DE102009045016B4

DE102009045016B4 - Mobile device for coupling microwave radiation into a workpiece arranged in an autoclave

Info

Publication number: DE102009045016B4
Application number: DE200910045016
Authority: DE
Inventors: Maksim Danilov; Matthias Meyer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: DE102009045016A1

Abstract

Mobile Vorrichtung (5) zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung (10) in ein in einem Autoklaven (1) angeordnetes Werkstück (12), mit einer Mikrowellenkammer (11), die das Werkstück (12) aufnimmt und die durch elektrisch leitfähige Wände (14, 16) begrenzt ist, und mit einer Einrichtung (9) zum Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung (10) in die Mikrowellenkammer (11), wobei mindestens eine elektrisch leitfähige Wand (16) durch ein formgebendes Werkzeug (7) für das Werkstück (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren elektrisch leitfähigen Wände (14), die die Mikrowellenkammer (11) begrenzen, Teil einer auf das formgebende Werkzeug (7) aufgesetzten Haube (8) sind, wobei die weiteren elektrisch leitfähigen Wände (14) von einem Fluid durchströmbar ausgebildet sind und wobei das formgebende Werkzeug (7) für das Werkstück (12) luftdicht geschlossen ist, um das Werkstück mit Hilfe von Druck in dem Autoklaven (1) zu kompaktieren.Mobile device (5) for coupling microwave radiation (10) into a workpiece (12) arranged in an autoclave (1), having a microwave chamber (11) which receives the workpiece (12) and which is guided by electrically conductive walls (14, 16 ), and with a device (9) for coupling the microwave radiation (10) into the microwave chamber (11), wherein at least one electrically conductive wall (16) is formed by a shaping tool (7) for the workpiece (12), characterized in that the further electrically conductive walls (14) delimiting the microwave chamber (11) are part of a shaping tool (7) mounted hood (8), wherein the further electrically conductive walls (14) through which a fluid and wherein the forming tool (7) for the workpiece (12) is airtight closed to compact the workpiece by means of pressure in the autoclave (1).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine mobile Vorrichtung zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in ein in einem Autoklaven angeordnetes Werkstück, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.The invention relates to a mobile device for coupling microwave radiation in a arranged in an autoclave workpiece having the features of the preamble of independent claim 1.

Bei dem Werkstück, das mit der Kombination aus einer solchen Vorrichtung und einem Autoklaven zu behandeln ist, kann es sich insbesondere um eine Vorform für ein faserverstärktes Verbundbauteil handeln, bei dem die Einkopplung der Mikrowellenstrahlung zur Erwärmung zwecks Aushärtung eines Matrixharzanteils der Vorform dient. Das Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung in das Werkstück innerhalb des Autoklaven hat dabei die Hauptfunktion, einen Druck von außen auf ein formgebendes Werkzeug aufzubringen, das die Vorform umschließt, um das Material der Vorform zu kompaktieren und um formgebende Oberflächen des Werkzeugs an die Vorform anzudrücken. Daneben kann der Autoklav auch zur Temperaturerhöhung der Vorform beitragen, indem das Gas, das zum Druckaufbau in den Autoklaven eingepumpt wird, aufgeheizt wird.The workpiece to be treated with the combination of such a device and an autoclave may in particular be a preform for a fiber-reinforced composite component, in which the coupling of the microwave radiation is used for heating to cure a matrix resin portion of the preform. The coupling of the microwave radiation into the workpiece within the autoclave has the main function of applying a pressure from the outside to a forming tool which encloses the preform to compact the material of the preform and to press shaping surfaces of the tool to the preform. In addition, the autoclave can also contribute to the temperature increase of the preform by the gas, which is pumped to build up pressure in the autoclave, heated.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Eine mobile Vorrichtung zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in ein in einem Autoklaven angeordnetes Werkstück, mit einer Mikrowellenkammer, die das Werkstück aufnimmt und die durch elektrisch leitfähige Wände begrenzt ist, und mit einer Einrichtung zum Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung in die Mikrowellenkammer ist aus der DE 103 29 411 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen mikrowellentechnisch komplett bestückten Resonator, der über Kufen in einen Autoklaven einschiebbar ist. Der Resonator ist aus Edelstahlblech ausgebildet und von polygonalem, mindestens hexagonalem Querschnitt, dessen Mantelflächensegmente ebenso wie die Stirnseiten plan sind. Aufgrund seiner Abmessungen ist der Resonator bei der Frequenz der eingekoppelten Mikrowellenschalung hochmodig. Die ebenen Stirnseiten des Resonators sind türartig verschließbar. An den Resonator sind Einrichtungen zum Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung angesetzt, die mit der Resonatorwand integrierte Hohlleiter umfassen, die sich über die gesamte Resonatorlänge erstrecken. Dabei sind in der mit dem Resonator gemeinsamen Wand Austrittsöffnungen für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen. Ein in der bekannten Vorrichtung mit Mikrowellenstrahlung zu behandelndes Werkstück wird im Zentrum des Resonators angeordnet. Da der Resonator den freien Querschnitt des Autoklaven im Wesentlichen ausfüllt, kann in der bekannten Vorrichtung grundsätzlich immer nur ein Werkstück behandelt werden. Die Behandlung mehrerer Werkstücke ist allenfalls dann möglich, wenn diese auf der Längsachse des Resonators hintereinander angeordnet werden können.A mobile device for coupling microwave radiation into an autoclave-mounted workpiece, comprising a microwave chamber which receives the workpiece and which is delimited by electrically conductive walls, and means for coupling the microwave radiation into the microwave chamber is disclosed in US Pat DE 103 29 411 A1 known. This is a microwave oven completely equipped resonator, which is slidable via skids in an autoclave. The resonator is made of stainless steel sheet and of polygonal, at least hexagonal cross section, the lateral surface segments as well as the front sides are flat. Due to its dimensions, the resonator is highly modulated at the frequency of the coupled microwave formwork. The flat end faces of the resonator can be closed door-like. Means for coupling the microwave radiation are attached to the resonator, which comprise waveguides integrated with the resonator wall, which extend over the entire resonator length. In this case, outlet openings for the microwave radiation are provided in the wall common with the resonator. A workpiece to be treated with microwave radiation in the known device is arranged in the center of the resonator. Since the resonator essentially fills the free cross-section of the autoclave, basically only one workpiece can always be treated in the known device. The treatment of several workpieces is possibly possible if they can be arranged one behind the other on the longitudinal axis of the resonator.

