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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR DETERMINING THE BEHAVIOUR OF FIBRE-REINFORCED PLASTICS DURING PRODUCTION, DEVICE AND PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/094505
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining the behaviour of fibre-reinforced plastics shown during production of same. Conclusions can be drawn from the determination outcome as to the behaviour of the fibre-reinforced plastics during the production thereof in a pultrusion process. In embodiments of the method (100) according to the invention, the method (100) comprises applying a fibre/plastic preform (26) to a rotation mandrel (24) and inserting (102) the mandrel into a heated test mould (25) (step 101). The mould (25) and mandrel (26) are rotated relative to one another (step 102) and at least one value is acquired for the drive torque and/or the support torque (step 103). A parameter of a production process in a pultrusion production line (10) can be determined by means of the at least one value.

Inventors:
SELVARAYAN SATHIS KUMAR (DE)
MILWICH MARKUS (DE)
GRESSER GÖTZ THEO (DE)
KÜPPERS SIMON (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/079898
Publication Date:
May 14, 2020
Filing Date:
October 31, 2019
Export Citation:
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Assignee:
DEUTSCHE INST FUER TEXTIL UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF (DE)
International Classes:
B29C70/52; B29C70/54; G01L3/00
Foreign References:
US4783301A1988-11-08
US20020155287A12002-10-24
Other References:
SALA G ET AL: "THE PULTRUSION OF POWDER-IMPREGNATED THERMOPLASTIC COMPOSITES", COMPOSITES, IPC BUSINESS PRESS LTD. HAYWARDS HEATH, GB, vol. 28A, no. 7, 1 January 1997 (1997-01-01), pages 637 - 646, XP000658861, ISSN: 0010-4361
S.N. GREGORIEVA.N. KRASNOWSKIII.A. KAZAKOV: "Appl. Compos. MATR", 2014, article "The Friction Force Determination of Large-Sized Composite Rods in Pultrusion", pages: 651 - 659
E. LACKEYJ.G. VAUGHAN: "An Analysis of Factors Effecting Pull Force for the Pultrusion of Graphite/Epoxy Composites", J.REINF. PLAST. COMPOS., March 1994 (1994-03-01), pages 188 - 198
G. SALAC. CUTOLO: "Compos. Part A Appl. Sci. Manuf.", January 1997, article "The pultrusion of powder-impregnated thermoplastic composites", pages: 637 - 646
S. LIL. XUZ. DINGL.J.LEEH. ENGELEN: "J. Comos. Mater.", January 2003, article "Experimental and Theoretical Analysis of Pulling Force in Pultrusion and Resin Injection Pultrusion (RIP)-Part I: Experimental", pages: 163 - 189
Attorney, Agent or Firm:
RÜGER ABEL PATENTANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Verfahren (100) zur Bestimmung des Verhaltens von fa serverstärkten Kunststoffen während der Herstellung, bei dem

- ein Preformling (26) zwischen einem Rotationsdorn (24) und einer Form (25) angeordnet (101) wird,

- der Dorn (24) und die Form (25) relativ zueinander gedreht werden (102),

- wenigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Abstützmoments erfasst wird (103) .

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Antriebsmo ment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst wird (103'), wobei der zeitliche Momentenverlauf in einen Kraftverlauf umgerechnet wird (104) .

3. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Preformlings (26) während des Bestimmens der Winkelgeschwindigkeit des Dorns (24) relativ zu der Form (25) entspricht.

4. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Form (25) und/oder der Dorn (24) geheizt werden .

5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Verhaltens mit wenigstens zwei unterschiedlichen Preformlingen (26) durchgeführt wird und aus den Ergebnissen auf das Verhalten eines drit ten Preformlings geschlossen wird.

6. Verfahren (104) zum Entwerfen, Einrichten und/oder Steuern eines Fertigungsprozesses, bei dem anhand des ermittelten Verhaltens, welches mittels eines Verfah rens (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche er mittelt wurde, wenigstens ein Parameter des Ferti gungsprozesses festgelegt wird.

7. Verfahren (104) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der wenigstens eine Parameter die Temperatur oder der Temperaturverlauf, zeitlich und/oder örtlich, in der Fertigungsform (15), die Geschwindigkeit, die Länge und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Fertigungs form (15), das Material und/oder die innere Gestalt der Fertigungsform (15) und/oder die Zusammensetzung des Materials des Faser/Matrixmaterial-Preformlings und/oder die Zusammensetzung des Produkts ist.

8. Vorrichtung (30) zur Bestimmung des Verhaltens von fa serverstärkten Kunststoffen während der Herstellung mit einer Form (25), einem Dorn (24), auf welchem ein Faser/Matrixmaterial-Preformling (26) anordnenbar ist, so dass der Faser/Matrixmaterial-Preformling (26) zwi schen dem Dorn (24) und der Form (25) aufgenommen ist, einer Einrichtung (35, 36, 37) zum relativen Drehen zueinander des Dorns (24) und der Form (25) und we nigstens einer Einrichtung (38, 41) zum Erfassen des Antriebs- und/oder Abstützmomentes.

9. Vorrichtung (30) nach Anspruch 8, wobei die Rauheit des Dorns (24) verschieden von der Rauheit der Form (25) ist.

10. Anlage zur Produktion und/oder Produktionspla nung, welche eine Datenbank mit wenigstens einem Er gebnis der Bestimmung des Verhaltens von faserver stärkten Kunststoffen mittels eines Verfahrens (100, 104) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer der Vorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9 enthält.

11. Anlage nach Anspruch 10, wobei die Anlage eine Eingabeeinrichtung und eine Ermittlungseinrichtung aufweist, wobei Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anlage über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder Zusammensetzung eines Preform- lings oder Produktes vorgeben kann und die Ermitt lungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter anhand von Geometrien und/oder Zusammensetzungen von Preformlingen und/oder Produkten ermittelt, für welche Bestimmungsergebnisse in der Datenbank vorliegen und welche verschieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammensetzung sind.

Description:
Verfahren zur Bestimmung des Verhaltens von faserverstärk ten Kunststoffen während der Herstellung, Vorrichtung und

Anlage

[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen durch Strangziehen (Pultrusion) .

