekanntes Fertigungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffprofile in einer thermoplastischen Matrix ist die Pultrusion. Hierbei werden nebeneinander liegende Verstärkungsfasern durch eine Pultrusionsdüse gezogen und dabei mit Kunstharz getränkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass nur eine Faserorientierung in Profillängsrichtung realisiert werden kann. Entsprechend sind solche Bauteile z.B. für höhere Torsionsbean- spruchungen ungeeignet. Beim Profil-Armierungsziehen wird das Herstellungsverfahren mit der Extrusion eines thermoplastischen Rohres begonnen. Dieses Rohr wird schon beim Abziehen aus der Extru- sionsdüse durch Einziehen eines Rovings in Längsrichtung unidirektional verstärkt. In einem zweiten Schritt wird das extrudierte Rohr als Wickelkern benutzt, wobei in einer Wi- ckelstation Faserschichten mit gezielter Faserorientierung auf das Rohr aufgebracht werden. Im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses wird das trocken bewickelte Rohr in einen Heizbereich gezogen und dort im aufgeheizten Zustand durch einen Aufweitdorn radial aufgeweitet. In diesem Bereich findet die eigentliche Tränkung und Kompaktierung der Schichten statt. Auch dieses Verfahren ist sehr aufwändig.
Bekannt sind auch Spritzgieß-Sonderverfahren, bei denen das Montagespritzgießen mit der Fluidinjektionstechnik im Spritzgießverfahren kombiniert wird. Hierbei werden vorgewärmte Gewebehalbzeuge durch den Schmelzdruck vorgeformt und im selben Zyklus mittels Fluidinjektionstechnik weiter verformt und schließlich durch die Wärmeabfuhr konsolidiert.
Nachteilig hier sind beispielsweise die hohen Kosten der Ausgangswerkstoffe sowie die mit dem Verfahren einhergehenden Beschränkungen hinsichtlich der realisierbaren Profilgeometrien.
Beim GIT-Blow-Verfahren wird ein mittels eines gewöhnlichen Spritzgießprozesses durch Gasinjektion erzeugter Hohlraum in einem zweiten Schritt aufgeblasen. Die Herstellung von komplex geformten Kunststoff-Hohlkörpern ist mit dieser Technologie allerdings vergleichsweise aufwändig, da hierbei verschiedene Komponenten zu einer Baugruppe zusammengefügt werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die schnelle und kostengünstige Herstellung eines mechanisch hoch belastbaren, faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Blasformen eines fa- serverstärkten Kunststoff-Hohlprofils,
- wobei mit Hilfe eines Extrusionsverfahrens ein Kunststoffschlauch hergestellt wird,
- wobei dieser Kunststoffschlauch in einen Verstärkungsfasern enthaltenden Verstärkungsschlauch eingebracht wird, - wobei im Rahmen eines Blasformvorgangs der Kunststoffschlauch aufgeblasen und hierbei gegen die innere Oberfläche des Verstärkungsschlauchs gepresst wird und - wobei während des Blasformvorgangs der Kunststoff- und der Verstärkungsschlauch gemeinsam gegen die innere Wandung eines Blasformwerkzeugs gedrückt werden und hierdurch die Formgebung des faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils erfolgt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mittels eines Blasformvorgangs auf sehr einfache Art und Weise eine innige Verbindung zwischen dem innen liegenden Kunststoffschlauch und dem umgebenden Verstärkungsschlauch hergestellt werden kann. Aufgrund des beim Blasformvorgang im Kunststoffschlauch vorliegenden Innendrucks dringt Material des noch im Schmelzezustand befindlichen Kunststoffschlauchs in die Gewebestruktur des Verstärkungsschlauchs ein, so dass eine innige Verbindung der beiden Schläuche entsteht. Im Rahmen der Erfindung liegt hierbei natürlich auch, dass der Verstärkungsschlauch von Material des Kunststoffschlauchs vollständig durchdrungen wird. Durch den Blasvorgang wird nicht nur die Formgebung des fertigen Bauteils bewirkt, sondern gleichzeitig eine Konsolidierung von noch im Schmelzezustand befindlichen Kunststoffschlauch und dem Verstärkungsschlauch herbeigeführt. Insgesamt erlaubt somit das erfindungsgemäße Verfah- ren auf schnelle und somit kostengünstige Weise die Herstellung eines mechanisch hoch belastbaren und dennoch sehr leichten Profils.
