DE69503786T2

DE69503786T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen faserverstärkten gegenstandes

Info

Publication number: DE69503786T2
Application number: DE69503786T
Authority: DE
Inventors: Torben Spentrup Vestergaard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: US6030568A; AU2734295A; DK171633B1; EP0766617B1; JPH10501754A; ES2119451T3; DK74094A; DE69503786D1; WO1995035200A1; EP0766617A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten dreidimensionalen Gegenstands aus einem Kunststoffmaterial, bei dem eine Form verwendet wird, in der der Gegenstand geformt wird, wobei ein flaches Laminat von sich kreuzenden Faseranordnungen mit langen Fasern gebildet wird, die einheitlich ausgerichtet sind und die mit einer Kunststoffmatrix vermischt sind.
Verfahren der in der Einleitung beschriebenen Art sind bekannt, wobei bei Verwendung einer dreidimensionalen Form das gebildete flache Laminat nicht in der Form, in der es eingelegt wird, befestigt ist. Wenn kurze oder geschnittene Fasern zur Verstärkung des Kunststoffmaterials verwendet werden, wird das Material normalerweise nicht befestigt. Aufgrund dessen ist es nicht möglich, die Orientierung und Verteilung der Fasern zu kontrollieren, wenn dem Gegenstand eine dreidimensionale Form gegeben wird. Somit wird der fertige und dreidimensionale Gegenstand nicht immer die klar umrissenen Materialeigenschaften über seinen Gesamtumfang aufweisen.
Aus US-A-5 312 579 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats bekannt. Nach diesem Verfahren bestehen kunststoffimprägnierte (Prepregs) Schichten aus unidirektionalen Fasern. Es ist beschrieben, daß Formungspausen angewendet werden, und daß die Schichten in der Form geordnet werden. Es ist das Ziel sicherzustellen, daß keine Luft in das Laminat eingeschlossen wird. Es wird kein Verfahren zur Befestigung der kunststoffimprägnierten Schichten in bezug auf irgendeines der Formteile erwähnt. Wenn der Gegenstand eine dreidimensionale Form erhalten soll, dann wird es demnach keine kontrollierte Faserorientierung geben, wie es im vorhergehenden erklärt ist.
Es sind auch Verfahren bekannt, z. B., aus EP-A-0 202 041, in denen das flache Laminat teilweise in allen Richtungen befestigt ist, so daß ein Verschieben des abgelegten Materials möglich ist, wenn diesem eine dreidimensionale Form gegeben wird.
Eine derartiges Potential für die Verschiebung in dem Material bedeutet, daß die Orientierung der Verstärkungsfasern in dem Endprodukt nicht der Orientierung entspricht, die den Verstärkungsfasern in dem aufgelegten flachen Laminat gegeben wurden, bevor diesem eine dreidimensionale Form gegeben wurde. In dem dreidimensionalen Endprodukt wird somit ein größerer Abstand zwischen einzelnen Verstärkungsfasern auftreten, wenn dem Gegenstand eine dreidimensionale Form gegeben wird, die sich von einer flachen Einlage unterscheidet. Bei der gleichen Materialdicke über die gesamte Oberfläche des Gegenstands wird somit der prozentuale Gehalt an Verstärkungsfasern sinken und geringer werden je weiter er von dem flachen Ausgangslaminat abweicht. Aufgrund dieses geringeren Gehalts an Verstärkungsfasern wird eine geringere Stabilität in solchen Bereichen des fertigen Gegenstands auftreten.
Es ist beschrieben, daß die Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands durch das Auflegen einer Anzahl von Schichten auf einer dreidimensinalen Form durchgeführt werden kann, wie es beispielsweise in US-A-4 404 156 und US-A-5 31 2 579 beschrieben ist. Ein Verfahren zur industriellen Massenproduktion würde jedoch das Verfahren vorziehen, bei dem anfänglich ein flaches Laminat gebildet wird, dem nachfolgend seine dreidimensionale Form durch Pressen/Tiefziehen des vorher geformten Laminats gegeben wird.