[0002] Beim Herstellen von faserverstärkten Kunststoff teilen durch Strangziehen wird ein Strang aus Verstärkungs endlosfasern und Matrixmaterial und ggfs, weiteren Bestand teilen, wie z.B. Füllstoffen oder Textilien durch eine be heizbare Fertigungsform (Werkzeug) gezogen. Dabei härtet das Matrixmaterial aus, indem es von einem flüssigen in ei nen pastösen oder gelartigen und schließlich in einen fes ten Zustand übergeht. Um den Strang mit einer in der Regel konstanten, bestimmten Geschwindigkeit durch die Form zu ziehen, muss mit einer Kraft (Ziehkraft) an dem Strang ge zogen werden. Die Ziehkraft wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Zu den Parametern gehören z.B. Vis kosität des Matrixmaterials, Reibungskoeffizient zwischen Form und Matrixmaterial, Reibungskoeffizient zwischen Form und Faserverstärkungsmaterial, Druck, Temperatur, Expansi onskoeffizient des Matrixmaterials, Länge der Form, Ge schwindigkeit, Material der Form, Oberfläche der Form und Gestalt der Form usw. Für die Planung, Einrichtung und Steuerung eines Fertigungsprozesses ist es von Vorteil, Kenntnisse über die Parameter zu haben. Aus diesem Grund gibt es auf diesem Gebiet eine intensive Forschungstätig- keit .

[0003] In dem Artikel S.N. Gregoriev, A.N. Krasnowskii, und I.A. Kazakov, „The Friction Force Determination of Large-Sized Composite Rods in Pultrusion", in Appl . Compos. MATR., Ausgabe 21, Nr. 4, Seiten 651 bis 659, 2014 wird ein mathematisches Modell zur Bestimmung einer Reibungskraft zwischen ausgehärtetem Kunstharz und der Form vorgestellt.

[0004] Der Artikel E. Lackey and J.G. Vaughan, „An Anal ysis of Factors Effecting Pull Force for the Pultrusion of Graphite/Epoxy Composites", J.Reinf. Plast. Compos., Ausga be 13, Nr. 3, Seiten 188 bis 198, März 1994 beschreibt ein Verfahren zur Untersuchung von Einflüssen auf die Zieh kraft .

[0005] Der Artikel G. Sala and C. Cutolo, „The pultru sion of powder-impregnated thermoplastic composites", Com pos. Part A Appl. Sei. Manuf., Ausg. 28, Nr. 7, Seiten 637 - 646, Januar 1997 beschreibt eine Untersuchung der Anwend barkeit verschiedener Modelle für die Viskosität von Kunst harz zur Modellierung von Strangziehverfahren.

[0006] S. Li, L. Xu, Z. Ding, L.J.Lee und H. Engelen, „Experimental and Theoretical Analysis of Pulling Force in Pultrusion and Resin Injection Pultrusion (RIP) -Part I: Ex perimental," J. Comos. Mater., Ausg. 37, Nr. 2, Seiten 163- 189, Jan. 2003. beschreibt eine Vorrichtung zur Messung von Reibung zwischen dem faserverstärkten Material und der Formoberfläche unter verschiedenen Bedingungen wie etwa Temperatur, Grad der Harzaushärtung, Ziehgeschwindigkeit und Normalkraft. [0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zur Analyse eines Strangziehprozesses bereitzustellen.

[0008] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß An spruch 1, einem Verfahren gemäß Anspruch 6, einer Vorrich tung gemäß Anspruch 8 und einer Anlage gemäß Anspruch 10 gelöst .

[0009] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des Verhaltens, insbesondere des Klebe- und Reibverhaltens, von faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Kunsthar zen, während der Herstellung, insbesondere während des Aus härtens des Kunstharzes, angegeben. Bei dem erfindungsgemä ßen Verfahren wird ein Preformling, der aus Faser- und Mat rixmaterial und gegebenenfalls weiteren Materialien zusam mengesetzt sein kann, zwischen einem Rotationsdorn (Dorn) und einer Form einer Testvorrichtung angeordnet. Der Dorn und die Form werden relativ zueinander gedreht. Wenigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Abstützmo ments wird erfasst.

[0010] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Ein flüsse oder Teilkräfte der Summe der Kräfte, welche mittels der Ziehkraft mindestens überwunden werden muss, in einem quasi endlosen Experiment ermittelt werden. Unterschiedli che Fertigungsformenlängen beim Strangziehverfahren können unabhängig von der Geschwindigkeit simuliert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine hohe Freiheit, den Einfluss von Parametern (z.B. Herstellungszeit, Geschwin digkeit, Formlänge) unabhängig von anderen zu untersuchen, dies insbesondere aufgrund der endlosen Förderung des Pre- formlings entlang der Reibfläche. Zum Beispiel ist die Si- mulation eines beliebig langsamen Aushärtens oder langsamen Aufheizens des Preformlings simulierbar, was einer langen Form beim Strangziehverfahren mit nur geringer Temperatur und/oder einer geringen Ziehgeschwindigkeit entspricht.

[0011] Bei dem Preformling kann es sich beispielsweise um einen mit Fasern durchsetzen Kunststoff- und/oder Kunst stoffausgangsmaterial handeln. Die Fasern können in einzel nen Filamenten, Strängen, Textilien usw. vorliegen. Vor zugsweise sind die Fasern um den Dorn gewickelt, um im We sentlichen in Umfangsrichtung orientiert zu sein.

[0012] In einer Ausführungsform wird ein Preformling auf einen Rotationsdorn aufgebracht und danach der Dorn in eine Form eingebracht (oder in einer anderen Reihenfolge) . Der Dorn und die Form werden relativ zueinander gedreht. We nigstens ein Wert eines Antriebsmoments und/oder eines Ab- stützmoments werden erfasst.

[0013] Der Schaft rotiert bevorzugt koaxial innerhalb einer beheizten zylindrischen Form von konstantem (über die Länge) oder variierendem (über die Länge) Querschnitt.

[0014] Zum Aushärten des Kunststoffes kann die Form vor zugsweise geheizt werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der Dorn beheizt werden.

[0015] Bei dem Verfahren können optional weitere Parame ter erfasst werden. Beispielsweise können der Druck in der Form, die Temperatur oder der Temperaturverlauf (zeitlich und/oder örtlich axial in der Form) erfasst werden.

[0016] Bevorzugt werden das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst. Der zeitliche Momen- tenverlauf kann in einen Kraftverlauf umgerechnet werden. Dadurch werden die Einflüsse der unterschiedlichen Zustände (Phasen) des Matrixmaterials oder Herstellungsphasen auf die Ziehkraft in einem kontinuierlichen Experiment erfass bar. Der zeitliche Momentenverlauf entspricht einem örtli chen Kraftverlauf innerhalb der Form in Förderrichtung.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfah rens entspricht die Winkelgeschwindigkeit des Verstärkungs materials oder des Preformlings , während des Bestimmens, der Winkelgeschwindigkeit des Dorns . Damit entspricht die relative Winkelgeschwindigkeit zwischen Preformling

und/oder Verstärkungsmaterial und der Form der relativen Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Dorn und der Form. Der Dorn kann dazu ausgebildet sein, das Verstärkungsmaterial oder den Preformling mitzunehmen. Der Dorn und der Preform ling können formschlüssig ineinandergreifen . Das Reibmoment zwischen dem Dorn und dem Preformling kann, in Abschnitten des Testverlaufs oder im gesamten Testverlauf, stets größer sein als das Reibmoment zwischen Preformling und Form. Da mit kann die Reibung zwischen dem Preformling und der Ober fläche der Fertigungsform auf relativ großer Fläche simu liert werden.

