DE10157655A1

DE10157655A1 - Impregnated compound fiber structures are produced using a fiber preform held in a cavity, where the two sections forming the cavity are moved apart to form gaps for resin to flow in with a vacuum

Info

Publication number: DE10157655A1
Application number: DE10157655A
Authority: DE
Inventors: Tom Wassenberg; Ingo Kleba; Sven Helmann
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: DE10157655B4

Abstract

To produce fiber-reinforced plastics components, in a resin infusion or vacuum process, the fiber preform (2) is held (1) for impregnation within a cavity enclosed by at least two sections of the assembly. The two sections are moved apart, away from the fiber preform, to form a gap (5) between them and the resin is introduced while the cavity is evacuated. After complete impregnation, the sections are moved together to force the resin out of the gap.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen automatisierbaren Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen im Harzinfusionsverfahren bzw. Vakuumverfahren. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo Faserhalbzeuge unter Vakuum imprägniert werden. The invention relates to a method and an apparatus for economical automatable production of components from fiber composite plastics in Resin infusion process or vacuum process. The invention can be used anywhere where semi-finished fiber products are impregnated under vacuum.

Zur Herstellung von Faserverbundkunststoff-Bauteilen im Harzinfusionsverfahren bzw. Vakuumverfahren werden ausschließlich einteilige bzw. offene Werkzeuge oder Formen eingesetzt. Die für die geschlossene Imprägnierung des Faservorformlings erforderliche Gegenform wird durch eine (Vakuum-) Folie gebildet. Die Komprimierung des Laminats während der Aushärtung wird durch das anliegende Vakuum erreicht. Die homogene Verteilung des Vakuums über das gesamte Bauteil wird durch Aufsauggewebe bzw. -gelege erzielt. Dies wird während des Prozesses teilweise oder komplett mit Matrixmaterial getränkt und muss, durch ein Trenngewebe vom eigentlichen Laminat getrennt, nach der vollständigen. Härtung des Bauteils entfernt und entsorgt werden. For the production of fiber composite plastic components using the resin infusion process or vacuum processes are only one-piece or open tools or Forms used. The one for the closed impregnation of the fiber preform the required counterform is formed by a (vacuum) film. The Compression of the laminate during curing is due to the applied vacuum reached. The homogeneous distribution of the vacuum over the entire component is ensured by Absorbent fabric or scrim achieved. This becomes partial during the process or completely impregnated with matrix material and must be separated from the actual laminate separated after the complete. Removal of hardening of the component and be disposed of.

Bei der Herstellung großer Bauteile im SCRIMP-Prozess, ein Harzinfusionsverfahren mit Verteilmedium, wird zusätzlich zum "normalen" Vakuumsackaufbau ein Verteilmedium über dem Laminataufbau integriert, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine geringere Permeabilität besitzt als das Laminat. Dieses Verteilmedium ermöglicht, dass das Matrixmaterial großflächig über dem Laminat verteilt wird und von dort das Laminat in Dickenrichtung tränkt. Auch dieses Verteilmedium ist nach dem Prozess mit Harz getränkt und muß entfernt und entsorgt werden. When manufacturing large components in the SCRIMP process, a resin infusion process with distribution medium, in addition to the "normal" vacuum bag structure Distribution medium integrated over the laminate structure, which is characterized in that it has a lower permeability than the laminate. This distribution medium enables the matrix material to be distributed over the laminate over a large area and from there soak the laminate in the thickness direction. This distribution medium is also after the process soaked in resin and must be removed and disposed of.

Ein erster Schritt, diese Abfallmenge zu reduzieren, ist in der vom Verein zur Förderung des Institutes für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein-Westf. Technischen Hochschule Aachen e. V. eingereichten Patentanmeldung DE 199 26 896 beschrieben. Hier werden Imprägnierkanäle über eine Vakuumfolie, die in Vertiefungen einer Oberform gezogen wird, freigelegt. Diese Kanäle sorgen für die Verteilung des Harzes über dem Preform und können nach der Imprägnierung wieder verdrängt werden, indem die Folie sich wieder auf das Laminat absenkt. A first step to reduce this amount of waste is by the association Funding of the institute for plastics processing in industry and craft at the Rhine-Westphalia. Technical University of Aachen e. V. filed patent application DE 199 26 896. Here impregnation channels are placed over a vacuum film, which is drawn into the recesses of an upper mold, exposed. These channels care for the distribution of the resin over the preform and can after the Impregnation can be displaced by placing the film back on the laminate lowers.

