DE102005031280A1

DE102005031280A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102005031280A1
Application number: DE102005031280A
Authority: DE
Inventors: Robert Kaps; Michael Hanke
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: DE102005031280B4

Abstract

Zur Herstellung von Faserverbundbauteilen wird Harz (7) in eine in einem Autoklav (2) angeordnete, ein Fasergelege enthaltende Form (4) injiziert. Dazu wird eine für Injizieren benötigte Harzmenge zusammen mit der Form (4) in den Autoklav (2) eingebracht, wobei die Harzmenge zunächst von der Form (4) getrennt ist, und die Trennung zwischen der Harzmenge und der Form (4) erst zum Injizieren des Harzes (7) gezielt aufgehoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, bei dem Harz in eine in einem Autoklav angeordnete, ein Fasergelege enthaltende Form injiziert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen durch Injizieren von Harz in ein Fasergelege, mit einer das Fasergelege aufnehmenden Form, mit einem Vorratsbehälter für das Harz und mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und der Form, wobei in der Verbindungsleitung ein öffenbares Absperrventil vorgesehen ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art sind aus der WO 97/12754 bekannt. Zur Herstellung eines Faserverbundbauteils wird eine ein Fasergelege enthaltende Form in einem Autoklav angeordnet, dessen Innenraum anschließend auf einen erhöhten Druck und eine erhöhte Temperatur gebracht wird. In dem Autoklav wird die Form über eine Vakuumleitung mit Hilfe einer außerhalb des Autoklav angeordneten Vakuumquelle evakuiert. Dann wird aus einem außerhalb des Autoklav befindlichen Vorratsbehälter über eine Injektionsleitung Harz in die evakuierte Form injiziert. In der Form infiltriert das Harz das Fasergelege und wird dann ausgehärtet, wodurch das gewünschte Faserverbundbauteil entsteht. Bei dem bekannten Verfahren bzw. bei der Verwendung der bekannten Vorrichtung besteht die Gefahr, dass die Vakuumleitung nicht vollständig abgesperrt ist, wenn das Harz über die Injektionsleitung in die Form einströmt. Dadurch kann es zu einem Fluten der Vakuumleitung oder gar der Vakuumquelle mit dem Harz kommen. Die Installation einer Vielzahl von Vakuumleitungen und Injektionsleitungen und entsprechender Durchführungen durch die Wandung des Autoklav oder von T-Stücken zum Verzweigen der Vakuum- bzw. Injektionsleitungen in dem Autoklav birgt überdies die Gefahr von Leckagen und damit von Fehlinjektionen. Weiterhin müssen auch bei einer erfolgreichen Injektion die außerhalb des Autoklav liegenden Leitungen nach einer Injektion von Harz entweder aufwändig gereinigt oder entsorgt werden, da sie zumindest Reste von noch nicht reagiertem Harz enthalten. Dies gilt auch für handelsübliche elektrische Ventile, die zum Schalten des Harzflusses durch die Injektionsleitung verwendet werden. Eine durchgängige Heizung der außerhalb des Autoklav befindlichen Teile der Injektionsleitung ist zwar nur aufwändig realisierbar, aber für eine durchgängige Temperierung des Harzes notwendig. Eine solche durchgängige Temperierung ist zwingend, da die gebräuchlichen Hochleistungsharze nur bei erhöhter Temperatur die zur Injektion notwendige, d. h. hinreichend niedrige Viskosität aufweisen. Kältebrücken im Bereich der Injektionsleitung erzeugen vor allem zum Ende der Injektion, bei den dann nur noch geringen Fließgeschwindigkeiten einen Harzstau in der Injektionsleitung und täuschen so eine bereits gefüllte Form vor. Der Vorratsbehälter für das Harz muss ebenfalls auf eine an den Autoklav angepasste Temperatur vorgeheizt werden, was eine separate Temperaturregelung erfordert.

Aus der DE 198 53 709 C1 ist es bekannt, nur eine Verbindungsleitung zwischen einer Form in einem Autoklav einerseits und einer Vakuumquelle von einem Vorratsbehälter für Harz außerhalb des Autoklav andererseits vorzusehen. Dabei wird ein Umschaltventil verwendet, um die Verbindungsleitung alternativ mit der Vakuumquelle und dem Vorratsbehälter für das Harz zu verbinden. Hierdurch wird die Gefahr von Fehlinjektionen reduziert, weil sichergestellt ist, dass die Vakuumquelle von der Verbindungsleitung abgeklemmt ist, bevor die Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter für das Harz verbunden wird. Allerdings muss das entsprechende Umschaltventil vollständig auf der für das Harz notwendigen Temperatur gehalten werden.