[0018] In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Form und/oder der Dorn beheizt werden. Vorzugsweise wird zumin dest das Element, Dorn oder Form, beheizt, welches relativ zu dem Preformling gedreht wird oder am Preformling entlang bewegt wird bzw. eine andere Winkelgeschwindigkeit aufweist als der Preformling. Damit werden Verhältnisse wie im rea len Fertigungsprozess simuliert, bei dem die Fertigungs form, durch welche der Preformling gezogen wird, beheizt wird .

[0019] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen mit wenigstens zwei un terschiedlichen Preformlingen durchgeführt und aus den Er gebnissen wird auf das Verhalten eines dritten Preformlings in der Form der Testvorrichtung und/oder in einer Ferti gungsform in einer Fertigungslinie zum Strangziehen ge schlossen. In einer Abwandlung kann das Bestimmen mit einem Preformling durchgeführt werden und aus dem Ergebnis kann auf das Verhalten eines dritten Preformlings geschlossen werden. Der dritte Preformling kann sich von dem einen Pre formling bzw. den wenigstens zwei unterschiedlichen Pre- formlingen unterscheiden, insbesondere hinsichtlich seiner Form. Der eine oder die wenigstens zwei unterschiedlichen Preformlinge können eine Geometrie aufweisen, die einen Versuch in der Vorrichtung erlaubt, mit welcher das Verfah ren ausgeführt wird. Es ist möglich, dass diese Geometrie, z.B. hinsichtlich ihrer Dicken, nicht der Geometrie ent spricht, wie sie im realen Fertigungsprozess verwendet wird oder gefertigt werden soll. Beispielsweise kann durch In terpolation oder Extrapolation auf das Verhalten des drit ten Preformlings in einer Testvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder in einer Ferti gungsform bzw. einer Fertigungslinie für einen realen Fer tigungsprozess geschlossen werden.

[0020] Erfindungsgemäß wird ein weiteres Verfahren be reitgestellt, welches dem Entwerfen, Einrichten und/oder Steuern eines Fertigungsprozesses dienen kann. Bei dem Ver fahren wird das ermittelte Verhalten, welches mittels einer Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens er mittelt wurde, dazu verwendet, wenigstens einen Parameter des Fertigungsprozesses festzulegen. Parameter des Ferti gungsprozesses können beispielsweise die Temperatur oder der Temperaturverlauf (zeitlich und/oder örtlich) in der Fertigungsform, das ist die Form mit der im Fertigungspro zess das faserverstärkte Profil hergestellt wird, die inne re Gestalt der Fertigungsform, das Material und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Fertigungsform und/oder die Zusammensetzung des Materials des Preformlings und/oder die Zusammensetzung des Produkts sein.

[0021] Erfindungsgemäß wird zudem eine Vorrichtung

(Testvorrichtung) zur Bestimmung des Verhaltens von faser verstärkten Kunststoffen während der Herstellung angegeben. Mittels der Vorrichtung kann beispielsweise eines der Ver fahren, wie oben vorstehend beschrieben, ausgeführt werden. Die Vorrichtung weist einen Rotationsdorn (Dorn) , eine Form und eine Einrichtung zum relativen Drehen des Dorns und der Form zueinander auf. Zwischen dem Dorn und der Form kann ein Preformling wie oben beschrieben aufgenommen sein. Die Vorrichtung weist zudem wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments auf.

[0022] Die Rauheiten von Dorn und Form können einen un terschiedlichen Betrag aufweisen. Bevorzugt sind der Dorn und die Form derart eingerichtet, dass der Dorn das Ver stärkungsmaterial aus Fasern oder den Preformling mitnimmt, so dass das Verstärkungsmaterial und noch weiter bevorzugt der Preformling bei ausgehärtetem Harz, dieselbe Winkelge schwindigkeit aufweist wie der Dorn.

[0023] Erfindungsgemäß wird zudem eine Anlage zur Pro duktion und/oder zur Produktionsplanung angegeben, welche eine Datenbank mit wenigstens einem Ergebnis oder mehreren Ergebnissen der Bestimmung des Verhaltens gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. mittels der vorste hend beschriebenen Vorrichtung enthält. Ein Ergebnis kann beispielsweise ein Parameter eines Produktionsprozesses sein .

[0024] Die Anlage weist vorzugsweise eine Eingabeein richtung und eine Ermittlungsseinrichtung auf, wobei die Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anla ge über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder Zu sammensetzung eines Preformlings und/oder Produktes vorge ben kann und die Ermittlungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter ermittelt. Die Ermittlungseinrichtung kann in Ausführungsbeispielen den Produktionsparameter an hand eines oder mehrerer Produktionsparametern für eine o- der mehrere Geometrien und/oder Zusammensetzung von Pre- formlingen und/oder Produkten ermitteln, für welche Bestim mungsergebnisse in der Datenbank vorliegen, welche mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder Vorrich tungen ermittelt sind, und/oder anhand von interpolierten und/oder extrapolierten Bestimmungsergebnissen, welche auf mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren oder Vorrichtungen ermittelten Bestimmungsergebnissen beruhen. Diese Geometrien und/oder Materialzusammensetzungen, für welche Bestimmungsergebnisse vorliegen, können verschieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammensetzung sein .

[0025] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und/oder Merkmale des Erfindungsgegenstands, insbesondere der Ver fahren, der Vorrichtung und der Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren sowie folgender Beschreibung. Die Figuren zeigen schematisch und beispielhaft:

[0026] Figur 1 eine Fertigungslinie zum Strangziehen, [0027] Figur 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Methode zum Messen der Ziehkraft,

[0028] Figur 3 - eine schematische Veranschaulichung von Beiträgen zur Ziehkraft in oder an einer Fertigungsform,

[0029] Figur 4 - eine Veranschaulichung einer Variante des erfindungsgemäßen Konzepts,

[0030] Figur 5a - eine Darstellung einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung,

[0031] Figur 5b - einen Ausschnitt einer Variante der Vorrichtung gemäß Figur 5a in einer Längsschnittdarstel lung,

[0032] Figur 6 - die Vorrichtung gemäß Figur 5a zusammen mit einem Steuerungs- und Auswertungssystem,

[0033] Figur 7 ein Messergebnis erhalten mittels der Vorrichtung gemäß Figuren 5a und 6 und

