DE102004025704A1

DE102004025704A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen

Info

Publication number: DE102004025704A1
Application number: DE200410025704
Authority: DE
Inventors: Walter Kiersch
Original assignee: KIERSCH COMPOSITE GmbH
Current assignee: KIERSCH COMPOSITE GmbH
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen verwenden hydrostatischen Druck, der über ein Wärmeübertragungsfluid auf das herzustellende Teil (6) ausgeübt wird und der wie auch die Temperatur so gesteuert wird, dass der flüssige Kunststoff optimal in das Fasermaterial eindringt, aushärtet und vernetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen wie Flugzeugtragflächen, Windflügel, Boote und dergleichen, bei dem das Fasermaterial mit sonstigen in das Bauteil einzubettenden Teilen sowie der flüssige Kunststoff in eine Form eingebracht und durch eine erste gasundurchlässige Folie abgedeckt wird, und bei dem die Aushärtung des flüssigen Kunststoffs durch Beheizung eingeleitet oder bewirkt wird, wobei die in die Form eingebrachten Materialien durch ein Wärmeübertragungsfluid mit Druck beaufschlagt und beheizt werden.

Bei einem bekannten Verfahren ( DE 100 13 409 C1 ) wird das trockene Faserverbund-Halbzeug auf eine beheizbare Form aufgebracht und anschließend durch Vakuum der flüssige Kunststoff so angesaugt, dass er sich über das trockene Faserverbund-Halbzeug verteilt und entgast. Anschließend erfolgt dann durch Beheizen der Form eine Erwärmung des Materials und dadurch die Härtung und Vernetzung desselben.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht erstens darin, dass es im wesentlichen im Bereich des atmosphärischen Vakuums arbeitet, so dass die eingesetzten flüssigen Harze aus dem atmosphärischem Zustand in ein Vakuum gesaugt werden, während dieses Vorganges unvollständig entgasen und sich nur unvollkommen mit den Faserverstärkungen verbinden können. Druckänderungen sind bei bekann ten Verfahren nicht erwünscht, da nur bei maximalem Vakuum auch Fliessgeschwindigkeit, Anpressdruck und Abdichtung optimal sind. Temperaturänderungen sind wegen der einseitigen Formenheizung und der großen Masse der Form nur langsam möglich, so dass wegen der thermischen Trägheit des Systems der Temperaturverlauf nicht optimal an den Ablauf der Aushärtung und Vernetzung der Harze angepasst werden kann. Es besteht so die Gefahr, dass der exotherme Aushärtungsvorgang an besonders kritischen Stellen des Profils "wegläuft", d. h. lokal eine zu hohe Temperatur erreicht wird, was das Bauteil unbrauchbar macht. Diese Gefahr besteht zum Beispiel im Bereich der unidirektionalen Längsgurte von Tragflächen, und an den Anschlussbereichen von Flügel wo diese mit dem Flugzeug oder der Rotornabe verbunden werden sollen, da es hier sehr viele Faserschichten gibt. Um diese nachteilige Wirkung zu vermeiden, die zum Unbrauchbarwerden des Profils führen kann, muss daher mit niedriger Temperatur gearbeitet werden, was wiederum erhöhte Formbelegungszeiten benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die beheizbare Form mit den Kanälen für das Wärmefluid an die gewünschte Bauteilgeometrie angepasst hergestellt werden muss. Dies bedeutet insbesondere bei größeren Kunststoffbauteilen wie Flugzeugtragflächen, Windflügeln, Booten und dergleichen, die eine Länge von 40 m und mehr haben können, erhebliche Kosten. Die entsprechenden Formen sind auch sehr schwer und können ohne weiteres eine Masse von bis zu 20 Tonnen und mehr aufweisen.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ( EP 0 805 746 ) wird das Fasermaterial mit den sonstigen in das Bauteil einzubettenden Teilen sowie der flüssige Kunststoff auf eine Form aufgebracht, die an ihrem Rand an den Seitenwänden einer mit Druck zu beaufschlagenden Kammer befestigt ist. Die Form bildet dabei eine Wand einer Hälfte der Druckkammer. Eine Wand der anderen Hälfte der Druckkammer wird auf die Form und das daran be findliche Material aufgebracht. Anschließend werden dann beide Kammern mit einem Druckfluid beauftragt, so dass das Bauteil mit Druck beaufschlagt wird. Das Druckfluid wird dabei beheizt, um die Aushärtung des flüssigen Kunststoffs zu bewirken.