Es ist bekannt, bereits mit Harz getränkte Fasergelege, so genannte Prepregs, in einem Autoklav unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu Faserverbundwerkstoffen auszuhärten. Mit den Prepregs werden ein Fasergelege und Harz zusammen in die Form eingebracht, wobei üblicherweise das Harz im Überschuss vorliegt. Wenn die Viskosität des Harzes aufgrund seiner Temperaturerhöhung sinkt, stellt sich die gewünschte Harzkonzentration im Bereich des Fasergeleges ein, indem überschüssiges Harz von dem Überdruck in dem Autoklav in dafür vorgesehene Auffangbereiche gedrückt wird. Die Gefahr von Lufteinschlüssen in dem Faserverbundbauteil ist bei seiner Herstellung auf der Basis von Prepregs jedoch größer, als wenn Harz in eine ein Fasergelege enthaltende und evakuierte Form injiziert wird.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Probleme mit dem durch die Injektionsleitung fließenden Harz von seiner gleichmäßigen Erwärmung bis zu der Reinigung bzw. Beseitigung von kontaminierten Injektionsleitungen grundsätzlich reduziert werden.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren mit dem Merkmal des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch die Vorrichtung mit dem Merkmal des unabhängigen Patentanspruchs 11 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind für das Verfahren in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 und für die Vorrichtung in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 21 definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei dem neuen Verfahren wird eine für das Injizieren in die das Fasergelege enthaltende Form benötigte Harzmenge zusammen mit der das Fasergelege enthaltenden Form in den Autoklav eingebracht. Dabei ist die Harzmenge zunächst von der Form getrennt. Diese Trennung zwischen der Harzmenge und der Form wird erst zum Injizieren des Harzes gezielt aufgehoben, in der Regel nachdem die Form zuvor evakuiert wurde. Zumindest wird die Trennung zwischen Harzmenge und der Form erst dann aufgehoben, wenn sich das Harz auf einer für das Injizieren in die Form geeigneten Temperatur befindet und damit eine für das Injizieren geeignete Viskosität aufweist. Es bleibt bei dem neuen Verfahren also bei einer genauen Steuerung des Zeitpunkts, zu dem das Harz in die Form injiziert wird. Gleichzeitig werden die Fließwege des Harzes extrem verkürzt, und insbesondere verlaufen diese Fließwege ausschließlich innerhalb des Autoklav, das heißt durch Bereiche, in denen sich alles auf der Innentemperatur des Autoklav befindet, soweit nicht von außerhalb gekühlt wird. Falls daher überhaupt Kontaminationen erfolgen, die ein aufwändiges Reinigen oder eine Entsorgung der kontaminierten Teile nötig machen, so ist der Umfang der Kontaminationen nur sehr gering. Bei den im Rahmen des neuen Verfahrens mit Harz kontaminierten Teilen ist auch von Bedeutung, dass das hier auftretende Harz jeweils vollständig ausgehärtet ist, weil es dieselbe Temperaturbehandlung wie das Harz im Bereich des Faserverbundbauteiles erfahren hat. Dies bedeutet, dass keine Restreaktivität vorhanden ist, die eine Handhabung oder Entsorgung des Harzes problematisch macht. Probleme mit einer unzureichenden Erwärmung des Harzes oder mit Kältebrücken, die die Viskosität des Harzes lokal herabsetzen, treten überhaupt nicht auf.

Bei dem neuen Verfahren kann die Trennung der Harzmenge von der Form durch Hervorrufen einer Druckdifferenz innerhalb des Autoklav aufgehoben werden. Dies bedeutet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem Harzvorrat und der Form ein druckgesteuertes Ventil in dem Autoklav vorliegt und dort durch eine Druckdifferenz geschaltet wird. Einer der Drücke, zwischen denen diese Druckdifferenz vorliegt, kann ein externer Druck sein, der als Steuerdruck von außerhalb des Autoklav aufgebracht wird. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass beide Drücke, zwischen denen die Druckdifferenz gebildet wird, von außerhalb des Autoklav aufgebracht werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn für das Aufheben der Trennung der Harzmenge von der Form eine Druckdifferenz verwendet wird, die zwischen zwei innerhalb des Autoklav entstehenden Drücken vorliegt.