Zweckmäßigerweise wird als Verstärkungsschlauch ein Schlauchgeflecht oder ein
Schlauchgewebe verwendet. Der Verstärkungsschlauch kann Mineral- (insbesondere Glas-) und/oder Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern enthalten, insbesondere in endloser Form. Vorzugsweise besteht das Schlauchgeflecht bzw. das Schlauchgewebe aus, insbesondere endlosen, Mineral- (insbesondere Glas-) und/oder Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern. Der Verstärkungsschlauch kann beispielsweise aus unidirektional in Schlauchachsenrichtung ausgerichteten, vorzugsweise endlosen, Verstärkungsfasern aufgebaut sein, die durch quer dazu angeordnete, vorzugsweise elastomere Bänder zusammengehalten werden. Hierdurch weist der Verstärkungsschlauch vorteilhaft eine während des Blasformvorganges ausgeprägte Flexibilität auf, so dass sich der Verstärkungsschlauch sehr genau an die Form des Blasformwerkzeuges anpassen kann. Im Rahmen der Erfindung liegt es selbstverständlich aber auch, dass die Verstärkungsfasern entlang des Umfangs des Verstärkungsschlauchs mehrfach miteinander verwoben bzw. verflochten sind, so dass die einzelnen endlosen Verstärkungsfasern helixförmig verlaufen. Hierdurch ist eine nachhaltige Verstärkung des faserverstärkten Kunststoff-Hohl- profils quer zur Profillängsrichtung gewährleistet, so dass insbesondere eine hohe Tor- sionssteifigkeit vorliegt.
Der Verstärkungsschlauch kann zusätzlich auch, insbesondere endlose, Kunststofffasern enthalten. Diese Kunststofffasern schmelzen zweckmäßigerweise während des Blasform- Vorganges und der damit gleichzeitig einhergehenden Konsolidierung von Verstärkungsschlauch und Kunststoffschlauch zumindest teilweise auf und erleichtern hierdurch diese Konsolidierung.
Zweckmäßigerweise wird als Basispolymer für den Kunststoffschlauch Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK) oder eine Mischung mindestens zweier dieser Polymere verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es selbstverständlich auch, dass der Kunststoffschlauch aus einem der vorgenannten Polymere bzw. einer Mischung mindestens zweier der vorgenannten Polymere besteht.
Zweckmäßigerweise wird der erfindungsgemäße Blasformvorgang bei einem Blasformdruck von 2 bis 100 bar, vorzugsweise 5 bis 50 bar, besonders bevorzugt 10 bis 30 bar durchgeführt. Der Druck ist somit wesentlich niedriger, als er beispielsweise bei einem Spritzgussvorgang üblich ist. Denkbar ist aber auch ein Hochdruck-Blasvorgang, z.B. bei einem Druck von 100 bis 500 bar, vorzugsweise 200 bis 400 bar.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass der Verstärkungsschlauch vor dem Blasformvorgang zusätzlich von einem Außenkunststoffschlauch umgeben wird, der während des Blasformvorgangs gemeinsam mit dem Kunststoff- und dem Verstärkungsschlauch gegen die innere Wandung des Blasformwerkzeugs gedrückt wird. Vorzugsweise wird auch dieser Außenkunststoffschlauch über einen Extrusionsprozess hergestellt. Der mit diesem Verfahren hergestellte dreischichtige Verbund erlaubt auf einfache Art und Weise eine vollständige Einbettung des Verstärkungsschlauches in eine von Kunststoffschlauch und Außenkunststoffschlauch gebildete Matrix. Als Materialien für den Außenkunststoffschlauch können die bereits bezüglich des Kunst- stoffschlauchs genannten Materialien eingesetzt werden. Insbesondere können Kunststoffschlauch und Außenkunststoffschlauch aus demselben Material bestehen. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile können in vielfältiger Art und Weise eingesetzt werden. So kann das faserverstärkte Kunststoff-Hohlprofil insbesondere als Bauteil für Crashmanagementsysteme (CMS) in Kraftfahrzeugen, als tragendes Bauteil eines Kraftfahrzeug-Karosseriesystems oder allgemein als Kraftfahrzeug-Strukturbauteil ausgebildet sein. Hierbei können im Einzelnen als Kfz-Anwendungen Querträger, Dachträger, Space Frames, insbesondere auch Space Frame-Strukturen, Frontendträger, Türelemente, insbesondere Türrahmenelemente, aber auch Integralsitze wie Vorder- und Rücksitze von Kraftfahrzeugen im Allgemeinen genannt werden. Alternativ hierzu kann das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte faserverstärkte Kunststoff-Hohlprofil als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet sein. Ganz allgemein ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung von Bauteilen für Transportmittel geeignet, welche neben Kraftfahrzeugen und Flugzeugen insbesondere auch den Eisenbahn- sowie den Schiffsbau etc. umfasst. Selbstverständlich sind die Anwendungsmöglichkeiten des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoff-Hohlprofils aber nicht auf diese Anwendungen beschränkt, so dass gemäß Anspruch 10 ganz allgemein mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellte faserverstärkte Kunststoff-Hohlprofile unter Schutz gestellt sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Kunststoff-Hohlprofils
Fig. 2 ein alternatives erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren und
Fig. 3 eine ausschnittsweise Darstellung eines bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verwendeten Verstärkungsschlauches. Die Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Blasformen eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils 1. Hierbei wird zunächst mit Hilfe eines Extrusionsverfahrens ein thermoplastischer Kunststoffschlauch 2 hergestellt. Dieser Schlauch 2 kann kontinuierlich oder aber auch diskontinuierlich hergestellt werden und befindet sich aufgrund des nachfolgenden Blas- formvorgangs in einem heißen, formbaren Zustand. Der auch als Vorformling bezeichnete Kunststoffschlauch 2 wird in der Regel in einem angeflanschten Werkzeug 3 hergestellt und nach unten ausgestoßen. Die Materialstärke im Schlauch 2 wird dabei entsprechend der Form des fertigen Kunststoff-Hohlprofils 1 geregelt. Anschließend wird dieser Kunststoffschlauch 2 in einen Verstärkungsfasern 4 enthaltenden Verstärkungsschlauch 5 ein- gebracht. Anschließend fährt ein (nicht näher dargestellter) Dorn von oben oder unten in den Kunststoffschlauch 2 ein. Ein zu diesem Zeitpunkt noch geöffnetes, zweigeteiltes Blasform-Werkzeug 6 fährt zu und umhüllt die beiden Schläuche 2,5 mit samt dem Dorn. Danach wird im Rahmen eines Blasformvorgangs der Kunststoffschlauch 2 aufgeblasen und hierbei gegen die innere Oberfläche des Verstärkungsschlauchs 5 gepresst. Während des Blasformvorgangs wird durch den Dorn Druckluft (s. aufwärts gerichteter Pfeil in der mittleren Darstellung der Fig. 1 ) in den Kunststoffschlauch 2 gepresst und hierdurch werden der Kunststoff- und der Verstärkungsschlauch 2, 5 gemeinsam gegen die innere Wandung des Blasform-Werkzeugs 6 gedrückt, wodurch die Formgebung des faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils 1 erfolgt. Während des Blasformvorgangs wird der Kunststoffschlauch 2 abgekühlt. Der Kunststoff passt sich so der vorgegebenen Form an und wird fest, wobei aufgrund des Innendrucks die Schmelze des Kunststoffschlauchs 2 zumindest teilweise in die offene Struktur des Verstärkungsschlauches 5 eindringt bzw. diese sogar durchdringt und somit eine Konsolidierung von Kunststoffschlauch 2 und Verstärkungsschlauch 5 herbeiführt.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine nicht näher dargestellte Fixiereinrichtung zur Fixierung des Verstärkungsschlauches 5 während des Einbringens des Kunststoffschlauches 2 bzw. des nachfolgenden Blasformvorgangs auf. Durch Variation der Materialstärke des Kunststoff- schlauchs 2 lässt sich die Dicke des Kunststoffs im fertigen Kunststoff-Hohlprofil 1 steuern. Das erfindungsgemäße Blasformverfahren besitzt gegenüber dem Spritzgießen den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Hohlteile hergestellt werden können und auch Hinterschnitte ohne Schieber in begrenztem Ausmaß herstellbar sind. Eine Variation der Wanddicke ist gegenüber dem Spritzgießen beim Blasformverfahren direkt möglich. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 wird als Verstärkungsschlauch 5 ein Schlauchgeflecht oder alternativ ein Schlauchgewebe verwendet, welches einen hybriden Charakter aufweist, also z.B. endlose Glas- und Kohlenstofffasern 4 enthält. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass gemäß Fig. 3 der Verstärkungsschlauch 5 aus unidirektional in Schlauchachsenrichtung x ausgerichteten Verstärkungsfasern 4 aufgebaut ist, die durch quer dazu angeordnete, elastomere Bänder 7 zusammengehalten werden. Alternativ hierzu gewährleistet eine innige Verwebung bzw. Verflechtung der endlosen Verstärkungsfasern gemäß Fig. 1 und 2 insbesondere eine hohe Torsionssteif ig keit des fertigen Kunststoff- Hohlprofils 1. Zusätzlich zu den Glas- und Kohlenstofffasern 4 enthält der Verstärkungs- schlauch 5 gemäß Fig. 3 auch Kunststofffasern 4'. Diese Kunststofffasern 4' schmelzen während des Blasformvorgangs aufgrund der angepressten, heißen Schmelze des Kunst- stoffschlauchs 2 zumindest teilweise auf und erleichtern hierdurch die Konsolidierung von Verstärkungsschlauch 2 und Kunststoffschlauch 5. Der in der Fig. 1 dargestellte Kunststoffschlauch besteht aus PP, PA, PEI, PPS oder PEEK, oder aber auch einer Mischung mindestens zweier dieser Polymere. Der Blasformvorgang wird bei einem Druck von 5 bis 50 bar, vorzugsweise 10 bis 30 bar durchgeführt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verstärkungs- schlauch 2 vor dem Blasformvorgang zusätzlich von einem mittels eines weiteren Extrusi- onswerkzeugs 3' hergestellten Außenkunststoffschlauch 8 umgeben, der während des Blasformvorgangs gemeinsam mit dem Kunststoff- und dem Verstärkungsschlauch 2, 5 gegen die innere Wandung des Blasform-Werkzeugs 6 gedrückt wird.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Blasformen eines faserverstärkten Kunststoff-Hohlprofils,
- wobei mit Hilfe eines Extrusionsverfahrens ein Kunststoffschlauch hergestellt wird,
- wobei dieser Kunststoffschlauch in einen Verstärkungsfasern enthaltenden Verstärkungsschlauch eingebracht wird,
- wobei im Rahmen eines Blasformvorgangs der Kunststoffschlauch aufgeblasen und hierbei gegen die innere Oberfläche des Verstärkungsschlauchs gepresst wird und
- wobei während des Blasformvorgangs der Kunststoff- und der Verstärkungsschlauch gemeinsam gegen die innere Wandung eines Blasform-Werkzeugs gedrückt werden und hierdurch die Formgebung des faserverstärkten Kunststoff- Hohlprofils erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Verstärkungsschlauch ein Schlauchgeflecht oder ein Schlauchgewebe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verstärkungsschlauch Mineral-, insbesondere Glas-, und / oder Kohlenstoff- und / oder Aramidfasern enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verstärkungsschlauch aus unidirektional in Schlauchachsenrichtung ausgerichteten Verstärkungsfasern aufgebaut ist, die durch quer dazu angeordnete, vorzugsweise elastomere, Bänder zusammengehalten werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Basispolymer für den Kunststoffschlauch PP, PA, PEI, PPS, PEEK oder eine Mischung der Polymere verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Blasformvorgang bei einem Blasformdruck von 2 bis 100 bar, vorzugsweise 5 bis 50 bar, besonders bevorzugt 10 bis 30 bar durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verstärkungsschlauch vor dem Blasformvorgang zusätzlich von einem Außenkunststoffschlauch umgeben wird, der während des Blasformvorgangs gemeinsam mit dem Kunststoff- und dem Verstärkungsschlauch gegen die innere Wandung des Blasform-Werkzeugs gedrückt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das faserverstärkte Kunststoff- Hohlprofil als Bauteil für Crashmanagementsysteme in Kraftfahrzeugen, als tragendes Bauteil eines Kfz-Karosseriesystems oder allgemein als Kfz-Strukturbauteil ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das faserverstärkte Kunststoff- Hohlprofil als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet ist.
10. Faserverstärktes Kunststoff-Hohlprofil (1) hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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