Eine vielfach verwendbare Form zur Herstellung von Polsterkörpern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 ist aus der DE 72 38 735 U1 bekannt. Die Form weist eine dem herzustellenden Polsterkörper zugewandte innere Formwandung aus Metall auf. Umgeben ist diese Formwandung von einer Stützschicht, die von einem mehrteiligen Außenmantel aus Metall umschlossen ist. Dieser Außenmantel weist einen Anchlussstutzen für Mikrowellen in das Forminnere auf. Darüber hinaus ist ein Einspannrahmen zum Tiefziehen einer vakuumdichten Folie vorgesehen, um den Polsterkörper mit einer Polsterstoffhülle zu versehen. Um diese Hülle in die Form einzuziehen, ist die aus Metall ausgebildete Formwandung perforiert und die Stützschicht luftdurchlässig gestaltet. Über ein Ventil ist die Stützschicht mit einem Vakuumerzeuger verbunden. Das Einbringen der bekannten Form in einen Autoklaven ist in der DE 72 38 735 U1 nicht offenbart.A multiple-use mold for the production of upholstery bodies having the features of the preamble of independent claim 1 is known from DE 72 38 735 U1 known. The mold has an inner mold wall of metal facing the upholstery body to be produced. This mold wall is surrounded by a support layer which is enclosed by a multi-part outer metal sheath. This outer jacket has a connection socket for microwaves in the interior of the mold. In addition, a clamping frame for deep drawing a vacuum-tight film is provided to provide the cushion body with a padding fabric cover. In order to feed this casing into the mold, the mold wall formed of metal is perforated and the supporting layer is made permeable to air. Via a valve, the support layer is connected to a vacuum generator. The introduction of the known form in an autoclave is in the DE 72 38 735 U1 not revealed.

Aus der EP 103 396 A2 ist eine Durchlaufpresse bekannt, deren obere und untere Bänder Druck auf ein Presspaket ausüben, während gleichzeitig Mikrowellenenergie zugeführt wird. Das obere Band besteht aus Metall.From the EP 103 396 A2 a continuous press is known, the upper and lower bands exert pressure on a press pack while microwave energy is supplied simultaneously. The upper band is made of metal.

Die DE 21 63 520 A1 offenbart ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät für eine Anlage zur Herstellung von Spanplatten. Dabei liegt ein vorzuwärmender Spankuchen auf einem Stahlband auf, das als Gegenelektrode für zwei streifenförmige Elektroden oberhalb des Spankuchens dient, welche an einen symmetrischen Ausgang eines Hochfrequenz-Generatorrs angeschlossen sind.The DE 21 63 520 A1 discloses a high frequency preheater for a chipboard manufacturing plant. In this case, a chipboard to be preheated rests on a steel strip which serves as a counter electrode for two strip-shaped electrodes above the chip sheet, which are connected to a balanced output of a high-frequency generator.