So kann die Druckdifferenz gegenüber dem Inneren der Form hervorgerufen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Druck im Inneren der Form ein Maß für eine bereits abgeschlossene Evakuierung der Form ist.

Der Druck im Inneren der Form kann mit einem externen Steuerdruck, der von außerhalb des Autoklav bereitgestellt wird, verglichen werden, um die Druckdifferenz auszubilden.

Ein Vergleichsdruck für den Druck im Inneren der Form kann aber auch der Innendruck des Autoklav sein. So kann das Injizieren dann automatisch begonnen werden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Autoklav und dem Inneren der Form einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Wenn beim Aufheben der Trennung der Harzmenge von der Form eine Verbindung der Form zu einer Vakuumquelle zwangsgesteuert unterbrochen wird, ist sichergestellt, dass nichts von dem injizierten Harz zu der Vakuumquelle gelangen und diese kontaminieren kann. Auch bei einer wie üblich außerhalb des Autoklav angeordneten Vakuumquelle ist dann sichergestellt, dass während des Injizierens in die Form kein Harz aus dem Autoklav herausgelangt und damit in einen Bereich kommt, wo es im weiteren Verlauf des Verfahrens nicht vollständig ausgehärtet wird.

Für das Injizieren des Harzes in die Form kann der Innendruck des Autoklav verwendet werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, einen hiervon zwar abgeleiteten aber sich gleichzeitig hiervon unterscheidenden Druck für das Injizieren zu verwenden. Zu denken ist konkret an einen reduzierten Druck, um den Injektionsdruck bewusst kleiner als den Druck in dem Autoklav zu halten, oder auch an einen erhöhten Druck, um die Form zu Beginn des Injizierens des Harzes mit dem Harz bewusst aufzuweiten, um beispielsweise einen größeren freieren Strömungsquerschnitt für das Harz bereitzustellen. Eine Druckreduzierung gegenüber dem Innendruck des Autoklav kann durch einen Druckminderer, eine Druckerhöhung durch einen entsprechend ausgeformten Druckübersetzungskolben mit unterschiedlichen Stirnflächen auf beiden Seiten erreicht werden.

Bei dem neuen Verfahren kann das Harz erst durch die in dem Autoklav herrschende erhöhte Temperatur soweit verflüssigt, das heißt in seiner Viskosität herabgesetzt werden, dass es in die Form injiziert werden kann. Grundsätzlich können aber auch Harze mit einem flüssigen Ausgangszustand oder vorerwärmte Harze verwendet werden.

Bevorzugt ist es, wenn das Harz in dem Autoklav vor dem Injizieren in die Form entgast wird, um ein möglichst gaseinschlussfreies Faserverbundbauteil herzustellen. Zu diesem Zweck kann das Harz durch eine semipermeable Membran hindurch entlüftet werden, die zwar gasdurchlässig aber harzundurchlässig ist und auf deren Rückseite ein Vakuum, das heißt ein möglichst niedriger absoluter Druck vorliegt. Wenn die semipermeable Membran den Vorratsbehälter nach oben abschließt, steigen Gasblasen in dem Harz, die durch das Verflüssigen des Harzes beweglich werden, zu der semipermeablen Membran hin auf und werden durch diese abgesaugt. Um die semipermeable Membran dabei einerseits in Kontakt mit dem Harz zu halten und andererseits die Gasblasen zu vergrößern, um ihren Auftrieb in dem Harz zu erhöhen, kann auf der Rückseite der Membran, vorzugsweise unter Zwischenordnung eines Vakuumleitvlieses, eine gasdichte Membran angeordnet werden, auf deren Rückseite ein Unterdruck herrscht, bei dem es sich um einen größeren absoluten Druck als das Vakuum zwischen den Membranen handelt. Der an der gasdichten Membran ziehende Unterdruck wirkt sich auf das Harz aus, ohne wegen des Vakuums zwischen den beiden Membranen die semipermeable Membran von dem Harz abziehen oder die beiden Membranen auseinander ziehen zu können.