Die vorliegende Erfindung befaßt sicht hauptsächlich mit diesem Verfahren, aber das Verfahren kann auch zur Herstellungen von flachen Produkten oder im wesentlichen flachen Produkten verwendet werden, bei dem es möglich ist, die langen Fasern mit einer vorgegebenen Orientieren vorzusehen. Auf diese Weise können dem fertigen Gegenstand verschiedenartige mechanische Eigenschaften verliehen werden, wie beispielsweise unterschiedliche Festigkeit in verschiedenen Richtungen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Verfahren durch die Offenbarung eines Verfahrens und einer Formpresse zu beheben, wobei lange unidirektionale Fasern verwendet werden, die auch in Bereichen des fertigen Produktes gleichmäßig verteilt sind, die der größten dreidimensionalen Verformung bezüglich des aufgelegten flachen Laminats unterzogen wurde.
Dies wird nach der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Laminat lose auf einem Trägernetz aufgelegt wird, wobei erste Enden der langen Fasern aus dem Laminat herausragen, daß der aufgelegte Gegenstand erwärmt wird, daß nur diese ersten Enden der langen Fasern durch Befestigungselemente in dem Randbereich der Form befestigt werden, wobei die Befestigungselemente aktiviert werden, während zweite Enden in der Form frei sind, da sie eine diametral gegenüberliegende Seite der Form nicht erreichen, daß das Trägernetz von dem Rahmen gelöst wird, daß das erwärmte flache Laminat in die gewünschte dreidimensionale Form des Gegenstands gepreßt wird, wobei die Fasern weiterhin an diesen ersten Enden befestigt bleiben, und daß der Gegenstand abgelöst und aus der Form entfernt wird.
Eine Vorrichtung, die bei dem Verfahren verwendet wird, weist eine Form auf, die längs den Kanten ihrer Form Elemente zur Befestigung der Verstärkungsfasern hat und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung einen Trägerrahmen, der mit einem Trägernetz ausgestattet ist, das in den Rahmen eingehängt ist und, das als Träger für die lose aufgelegte Faseranordnungen dient, und einen Preßrahmen mit Elementen aufweist, die mit den Elementen der Form bei der Befestigung der Verstärkungsfasern nur der aus dem Laminat hervorstehenden ersten Enden zusammenwirken.
Da die Faseranordnung in der Form mittels der zusammenwirkenden Befestigungselemente des Preßrahmens und der Form an den ersten Enden der Fasern befestigt ist, ist es möglich, daß die einzelne Schicht längs der anderen Seiten und in einem bestimmen Ausmaß auch in der Ebene während des Anwendens einer dreidimensionalen Form frei beweglich ist. In den meisten Fällen wird die zu verwendende Form eine viereckige Form sein, und die freie Beweglichkeit ist folglich längs der anderen drei Seiten einer Faseranordnung möglich. Das Laminat wird auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt, die für das gewählte Matrixmaterial geeignet ist. Das Erwärmen wird eine chemische Reaktion in dem Matrixmaterial auslösen, wenn ein härtender Kunststoff verwendet wird. Wenn thermoplastische Matrixmaterialien verwendet werden, wird das Laminat bei der Verarbeitungstemperatur des gewählten Matrixmaterials belassen bis die Verfestigung während des Pressens beendet ist.
Wenn ein Druck aufgebaut ist, werden die einzelnen Schichten des eingelegten Laminats in engen Kontakt miteinander treten, und da das Matrixmaterial gleichzeitig während des Pressens sich verfestigen wird, wird der Gegenstand sich dreidimensional ausformen. Während dieses Formgebens werden die Fasern an den ersten Enden befestigt sein und folglich ihre Orientierung während und nach der dreidimensionalen Formung beibehalten. Auch in dem Bereich, der am weitesten von dem flachen Ausgangslaminat entfernt ist, werden die Fasern gleichmäßig über die Produktoberfläche verteilt sein. Folglich kann man bessere und genauer umrissene mechanische Eigenschaften für den geformten dreidimensionalen Gegenstand erhalten.
Bei diesem Verfahren können sich die langen Fasern wellenförmig ausdehnen, obgleich sie eine Hauptorientierung haben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die verwendete Form häufig eine polygonale, vorzugsweise viereckige, sein. Es ist jedoch möglich, Formen mit beliebigen äußeren Umrissen zu verwenden. Es sollte nur gewährleistet sein, daß die langen Fasern nur an ihren ersten Enden befestigt sind und sich nicht bis zu einem diametral gegenüberliegenden Rand der Form erstrecken.