Diese streifenförmigen Elektroden sind in Längsrichtung des Stahlförderbands verschieblich gelagert und können dementsprechend über den Spankuchen hin- und herbewegt werden.These strip-shaped electrodes are displaceably mounted in the longitudinal direction of the steel conveyor belt and can accordingly be moved back and forth over the chip cake.

Die DE 697 37 417 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Härten von Harzen zur Herstellung von technisch angefertigten Holzprodukten mit Hilfe von Mikrowellen. Dabei werden Ausgangsmaterialien in einer Bandpresse, deren Förderbänder aus Metall bestehen, seitlich mit Mikrowellenenergie von einem Mikrowellengenerator beaufschlagt.The DE 697 37 417 T2 discloses a device for curing resins for the production of engineered wood products by means of microwaves. In this case, starting materials in a belt press, whose conveyor belts are made of metal, laterally acted upon by microwave energy from a microwave generator.

Die DE 10 2005 019 780 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks aus einem Schaumstoffkörper und zumindest einem damit verbundenen großflächigen Verstärkungsteil in einer metallischen Hohlform. Die in der Hohlform enthaltene Kavität ist mit einem Magnetron verbunden, um Mikrowellenenergie einzubringen. Über ein Schieberventil kann ein Vakuum an die Kavität angelegt werden. Alternativ kann bei geschlossenem Schieberventil in der Kavität ein Überdruck ausgebildet werden. Durch die Einstellung des Drucks in der Kavität kann das Raumgewicht des Schaumstaffkörpers moduliert werden.The DE 10 2005 019 780 A1 discloses a method for producing a composite piece from a foam body and at least one associated large-area reinforcing member in a metallic mold. The cavity contained in the mold is connected to a magnetron to introduce microwave energy. About one Slide valve, a vacuum can be applied to the cavity. Alternatively, an overpressure can be formed in the cavity when the slide valve is closed. By adjusting the pressure in the cavity, the volume weight of the Schaumstaffkörpers can be modulated.

Aus der DE 10 2007 050 312 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bekannt, bei dem ein Vorkörper aus Fasern und Matrixmaterial in einem Formwerkzeug mit Mikrowellen bestrahlt wird, so dass das Matrixmaterial ausgehärtet wird. Dabei ist das Formwerkzeug elektrisch leitend, insbesondere ein metallisches Formwerkzeug.From the DE 10 2007 050 312 A1 a method for producing a fiber composite component is known, in which a preform of fibers and matrix material is irradiated in a mold with microwaves, so that the matrix material is cured. In this case, the mold is electrically conductive, in particular a metallic mold.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mobile Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, mit der das Innenvolumen eines Autoklaven grundsätzlich besser ausnutzbar ist.The invention has for its object to provide a mobile device with the features of the preamble of independent claim 1, with which the inner volume of an autoclave is basically better exploitable.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine mobile Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen mobilen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 definiert.The object of the invention is achieved by a mobile device with the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the new mobile device are defined in the dependent claims 2 to 14.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei der neuen mobilen Vorrichtung zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in ein in einem Autoklaven angeordnetes Werkstück wird die Mikrowellenkammer, die das Werkstück aufnimmt, teilweise durch ein formgebendes Werkzeug für das Werkstück begrenzt, indem mindestens eine der die Mikrowellenkammer begrenzenden, elektrisch leitfähigen Wände Teil dieses formgebenden Werkzeugs ist. Insbesondere bildet diese mindestens eine elektrisch leitfähige Wand eine formgebende Oberfläche des Werkzeugs aus. Die Mikrowellenkammer wird auf diese Weise unmittelbar angrenzend an das Werkstück durch diese elektrisch leitfähige Wand begrenzt. Sie ist damit ebenso wie die ganze neue Vorrichtung sehr kompakt. Dies gilt unabhängig davon, ob die formgebende Oberfläche des Werkstücks, die von der elektrisch leitfähigen Wand ausgebildet wird, eine metallische Oberfläche ist oder ob die elektrisch leitfähige Wand eine metallische Einlage, beispielsweise in Form eines durchgehendes Blechs, eines Lochblechs, eines Gitters und/oder eines Netzes aufweist. Das heißt, bei der neuen Vorrichtung kann die formgebende Oberfläche des Werkzeugs auch aus einem dielektrischen Material ausgebildet sein, wenn dies beispielsweise für die spätere Entformung des Werkstücks vorteilhaft ist. Die Form der mindestens einen elektrisch leitfähigen Wand kann durch einen Rahmen des formgebenden Werkreugs stabilisiert sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese elektrisch leitfähige Wand, wie dies bevorzugt ist, eine formgebende Oberfläche des Werkreugs ausbildet.In the new mobile device for coupling microwave radiation into a workpiece placed in an autoclave, the microwave chamber that houses the workpiece is partially bounded by a forming tool for the workpiece, by at least one of the microwave chamber limiting, electrically conductive walls part of this forming tool is. In particular, this at least one electrically conductive wall forms a shaping surface of the tool. The microwave chamber is bounded in this way immediately adjacent to the workpiece by this electrically conductive wall. It is thus very compact as well as the whole new device. This applies regardless of whether the shaping surface of the workpiece, which is formed by the electrically conductive wall, a metallic surface or whether the electrically conductive wall is a metallic insert, for example in the form of a continuous sheet, a perforated plate, a grid and / or of a network. That is, in the new device, the forming surface of the tool may also be formed of a dielectric material, if this is advantageous, for example, for the subsequent demoulding of the workpiece. The shape of the at least one electrically conductive wall can be stabilized by a frame of the shaping work tooling. This applies in particular when this electrically conductive wall, as is preferred, forms a shaping surface of the tool joint.