Bei der neuen Vorrichtung sind der Vorratsbehälter und das Absperrventil zusammen mit der Form in einen Autoklav einbringbar. Das heißt, eine Baugruppe aus dem Vorratsbehälter, dem Absperrventil und der Form ist sowohl von ihren Abmessungen als auch von den Materialien und ihrer Belastbarkeit so ausgelegt, dass sie in einen Autoklav passt und von den in einem Autoklav herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen nicht zerstört wird oder jedenfalls nicht eher zerstört wird, als das gewünschte Faserverbundbauteil hergestellt ist.

Bei dem Absperrventil handelt es sich vorzugsweise um ein solches, das durch eine Druckdifferenz schaltbar ist. Zu diesem Zweck kann eine Steuerdruckleitung vorgesehen sein, mit der ein Steuerdruck von außerhalb des Autoklav aufgebracht werden kann, die also bei in dem Autoklav angeordnetem Absperrventil von außen in den Autoklav hineinführt.

Zumindest ein Steuerdruckeingang des Absperrventils sollte jedoch einen Druck im Inneren des Autoklav erfassen. Besonders bevorzugt ist hierfür der Innendruck in der Form, der auf den Grad der bereits erfolgten Evakuierung der Form hinweist.

Der zweite Steuerdruckeingang des Absperrventils kann den Druck im Innenraum des Autoklav erfassen, bei dem es sich um den Druck handelt, der von außen auf die Form einwirkt. Eine weitere Möglichkeit ist es, den zweiten Steuerdruckeingang mit dem Druck des Harzes in dem Vorratsbehälter zu beaufschlagen. Dieser Druck wiederum kann von dem Innendruck in dem Autoklav abhängig sein, so dass das Harz in dem Vorratsbehälter von dem Innendruck in dem Autoklav oder einem hiervon abhängigen Druck beaufschlagt wird. Dabei kann zwischen dem Harz in dem Vorratsbehälter und dem Innenraum des Autoklav ein Druckminderer oder eine Druckerhöhungsvorrichtung vorgesehen sein.

Das Absperrventil kann so ausgebildet sein, dass es den Innenraum der Form alternativ mit dem Vorratsbehälter und einer Vakuumleitung verbindet, so dass keine Gefahr besteht, dass Harz aus dem Vorratsbehälter in die Vakuumleitung, die zum Evakuieren der Form benutzt wird, eintritt.

Um Gaseinschlüsse in dem herzustellenden Faserverbundbauteil möglichst zu vermeiden, kann der Vorratsbehälter mit einer Entgasungseinrichtung für das Harz ausgestattet sein. Das heißt, dass das Harz, wie bereits im Zusammenhang mit dem neuen Verfahren angedeutet wurde, nach seinem Verflüssigen in dem Autoklav entgast wird, wobei die Gefahr neuer Gaseinschlüsse in das Harz minimiert ist.

Die Entgasungseinrichtung kann eine semipermeable gasdurchlässige und harzundurchlässige Membran aufweisen, die in dem Vorratsbehälter an das Harz angrenzt. Die semipermeable Membran lässt nur Gas aus dem Harz aber kein Harz hindurch treten. Um die Richtung des Gasdurchtritts durch die semipermeable Membran festzulegen, ist auf ihrer dem Harz abgekehrten Rückseite ein Vakuum anzulegen.

Konkret kann die semipermeable Membran den Vorratsbehälter nach oben abschließen und über der semipermeablen Membran kann zunächst ein Vakuumleitvlies und dann eine undurchlässige Membran angeordnet sein. Wenn ein oberhalb der semipermeablen Membran angeordneter Druckraum auf einem gegenüber dem Vakuum zwischen den Membranen geringeren Unterdruck, d.h. höheren gegenüber dem Normaldruck reduzierten absoluten Druck eingestellt wird, wird die semipermeable Membran an das Harz angedrückt und dennoch können in dem Harz aufsteigende Gasblasen von dem Vakuum durch die semipermeable Membran hindurch abgesaugt werden.

Zum Injizieren des Harzes ist der Druck in dem Druckraum auf den gewünschten Injektionsdruck umzustellen. Das Vakuum zwischen den beiden Membranen kann dabei bestehen bleiben oder auch abgeschaltet werden.