Um den bestmöglichen Nutzen aus der Erfindung zu ziehen, sollte ein Laminat vorzugsweise aus wenigstens vier Schichten von Faseranordnungen bestehen, die jeweils eine feste Orientierungsrichtung aufweisen. Bei dem Auflegen der Faseranordnungen auf dem Trägernetz, das nachfolgend in eine polygonale Form gesetzt wird, soll jede nachfolgende Faseranordnung mit den ersten Enden der Fasern in einer Position plaziert werden, die einer der Seiten der Kante der Form entspricht. Die nachfolgende Schicht soll mit ihren ersten Enden an einer Kante der Form plaziert werden, die neben der Kante der Form liegt, die für die unmmittelbar zuvor aufgelegte Schicht verwendet wurde. Auf diese Weise werden mehrere Schichten erzeugt, bis genügend Material zum Aufbau der gewünschten Materialdicke des fertigen Gegenstands vorhanden ist. Das Auflegen wird fortgesetzt, bis die gewünschte Materialmenge auf dem Trägernetz aufgelegt worden ist. Wie beschrieben, kann eine Matrix aus härtendem Kunststoff oder Thermoplast verwendet werden. Nach den bevorzugten Ausführungsformen wird Epoxid oder Polyester als Matrix verwendet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Verfahren zur industriellen Verwendung geeignet. Der Rahmen ist mit einem eingehängten Trägernetz ausgestattet, bei dem jeder Faden des Netzes vorzugsweise aus Verstärkungsfasern besteht, die mit der gleichen Matrix vermischt werden können, wie sie für die Faseranordnung verwendet wurde. Alternativ kann der Netzfaden aus reiner Verstärkungsfaser bestehen oder mit einer Fremdmatrix vermischt sein, die unterschiedlich zu der in der Faseranordnung verwendeten Matrix ist. Eine einfache Struktur wird erhalten, indem das aufgelegte Laminat über verschiedene Stationen geführt wird, bei denen das Verfahren zur gleichen Zeit ausgeführt wird, wie das Trägernetz als ein Teil des fertigen Gegenstands eingehen kann.
Da das Produkt auf dem Trägerrahmen aufgelegt wird, und da die Form und der Preßrahmen, der geringere Abmessungen als der Trägerrahmen hat, Elemente zur Befestigung der Faser aufweisen, ist die Bedienungsausrüstung vereinfacht. Es ist somit möglich, eine Fläche der Form zu verwenden, die mit einer Fläche des Preßrahmens zusammenwirkt, der gleichzeitig verwendet wird, um dem Gegenstand seine dreidimensionale Form zu geben. Wenn beim Erwärmen des Gegenstands gepreßt und gleichzeitig befestigt wird, wie im vorhergehenden beschrieben, kann das Trägernetz von dem Trägerrahmen gelöst werden und in das fertige Produkt eingehen, wenn der Preßrahmen auf das Laminat niedergepreßt wird und dieses gegen die Halterungsflächen einer Form drückt. Wenn das Trägernetz aus Verstärkungsfasern besteht, die denen entsprechen, die für den Gegenstand verwendet werden, erhält man eine besonders bevorzugte Anwendung des Verfahrens.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun im folgenden detaillierter bezugnehmend auf die anhängenden Zeichnungen erklärt, in denen folgendes dargestellt ist.
Fig. 7-8 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Preßvorgang durchgeführt wird, der dem Gegenstand seine dreidimensionale Form gibt.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht einer Form, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 9 gezeigten Form.
Fig. 11 und 12 zeigen Teilquerschnitte durch eine zweite Ausführungsform der Form, die bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 13 zeigt eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform der Form, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
Fig. 14 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 13 gezeigten Form.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind identische oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht im Detail im Zusammenhang mit jeder Figur erklärt.