Die weiteren elektrisch leitfähigen Wände, die die Mikrowellenkammer der neuen Vorrichtung begrenzen, sind Teil einer auf das formgebende Werkzeug aufgesetzten Haube. Diese Haube weist vorzugsweise elektrisch leitfähige Wände aus Metall auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Wände nicht durchgängig sind, sondern es sich bei ihnen um Lochbleche, Gitter und/oder Netze handelt. Derartige Lochbleche, Gitter und Netze sind ebenso wie eine nicht durchgehende metallische Einlage in der elektrisch leitfähigen Wand des formgebenden Werkreugs ausreichend, um die Mikrowellenkammer im Sinne eines faradayschen Käfigs zu begrenzen. Zugleich sind sie von einem Fluid durchströmbar und bewirken so einen Druckausgleich zwischen der Mikrowellenkammer und dem restlichen Arbeitsraum des jeweiligen Autoklaven. Die weiteren elektrisch leitfähigen Wände, die die Mikrowellenkammer der neuen Vorrichtung begrenzen, können auch aus durchgehenden Blechen ausgebildet sein, wenn die Mikrowellenkammer mit mindestens einer Öffnung versehen ist durch die zwar ein Druckausgleich erfolgen, aber keine Mikrowellenstrahlung austreten kann, Das formgebende Werkzeug für das Werkstück ist, um das Werkstück mit Hilfe des Drucks in dem Arbeitsraum des jeweiligen Autoklaven kompaktieren zu können, luftdicht geschlossen und insbesondere evakuierbar.The other electrically conductive walls that define the microwave chamber of the new device are part of a hood placed on the forming tool. This hood preferably has electrically conductive walls of metal. It is particularly preferred if these walls are not continuous, but they are perforated plates, grids and / or networks. Such perforated plates, grids and nets are as well as a non-continuous metallic insert in the electrically conductive wall of the shaping Werkreugs sufficient to limit the microwave chamber in the sense of a Faraday cage. At the same time they can be flowed through by a fluid and thus cause a pressure equalization between the microwave chamber and the remaining working space of the respective autoclave. The other electrically conductive walls that limit the microwave chamber of the new device may also be formed of continuous metal sheets, if the microwave chamber is provided with at least one opening through which a pressure equalization, but no microwave radiation can escape, the forming tool for the workpiece is to be able to compact the workpiece by means of the pressure in the working space of the respective autoclave, airtight closed and in particular evacuated.

Um die Mikrowellenkammer im Stoßbereich zwischen der Haube und der mindestens einen elektrisch leitfähigen Wand, die Teil des formgebenden Werkzeugs ist, gegenüber dem Austritt von Mikrowellenstrahlung zuverlässig abzudichten, ist hier ein umlaufender elektrischer Kontakt auszubilden. Dieser kann beispielsweise durch Aufnahme des Rands der Haube in metallischen Klemmleisten oder dergleichen realisiert werden.In order to reliably seal the microwave chamber in the abutting region between the hood and the at least one electrically conductive wall, which is part of the shaping tool, with respect to the exit of microwave radiation, a peripheral electrical contact is to be formed here. This can be realized for example by receiving the edge of the hood in metallic terminal strips or the like.