Der Nachteil besteht einmal darin, dass bei größeren herzustellenden Bauteilen die Form sehr große Stabilität haben muss, da sie nur am Rand an den Seitenwänden der Kammer befestigt ist und sich durchbiegt, wenn sie eine gewisse Größe hat und das Bauteil schwer ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Fasermaterial in die Form eingebracht wird, wenn es bereits mit flüssigem Kunststoff getränkt ist. Es besteht dann nicht mehr die Möglichkeit, eingeschlossene Luft aus dem Fasermaterial bzw. dem Kunststoff zu entfernen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art, mit denen erreicht wird, dass das in eine Form eingebrachte Fasermaterial mit den darin eingebetteten Teile sowie die flüssigen Kunststoffe unter optimaler Einwirkung von Druck und Temperatur derart behandelt werden, dass die flüssigen Kunststoffe tiefer in die Faserstruktur der eingebetteten Bauteile eindringen, sich besser verbinden und eine gesteuerte Vernetzung erzielbar ist, durch die die Formbelegungszeit verkürzt und die Qualität reproduzierbar werden kann. Außerdem soll die Herstellung von Formen und Bauteilen kostengünstiger und einfacher durchgeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem Verfahren darin, dass die Form durch ein Sandbett, starren Schaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material abgestützt wird, dass vor dem Einbringen der Materialien in die Form eine zweite gasundurchlässige Folie eingelegt wird, die durch Unterdruck auf die For menkontur gezogen wird, über der ersten Folie eine dritte Folie und eine Membran angeordnet wird, die auf ihrer vom herzustellenden Bauteil abgewendeten Seite mit einem Druckgas beaufschlagt wird, und dass durch den Zwischenraum zwischen dritter Folie und Membran das wärmeübertragungsfluid hindurchgeleitet wird.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt wird die Form durch ein Sandbett, Hartschaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material abgestützt. Dadurch wird eine Verformung der Form verhindert, wenn das Fasermaterial oder Bauteile eingelegt werden, und zwar auch dann, wenn das Fasermaterial und/oder Bauteile schwer und die Form und damit das herzustellende Kunststoffbauteil sehr groß ist. Vor dem Einbringen der Materialien wird in die Form eine zweite gasundurchlässige Folie eingelegt, die durch Unterdruck auf die Formenkontur gezogen wird. Es wird so eine gut definierte Unterfläche für das Kunststoffbauteil geschaffen. Diese Folie ermöglicht es dann auch, dass das fertige Kunststoffbauteil aus der Form entnommen werden kann und nicht an derselben haftet. Der Unterdruck wird dabei von unten an die Form angelegt und kann seine Saugwirkung entfalten, da abgepumpte Luft sich durch das Sandbett, den starren Schaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material absaugen lässt.

Über dem Fasermaterial und den Bauteilen wird dann eine dritte Folie und eine Membran angeordnet. Dies ergibt die Möglichkeit, die in Anspruch 2 besonders erwähnt wird, dass das Kunststoffmaterial unter Unterdruckwirkung unterhalb der dritten Folie angesaugt werden kann, so dass eine gleichmäßige Tränkung des Fasermaterials möglich ist und Luftblasen entfernt werden. Das Wärmeübertragungsfluid wird dann zwischen dritter Folie und Membran hindurchgeleitet. Der Überdruck wird nicht direkt durch das Wärmeübertragungsfluid erzeugt, sondern durch das Druckgas.