Das Harzinfusions- bzw. Vakuumverfahren (oder auch VARTM) ist eine Fertigungstechnik für faserverstärkte Kunststoffbauteile, die gegenüber weiteren verwandten Verfahren (z. B. RTM) einen Kostenvorteil besitzt. Dieser liegt darin begründet, daß nur eine Formhälfte und kein druckfestes Werkzeug benötigt wird, keine Injektionsanlage erforderlich ist und trotzdem Laminate hoher Qualität hergestellt werden können. Im Vergleich zum Handlaminierverfahren besitzt das Harzinfusionsverfahren ebenfalls das Potential, höherwertige Laminate zu erzielen und gegenüber dem Faserspritzen können im Harzinfusionsverfahren Endlosfasern verarbeitet werden. Ein Nachteil des Verfahrens liegt in dem hohen Anteil an Abfall, der während des Prozesses entsteht. Hierzu zählen nicht nur getränkte Hilfsgewebe bzw. -gelege oder Fasermatten sondern auch zum Teil die Dichtmaterialien und Folien. The resin infusion or vacuum process (or VARTM) is one Manufacturing technology for fiber-reinforced plastic components, compared to other related Process (e.g. RTM) has a cost advantage. This is due to the fact that only one mold half and no pressure-resistant tool is required, none Injection system is required and still high quality laminates are made can. Compared to the hand lamination process, this has Resin infusion processes also have the potential to achieve higher quality laminates and compared to that Fiber syringes can be processed in the resin infusion process to form continuous fibers. A disadvantage of the process lies in the high proportion of waste that occurs during the Process arises. This does not only include impregnated auxiliary fabrics or scrims or fiber mats but also some of the sealing materials and foils.

Nachteilig an dem Verfahren gemäß DE 199 26 896 ist, dass die Dichtigkeit der Vorrichtung von dem Zustand der Vakuumfolie abhängt, keine reproduzierbaren hochwertigen Oberflächen erzeugt werden können, und dass die realisierbaren Geometrien eingeschränkt sind. A disadvantage of the method according to DE 199 26 896 is that the tightness of the Device depends on the condition of the vacuum film, no reproducible high quality surfaces can be created and that the feasible Geometries are restricted.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wirtschaftliche automatisierbare Herstellung von Faserverbundbauteilen ohne Abfall ermöglicht, und bei der die Vorrichtung vollständig wiederverwendbar ist. The invention is therefore based on the object of a method and a device to create an economical automatable production of Fiber composite components without waste, and in which the device completely is reusable.

Die Herstellung der Vorrichtung soll mit einfachen Mitteln möglich sein und sich an jegliche Bauteilform und Verstärkungsstruktur anpassen oder angepaßt herstellen lassen. The manufacture of the device should be possible with simple means and per se adapt or manufacture any component shape and reinforcement structure to let.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. 2 gelöst. The object is achieved with the method and the device according to claim 1 and 2 respectively solved.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wirtschaftlichen automatisierbaren Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen im Harzinfusions- bzw. Vakuumverfahren, die Verwendung einer zur Erfindung gehörenden Vorrichtung zur Optimierung der Bauteilimprägnierung. Durch den Einsatz der Vorrichtung wird es möglich, den üblicherweise anfallenden Abfall bei der Herstellung von Faserverbundkunststoffbauteilen zu reduzieren und im Gegensatz zu herkömmlichen Harzinfusionsverfahren eine beidseitig reproduzierbare hochwertige Oberfläche zu fertigen. Hierzu werden Vorrichtungsteile gegeneinander bewegt, um einen erforderlichen Fließspalt einzustellen, der eine schnelle und gezielte Verteilung des Harzes über dem Laminat bewirkt. Nach der Imprägnierung werden die Vorrichtungselemente wieder aufgrund des in der Kavität herrschenden Vakuums zusammengefahren und das Bauteil in seiner Endkontur ausgehärtet. The invention relates to a method for economical automatable Manufacture of components from fiber composite plastics in resin infusion or Vacuum method, the use of a device belonging to the invention for Optimization of component impregnation. By using the device it will possible, the usual waste in the manufacture of To reduce fiber composite plastic components and in contrast to conventional Resin infusion process to produce a mutually reproducible high-quality surface. For this purpose, device parts are moved against each other in order to achieve a Flow gap to adjust the rapid and targeted distribution of the resin the laminate. After impregnation, the device elements collapsed again due to the vacuum in the cavity and the component has hardened in its final contour.