Fig. 1-4 zeigen schematisch einen Trägerrahmen 1, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Die in der Ausführungsform gezeigte Form besteht aus einem rechteckigen Rahmen 2, in dem ein Trägernetz 3 aufgehängt ist (siehe Fig. 5). Der Rahmen 2 weist eine erste Rahmenseite 4, eine zweite Rahmenseite 5, eine dritte Rahmenseite 6 und eine vierte Rahmenseite 7 auf. Nach dem Verfahren wird ein aus mehreren Schichten bestehendes Laminat aufgelegt. Fig. 1 zeigt wie eine erste Schicht einer Faseranordnung 8 mit langen unidirektionalen Fasern, die mit Kunststoff vermischt sind, mit ihren ersten Enden 9 an der ersten Rahmenseite 4 aufgelegt worden ist. Die Fasern 8 weisen eine solche Länge auf, daß die zweiten Enden 10 der Fasern die diametral entgegengesetzte Rahmenseite (die dritte Rahmenseite 6) nicht erreichen. Die nächste Schicht wird mit ihren ersten Enden 9 der Fasern an der zweiten Rahmenseite 5 angelegt. Die zweiten Enden 10 der Fasern 8 in der zweiten Schicht erreichen ebenfalls die diametral entgegengesetzte Rahmenseite (die vierte Rahmenseite 7) nicht. Danach wird die dritte Schicht gleichermaßen mit ihren ersten Enden 9 an der dritten Rahmenseite 6 angelegt, wie es in Fig. 3 zu sehen ist. Dann wird die vierte Schicht mit den ersten Enden 9 der Fasern 8 an der vierten Rahmenseite 7 angelegt.
Es ist möglich, das Aufschichten fortzusetzen bis man die gewünschte Materialdicke erhalten hat.
Nachdem die gewünschte Anzahl der Schichten aufgelegt worden ist, und ein flaches Laminat mit der gewünschten Dicke gebildet worden ist, stehen die ersten Enden 9 der Fasern 8 aus dem gebildeten Laminat hervor, wogegen ihre zweiten Enden 10 innerhalb des gebildeten Laminats 18 (siehe Fig. 5) frei sind.
Die folgenden Schritte werden nun bezugnehmend auf Fig. 5 bis 8 erklärt, die schematische Querschnitte durch einen Trägernetz 3, einen Trägerrahmen 2, einen Preßrahmen und eine Form zeigen.
Danach wird das auf dem Trägernetz 3 liegende Laminat 18 zu einem folgenden Verarbeitungsschritt gebracht, der in Fig. 5 dargestellt ist. Hier wird das Laminat durch Kontaktheizung zwischen zwei Heizflächen 11, 12 auf eine Temperatur erwärmt, die unmittelbar unter der Klebetemperatur des Kunststoffs liegt. Die Temperatur ist jedoch so hoch wie möglich, ohne daß dabei das Material an den verwendeten Heizflächen 11, 12 klebt.
Nach diesem Heizvorgang wird das Trägernetz 3 mit dem darauf aufgelegten Laminat 18 zu einem weiteren Verarbeitungsschritt (nicht gezeigt) gebracht, bei dem das Laminat auf die Verarbeitungstemperatur, vorzugsweise in einem Heißluftofen, erwärmt wird. Alternativ kann das Erwärmen auf die Verarbeitungstemperatur mittels anderer Heizquellen, wie beispielsweise Strahlungswärme, erfolgen.
Das so erwärmte Laminat wird dann zu einem in Fig. 6 gezeigten Verarbeitungsschritt gebracht. In diesem Schritt wird der Trägerrahmen 1 mit dem aufgelegten Laminat zwischen einen Preßrahmen 13 mit einem Positivformteil 14 und einer unteren Form 15 mit einem Negativformteil 16 eingebracht. Das Trägernetz 3 wird von dem vorhergehenden Verarbeitungsschritt zu einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt mittels einer den Rahmen 2 tragenden Fördereinrichtung 17 transportiert. Die Fördereinrichtung 17 weist Schienen auf, die in solchen beidseitigen Abständen angebracht sind, daß das gebildete Laminat 18 in der Mitte des Trägernetzes 3 in einem Abstand von den Rahmenseiten liegt, die auf auf der Fördervorrichtung 17 verbleiben. So ist für die Heizelemente in der Form der Heizflächen 11, 12 und dem nicht dargestellten Heißluftofen Platz vorhanden, um das gesamte Laminat zu umgeben, ohne dabei den Rahmen 2 und die Fördervorrichtung 17 zu umgeben. Wenn der Rahmen 2 und die Trägervorrichtung innerhalb der Heizelemente liegen müßten, würde sich eine große thermische Belastung und daraus resultierende Abnützung ergeben.