Es wird also zunächst vor dem Einbringen der Materialien in die Form eine gasundurchlässige Folie oder Formschale eingelegt, die durch Unterdruck auf die Formenkontur gezogen wird. Man erhält so eine gasundurchlässige geschlossene Oberfläche für das Kunststoff-Bauteil. Die Form selber muss aber nicht gasundurchlässig sein, z. B. nicht aus Metall bestehen. Es besteht vielmehr der große Vorteil, dass die Form aus billigeren und leichteren Materialien hergestellt werden kann. Z. B. könnte ein Kunststoffelement als Negativform gefräst werden, es könnte eine mit Sand oder Schüttgut gefüllte Formschale sein, was selbstverständlich sehr viel geringere Kosten verursacht als die Herstellung einer Negativform aus Formbaumaterialien oder Metall. Auf diese gasundurchlässige Folie oder Formschale werden dann das Fasermaterial, sonstige in das Bauteil einzubettende Teile nach den bekannten Verfahren aufgebracht und gegebenenfalls mit einer Vakuumfolie abgedichtet und unter Vakuum gesetzt. Über dieser Folie befindet sich eine dritte Folie, eine Membran und eine zur Umgebung abdichtenden Außenhaut welche vorzugsweise aus einem gasdichten Gewebe besteht. Der Gasraum zwischen der Membran und der Außenhaut steht im Gleichdruck mit dem Raum zwischen der Membran und der dritten Folie und kann einem geregeltem Druck ausgesetzt werden. Zwischen der Membran und der dritter Folie wird dann ein Wärmeleitungsfluid hindurchgeleitet Durch die Druckregelung des Gasraumes, der auf das Wärmeleitungsfluid wirkt, wird dann die dritte Folie gegen das herzustellende Bauteil gedrückt. Der Druck ist dabei hydrostatisch, also überall senkrecht zur Oberfläche, so dass die Folie besonders gut der gewünschten Kontur folgen kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik findet also ein Verpressen mit mehr als atmosphärischem Druck statt. Die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids kann auf Grund der geringen im Umlauf befindlichen Massen schnell geändert werden, so dass das erwähnte "Weglaufen" des Härtungsvorgangs nicht nur vermieden, sondern die exotherme Energie sogar gesteuert für die schnellere Vernetzung eingesetzt werden kann. Nachdem die exotherme Härtungsreaktion gesteuert beendet ist, kann dann ohne weiteres die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids erhöht werden, so dass auch der letzte Teil der Vernetzung schneller vonstatten geht.

Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass im Gegensatz zum Verfahren des Standes der Technik die Temperatur- und Druckeinstellung von der formabgewandten (Innen)Seite des Bauteiles in Verbindung mit der separat gesteuerten Temperierung der Formen (Außen)Seite dafür sorgt, dass bei maximaler Temperaturzufuhr auf der Innenseite durch Steuerung eines spannungsfreien Temperaturgradienten, vorzugsweise in Abhängigkeit von Spannung zwischen Form und Bauteil geregelt (ggf. Temperaturgleichheit) keine Differenzspannungen zwischen der Form und den sich verfestigenden faserverstärkten Kunststoffbauteilen entstehen. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass sich Spannungen im Bauteil sowie zwischen Bauteil und Form einstellen bzw. während der Verfestigung und Vernetzung zu lokalen Entformungen mit den daraus resultierend Problemen mit Oberflächenstruktur und fehlendem Temperaturübergang führen .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind auch teure Metallformen oder Formen aus anderen wärmeleitenden Materialien mit darin angeordneten Kanälen für das Wärmeübertragungsfluid nicht mehr erforderlich. Die Formen können vielmehr verhältnismäßig billig aus leichten Werkstoffen wie z. B. Hartschaumstoff oder aus dünnen Schalen die in Sand gebettet werden hergestellt werden. Die erste und zweite Folie liegen gut an dem Kunststoffbauteil an und können nach Fertigstellung desselben abgezogen werden oder, falls dies gewünscht ist, zeitweilig oder dauernd als Schutz bzw. Außenhaut des Bauteils dienen, auf Grund des vorzugsweisen Einsatzes von entgasten Harzen kann auf den Einsatz von Oberflä chenfliess verzichtet werden. Die Befüllung des Bauteiles mit Harz erfolgt vorzugsweise unter Vakuum, wobei das Vakuumsystem welches auf der Harzseite vorzugsweise mit einer flexiblen Membran ausgestattet ist, über diese von der harzabgewandten Seite unter Druck gesetzt werden kann. Hierdurch wird es im Gegensatz zu den bekannten Verfahren möglich den Harz/Fasergehalt unter Beibehaltung des für die Entgasung erforderlichen Vakuums zu variieren. Die Befüllung verläuft bei temperatur- und druckgeregelter Viskosität. Nach abgeschlossener Befüllung wird das Bauteil durch die Membran unter den für die Vernetzung vorteilhaften Druck gesetzt und bei optimalem Temperatur und Druckbedingungen vernetzt.

Vorteilhafterweise hat die Membran einen definierten Abstand von der Oberfläche des Bauteils. So kann zum Beispiel bewirkt werden, dass die Schicht von Wärmeübertragungsfluid überall die gleiche Dicke hat. Andererseits könnte vorgesehen werden, dass an besonders zu behandelnden Stellen dieser Abstand größer oder kleiner ist. Der Abstand könnte auch z. B. zur Ausströmöffnung langsam anwachsen.