[0034] Figur 8 - ein Ablaufdiagramm eines Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0035] Figur 1 zeigt eine beispielhafte Fertigungslinie 10 zur Herstellung von Profilen mittels Strangziehen. Die Fertigungslinie 10 weist ein Spulengatter oder Faserregal 11, Faserführungen 12, eine Imprägniereinrichtung 13, Füh rungen 14 für den imprägnierten Faserstrang oder die im prägnierte Faserstränge, welche gleichzeitig der Vorformge bung dienen können, eine beheizte Fertigungsform 15, eine Ziehvorrichtung 16 und eine Ablängvorrichtung 17, z.B. Sä ge, zum Ablängen der hergestellten Profile auf. [0036] Strangziehen ist ein kontinuierlicher Prozess, um Profile mit insbesondere konstantem Querschnitt aus Ver bundmaterial herzustellen. Während des Strangziehens werden Fasern 18 einzeln, in Strängen, als Band, Gewebe und/oder Matte und/oder weitere oder andere Textil-Formen durch eine Imprägniereinrichtung 13 gezogen, wo sie mit einem Matrix material, insbesondere Kunstharz, imprägniert werden. Über schüssiges Matrixmaterial kann in einer Führung 14 zum Vor formen von dem imprägnierten Fasern 18 entfernt werden. Die matrixmaterialgetränkten Fasern 18 werden durch eine be heizte Fertigungsform 15 gezogen, um in der Fertigungsform 15 das Matrixmaterial zu härten. Dabei kann das Matrixmate rial polymerisieren, um mit den Fasern 18 ein festes Profil aus Verbundwerkstoff zu bilden.

[0037] Während des Prozesses treten Reibungskräfte und sonstige Kräfte auf, welche in Summe von der Ziehvorrich tung kompensiert werden müssen, um den Faserstrang mit kon stanter Geschwindigkeit durch die Fertigungsform 15 zu zie hen. Diese Kräfte werden in jeder Einheit 11, 12, 13, 14,

15 der Fertigungslinie 10 von einschließlich dem Spulengat ter 11 bis einschließlich in der Fertigungsform 15 erzeugt. Diese Kräfte treten u.a. aufgrund der Spannung des Verstär kungsmaterials, insbesondere der Verstärkungsfasern 18, so wie der Reibung zwischen den Fasern 18 und den Führungen 12, 14 bis zum Eingang 19 in die Fertigungsform 15 und auf grund innerer und äußerer Reibung innerhalb der Kavität der Fertigungsform 15 auf. Die Kräfte können zumindest teilwei se durch Temperaturveränderungen und Volumenveränderungen, insbesondere des Matrixmaterials, z.B. beim Aushärten, be einflusst sein. Die Ziehkraft, welche die Ziehvorrichtung zur Überwindung der Summe der Kräfte ausübt, ist ein sekun därer Parameter, welcher von den primären Parametern, wie etwa der Faserspannung, der Ziehgeschwindigkeit, Tempera turprofil in der Fertigungsform 15, der Fertigungsformgeo metrie und der Oberflächenrauheit, dem Verhältnis von Fa sern zum Volumen der Fertigungsformkavität, der anfängli chen Harzviskosität, dem Druck in der Form, Verlauf der Harzaushärtung, chemisches Schrumpfen, thermische Expansion usw. abhängt. Obwohl die Ziehkraft ein sekundärer Parameter ist, ist die Analyse der Ziehkraft kritisch um den Strang ziehprozess zu verstehen und zu steuern. Von der Ziehkraft können die Prozessstabilität und die Eigenschaften der stranggezogenen Verbundmaterialien abhängen.

[0038] Figur 2 zeigt ein Beispiel, wie im Stand der Technik die Summe der Kräfte, welche im Zusammenhang mit der Fertigungsform 15 entstehen und zur Ziehkraft beitra gen, experimentell bestimmt wird, indem ein Kraftsensor o- der Kraftaufnehmer 20 zwischen einem stationären Rahmen 21 und einer gleitgelagerten Fertigungsform 15 eingesetzt wird. Figur 2 zeigt eine Gleitlagerung 22, welche die Fer tigungsform 15 in Ziehrichtung R lagert, die Fertigungsform 15 und einen Abschnitt des Stranges 23 aus Fasern 18 und Matrixmaterial. Mittels des Kraftaufnehmers 20 wird die Summe der einzelnen Kräfte auf die Fertigungsform 15 be stimmt, wenn die Fertigungsform 15 auf Grund des Ziehens an dem Strang 23 durch die Fertigungsform 15 gegen den Kraft aufnehmer 20 gedrückt wird. Mit einer Anordnung wie in Fi gur 2 gezeigt, können jedoch nicht, jedenfalls nicht ohne erheblichen Versuchsaufwand, die einzelnen Beiträge zu der Kraft, welche von der Fertigungsform 15 stammen, gesondert voneinander bestimmt werden.

[0039] Figur 3 veranschaulicht verschiedene Widerstands kräfte, welche während des Strangziehens in oder an der Fertigungsform 15 auftreten. Die Ziehkraft (F Zieh ) muss zur Überwindung der Summe dieser einzelnen Kräfte aufgebracht werden. Zu der Gesamtkraft trägt die in Figur 3 als F Zusairme n- führung bezeichnete Kraft bei, welche in dem Abschnitt der Fertigungslinie 10 von einschließlich dem Spulengatter 11, den Führungen 12, 14, der Imprägnierungseinrichtung 13 ent steht. Diese Komponenten sind in Figur 3 stark schemati siert durch einen Kasten dargestellt. Die Fertigungsform 15 kann einen sich in Ziehrichtung verjüngenden Eingang 19 aufweisen. Eine Kraft F Ve rdichtung tritt beispielsweise durch das Verdichten oder Komprimieren des Stranges 23 an oder im Eingang 19 der Fertigungsform 15 auf. In dem Bereich der Fertigungsform 15, in dem das Harz in flüssiger (Zone ZI) oder gelierter Form (englisch gel) (Zone Z2) vorliegt, tritt innere oder viskose Reibung (Kraftbeitrag F ViS kosität) auf. In Bereichen der Fertigungsform 15, in denen das Mat rixmaterial in fester Form (Zone Z3) vorliegt, tritt Fest körperreibung (Kraftbeitrag F ReibUng ) auf. Zudem kann Reibung zwischen den Fasern 18 und der Fertigungsform 15 auftreten.

[0040] Das System zur Bestimmung der Summe der Kräfte auf die Fertigungsform 15, d.h. der Summe der Kräfte F Ver- dichtung, Fviskosität und F Reib ung, unter Verwendung des Kraftauf nehmers 20, wie in Figur 2 dargestellt, ist ein System zur kontinuierlichen Messung, welches in einer vollständigen Fertigungslinie 10 implementiert wird. Aus den Eigenschaf ten des Strangziehprozesses ein kontinuierlicher und linea rer Prozess zu sein, folgt, dass Veränderungen der Parame ter, um den Prozess zu optimieren, oftmals ein Umrüsten o- der Neubestücken der Fertigungslinie 10 erfordern und daher aufwendig sind. Die Bestimmung der Ziehkraft mittels des Kraftaufnehmers 20, wie in Figur 2 gezeigt, allein lässt auch nicht auf einfache Weise die Komponenten der einzelnen Kraftbeiträge ermitteln, welche innerhalb der Fertigungs form 15 auftreten.