Um die Mikrowellen in die Mikrowellenkammer der neuen Vorrichtung einzukoppeln, kann an einer elektrisch leitfähigen Wand der Haube, bspw. an der dem formgebenden Werkzeug gegenüber liegenden elektrisch leitfähigen Wand, ein Hohleiter für die einzukoppelnden Mikrowellenstrahlung befestigt sein, wobei ein oder mehrere Austrittsöffnungen für das Austreten von Mikrowellenstrahlen aus dem Hohlleiter in die Mikrowellenkammer vorgesehen sind. Diese Austrittsöffnungen können auch über die gesamte Länge der Mikrowellenkammer verteilt sein.In order to couple the microwaves into the microwave chamber of the new device, a hollow conductor for the microwave radiation to be injected can be attached to an electrically conductive wall of the hood, for example on the electrically conductive wall opposite the forming tool, one or more outlet openings for the exit are provided by microwave radiation from the waveguide in the microwave chamber. These outlet openings can also be distributed over the entire length of the microwave chamber.

Eingangsseitig kann der Hohlleiter an ein wärmeisoliertes oder gekühltes, beispielsweise wassergekühltes Magnetron angeschlossen sein, das aufgrund seiner Temperatur- und Druckbeständigkeit mit in den Autoklaven eingebracht werden kann. So kann das Magnetron beispielsweise auf einem das Formwerkzeug und damit auch die Haube tragenden Fahrwerk gelagert sein. Es kann auch eine Baueinheit mit der Haube ausbilden. Die zum Betreiben der neuen Vorrichtung notwendigen Durchführungen durch die Wandung des Autoklaven beschränken sich so auf elektrische Zuleitungen und ggf. Leitungen für ein Kühlmittel, die im Gegensatz zu der Durchführung eines Hohlleiters oder einer anderen Einrichtung zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung durch die Wandung des Mikrowellenautoklaven unproblematisch sind.On the input side, the waveguide to a thermally insulated or cooled, for example Water-cooled magnetron be connected, which can be introduced due to its temperature and pressure resistance in the autoclave. For example, the magnetron can be mounted on a chassis carrying the mold and thus also the hood. It can also form a unit with the hood. The necessary for operating the new device bushings through the wall of the autoclave be limited to electrical leads and possibly lines for a coolant, which are unproblematic in contrast to the implementation of a waveguide or other means for coupling microwave radiation through the wall of the microwave autoclave ,

Wenn nur eine neue Vorrichtung in einen Autoklaven eingebracht wird, kann dieser aufgrund der Kompaktheit der neuen Vorrichtung bezogen auf die Größe des Werkstücks vergleichsweise klein ausgebildet sein. In einen größeren Autoklaven können aber auch mehrere der neuen Vorrichtungen neben- und/oder über- und/oder hintereinander angeordnet werden, um dessen Innenvolumen maximal auszunutzen. Dabei können grundsätzlich auch mehrere Werkstücke innerhalb einer jeden neuen Vorrichtung angeordnet werden, wenn das jeweilige formgebende Werkzeug für mehrere derartiger Werkstücke vorgesehen ist.If only a new device is placed in an autoclave, this can be made relatively small in relation to the size of the workpiece due to the compactness of the new device. In a larger autoclave but also several of the new devices can be arranged side by side and / or over and / or in order to make maximum use of its internal volume. In principle, several workpieces can also be arranged within each new device if the respective shaping tool is provided for a plurality of such workpieces.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. 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 ist möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different claims is possible and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.The invention will be explained in more detail below with reference to a specific embodiment with reference to the accompanying drawings and described.

1 skizziert den Querschnitt eines Autoklaven mit darin angeordneter neuer Vorrichtung zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in ein in dem Autoklaven angeordnetes Werkstück; und 1 outlines the cross section of an autoclave with a new device arranged therein for coupling microwave radiation into a workpiece arranged in the autoclave; and

2 zeigt einen Teil eines Längsschnitts durch den Autoklaven gemäß 1. 2 shows a part of a longitudinal section through the autoclave according to 1 ,