Das Wärmeübertragungsfluid, das vorteilhafterweise Wasser ist oder aber, insbesondere wenn höhere Temperaturen erwünscht sind, vorteilhafterweise Öl ist, wird im Kreislauf geführt. Es kann dann auch gekühlt werden, falls die exotherme Reaktion zu übermäßigen Temperaturen führt. Es ist auch möglich, die exotherme Reaktion durch geeignete Variierung des Drucks vorteilhaft zu beeinflussen. Obwohl dies nicht in allen Fällen erforderlich ist, kann die Form bei einer vorteilhaften Ausführungsform ebenfalls beheizt oder gekühlt werden.

Während die Folien sehr große Flexibilität haben müssen, um sich an die Oberfläche des Bauteils anzupassen, wird vorteilhafter weise als Membran eine solche gering Flexibilität, insbesondere aus GFK, CFK oder Blech verwendet um den gewünschten Abstand zur Bauteiloberfläche zu begrenzen und damit den Strömungskanal des Fluides und die erforderlichen Grenzen und Sektionen unterschiedlicher Temperierung zu bestimmen. Hierfür können Stege und andere strömungsbestimmende Trennungsmechanismen in die Membran eingearbeitet oder integriert sein.

Die Erfindung umfasst ebenso die Nutzung des Verfahrens in Verbindung mit vorhandenen Formen. Das Verfahren kann unter Benutzung vorhandener Formen eingesetzt werden, welche vorzugsweise heizbar oder temperierbar ausgestattet sind. In diesem Fall beschränkt sich die Wirkungsweise entsprechend. Es besteht, bei Integration der vorhandenen Temperierung in den Verfahrenskreislauf, die Möglichkeit der vollständigen Nutzung des Verfahrenspotentials.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen der faserverstärkten Kunststoffbauteile zeichnet sich dadurch aus, dass die Form durch ein Sandbett, starren Schaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material abgestützt ist und dass die Vorrichtung eine auf die Form aufzulegende gasundurchlässige zweite Folie und Unterdruckmittel zum Ziehen derselben gegen die Formenkontur, eine über der ersten Folie angeordnete dritte Folie und eine Membran, die über der dritten Folie anzuordnen ist und die auf ihrer vom herzustellenden Bauteil abgewendeten Seite mit einem Druckgas beaufschlagbar ist, und eine Pumpeinrichtung aufweist, mit der durch den Zwischenraum zwischen dritter Folie und Membran ein Wärmeübertragungsfluid hindurchleitbar ist.

Wie bereits erwähnt, besteht der große Vorteil darin, dass die Form aus leichtem und billigen Material hergestellt werden kann, vorzugsweise aus Schaummaterial, insbesondere Hartschaum. Auf diese Weise kann bei sonst vergleichbaren Größen die Masse einer vergleichbaren Formenpresse von 3 t Eigengewicht auf 0,1 t verringert werden. Formenpressen mit einer Länge von mehr als 40 m Länge sind in herkömmlicher Technologie nicht bekannt, können jedoch nach dem o.g. Verfahren problemlos hergestellt und genutzt werden.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung einen gasdichten Unterteil auf, der unter Unterdruck setzbar ist und den die zweite Folie dichtend abschließt. Dieses Unterteil könnte z. B. ein Halbzylinder sein, der mit Sand gefüllt ist und auf den die Form aufgesetzt wird.

Anschließend wird dann die zweite Folie so auf die Form und das Unterteil aufgelegt, dass sie das Unterteil dichtend abschließt. Es kann anschließend in dem Unterteil ein Unterdruck erzeugt werden, der die zweite Folie gegen die Konturen der Form drückt.

Alternativ kann auch Sand oder formstabiles, druckfestes Schüttgut oder eine Kombination eingesetzt werden welches nach Abformung der Bauteilkontur unter Vakuum gezogen und fixiert wird, wie es aus der Metallgießerei oder der Orthetik bekannt ist. Abweichend von diesen bekannten Verfahren ist die „Schüttgutform" mit geeigneten Temperiersystemen ausgestattet, welche unter Schichtung isolierenden und wärmeleitenden Schichten so wirken, dass die Temperierung optimal an die Form gelangt ohne die gesamte Schüttung zu erwärmen. Diese Abformung kann schon als Form genutzt werden.