Die Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Teilen, kann aber für komplexe Geometrien und/oder Sandwichbauteile auch aus mehreren Teilen bestehen, die getrennt voneinander bewegt werden können. So können erstmals im Harzinfusionsverfahren Bauteile mit allseitig reproduzierbaren hochwertige Oberflächen und Endkontur gefertigt werden. Es entsteht kein weiterer Abfall durch getränkte Verteilmedien oder Absaugeinrichtungen. Es werden keine Formenträger oder Schließen benötigt, da der Druck in der Kavität stets unter dem Umgebungsdruck liegt. The device consists of at least two parts, but can be for complex Geometries and / or sandwich components also consist of several parts that can be moved separately. So for the first time in Resin infusion process Components with high quality surfaces and reproducible on all sides Final contour to be manufactured. There is no further waste from soaked Distribution media or suction devices. There will be no mold carriers or clasps required because the pressure in the cavity is always below the ambient pressure.

Das Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Harzinfusions- bzw. Vakuumverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Harzes zur Imprägnierung über Spalte erfolgt, die durch die Funktion der Vorrichtung entstehen, bei der nach vollständiger Imprägnierung durch Harzinfusion das Harz aus den Spalten gedrückt wird, indem die Vorrichtungsteile geschlossen werden. The process for the production of fiber-reinforced plastic components in Resin infusion or vacuum process is characterized in that the distribution of the Resin for impregnation is carried out by the function of the column Device are created in which after complete impregnation by resin infusion Resin is pressed out of the columns by closing the device parts become.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gibt im evakuierten Zustand Spalte zum Fließen des Matrixsystems über dem Laminat frei, wobei diese nach dem Harzeintrag und/oder Imprägnieren wieder geschlossen werden. The device for performing the method is in the evacuated state Gaps for the flow of the matrix system over the laminate free, this after the resin entry and / or impregnation are closed again.

Die Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Teilen, die auf jegliche Art (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch) gegeneinander bewegt werden können, um die Imprägnierspalte über dem Laminat zu erzeugen. The device consists of at least two parts, which in any way (pneumatic, hydraulic, electrical and / or mechanical) moved against each other can be used to create the impregnation gap over the laminate.

Die Anordnung von Zwischenräumen ermöglicht eine individuelle Anpassung an Bauteilen. The arrangement of gaps enables individual adaptation to Components.

Durch die Bewegung der Vorrichtungsteile gegeneinander entstehen Spalte zur Aufnahme und Verteilung des Harzes. The movement of the device parts against each other creates gaps Absorption and distribution of the resin.

Nach vollständiger Imprägnierung des Preforms können die Vorrichtungsteile auf jegliche Art (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch) wieder gegeneinander bewegt werden, um die Kavität entsprechend der Bauteilgeometrie wieder zu schließen und das Harz aus den Spalten zu verdrängen. After the preform has been completely impregnated, the device parts can be opened any kind (pneumatic, hydraulic, electrical and / or mechanical) again moved against each other to the cavity according to the component geometry close again and displace the resin from the crevices.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen (Bild 1 bis Bild 4) die Erfindung näher erläutert:
Die Vorrichtung zum Imprägnieren besteht aus mindestens zwei Teilen, die gegeneinander abgedichtet sind. Die Preformhalterung 1 nimmt den Faserpreform 2, der einen monolithischen oder einen Sandwichaufbau besitzen kann, auf und fixiert ihn in der Kavität. Mindestens ein anderes Vorrichtungsteil kann gegenüber der Preformhalterung über pneumatische, hydraulische, elektrische und/oder mechanische Antriebssysteme 3 angehoben werden, um so oberhalb des zu imprägnierenden Laminates einen Spalt 5 zu öffnen (Bild 1), wobei in den Darstellungen exemplarisch Druckschläuche als Antriebssystem gezeigt sind. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings ( image 1 to image 4):
The impregnation device consists of at least two parts which are sealed against one another. The preform holder 1 receives the fiber preform 2 , which may have a monolithic or a sandwich structure, and fixes it in the cavity. At least one other device part can be raised relative to the preform holder via pneumatic, hydraulic, electrical and / or mechanical drive systems 3 , so as to open a gap 5 above the laminate to be impregnated ( Figure 1), pressure hoses being shown as examples in the illustrations as the drive system ,