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Autoklaven 1. Dabei ist die Wandung 2 des Autoklaven 1 nur als durchgezogene Linie wiedergegeben. Dies spiegelt nicht ihren Aufbau wider, zu dem regelmäßig eine thermische Isolierung und im Inneren des Autoklaven 1 davor liegende Luftleitbleche gehören. Der Autoklav 2 umschließt einen Arbeitsraum 3, in dem mit Einrichtungen des Autoklaven 1 Temperatur und Druck gegenüber der Umgebung 4 des Autoklaven erhöht werden können. In den Arbeitsraum 3 ist eine Vorrichtung 5 eingeschoben. Diese weist ein Fahrwerk 6 auf. Im Wesentlichen besteht die Vorrichtung 5 aber aus einem formgebenden Werkzeug 7, einer Haube 8 und Einrichtungen 9 zum Einkoppeln von Mikrowellenstrahlung 10 in eine durch das Werkzeug 7 und die Haube 8 begrenzte Mikrowellenkammer 11. Diese Mikrowellenkammer 11 nimmt ein Werkstück 12 auf, das auf einer formgebenden Oberfläche 13 des Werkzeugs 7 aufliegt und in das die Mikrowellenstrahlung 10 einkoppelt. Dabei kann das Werkstück 12 unter einem hier nicht dargestellten mikrowellentransparenten Vakuumsack liegen, der gegenüber der formgebenden Oberfläche 13 abgedichtet ist, wobei die Formkavität zwischen dem Vakuumsack und der formgebenden Oberfläche 13 evakuiert wird, um das Werkstück 12 mittels der über dem Vakuumsack wirkenden Druckdifferenz an die formgebende Oberfläche 13 anzudrücken und das Werkstück 12 zu kompaktieren. Statt eines nicht formstabilen Vakuumsacks kann das Werkzeug auch durch eine mikrowellentransparente formstabile Werkzeugformhälfte abgedeckt werden. Die Einkopplung der Mikrowellenstrahlung 10 in das Werkstück 12 dient dazu, einen Matrixharzanteil des Werkstücks 12 auszuhärten, um ein faserverstärktes Verbundbauteil auszubilden. Dabei kann die Temperaturerhöhung des Werkstücks 12 nicht nur durch die eingekoppelte Mikrowellenstrahlung 10, sondern auch auf einer in dem Arbeitsraum 3 herrschenden erhöhten Temperatur beruhen, idealer Weise bleibt die Lufttemperatur in dem Autoklaven 1 einschließlich der Mikrowellenkammer 11 aber auch bei der Temperaturbehandlung des Werkstücks 12 niedrig, z. B. in der Nähe der Raumtemperatur. Die Aufgabe der Haube 8 besteht darin, die Mikrowellenstrahlung 10 auf die Mikrowellenkammer 11 zu begrenzen. Sie bildet dazu gemeinsam mit einer Wand 16 des formgebenden Werkzeugs 7, die wie die Wände 14 der Haube 8 elektrisch leitfähig ist und die die formgebende Oberfläche 13 aufweist, einen faradayschen Käfig um das Werkstück 12 herum aus. Um dabei ein Austreten der Mikrowellenstrahlung 10 zwischen der Haube 8 und dem Werkzeug 7 zu verhindern, ist dazwischen ein umlaufender elektrischer Kontakt 17 ausgebildet. Konkret ist hier die Wand 16 des Werkzeugs 7 dadurch elektrisch leitfähig, dass ihre formgebende Oberfläche 13 aus Metall ausgebildet ist. Die Wand 16 wird ihrerseits durch einen Rahmen 18 des Werkzeugs 7 abgestützt und in ihrer Form stabilisiert. Die elektrisch leitfähigen Wände 14 der Haube 8 aus Metall sind als Lochbleche 15 oder alternativ als Gitter oder Netze ausgebildet, durch die hindurch ein Druckausgleich zwischen der Mikrowellenkammer 11 und dem restlichen Arbeitsraum 3 erfolgen kann. Wie 1 deutlich werden lässt, füllt die Vorrichtung 5 den Arbeitsraum 3 im Querschnitt nur zu knapp der Hälfte aus. So ist es ohne Weiteres möglich, eine weitere Vorrichtung 5 in der oberen Hälfte des Arbeitsraums 3 anzuordnen, um gleichzeitig ein weiteres Werkstück 12 der Druck- und Temperaturbehandlung zu unterwerfen. 1 is a schematic cross section through an autoclave 1 , Here is the wall 2 of the autoclave 1 only shown as a solid line. This does not reflect their design, which regularly involves thermal insulation and inside the autoclave 1 belonging in front of air baffles belong. The autoclave 2 encloses a work space 3 in which with facilities of autoclave 1 Temperature and pressure relative to the environment 4 of the autoclave can be increased. In the workroom 3 is a device 5 inserted. This has a chassis 6 on. In essence, the device consists 5 but from a shaping tool 7 , a hood 8th and facilities 9 for coupling microwave radiation 10 in one through the tool 7 and the hood 8th limited microwave chamber 11 , This microwave chamber 11 takes a workpiece 12 on, on a shaping surface 13 of the tool 7 rests and in the microwave radiation 10 couples. In this case, the workpiece 12 below a microwave-transparent vacuum bag, not shown here, which are opposite to the shaping surface 13 is sealed, wherein the mold cavity between the vacuum bag and the forming surface 13 is evacuated to the workpiece 12 by means of the pressure difference acting on the vacuum bag to the shaping surface 13 push and the workpiece 12 to compact. Instead of a non-dimensionally stable vacuum bag, the tool can also be covered by a microwave-transparent dimensionally stable mold half. The coupling of the microwave radiation 10 into the workpiece 12 serves to a matrix resin content of the workpiece 12 cure to form a fiber-reinforced composite component. In this case, the temperature increase of the workpiece 12 not only by the coupled microwave radiation 10 but also on one in the workroom 3 ruling elevated temperature, ideally, the air temperature remains in the autoclave 1 including the microwave chamber 11 but also in the temperature treatment of the workpiece 12 low, z. Near the room temperature. The task of the hood 8th is the microwave radiation 10 to the microwave chamber 11 to limit. It forms together with a wall 16 of the forming tool 7 like the walls 14 the hood 8th is electrically conductive and the shaping surface 13 has a Faraday cage around the workpiece 12 around. In order to escape the microwave radiation 10 between the hood 8th and the tool 7 to prevent, there is a circulating electrical contact in between 17 educated. Specifically, here is the wall 16 of the tool 7 characterized electrically conductive that its shaping surface 13 is formed of metal. The wall 16 is in turn by a frame 18 of the tool 7 supported and stabilized in shape. The electrically conductive walls 14 the hood 8th made of metal are as perforated plates 15 or alternatively formed as a grid or nets, through which a pressure equalization between the microwave chamber 11 and the rest of the workspace 3 can be done. As 1 makes clear fills the device 5 the workroom 3 in cross section, only just under half. So it is easily possible, another device 5 in the upper half of the workroom 3 to arrange at the same time another workpiece 12 subject the pressure and temperature treatment.