Vorteilhafterweise ist weiter ein druckdichtes Oberteil vorgesehen, das dichtend mit der Membran verbunden ist. Dieses kann unter Überdruck gesetzt werden, der die Membran gegen das Wärmeübertragungsfluid drückt, das wiederum diesen Druck dann auf die erste Folie und damit das Bauteil ausübt. Die aus Oberteil und Unterteil bestehende Vorrichtung kann dann leicht auseinandergenommen werden, um das fertige Bauteil zu entnehmen. Die Abdichtung am Rand der einzelnen Bauteile erfolgt dabei mit bekannten Maßnahmen, die dem Fachmann wohlbekannt sind und die hier nicht näher erläutert werden müssen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind Unter- und/oder Oberteil starre Schalen. Es ist auch möglich, Unter- und/oder Oberteil aus druckfesten und druckdichten Textilmaterialien herzustellen, die an ihrem Rand vorzugsweise mit Kedern befestigt sind. Das Oberteil bläht sich dabei unter dem Überdruck auf. Das Unterteil wird durch den Unterdruck nicht zusammengezogen, wenn es entsprechend gefüllt ist, z. B. mit Sand wie oben erwähnt.

Das Wärmeübertragungsfluid kann durch bekannte Heiz- und Kühleinrichtungen erwärmt oder gekühlt werden. Schließlich ist vorteilhafterweise noch eine Einrichtung zum Beaufschlagen des Wärmeübertragungsfluids mit einem wählbaren Druck vorgesehen, damit z. B. das Wärmeübertragungsfluid aus dem Raum zwischen erster Folie und Membran nicht durch den Überdruck des Oberteils herausgedrückt wird. Das gleiche kann natürlich auch vorgesehen werden, wenn eine Wärmeübertragungsflüssigkeit mit konstantem Volumen verwendet wird. Hierfür wird ein Ausgleichsbehälter vorgesehen, der für den Fall der Entformung den gesamten Wasserinhalt des Beheizungssystemes aufnehmen kann. Die Verbindung zum Gasraum oberhalb der Membran erfolgt über die Verbindung zur Luftdruckleitung über eine im Ausgleichbehälter befindliche Membran zwischen Luft und WT-Fluid oder ein geeignet großes Luftpolster in dem Ausgleichsbehälter. Der Systemdruck wird über die Luftdruckregelung vorgegeben und hält somit das Fluidsystem mit dem Luftdruck oberhalb der Membran im Gleichdruck. Die Membran hat damit keine Kräfte aufzunehmen sondern nur das Fluidvo lumen, die Strömungsgeschwindigkeiten und somit die Wärmeübertragung zu bestimmen. Bei Absenkung des Systemdruckes z. B. auf ein bestimmtes Vakuum wird das Foliensystem entwässert, und damit reduziert sich das Gewicht der Presse auf das Gewicht der Folien und Membranen so dass eine leichte Öffnung der Presse möglich wird.

Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren ist die Entformung, welche unter Anhebung des Druckes unterhalb der ersten Folie eingeleitet wird. Die Folie bleibt hierbei entweder als Schutzfolie am Bauteil oder wird von Bauteil getrennt. In jedem Fall wird das Bauteil von der Form abgehoben und kann ohne Kraftaufwand entnommen werden.

Die Erfindung hat die folgenden Vorteile. Der flüssige Kunststoff wird unter Druck tiefer und gleichmäßiger in das Fasermaterial eingebracht. Die Behandlung durch Temperatur und Druck kann so durchgeführt werden, dass unter optimalen Bedingungen eine gesteuerte Aushärtung und Vernetzung erfolgt. Das Verfahren kann insbesondere so durchgeführt werden, dass keine Differenzspannungen zwischen Form und dem sich verfestigenden Bauteil auftreten. Die Entformung findet bauteilschonend statt. Das Verfahren kann auf Grund der reproduzierbaren Teilschritte in industrielle Anwendungen integriert werden.

Die Eigenschaften einer formschlüssigen Presse werden von einer massearmen und flexiblen Folie oder einer Formschale übernommen. Selbst gegenüber dem erwähnten Stand der Technik besteht eine erhebliche Gewichts- und Kosteneinsparung. Die Bauteile werden direkt bei hohem Druck verpresst. Infolge des hydrostatischen Drucks ist dieser gleichmäßig an jedem Bauteilpunkt ohne aufwendige Pressformen und jeweils senkrecht zur Oberfläche. Temperatur- und Wärmeübergang erfolgen nahezu verlustfrei über eine Fo lie. Der Vakuumaufbau auf dem Formteil für Konsolidierung liefert bei theoretisch maximal 1 bar (100 Vakuum) 10 t pro m².