Nachdem das Laminat 18 zwischen den Preßrahmen 13 und die Form 15 positioniert ist, wird der Preßrahmen 13 nach unten auf die Form 15 bewegt. Dies bringt die Befestigungselemente in Form von zusammenwirkenden Flächen 19 auf dem Preßrahmen und einer Fläche 20 auf der Form 15 in Aktion. Diese Situation ist in Fig. 7 dargestellt. Es ist dort zu ersehen, daß die Befestigungselemente 19, 20 in dem Randbereich der Form 15 die ersten Enden 10 der langen Fasern der jeweiligen Faseranordnungen oder Schichten in dem Laminat festhalten. Die zweiten Enden 9 der Fasern sollen innerhalb des Laminats frei sein.
In der gleichen Zeit in der das Laminat durch die Befestigungselemente 19, 20 festgehalten wird, wird das Trägernetz 3 von dem Rahmen 2 gelöst. Somit werden die frei hervorstehenden Enden 21 sichtbar, die aus der Form 15 heraushängen. Die frei hervorstehenden Enden 21 werden nachfolgend durch Abschneiden oder Trimmen entfernt, wenn der Gegenstand seine dreidimensionale Form erhalten hat.
Der nachfolgende Verarbeitungsschritt ist in Fig. 8 zu sehen, in dem dem Gegenstand seine dreidimensionale Form gegeben wird, wenn der Preßrahmen 13 weiter nach unten auf die Form 15 bewegt wird, so daß das Positivformteil 14 in das Netativformteil 16 eingeführt wird, wobei das zwischen diesen angeordnete Laminat 18 gleichzeitig seine dreidimensionale Form erhält. Während die Form sich schließt, wird das Laminat 18 zu seiner Endform verfestigt. Dies dauert nur sehr wenige Sekunden. Danach wird der Preßrahmen 13 weggehoben, und der Gegenstand kann abgelöst werden und aus der Form 15 entfernt werden. Der fertige dreidimensionale Gegenstand ist dann für weitere Handhabung fertig.
Eine detaillierte Ansicht eines mit einem Trägernetz 3 ausgestatteten Rahmens 2 ist in Fig. 9 und 10 zu sehen. Zwei gegenüberliegende Rahmenseiten, wahlweise eine erste und dritte oder zweite und vierte Rahmenseite, werden mit einem Profil 22 ausgebildet, das eine Beförderung des Rahmens mittels des automatischen Fördersystems 17 zu den verschiedenen Verarbeitungsschritten ermöglicht.
Der Rahmen 2 hat eine flache Oberseite 23. Kolben 24 erstrecken sich durch die Oberfläche 23 und können nach oben über die flache Oberfläche 23 verschoben werden oder nach unten unter die flache Oberfläche 23 des Rahmens verschoben werden. Wenn die Kolben 24 nach oben über die flache Oberfläche 23 verschoben worden sind, werden die Fäden des Trägernetzes um die hervorstehenden Kolben 24 in einer in Fig. 9 gezeigten Weise angebracht.
Andere Muster der Trägernetzstruktur sind jedoch ebenfalls möglich. Wenn das Trägernetz 3 von dem Rahmen 2 losgelöst wird, so wie es im vorhergehenden beschrieben ist, so geschieht es durch die Kolben 24, die nach unten unter die flache Oberfläche 23 des Rahmens 2 bewegt werden. In dieser Situation kann der Rahmen 2 in die Ausgangsposition des Vorgangs zurückgebracht werden, in der die Kolben wieder nach oben über die Oberfläche 23 verschoben sind, um wieder mit einem neuen Trägernetz 3 versehen zu werden. Das Durchlaufen des Rahmens durch die verschiedenen Verarbeitungsschritte kann kontinuierlich und automatisch auf der Fördervorrichtung 17 stattfinden.