Während in dem Querschnitt gemäß 1 nur ein Hohlleiter 19 der Einrichtungen 9 zum Einkoppeln von Mikrowellenstrahlung in die Mikrowellenkammer 11 zu erkennen ist, zeigt der Längsschnitt gemäß 2 am hinteren Ende des Hohlleiters 19 ein Magnetron 20, mit dem die Mikrowellenstrahlung in den Hohlleiter 19 eingekoppelt wird, die dann durch mindestens eine Austrittsöffnung aus dem Hohlleiter 9 in die Mikrowellenkammer 11 austritt. Das Magnetron 20 ist von einer Wärmeisolierung 21 umgeben, die dem Betrieb des Magnetrons 20 innerhalb des Arbeitsraums 3 des Autoklaven 1 ermöglicht. Entsprechend müssen durch die Wandung 2 des Autoklaven 1 nur elektrische Versorgungsleitungen 21 von einer externen Leistungselektronik 22 hindurchgeführt werden. Durch die Begrenzung der Mikrowellenstrahlung 10 auf die kompakte Mikrowellenkammer 11 ist das Gefährdungspotential bei der Verwendung der neuen Vorrichtung 5 nur gering und ein üblicherweise als Teil der Wandung 2 vorhandener metallischer Mantel des Autoklaven 1 stellt nur eine zweite Sicherheit gegen den Austritt von Mikrowellenstrahlung 10 bereit. Insbesondere werden im ordnungsgemäßen Betrieb der neuen Vorrichtung 5 keine Ströme in metallischen Bestandteilen des Autoklaven 1 hervorgerufen. Der die Mikrowellenkammer 11 umgebende faradaysche Käfig aus der Haube 8 und der elektrisch leitfähigen Wand 16 des Werkzeugs 7 ist zusätzlich gegenüber den Teilen des Autoklaven 1, an denen er sich über sein Fahrwerk 6 gemäß 1 abstützt, elektrisch isoliert, indem der Rahmen 18 des Werkzeugs 7 aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist. Dies ist aber nicht notwendig, da im Betrieb der neuen Vorrichtung keine signifikanten Ströme fließen.While in the cross section according to 1 only a waveguide 19 the facilities 9 for coupling microwave radiation into the microwave chamber 11 can be seen, the longitudinal section shows 2 at the rear end of the waveguide 19 a magnetron 20 , with which the microwave radiation in the waveguide 19 is coupled, then through at least one exit opening from the waveguide 9 into the microwave chamber 11 exit. The magnetron 20 is of a thermal insulation 21 surround the operation of the magnetron 20 within the workspace 3 of the autoclave 1 allows. Accordingly, through the wall 2 of the autoclave 1 only electrical supply lines 21 from an external power electronics 22 be passed. By limiting the microwave radiation 10 on the compact microwave chamber 11 is the potential hazard when using the new device 5 only small and usually as part of the wall 2 existing metallic coat of the autoclave 1 provides only a second security against leakage of microwave radiation 10 ready. In particular, in the proper operation of the new device 5 no flows in metallic components of the autoclave 1 caused. The microwave chamber 11 surrounding Faraday cage from the hood 8th and the electrically conductive wall 16 of the tool 7 is in addition to the parts of the autoclave 1 in which he talks about his suspension 6 according to 1 supports, electrically isolated by the frame 18 of the tool 7 is formed of electrically insulating material. However, this is not necessary since no significant currents flow during operation of the new device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Autoklavautoclave
22: Wandungwall
33: Arbeitsraumworking space
44: UmgebungSurroundings
55: Vorrichtungcontraption
66: Fahrwerklanding gear
77: WerkzeugTool
88th: HaubeHood
99: EinrichtungFacility
1010: Mikrowellenstrahlungmicrowave radiation
1111: Mikrowellenkammermicrowave chamber
1212: Werkstückworkpiece
1313: formgebende Oberflächeshaping surface
1414: Wandwall
1515: Lochblechperforated sheet
1616: elektrisch leitfähige Wandelectrically conductive wall
1717: elektrischer Kontaktelectric contact
1818: Rahmenframe
1919: Hohlleiterwaveguide
2020: Magnetronmagnetron
2121: Wärmeisolierungthermal insulation
2222: Leistungselektronikpower electronics