Die anfängliche Trennung der Harzmenge von der Form bei der vorliegenden Erfindung bedeutet eine anfängliche Trennung des Harzes von dem Bereich der Siegelung der Form, das heißt ihrer das Fasergelege aufnehmenden und zum Evakuieren abgedichteten Kavität. Dieser Trennung steht es nicht entgegen, dass die Harzmenge innerhalb einer auch einen Teil der Form ausbildenden Einheit vorgehalten wird. Das heißt, die neue Vorrichtung kann im Wesentlichen aus einer einzigen Einheit bestehen, die die den festen Teil der Form, den Vorratsbehälter für das Harz sowie die dazwischen verlaufende Verbindungsleitung mit dem Absperrventil umfasst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der gesamten Beschreibung. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche abweichend von den gewählten Rückbeziehungen ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt ein Prinzipschaubild einer ersten Ausführungsform der neuen Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen.
2 zeigt ein Prinzipschaubild einer zweiten Ausführungsform der neuen Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen; und
3 einen Querschnitt durch einen Vorratsbehälter für Harz mt einer Entgasungseinrichtung für das Harz.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt ein Prinzipschaubild einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von Faserverbundbauteilen in einem Autoklav 2. In dem Innenraum 3 des Autoklav 2 herrschen bei der Herstellung der Faserverbundbauteile ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur. Diese wirken sich auf eine Form 4 in dem Autoklav 2 aus, die aus einer starren Unterform 5 und einer an diese gasdicht anschließenden flexiblen Membran 6 besteht. In der Form 4 ist zunächst nur ein hier nicht als solches wiedergegebenes Fasergelege aus den Verstärkungsfasern des späteren Faserverbundbauteils angeordnet. Später wird dann Harz 7 aus einem Vorratsbehälter 8 in die Form 4 injiziert, um das Fasergelege mit dem Harz 7 zu infiltrieren und um das Harz 7 mit den darin eingebetteten Verstärkungsfasern in einer durch die Form 4 vorgegebenen Gestalt auszuhärten. Der Harzbehälter 8 ist zusammen mit der Form 4 in dem Autoklav 2 angeordnet und steht mit der Form 4 über eine Verbindungsleitung 9 in Verbindung. In der Verbindungsleitung 9 ist ein Absperrventil 10 vorgesehen, bei dem es sich konkret um ein differenzdruckgesteuertes Umschaltventil handelt. Das Absperrventil 10 verbindet die Form 4 alternativ entweder mit dem Vorratsbehälter 8 oder über eine aus dem Autoklav 2 herausführende Vakuumleitung 11 mit einer Vakuumquelle 12. Die Vakuumquelle 12 dient zum Evakuieren der Form 4 vor dem Injizieren des Harzes 7. Zunächst ist also die Form 4 mit der Vakuumquelle 12 über das Absperrventil 10 und die Vakuumleitung 11 verbunden. Die Steuerdrücke, die zum Schalten des Absperrventils 10 verwendet werden, sind der Druck in der Form 7 und der Druck in dem Harzbehälter 8, die über die beiden Arme der Verbindungsleitung 9 an dem Absperrventil 10 anstehen, sobald das Harz 7 verflüssigt ist. Wenn dieser Druckunterschied ein vorgegebenes Maß überschreitet, was ein Indiz dafür ist, dass die Form 4 ausreichend evakuiert wurde, der Innendruck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 ein gewünschtes Maß erreicht hat und das Harz 7 durch die erhöhte Temperatur in dem Autoklav 2 eine für das Injizieren die Form 7 hinreichend niedrige Viskosität aufweist, schaltet das Absperrventil 10 um, so dass die Vakuumquelle 12 abgeklemmt und der Harzbehälter 8 mit der Form 4 verbunden wird, woraufhin das Harz 7 in die Form einströmt und das dort befindliche Fasergelege infiltriert. Dabei ist die Harzmenge in dem Vorratsbehälter 8 vorzugsweise so eingestellt, dass sie genau für die Herstellung des jeweiligen Faserverbundbauteils ausreicht. Alles darüber hinaus gehende Harz durchläuft in dem Autoklav 2 denselben Aushärtezyklus wie das Harz in der Form und wird somit vollständig ausgehärtet. Auf das Harz 7 in dem Harzbehälter 8 wirkt hier der Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 über einen hier offenen Druckraum 13 und eine auf dem Harz aufliegende gas- und harzundurchlässige Membran 14 unmittelbar ein, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Druckminderers oder einer auch möglichen Druckerhöhungseinrichtung. Da der Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 direkt auf das Harz 7 einwirkt, liegt der Injektionsdruck, mit dem das Harz 7 in die Form 4 injiziert wird, nur etwas unter dem Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2. Der kleine