Durch die an das Bauteil angepasste Geometrie dieser Spalte werden Fließräume für das Harz gebildet. Während des ganzen Ablaufs kann die Kavität weiterhin unter dem beaufschlagten Vakuum verbleiben. Nach dem Einstellen der notwendigen Spalte wird für die Imprägnierung des Bauteils eine entsprechend zuzuführende Harzmenge 4 in die Spalte über variable Angusssysteme eingeleitet (Bild 2) Das Fließen findet aufgrund der herrschenden Druckdifferenz zwischen der Kavität und dem Harzbehälter statt. Der Druck im Harzbehälter ist nicht höher als der Umgebungsdruck, so dass für die Fertigung keine Schließkräfte erforderlich sind. The geometry of this column, which is adapted to the component, creates flow spaces for the resin. The cavity can remain under the applied vacuum throughout the entire process. After the necessary gaps have been set for the impregnation of the component, a corresponding amount of resin 4 to be supplied is introduced into the column via variable sprue systems ( Figure 2). The flow takes place due to the prevailing pressure difference between the cavity and the resin container. The pressure in the resin container is not higher than the ambient pressure, so that no closing forces are required for production.

Nachdem die Harzmenge eingeleitet ist, kann die Harzzufuhr gestoppt werden. Entsprechend der Bauteilgeometrie und den Bauteilanforderungen können nun variabel und geregelt die Vorrichtungsteile wieder aufeinander zu bewegt werden. Dies kann sowohl aktiv durch weitere pneumatische, hydraulische, elektrische oder mechanische Einrichtungen geschehen, oder passiv durch den Differenzdruck zwischen Kavität und Umgebungsdruck. Durch die Anbringung mehrerer Antriebssysteme kann die Bewegung der Vorrichtungsteile auch in mehreren Schritten und nicht nur in einer Richtung ablaufen. Durch die Bewegung der Formteile wird das Harz aus den Spalten bis zur Vakuumseite vorangetrieben und imprägniert dabei das Bauteil (Bild 3). After the amount of resin is introduced, the resin supply can be stopped. According to the component geometry and the component requirements, the device parts can now be moved towards one another in a variable and controlled manner. This can be done actively by further pneumatic, hydraulic, electrical or mechanical devices, or passively by the differential pressure between the cavity and the ambient pressure. By attaching several drive systems, the movement of the device parts can also take place in several steps and not only in one direction. Due to the movement of the molded parts, the resin is pushed out of the crevices up to the vacuum side and thereby impregnates the component ( Figure 3).

Unter Vakuum kann das Bauteil aushärten, wobei keine Schließkraft aufgebracht werden muss. Zur weiteren Kompaktierung des Laminates können aber auch die angebrachten Wegsysteme (pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch) zusätzlich eingesetzt werden. The component can harden under vacuum, whereby no closing force is applied must become. However, for further compacting of the laminate additional path systems (pneumatic, hydraulic or mechanical) be used.

Claims

1. A method for producing fiber-reinforced plastic components in the resin infusion or vacuum process by holding a fiber preform ( 2 ) to be impregnated in a cavity enclosed by at least two device parts, the device parts being separated from the preform ( 2 ) with the formation of gaps ( 5 ) between them Preform and the device parts are moved apart and the resin in the evacuated state of the cavity is fed into the column ( 5 ) for impregnating the preform and that after complete impregnation of the preform ( 2 ) the device parts are moved towards each other again to the resin ( 4 ) from the columns ( 5 ).

2. Device for producing fiber-reinforced plastic components in the resin infusion or vacuum process with at least two device parts that are sealed against one another and enclose a cavity, and a preform holder ( 1 ) that fixes the fiber preform to be impregnated ( 2 ) in the cavity, characterized that at least one device part can be moved away from the cavity under vacuum in order to form a gap ( 5 ) between the fiber preform ( 2 ) and the device part, into which resin ( 4 ) can be fed for the impregnation of the fiber preform ( 2 ), and that the at least one device part can be closed again by the resin infusion after the gap ( 5 ) has been filled and the fiber preform ( 2 ) has been completely impregnated.

3. Device according to claim 2, characterized in that the at least one Device part by pneumatic, hydraulic, electrical and / or mechanical drive means is movable.

4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the resin can be filled into the at least one gap ( 5 ) via variable sprue systems.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the resin flows into the column ( 5 ) due to the pressure difference between the cavity and the resin container.

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the impregnated preform ( 2 ) cures under vacuum without applying a closing force.