Claims

Mobile device ( 5 ) for coupling microwave radiation ( 10 ) in an autoclave ( 1 ) arranged workpiece ( 12 ), with a microwave chamber ( 11 ), which the workpiece ( 12 ) and by electrically conductive walls ( 14 . 16 ) and with a facility ( 9 ) for coupling the microwave radiation ( 10 ) into the microwave chamber ( 11 ), wherein at least one electrically conductive wall ( 16 ) by a shaping tool ( 7 ) for the workpiece ( 12 ), characterized in that the further electrically conductive walls ( 14 ), the microwave chamber ( 11 ), part of one on the forming tool ( 7 ) hood ( 8th ), wherein the further electrically conductive walls ( 14 ) are formed by a fluid and wherein the forming tool ( 7 ) for the workpiece ( 12 ) is closed airtight to the workpiece by means of pressure in the autoclave ( 1 ) to compact.

Contraption ( 5 ) according to claim 1, characterized in that the at least one electrically conductive wall ( 16 ) a shaping surface ( 13 ) of the tool ( 7 ) trains.

Contraption ( 5 ) according to claim 2, characterized in that the shaping surface ( 13 ) of the tool ( 7 ) is a metallic surface.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrically conductive wall ( 16 ) has a metallic insert.

Contraption ( 5 ) according to claim 4, characterized in that the metallic insert has a continuous sheet, a perforated plate, a grid and / or a network.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrically conductive wall ( 16 ) in shape through a frame ( 18 ) of the forming tool ( 7 ) is stabilized.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the further electrically conductive walls ( 14 ) are formed of metal.

Contraption ( 5 ) according to claim 7, characterized in that the further electrically conductive walls ( 14 ) made of continuous sheets, perforated sheets ( 15 ), Grids and / or networks are formed.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaping tool ( 7 ) for the workpiece ( 12 ) is evacuable.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the hood ( 8th ) and the at least one electrically conductive wall ( 16 ), which are part of the forming tool ( 7 ), a peripheral electrical contact ( 17 ) is trained.

Contraption ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on one of the further electrically conductive walls ( 14 ) a waveguide ( 19 ) for the microwave radiation ( 10 ), wherein at least one outlet opening for the escape of microwave radiation ( 10 ) from the waveguide ( 19 ) into the microwave chamber ( 11 ) is provided.

Contraption ( 5 ) according to claim 11, characterized in that the waveguide ( 19 ) to a thermally insulated magnetron ( 20 ) connected.

Contraption ( 5 ) according to claim 12, characterized in that the magnetron ( 20 ) on one of the mold ( 7 ) carrying landing gear ( 6 ) is stored.

Contraption ( 5 ) according to claim 12 or 13, characterized in that the magnetron ( 20 ) for supplying electrical energy and / or cooling from outside the autoclave ( 1 ) is provided.