[0041] Die Erfindung beruht auf dem Wunsch, die oben ge nannten Nachteile zu überwinden. Der erfinderische Gedanke ist, den linearen Strangziehprozess in einen Rotationspro zess zu transformieren. Dadurch wird die Funktion „Kraft als Funktion der Position oder des Ortes" in der Ferti gungsform 15 in die Funktion „Drehmoment als Funktion der Zeit" (siehe Figur 4) in der Versuchsform 25 transformiert. Dies kann durch die Beziehung: F(l) -> M(t) ausgedrückt werden. Figur 4 veranschaulicht dies. Figur 4 zeigt einen Strang 23 in einer Fertigungsform 15 und einen Rotations dorn 24 (auch Dorn genannt, kann auch als Spindel, Schaft oder Kern bezeichnet werden) in einer Versuchsform 25

(Form) zwischen welchen ein Faser/Matrixmaterial- Preformling 26 ( Preformling) , welcher Matrixmaterial und

Verstärkungsfasern 18 aufweist, angeordnet ist. Die Äquiva lente zu den Kräften, welche in Summe durch die Ziehkraft kompensiert werden müssen, können dadurch ohne zeitliche Beschränkungen studiert werden. Werte zum Bestimmen der einzelnen Kraftbeiträge in den Abschnitten der Fertigungs form sind in einem Verfahrensdurchlauf nacheinander be stimmbar .

[0042] Figur 5a zeigt schematisch ein Beispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung 30, mittels welcher ein erfin dungsgemäßes Verfahren 100 durchgeführt werden kann. Figur 5b zeigt einen Ausschnitt einer Variante der Vorrichtung 30 gemäß Figur 5a in einer Längsschnittansicht. Die Vorrich tung 30 weist die Versuchsform 25 auf, welche einen Innen raum begrenzt (s. Figur 5b) . Die Form 25 weist in Längs richtung (Axialrichtung) in dem Bereich, in dem die Form einen Preformling 26 aufnimmt, vorzugsweise einen konstan ten Querschnitt auf. Alternativ können der Querschnitt und/oder die Größe des Bereichs in der Form 25 variieren. Bevorzugt weißt die Form 25 in dem Bereich, in dem diese einen Preformling 26 aufnimmt, eine radiale Abmessung auf, welche in alle Radialrichtungen konstant ist. Die innere Umfangsoberfläche der Form 25, welche mit dem Preformling 26 in Kontakt ist, ist bevorzugt im Wesentlichen zylinder mantelförmig, so dass die Form 25 im Wesentlichen einen zy lindrischen Innenraum begrenzen kann. Die Form 25 oder de ren innere Oberfläche kann aus demselben Material bestehen, wie eine Fertigungsform 15, welche in einer Fertigungslinie 10 eingesetzt werden kann, und/oder kann beispielsweise ei ne vergleichbare Oberflächenbeschaffenheit aufweisen.

[0043] In dem in Figur 5a dargestellten Zustand ist, wie in Figur 5b veranschaulicht, der Dorn 24 in der Form 25 an geordnet. Dorn 24 und Form 25 sind bevorzugt koaxial. Der Dorn 24 kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufwei sen. Die Form 25 und der Dorn 24 begrenzen eine Spalt 31 zur Aufnahme des Preformlings 26. Der Spalt 31 ist bevor zugt mantelförmig, besonders bevorzugt zylindermantelwand förmig und umgibt den Dorn 24 vorzugsweise vollständig. Der Spalt 31 zwischen der Oberfläche des Dorns 24 ohne den Pre formling 26 und der inneren Oberfläche der Form 25 reprä sentiert die Dicke des Stranges in der Fertigungsform 15.

[0044] Auf den Dorn 24 ist der Faser/Matrixmaterial- Preformling 26 aufgebracht, dessen Kleb- und/oder Reibver halten gegenüber der Form 25 bestimmt werden soll. Insbe sondere können harzgetränkte Fasern 18, z.B. in Form eines Stranges aufgebracht werden. Die Fasern 18 können insbeson dere einen bandförmigen Raum einnehmen. Die Fasern 18 sind auf den Dorn vorzugsweise geordnet aufgebracht. Die harzge tränkten Fasern sind beispielsweise um den Dorn 24 gelegt oder auf den Dorn 24 gewickelt. Die Fasern 18 erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des Domes 24.

[0045] Die Vorrichtung 30 weist Gleitdichtungen (dynami sche Dichtungen), beispielsweise Gleitringdichtungen 32, zur Abdichtung des Spaltes 31 zwischen dem Dorn 24 und der Form 25 nach außen auf.

[0046] Die Form 25 ist in einem Heizblock 33 rotations fest befestigt, welcher dem Heizen der Form 25 dient. Ein Temperaturfühler 34 dient zum Bestimmen der Temperatur der Form 25.

[0047] Der Dorn 24 wird über eine Wellenanordnung 35 von einem Motor 36 angetrieben. Die Wellenanordnung 35 kann ein Getriebe 37 aufweisen. Zu dem Motor 36 und/oder der Wellen anordnung 35 kann eine Einrichtung 38, z.B. ein Aufnehmer oder eine Einheit, zum Bestimmen des Drehmoments (An triebsmoments) gehören, welches der Antrieb aus Motor 36 und Getriebe 37 auf den Dorn 24 ausübt. Dieses hängt von der viskosen Reibung und/oder Festkörperreibung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25 und/oder von einer Kleb wechselwirkung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25, welche Klebwechselwirkung insbesondere auf Grund des Mat rixmaterials bestehen kann, ab. Das Drehmoment kann bei spielsweise bis zu 100 Nm betragen. Die Vorrichtung 10 weist eine Einrichtung 39 zum Bestimmen der Drehzahl des Dorns 24 auf.