Druckunterschied beruht ausschließlich auf dem Strömungswiderstand der Verbindungsleitung 9. Der Druckunterschied kann aber gezielt vergrößert werden, indem ein Druckminderer zwischen den Innenraum 3 des Autoklav 2 und den Druckraum 13 oberhalb des Harzes 7 in dem Vorratsbehälter 8 geschaltet wird. Alternativ kann auch eine Druckerhöhungseinrichtung vorgesehen werden, um einen Injektionsdruck bereit zu stellen, der gezielt den Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 übersteigt. Durch die Anordnung sowohl des Vorratsbehälters 8, das Harz 7 als auch das Absperrventil 10 und der gesamten Verbindungsleitung 9 mit der Form 4 in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 ist eine Temperierung des Harzes und seines gesamten Fließweges auf die Temperatur des Autoklav sichergestellt. Zudem ist dieser Fließweg vergleichsweise kurz. Dies bedeutet nicht zuletzt, dass nur eine sehr kurze Verbindungsleitung 9 durch hierin verbleibendes Harz kontaminiert wird. Alle durch das Harz 7 kontaminierten Teile können überdies risikolos entsorgt werden, da alles Harz 7 in dem Autoklav 2 den vollständigen Aushärtezyklus durchlaufen hat und von daher vollständig ausgehärtet, das heißt vollständig reagiert ist. Auch eine Reinigung von mit Harz kontaminierten Teilen ist aus diesem Grund risikolos. Die potentiell von dem Harz 7 kontaminierten Teile der Vorrichtung 1 können sämtlich als Einmalteile vorgesehen werden, das heißt einschließlich des Absperrventils 10. Vorzugsweise ist das Absperrventil 10, wenn es sich um ein Einmalventil handelt, jedoch nicht gleichzeitig als Verbindung zu der Vakuumquelle 12 vorgesehen. Ein einfaches Absperrventil 10, das eine Trennung zwischen dem Vorratsbehälter 8 und der Form 4 nur so lange aufrechterhalten muss, bis ein gewünschter Differenzdruck zwischen diesen beiden Bereichen vorliegt, kann nach der Art einer Überdrucksicherung mit Berstmembran ausgebildet werden.
Die in 2 skizzierte Ausführungsform der neuen Vorrichtung 1 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 darin, dass der Druck in dem Druckraum 13 über einen Druckminderer 15 von dem Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2 abgeleitet ist. Das heißt, der Druck in dem Druckraum 13 ist um ein vorzugsweise einstellbares Maß von beispielsweise 0,2 bar niedriger als der Druck in dem Innenraum 3 des Autoklav 2. So kann der eine Druckdifferenz zwischen dem Injektionsdruck des Harzes 7 in die Form 4 und dem die Form 4 beaufschlagenden Druck eingestellt werden.
Die in 3 skizzierte eine bei dem Vorratsbehälter 8 vorzugsweise vorgesehene Entgasungseinrichtung 16 für das Harz 7 in dem Vorratsbehälter 8. Die Entgasungseinrichtung 16 weist unter der den Druckraum 13 nach unten zu dem Harz 7 hin begrenzenden undurchlässigen Membran 14 ein Vakuumleitvlies 17 und darunter eine in direktem Kontakt mit dem Harz 7 stehende semipermeable Membran 18 auf. Die semipermeable Membran 18 ist gasdurchlässig aber harzundurchlässig. Der von dem Vakuumleitvlies 17 ausgefüllte Zwischenraum zwischen den Membranen 14 und 18 ist über eine Vakuumleitung 19 an die Vakuumquelle 12 angeschlossen, um in dem Zwischenraum einen möglichst geringen absoluten Druck, d. h. ein so genanntes Vakuum, hervorzurufen. Dieses Vakuum kann dauerhaft vorliegen, d. h. sowohl bei dem eigentlichen Entgasen des Harzes 7 als auch bei seinem anschließenden Injizieren in die Form 4. Für das eigentliche Entgasen des Harzes 7 wird jedoch in dem Druckraum 13 oberhalb der undurchlässigen Membran 14 ein gegenüber dem Innenraum 3 des Autoklaven deutlich reduzierter Druck angelegt. Dies ist hier in 3 dadurch angedeutet, dass der Druckraum 13 über ein Umschaltventil 20 und einen Druckminderer 21 ebenfalls mit der Vakuumquelle 12 verbunden ist. Der Druckminderer 21 weist darauf hin, dass der Unterdruck in dem Druckraum 13 einem höheren absoluten Druck entspricht als das Vakuum im Bereich des Vakuumleitvlieses 17. Der Unterdruck in dem Druckraum 13 hat die Funktion, das Harz 7 unter diesen Unterdruck zu setzen, so dass sich Gasblasen 22 in dem Harz 7 ausdehnen und aufgrund ihres resultierenden größeren Auftriebs nach oben an die semipermeable Membran 17 steigen, durch die sie mit dem Vakuum auf der Rückseite der semipermeablen Membran 17 abgesaugt werden. Wenn das Harz 7 auf dieses Weise entgast ist, wird das Umschaltventil 20 so umgeschaltet, dass der Druckraum 13 entweder direkt oder wie in 2 über den Druckminderer 15 mit dem Innenraum 3 des Autoklaven 2 verbunden wird, um den gewünschten Injektionsdruck auf das Harz 7 aufzubringen.