Der zusätzliche Wirkdruck ist frei wählbar. Bei normaler Druckluftbeaufschlagung mit 2 bar ergibt sich ein Pressendruck von 30 t pro qm² über eine Membran mit geringer Dicke, z. B. 0,5 mm. Eine vergleichbare Formenpresse mit 30 t pro qm² mit 0,25 qm² Pressenfläche hat ca. 3 t Eigengewicht, während die erfindungsgemäße Vorrichtung weniger als 0,1 t wiegt. Die Wärmebehandlung erfolgt schnell und ohne Energieverluste. Durch die oberhalb der Fluidzone befindliche Druckzone mit Luftfüllung ist der Heiz- und Kühlbereich optimal isoliert. Eine Wärmebrücke ist lediglich im Flanschbereich der Folieneinspannung vorhandenen. Da alle Flanschen und Bauteile vorzugsweise aus wärmeisolierendem GFK sind, werden Wärmebrücken minimiert. Die Presse ist ohne formschlüssige Über- und Unterform für Depotverfahren geeignet, so dass aufwendige Laminierarbeiten zur Verteilung, Einarbeitung und Tränkung von Harz entfallen. Die Presse ermöglicht ebenso die Anwendung aller bekannten Imprägnier- und Infusionstechniken wie auch den Autoklavbetrieb. Aufwendiger Formenbau entfällt, da Formen aus Schaum gefräst werden können. Hochwertige Oberflächen werden über die erwähnten Folien, Formschalen und/oder über Trenn- oder Funktionsfolien erzeugt. Auch große Bauteile sind selbstentformend. Die Folien können nach der Entformung als Funktions- oder Schutzfolie auf dem Bauteil verbleiben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
2 eine Detailansicht der Vorrichtung der 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Unterschale 1 und einer Oberschale 2. Die Unterschale ist bei 3 mit Sand gefüllt. Auf diesen ist die Form 4 aufgelegt, auf die wiederum eine Folie 5 aufgelegt ist, die hier als zweite Folie bezeichnet wird. Durch eine bei 16 angedeutete Pumpe wird durch die Leitung 6 Luft aus der Unterschale 1 abgesaugt, so dass sich die zweite Folie 5, die an ihrem Rand dichtend mit der Unterschale 1 verbunden ist, eng an die Form anlegt. Auf die zweite Folie 5 wird dann das Fasermaterial mit eventuell in das Bauteil einzubauenden Bauteilen und flüssigem Kunststoff bei 6 eingebracht und durch eine weitere, hier als erste bezeichnete Folie 7 abgedeckt. Dichtend mit der Oberschale 2 verbunden ist eine dritte Folie 17 und eine Membran 8. Zwischen dritter Folie 17 und Membran 8 wird das Wärmeübertragungsfluid hindurchgeleitet. Dieses kann aus einem Vorratsbehälter 9 entnommen bzw. in denselben zurückgeführt werden. Der Kreislauf wird durch eine Pumpe 10 bewirkt wobei noch eine Heizeinrichtung 11 und eine Kühleinrichtung 12 vorgesehen sind. Durch den Überdruck im Raum 13 des Oberteils, der bei 14 durch Druckluft, die von einer Druckluftquelle 15 kommt, erzeugt werden kann, wird die Membran 8 gegen das Fluid gedrückt, das wiederum die erste Folie 7 gegen den herzustellenden Bauteil drückt.
Die Temperatur wird dabei so geregelt, dass zunächst mit nicht besonders hoher Temperatur gefahren wird und unter Umständen sogar gekühlt wird, falls die exotherme Härtungsreaktion zu viel Wärme erzeugt. Ist die Härtung beendet, kann dann die Temperatur erhöht werden, um anschließend die Vernetzung schneller stattfinden zu lassen. Die Temperaturerhöhung oder -erniedrigung erfolg dabei erfindungsgemäß in erster Linie durch das Wärmeübertragungsfluid, obwohl noch eine Beheizung/Kühlung der Form vorgesehen sein kann; entsprechende Heiz/Kühlelemente sind bei 18 angedeutet. In 2 ist der Aufbau der Form und der sie umgebenden Teile deutlicher und im Detail gezeigt.