Fig. 11 und 12 zeigen schematisch eine zweite Ausführungsform in der Weise, in der das Trägernetz 3 an dem Rahmen 2 befestigt wird. Bequemlichkeitshalber ist der Rahmen 2 allein mit seiner ersten Rahmenseite 4 dargestellt. Der Rahmen 2 hat eine flache Oberfläche 23. In der Oberfläche können alternativ Spuren oder Rillen vorgesehen sein, in denen elastische flexible Elemente angebracht sind, an denen das Trägernetz 3 befestigt wird. Zur Befestigung des Trägernetzes wird eine Klemme 25 für jeden Faden verwendet, der einen Teil des Trägernetzes 3 bildet. Die Klemme 25 ist um eine Achse 26 befestigt und mit einer Torsionsfeder 28 verbunden, die eine Kraftkomponente 27 liefert, die bewirkt, daß ein Vorsprung 28 mit der flachen Oberfläche 23 des Rahmens 2 verspannt wird, um einen Faden des Trägernetzes 3 zwischen diesen zu befestigen.
Aufgrund der Drehkraft 27 wird somit das Trägernetz 3 in dem Trägerrahmen 1 befestigt. Wenn das Trägernetz 3 von dem Rahmen 2 gelöst werden soll, wie es im vorhergehenden beschrieben ist, wird eine Kraft 29 auf die Klemme 25 ausgeübt, so daß sie sich gegen die Richtung der Drehkraft 27 dreht. Auf diese Weise wird das Trägernetz 3 gelöst.
In Fig. 13, 14 ist eine detaillierte Ansicht des in Fig. 11 und 12 gezeigten Rahmens 2 zu sehen, der mit dem Trägernetz 3 ausgestattet ist. Zwei gegenüberliegende Rahmenseiten, wahlweise die erste und dritte oder zweite und vierte Rahmenseite, sind an ihrem unteren Teil mit einem Profil 30 versehen, das die Beförderung des Trägerrahmens 1 mit Hilfe des automatischen Fördersystems 17 zu den verschiedenen Verarbeitungsschritten ermöglicht.
Der Rahmen 2 ist mit einer Anzahl von Klemmen 25 versehen, die so funktionieren, wie es bezugnehmend auf Fig. 11, 12 im vorhergehenden beschrieben ist.
Die Anzahl der Klemmen 25 und folglich der Fäden in dem Trägernetz 3 können entsprechend den Erfordernissen variiert werden.
Ein härtender Kunststoff oder Thermoplast kann bei diesem Prozeß verwendet werden. Die Erwärmung muß auf verschiedene Temperaturen erfolgen und dient unterschiedlichen Zwecken, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind. Wenn ein härtender Kunststoff verwendet wird, ist oft ein Erwärmen erforderlich, um den chemischen Prozeß des Verfestigens des Laminats auszulösen. Wenn ein Thermoplast verwendet wird, ist das Erwärmen zur Durchführung des vorwiegend chemischen Prozesses der Laminatverfestigung erforderlich.
Die Wahl von Temperaturinterval und Verfestigungszeiten hängen von den gewählten Materialien ab. Da dies für Experten auf diesem Gebiet bekannt ist, wird dies nicht detaillierter beschrieben.