[0048] Der Heizblock 33 bzw. die Form 25 sind auf einem Ständer 40 befestigt. Eine Isolierplatte 33a isoliert den Heizblock 33 thermisch von dem Ständer 40. Der Ständer 40 ist in der Lage das Drehmoment, welches auf die Form 25 bzw. den Heizblock 33 durch Drehen des Dorns 24 und des Preformlings 26 relativ zu der Form 25 ausgeübt wird, abzu stützen. Der Heizblock 33 und die Form 25 bleiben beim Dre hen des Dorns 24 mit dem Preformling 26 in der Form 25 vor zugsweise in einer Winkelstellung relativ zu dem Rahmen 44 bzw. dem Ständer 40. Der Heizblock 33 und die Form 25 wer den also vorzugsweise nicht gedreht. Zwischen dem Heizblock 33 und dem Ständer 40 ist eine Einrichtung 41 zum Bestimmen des Abstützmoments angeordnet, mittels welcher Einrichtung 41 der Heizblock 33 mit dem Ständer 40 gekoppelt ist. Mit der Einrichtung 41 zum Bestimmen des Drehmoments, welches der Heizblock 33 auf den Ständer 40 ausübt, kann das Ab stützmoment ermittelt werden, mit welchem sich die Form 25, im Beispiel über den Heizblock 33, an dem Ständer 40 ab stützt. Das Drehmoment, welches abgestützt werden muss, wird durch die Drehung des Dorns 24 von dem Dorn 24 auf den Preformling 26 und über den Preformling 26 auf die Form 25 übertragen und von dieser auf den Heizblock 33. Das von dem Preformling 26 auf die Form 25 übertragene Drehmoment kann im Zeitverlauf des Versuchsprozesses mit der Vorrichtung 30 stark variieren. Denn im Zeitverlauf können sich die Phasen (flüssig, gelartig, fest) des Matrixmaterials, Temperatur des Preformlings, Druck des flüssigen oder gelierten Mat rixmaterials, Ausdehnung des Preformlings 26 und damit die viskose und/oder Festkörperreibung zwischen dem Preformling 26 und der Form 25 und auch ein Klebverhalten zwischen dem Matrixmaterial des Preformlings 26 und der Form 25 stark ändern .

[0049] Der Ständer 40 weist eine Einrichtung 42 zur Hö henverstellung der Form 25 bzw. des Heizblocks 33 auf. Die Höhenverstellung erfolgt dabei in Längsrichtung der Mittel achse 43 der Form 25, welche bevorzugt mit der Rotations achse des Dorns 24 zusammenfällt (s. Figuren 4 und 5b) . Die Einrichtung 42 zur Höhenverstellung, welche im Beispiel durch eine Scherenkinematik gebildet ist, dient dazu, den Dorn 24 und die Form 25 relativ zueinander zu bewegen. Ins besondere kann damit der Dorn 24 relativ zu der Form 25 in die Form 25 bewegt werden.

[0050] Im Ausführungsbeispiel sind die Komponenten der Vorrichtung 30 in einem Rahmen 44 angeordnet, der den Stän der 40 und den Motor 36 mit der Wellenanordnung 35 und dem Dorn 24 trägt.

[0051] Zu dem Steuerungssystem 45 der Vorrichtung 30 ge mäß Figur 5a, 5b, welches in Figur 6 schematisch gezeigt ist, gehört eine Steuerungseinrichtung 46, welche eine Ein richtung 47 zur Leistungsbeaufschlagung des Motors 36 zur Einstellung der Drehzahl des Motors 36 aufweist, und eine Messwertaufnahmeeinrichtung 48, welche mit der Steuerungs einrichtung 46 gekoppelt ist oder Teil dieser ist, und wel che Daten von der Einrichtung 39 zum Bestimmen der Drehzahl des Dorns 24, von dem Temperaturfühler 34 und von wenigs tens einer der Einrichtungen 41, 38 zur Bestimmung des Ab stützmoments bzw. des Antriebsmoments oder von sowohl der Einrichtung 41 zum Bestimmen des Abstützmoments als auch der Einrichtung 38 zum Bestimmen des Antriebsmoments emp fängt. Von der Steuerungseinrichtung 46 kann außerdem eine Einheit zur Thermoregulation 49 gesteuert werden, welche die Temperatur in dem Heizblock 33 regelt. Die Vorrichtung 30 kann weitere Einrichtungen zum Ermitteln von physikali schen Größen aufweisen, z.B. einen Drucksensor (nicht ge zeigt) zum Bestimmen des Drucks in dem Spalt 31. Die Daten der weiteren Einrichtungen können ebenfalls über die Mess wertaufnahmeeinrichtung 48 aufgenommen werden.

[0052] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 können erfindungsgemäße Verfahren 100 durchgeführt werden, wie sie im Folgenden beispielhaft beschrieben sind. Verfahrens schritte sind in Figur 8, welche Blockdiagramme darstellen, beispielhaft veranschaulicht.

[0053] Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 enthält den Schritt des Anordnens 101 eines Faser/Matrixmaterial-Preformlings 26 (Preformling 26) zwi schen dem Rotationsdorn 24 und der Form 25. Dazu kann der Preformling 26 beispielsweise auf den Rotationsdorn 24 der Vorrichtung gemäß Figuren 5a, 5b, 6 aufgebracht werden. Für diesen Vorgang kann der Ständer 40 in eine Position nach unten gefahren werden (nicht dargestellt) , in welcher der Dorn 24 außerhalb der Form 25 angeordnet ist. Der Dorn 24 ist von der Wellenanordnung 35 vorzugsweise entkuppelt, um den Preformling 26 auf den Dorn 24 aufzubringen. Um den Preformling 26 auf den Rotationsdorn 24 aufzubringen, kön nen die Fasern, welche mit Matrixmaterial versehen sind, zunächst auf den Rotationsdorn 24 gewickelt werden. An schließend kann der Rotationsdorn 24 mit der Wellenanord nung 35 gekuppelt werden. Der Preformling 26 kann bei spielsweise aus einem oder mehreren Strängen von Verstär kungsfasern 18, welche mit Matrixmaterial getränkt sind, zusammengesetzt sein. Der Preformling 26 kann alternativ oder zusätzlich zu den Strängen Textilien in Form von bei spielsweise gewebten Bändern oder Bändern aus Filzmaterial oder anderen Textilformen enthalten. Das Matrixmaterial kann, zumindest zu einem großen Teil, aus Kunstharz, bei spielsweise Epoxidharz, bestehen. In dem Matrixmaterial können zusätzlich Additive oder Füllstoffe enthalten sein. Verstärkungsfasern 18 in dem Preformling 26 haben vorzugs weise eine Länge von wenigstens dem Umfang des Dorns 24, um wenigstens einmal um den Dorn 24 gewickelt werden zu kön nen. Das Verstärkungsmaterial, besteht vorzugsweise aus miteinander nicht verschlungenen oder verwebten einzelnen Fasern 18 oder weist solche auf. Das Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise ein Strang aus nebeneinander verlaufenden Einzelfasern 18. Das Verstärkungsmaterial kann um den Dorn 24 gelegt oder gewickelt werden. Der Preformling 26 kann auf den Rotationsdorn 24 aufgebracht werden, indem, bei spielsweise bandförmige, Stränge um den Rotationsdorn ge legt werden, insbesondere auf den Rotationsdorn aufgewi ckelt werden, so dass die Fasern 18 und/oder die Stränge sich vorzugsweise zumindest im Wesentlichen in Umfangsrich tung des Rotationsdorns 24 erstrecken. Es kann als Preform ling 26 beispielsweise eine einzelne Endlosfaser oder eine Gruppe von wenigen Endlosfasern als Strang auf den Dorn 24 gewickelt werden, bis die gewünschte Preformlingdicke er reicht wird. Es ist beispielsweise möglich, vorimprägnierte Fasern 18 auf den Rotationsdorn 24 aufzubringen und/oder auf den Rotationsdorn 24 aufgebrachte Fasern 18 nachträg lich zu imprägnieren. Als Verstärkungsfasermaterial können beispielsweise Glasfasern verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweiser Kohlefasern verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu Glasfasern und/oder Kohlefasern können andere Fasern, z.B. Polymerfasern, ver wendet werden.