Claims

Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen wie Flugzeugtragflächen, Windflügel, Boote und dergleichen, bei dem das Fasermaterial mit sonstigen in das Bauteil einzubettenden Teilen sowie der flüssige Kunststoff in eine Form eingebracht und durch eine erste gasundurchlässige Folie abgedeckt wird, und bei dem die Aushärtung des flüssigen Kunststoffs durch Beheizung eingeleitet oder bewirkt wird, wobei die in die Form eingebrachten Materialien durch ein Wärmeübertragungsfluid mit Druck beaufschlagt und beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Form durch ein Sandbett, starren Schaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material abgestützt wird, dass vor dem Einbringen der Materialien in die Form eine zweite gasundurchlässige Folie eingelegt wird, die durch Unterdruck auf die Formenkontur gezogen wird, über der ersten Folie eine dritte Folie und eine Membran angeordnet wird, die auf ihrer vom herzustellenden Bauteil abgewendeten Seite mit einem Druckgas beaufschlagt wird, und dass durch den Zwischenraum zwischen dritter Folie und Membran das Wärmeübertragungsfluid hindurchgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kunststoffmaterial nach Einbringen des Fasermaterials und der übrigen Teile in die Form infundiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsfluid Wasser verwendet wird.
Verfahren nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsfluid Öl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Membran eine Membran geringer Flexibilität, insbesondere aus GFK, CFK; Kunststoff und Blech verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran so konstruiert ist, dass sie einen definierten Abstand von der Oberfläche des Bauteils hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids während der Harz-Eintragung und des Aushärtung zeitlich und/oder örtlich variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während der Harz-Eintragung und des Aushärtens variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder das Sandbett, der starre Schaumstoff oder das andere luftdurchlässige Material beheizt/gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz vor dem Infludieren unter Vakuum entgast wird, so dass es beim Einführen in die Vorrichtung Restgase aufnehmen kann.
Vorrichtung zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen (6) wie Flugzeugtragflächen, Windflügel, Boote und dergleichen, die eine Form (4), in die das Fasermaterial mit sonstigen in das Bauteil einzubettenden Teilen sowie der flüssige Kunststoff eingebracht wird, eine erste gasundurchlässige Folie (7) zum dichtenden Abdecken des Fasermaterials und der sonstigen eingebrachten Teile und Mittel (11) zum Beheizen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Form durch ein Sandbett, starren Schaumstoff oder anderes luftdurchlässiges Material abgestützt ist und dass die Vorrichtung eine auf die Form (4) aufzulegende gasundurchlässige zweite Folie (5) und Unterdruckmittel zum Ziehen derselben gegen die Formenkontur, eine über der ersten Folie (7) angeordnete dritte Folie (17) und eine Membran (8), die über der dritten Folie (17) anzuordnen ist und die auf ihrer vom herzustellenden Bauteil (6) abgewendeten Seite mit einem Druckgas beaufschlagbar ist, und eine Pumpeinrichtung (10) aufweist, mit der durch den Zwischenraum zwischen dritter Folie (17) und Membran (8) ein Wärmeübertragungsfluid hindurchleitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (4) aus Schaummaterial, insbesondere Hartschaum oder Schüttgut hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (4) und/oder das Sandbett, der starre Schaumstoff oder das andere luftdurchlässige Material beheizt/gekühlt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen gasdichten Unterteil (1) aufweist, der unter Druck setzbar ist, und den die zweite Fo lie (5) dichtend abschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen druckdichten Oberteil (2) aufweist, der dichtend mit der Membran (8) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Unter- und/oder Oberteil (1, 2) starre Schalen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass Unter- und/oder Oberteil (1, 2) aus druckfesten und gasdichten Textilmaterialen bestehen, die an ihrem Rand insbesondere mit Kedern befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Unter- und/oder Oberteil (1, 2) aus druckfesten und gasdichten Textilmaterialen bestehen, die an ihrem Rand mit Flanschen befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Vorratsbehälter (9) für das Wärmeübertragungsfluid aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heiz- und Kühleinrichtung (11, 12) für das Wärmeübertragungsfluid aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Beaufschlagen des Wärmeübertragungsfluids und der Luft/Gas mit einem wählbaren Druck aufweist.