1: Vorrichtung
2: Autoklav
3: Innenraum
4: Form
5: Unterform
6: flexible Membran
7: Harz
8: Vorratsbehälter
9: Verbindungsleitung
10: Absperrventil
11: Vakuumleitung
12: Vakuumquelle
13: Druckraum
14: undurchlässige Membran
15: Druckminderer
16: Entgasungseinrichtung
17: Vakuumleitvlies
18: semipermeable Membran
19: Vakuumleitung
20: Umschaltventil
21: Druckminderer
22: Gasblase

Claims

Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, bei dem Harz in eine in einem Autoklav angeordnete, ein Fasergelege enthaltende Form injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein für das Injizieren benötigte Harzmenge zusammen mit der Form (4) in den Autoklav (2) eingebracht wird, wobei die Harzmenge zunächst von der Form (4) getrennt ist, und dass die Trennung zwischen der Harzmenge und der Form (4) zum Injizieren des Harzes (7) aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Harzmenge von der Form (4) durch Hervorrufen einer Druckdifferenz in dem Autoklav (2) aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz unter Aufbringen eines Steuerdrucks von außerhalb des Autoklav (2) hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz gegenüber dem Inneren der Form (4) hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz unter Verwendung des Drucks im Innenraum (3) des Autoklav (2) hervorgerufen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Aufheben der Trennung der Harzmenge von der Form (4) eine Verbindung der Form (4) zu einer Vakuumquelle (12) unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (7) unter Verwendung des Drucks im Innenraum (3) des Autoklav (2) oder eines hiervon abgeleiteten Drucks in die Form (4) injiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (7) in dem Autoklav (2) verflüssigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (7) in dem Autoklav (2) entgast wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (7) unter Einwirkung einer Druckdifferenz durch eine semipermeable Membran (18) hindurch entgast wird.
Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen durch Injizieren von Harz in ein Fasergelege, mit einer das Fasergelege aufnehmenden Form mit einem Vorratsbehälter für das Harz und mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und der Form, wobei in der Verbindungsleitung ein öffenbares Absperrventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (8) und das Absperrventil (10) mit der Form (4) in einen Autoklav (2) einbringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (10) durch eine Druckdifferenz schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei in dem Autoklav (2) angeordnetem Absperrventil (10) eine Steuerleitung zu dem Absperrventil (10) von außen in den Autoklav (2) hineinführt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerdruckeingang des Absperrventils (10) den Druck im Inneren der Form (4) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerdruckeingang des Absperrventils (10) den Druck im Innenraum (3) des Autoklav (2) erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (7) in dem Vorratsbehälter (8) von dem Druck im Innenraum (3) des Autoklav (2) oder einem hiervon abhängigen Druck beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (10) das Innere der Form (4) alternativ mit dem Vorratsbehälter (8) und einer Vakuumquelle (12) verbindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (8) mit einer Entgasungseinrichtung (16) für das Harz (7) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (16) eine semipermeable gasdurchlässige und harzundurchlässige Membran (18), die oben an das Harz (7) angrenzt, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (16) weiterhin eine über der semipermeablen Membran (18) liegende, undurchlässige Membran (14) und ein zwischen den beiden Membranen (18, 14) angeordnetes Vakuumleitvlies (17) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich des Vakuumvlieses (17) ein Vakuum hervorrufbar ist und dass oberhalb der undurchlässigen Membran (14) ein Druckraum (13) angeordnet ist, in dem ein gegenüber dem Vakuum kleinerer Unterdruck einstellbar ist.