[0054] Um den Preformling 26 zwischen dem Rotationsdorn 24 und einer Form 25 anzuordnen, kann nun der Dorn 24 mit dem Preformling 26 in die Form 25 eingebracht werden. Dazu kann in der Vorrichtung 30 gemäß Figur 5a beispielsweise die Form 25 mit dem Heizblock 33 mittels der Scherenkinema tik vertikal in eine Position wie in Figur 5a dargestellt gefahren werden, wobei der Dorn 24 mit dem darauf aufge brachten Preformling 26 in die Form 25 eintaucht.

[0055] Es ist möglich, den Dorn 24 und die Form 25 rela tiv zueinander bereits während des Eintauchens zu drehen und/oder erst nachdem der Eintauchvorgang abgeschlossen ist. Während Figuren 5a, b und 6 eine Vorrichtung zeigen, in der die Form 25 selbst relativ zu dem Ständer 40 bzw. dem Rahmen 44 nicht drehbar ist, sondern nur der Dorn 24 zu einer Drehbewegung relativ zu der Form 25 angetrieben wer den kann, ist es zusätzlich oder alternativ möglich, die Form 25 drehbar zu lagern und drehanzutreiben . Eine ent sprechende Vorrichtung (nicht dargestellt) weist bevorzugt eine Einrichtung zum Bestimmen des Antriebsmoments der Form 25 und/oder eine Einrichtung zum Bestimmen des Abstützmo ments des Dorns 24 auf.

[0056] Der Dorn 24 und die Form 25 werden mittels des Motors 36 und der Wellenanordnung 35 relativ zueinander ge dreht (Schritt 102), während der Dorn 24 mit dem Preform ling 26 in der Form 25 angeordnet ist. Der Preformling 26 weist vorzugsweise dieselbe Winkelgeschwindigkeit auf, wie der Dorn 24. Insbesondere sind die Fasern 18 an dem Dorn 24 relativ zu dem Dorn 24 bevorzugt in Ruhe. Bevorzugt werden Dorn 24 und Form 25 koaxial relativ zueinander gedreht.

[0057] Während des relativen Drehens zueinander des Dorns 24 und der Form 25 kann der Heizblock 33 beispiels weise auf einer bestimmten Temperatur gehalten oder die Temperatur des Heizblocks 33 gemäß einer Funktion, insbe sondere einer linearen Funktion, verändert werden. Dadurch, dass die Form 25 von außen mittels des Heizblocks 33 ge heizt wird, kann ein Temperaturgefälle in dem Preformling 26 erzeugt werden. Die Wärme kann von dem Flächenpaar aus innerer Formoberfläche und äußerer Preformlingoberfläche ausgehend radial nach innen dringen. Damit können Verhält nisse simuliert werden, wie sie insofern den Verhältnissen in einer Fertigungsform 15 entsprechen, als dass sich auch dort ein Temperaturgefälle von der Oberfläche des Stranges 23 in der Fertigungsform 15 nach innen ergibt. Durch das Erwärmen des Matrixmaterials kann das Matrixmaterial im Versuchsverlauf in mehr und mehr Bereichen zunehmend aus härten, wobei das Matrixmaterial durch Polymerisation von einem flüssigen in einen gelartigen und schließlich in ei nen festen Zustand übergehen kann. Die Steuerungseinrich tung 46, welche die Drehzahl des Dorns 24 regelt, hält die se vorzugsweise konstant, trotz Polymerisierung, Steigerung des Druckes durch thermische Expansion und damit potentiell höhere Normalkraft auf die Reibfläche und/oder chemisches Schrumpfen in radiale Richtung, welche Effekte zu stark un terschiedlichem Reibverhalten im zeitlichen Verlauf des Versuchs führen können.

[0058] Es wird wenigstens ein Wert des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst (Schritt 103) . Daraus kann eine Kraft ermittelt werden, welche zu der Summe der Kräfte beiträgt, welche im Fertigungsverfahren mittels der Fertigungslinie 10 durch die Ziehvorrichtung 16 kompensiert werden muss, um den Strang 23 in der Fertigungslinie 10 mit konstanter Ge schwindigkeit durch die Fertigungsform 15 zu ziehen. Denn die Verhältnisse in der Versuchsform 25 sind so ähnlich zu denen in der Fertigungsform 15, dass aus den Ergebnissen des Verfahrens Rückschlüsse auf das Verhalten des Stranges 23 als Preformling in der Fertigungsform 15 gezogen werden können. Aus dem erfassten wenigstens einen Wert des An triebsmoments und/oder des Abstützmoments kann der Beitrag zur Ziehkraft (zur Gegenkraft der Ziehkraft) ermittelt wer den, welcher aus einem bestimmten Längsabschnitt der Ferti gungsform 15 stammt, insbesondere in dem gleiche oder ähn liche Verhältnisse vorliegen, wie bei Erfassung des Wertes im erfindungsgemäßen Verfahren. Der bestimmte Zeitpunkt zu dem der Wert erfasst wird, lässt sich in eine bestimmte Po sition oder einen bestimmten Längsabschnitt in einer Ferti gungsform 15 umrechnen. Mittels des erfindungsgemäßen Ver fahrens kann also das Verhalten, insbesondere das Klebe- und Reibverhalten, eines Stranges 23 in zumindest einem Abschnitt der Fertigungsform 15 (siehe Figur 1) simuliert werden .

[0059] Besonders bevorzugt wird das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst (Schritt 103') . Es können mehrere diskrete Werte des Antriebs und/oder des Abstützmoments über den zeitlichen Ablauf des Testversuchs erfasst werden. Durch die Wärmeeinwirkung po lymerisiert und/oder kristallisiert das Matrixmaterial, z.B. Kunstharz, über die Zeit aus. Im zeitlichen Verlauf des Testversuchs liegen also unterschiedliche Verhältnisse (z.B. Aushärtungsgrad, Polymerisationsgrad und/oder Kris tallisationsgrad des Kunstharzes, Druck des Matrixmateri als, Temperatur des Preformlings 26, usw.) vor, welche in der Fertigungsform 15 (Figur 1) Verhältnissen in verschie denen Längsabschnitten der Fertigungsform 15 entsprechen können. Wenn das Antriebsmoment und/oder das Abstützmoment im Zeitverlauf erfasst werden (siehe beispielhaft Figur 7, welche das Abstützmoment im Zeitverlauf zeigt) kann der zeitliche Momentenverlauf in einen Kraftverlauf, Kraft als Funktion der Position in der Fertigungsform 15 in Förder richtung, umgerechnet werden (Schritt 104).