Die Fasern, die einen Teil der Faseranordnungen 8 bilden, können sogenannte Hybrid- Garne sein. In der vorliegenden Beschreibung ist ein Hybrid-Garn als ein Garn zu verstehen, das aus dem Matrixmaterial und den Verstärkungsfasern besteht, die längsseitig nahe bei einanderliegen wie ein Garn. Es ist jedoch auch möglich, allgemein bekannte Verstärkungsfasern zu verwenden, wie beispielsweise Glasfasern.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Trägernetz 3 aus den gleichen Verstärkungsfasern gebildet, die mit der gleichen Matrix vermischt sind, wie sie in der Faseranordnung verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, daß das Trägernetz, das von dem Rahmen 2 in der vorhergehend beschriebenen Weise gelöst wird, einen Teil des fertigen dreidimensionalen Gegenstands bildet, ohne daß es in dem fertigen Gewebe sichtbar ist. Es ist auch möglich, ein Trägernetz eines anderen Typs von Verstärkungsfasern zu verwenden. Das Trägernetz 3 wird vorteilhafterweise gebildet, indem es auf Rollen geliefert wird, die an einer Seite und an einem Ende des Trägerrahmens 2 angebracht sind, und die automatisch über den Trägerrahmen entweder nach einem Musters bewegt werden, um eine kontinuierliche Faser, in der gleichen Weise wie ein Tennisschläger besaitet wird, zu bilden oder indem gerade eine oder zwei nebeneinanderliegende Fasern in dem Trägernetz geschaffen werden. Es ist nicht wesentlich, wie das Trägernetz auf dem Rahmen 2 gebildet wird. Dies kann auch von Hand vorgenommen werden. Es ist jedoch wichtig, daß der Trägerrahmen 2 mit den Kolben 24 oder ähnlichen Elementen bestückt ist, die es möglich machen, das Trägernetz während der Prozedur zu befestigen und zu lösen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten dreidimensionalen Gegenstands aus einem Kunststoffmaterial, bei dem eine Form (14, 15) verwendet wird, in der der Gegenstand geformt wird, wobei ein flaches Laminat (18) von sich kreuzenden Faseranordnungen (8) mit langen Fasern gebildet wird, die einheitlich ausgerichtet sind, und die mit einer Kunststoffmatrix vermischt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat (18) lose auf einem Trägernetz (3) aufgelegt wird, wobei erste Enden (9) der langen Fasern aus dem Laminat (18) herausragen, daß der aufgelegte Gegenstand erwärmt wird, daß nur diese ersten Enden (9) der langen Fasern durch Befestigungselemente (19, 20, 25) in dem Randbereich der Form (14, 15) befestigt werden, wobei die Befestigungselemente (19, 20, 25) aktiviert werden, während zweite Enden (10) in der Form (14, 15) frei sind, da sie eine diametral gegenüberliegende Seite der Form nicht erreichen, daß das Trägernetz (3) von dem Rahmen (2) gelöst wird, daß das erwärmte flache Laminat (18) in die gewünschte dreidimensionale Form des Gegenstands gepreßt wird, wobei die Fasern weiterhin an diesen ersten Enden (9) befestigt bleiben, und daß der Gegenstand abgelöst und aus der Form (14, 15) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Fasern die Gestalt von Hybrid-Garnen haben, und daß das Erwärmen in einem ersten Schritt durch Kontakterwärmen bis zu einer Temperatur unter der Klebetemperatur des Kunststoffes und in einem zweiten Erwärmungsschritt bis zu der Verarbeitungstemperatur des Kunststoffes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Matrixmaterial verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein härtender Kunststoff als Matrixmaterial verwendet wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faseranordnungen in einer polygonalen Form (14, 15) derartig angeordnet sind, daß jede nachfolgende Faseranordnung mit den ersten Enden (9) der Fasern an einer Kante der Form plaziert ist, die an einer Kante der Form angrenzt, die für eine unmittelbar vorher aufgelegte Faseranordnung verwendet wurde.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, die eine Form (14, 15) aufweist, die Elemente (19, 20, 25) längs den Kanten ihrer Form zur Befestigung der Verstärkungsfasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Trägerrahmen (2), der mit einem Trägernetz (3) ausgestattet ist, das in dem Rahmen (2) aufgehängt ist, und das als Träger für die lose aufgelegten Faseranordnungen (8) dient, und einen Preßrahmen (13) mit Elementen (19) aufweist, die mit den Elementen (20) der Form bei der Befestigung der Verstärkungsfasern nur an den aus dem Laminat (18) hervorstehenden ersten Enden (9) zusammenwirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägernetz (3) aus Verstärkungsfasern besteht, die mit der gleichen Matrix vermischt sind, die in der Faseranordnung (8) verwendet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (2) polygonal, vorzugsweise viereckig, ist.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (20) der Form zur Befestigung der Faseranordnungen aus einer Fläche der Form bestehen, die mit einer Fläche des Preßrahmens (13) zusammenwirkt, der verwendet wird, um dem Gegenstand seine gewünschte dreidimensionale Form zu geben.

10. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägernetz (3) eine größere Abmessung hat als das gebildete Laminat (18), so daß die Befestigungselemente (19, 20) des Preßrahmens (13) und die Form (15) innerhalb des Trägerrahmens (2) liegen.