[0060] Es kann beispielsweise ein Verlauf des Drehmo ments in Abhängigkeit von der Zeit, wie beispielsweise in Figur 7 dargestellt, ermittelt werden. Das in Figur 7 dar gestellte Diagramm zeigt den Verlauf des Drehmoments über die Zeit bei konstanter Drehzahl des Dorns 24 mit einem 1 Millimeter dicken Preformling 26 aus Glasfasern als Ver stärkungsmaterial und Epoxidharz als Matrixmaterial während des Aushärtens. Der starke Anstieg des Drehmoments im zeit lichen Verlauf des Testversuchs kann durch einen Druckan stieg beim wärmebedingten Ausdehnen des Verbundwerkstoffs und durch den Übergang von innerer zu äußerer Reibung beim Übergang von der flüssigen Phase des Kunstharzes auf die Gelphase des Kunstharzes erklärt werden. Der starke Abfall des Drehmomentes kann durch ein Schrumpfen des Formlings aufgrund des Aushärtens des Harzes erklärt werden, bei dem der Druck und damit die Normalkraft zwischen der Oberfläche der Form 25 und des Preformlings 26 sinkt.

[0061] Wie durch den gestrichelten Pfeil in Figur 8 er sichtlich, kann das Ergebnis der Bestimmung aus dem Test versuch in den Entwurf oder die Einrichtung eines Ferti gungsprozesses einfließen, indem ein Parameter des Ferti gungsprozesses anhand des Ergebnisses des einen oder mehre re Testversuche festgelegt wird (Verfahren 104). Parameter des Fertigungsprozesses können beispielsweise die Länge der Fertigungsform 15, die Zusammensetzung des Preformlings o- der Stranges 23 und/oder des Produkts, die Temperatur, der Temperaturverlauf in der Fertigungsform 25 und/oder die Ab ziehgeschwindigkeit sein. [0062] Ohne großen Materialaufwand und ohne eine voll ständige Strangziehfertigungslinie 10 V orhalten zu müssen, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 das Ver halten, insbesondere das Kleb- und Reibverhalten, von Pre- formlingen 26 unterschiedlicher Zusammensetzung, für unter schiedliche Formen 25, Temperaturen usw. studiert werden.

Es können damit relativ einfach Parameter, z.B. Zusammen setzung des Preformlings oder Stranges 23, Eigenschaften der Form 15, beispielsweise Material oder Oberflächenbe schaffenheit, Temperatur, Temperaturverlauf, Ziehgeschwin digkeit, welche sich in eine Rotationsgeschwindigkeit um rechnen lässt, usw. variiert werden. Mittels der Vorrich tung 30 und der Verfahren 100, 104 können individuelle Pa rameter identifiziert und optimiert werden, wie etwa das Temperaturprofil der Fertigungsform 15, die Oberflächenrau heit und das Material der Fertigungsform 15, die Fasern 18 und der Volumenanteil der Fasern, das Matrixmaterial, ins besondere das Harzsystem, Additive, Geschwindigkeit des Verfahrens, Geometrie des Verbundwerkstoffprofils, welche den Strangziehprozess beeinflussen, ohne dass eine voll ständige Strangziehfertigungslinie 10 erforderlich wäre.

Mit dem Verfahren wird nur ein Bruchteil des Materials ge braucht, welches für einen Strangziehprozess gebraucht wird. Dies macht das Verfahren besonders material- und kos tensparend. In einer Fertigungslinie 10 zum Strangziehen ist die Fertigungsform 15 eine der größten Kostentreiber.

Da die vorgeschlagene Vorrichtung mit einer Versuchsform 25 mit relativ kleiner Größe auskommt - die Versuchsform 25 für den Testversuch ist im allgemeinen kleiner als eine Fertigungsform 15 in einer Fertigungslinie 10, welche mit tels des Testversuchs ausgelegt wird - bietet die erfin dungsgemäße Vorrichtung 100 sowie die erfindungsgemäßen Verfahren 100, 104 auch deshalb einen hohen ökonomischen Vorteil. Das Verfahren 100 zur Bestimmung des Verhaltens 100 und das Verfahren zur Festlegung wenigstens eines Para meters des Fertigungsprozesses 104 können auch als ein Ge samtverfahren angesehen werden.

[0063] Ein oder mehrere Ergebnisse aus der Bestimmung des Verhaltens mittels wenigstens eines Testversuchs können in einer Datenbank einer Anlage (nicht dargestellt) zur Fertigung mittels Strangziehen und/oder zur Fertigungspla nung hinterlegt sein. Die Anlage kann eine Eingabeeinrich tung und eine Ermittlungseinrichtung aufweisen, wobei die Anlage derart eingerichtet ist, dass ein Benutzer der Anla ge über die Eingabeeinrichtung eine Geometrie und/oder eine Zusammensetzung eines Faser/Harz-Preformlings und/oder ei nes Produktes vorgeben kann und die Ermittlungseinrichtung wenigstens einen Produktionsparameter anhand von dem oder den Ergebnissen, welche über die Datenbank zugänglich sind und welche aus mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 und/oder mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100, 104 bestimmten Verhaltens ermittelt, insbesondere berech net, wurden. Der wenigstens eine Produktionsparameter kann beispielsweise anhand von Geometrien und/oder Zusammenset zungen von Preformlingen 26 und/oder Produkten ermittelt werden, für welche Bestimmungsergebnisse ermittelt mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren 100, 104 oder Vorrichtungen 30 in der Datenbank vorliegen und welche ver schieden von der vorgegebenen Geometrie und/oder Zusammen setzung sind.

[0064] Es wird ein Konzept zur Bestimmung des Verhaltens von faserverstärkten Kunststoffen offenbart, welches diese während ihrer Herstellung zeigen. Mit dem Bestimmungsergeb- nis kann auf das Verhalten der faserverstärkten Kunststoffe während ihrer Herstellung in einem Strangziehprozess ge schlossen werden. In Ausführungsformen des erfindungsgemä ßen Verfahrens 100 weist das Verfahren 100 das Aufbringen eine Faser/Kunststoff-Preformlings 26 auf einen Rotations dorn 24 und das Einbringen 102 des Dorns in eine beheizte Versuchsform 25 auf (Schritt 101) . Form 25 und Dorn 26 wer den relativ zueinander gedreht (Schritt 102) und wenigstens ein Wert des Antriebsmoments und/oder des Abstützmoments wird erfasst (Schritt 103) . Mittels des wenigstens einen Wertes kann ein Parameter eines Produktionsprozesses in ei ner Fertigungslinie 10 zum Strangziehen ermittelt werden.

Bezugs zeichenliste :