DE102011013193A1

DE102011013193A1 - Vorrichtung zum Temperieren von Bauteilen aus Verbundwerkstoff sowie Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102011013193A1
Application number: DE102011013193A
Authority: DE
Inventors: Dirk Austinat
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2011-03-05
Filing date: 2011-03-05
Publication date: 2012-09-06

Abstract

Vorrichtung zum Temperieren von Bauteilen in einem Herstellungswerkzeug, die aus zwei Lagen eines flüssigkeitsdichten Flachmaterials besteht, die linienförmig miteinander verbunden sind, um zwischen den Lagen einen Pfad für ein flüssiges Medium zu bilden, wobei eine Öffnung für einen Zulauf und eine Öffnung für einen Ablauf vorgesehen ist, über die das Medium dem Pfad zugeführt und von diesem abgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Bauteilen aus Verbundwerkstoff in einem Herstellungswerkzeug. Ebenfalls betrifft die Vorrichtung ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Verbundwerkstoff.
Bei der Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoff ist es bekannt, das Herstellungswerkzeug, in dem der Verbundwerkstoff aushärtet, mit einer Heizung auszustatten, um die temperaturanfälligen Prozesse durch Wärmen und/oder Kühlen des Herstellungswerkzeugs zu unterstützen. Es ist ferner bekannt, die Oberseite des Verbundwerkstoffs in dem Herstellungswerkszeug mit Hilfe von Heißluft oder elektrisch beheizten Tempermatten zu erwärmen. Eine Kühlung ist mit diesen Mitteln allerdings nicht möglich.
Aus EP 1 136 238 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff bekannt, bei dem einem Faserhalbzeug mittels Unterdruckbeaufschlagung ein flüssiges, heiß härtendes Harz zugeführt wird. Hier ist bekannt, den Unterdruck und die Temperatur so zu steuern, dass eine Siedepunktskurve des Harzes nicht überschritten wird.
Aus DE 602 00 116 T2 ist bekannt geworden, zur Herstellung eines schalenförmigen Werkstücks aus Verbundmaterial eine Wärmeisolationsschicht in dem Herstellungswerkzeug vorzusehen, damit eine der Oberfläche des Werkstücks über Heißluft zugeführte Wärmemenge nicht an das Herstellungswerkzeug abgegeben wird.
Aus DE 10 2004 062 064 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund-Metall-Kompositbauteilen bekannt geworden, bei dem elektrisch geregelte Wärmematten jeweils mit separaten Temperaturfühlern ausgestattet sind.
Aus DE 10 2008 022 699 A1 ist ein Verfahren zum Heizen von Rotorblättern einer Windenergieanlage bekannt geworden, bei dem das Rotorblatt unter Bildung eines Zwischenraums vollständig von einer Umhüllung umschlossen ist. Zur Erwärmung des Rotorblatts wird heiße Luft in den Zwischenraum eingeblasen.
Aus DE 602 18 408 T2 ist eine Schalenform zur Herstellung von Rotorblättern für Windenergieanlagen bekannt geworden, bei der heiße Luft von der Rotorblattwurzel hin zur Rotorblattspitze in das Herstellungswerkzeug geblasen wird.
Aus DE 10 2004 025 704 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen bekannt geworden, bei dem über den hydrostatischen Druck eines Wärmeübertragungsfluids das faserverstärkte Kunststoff-Bauteil in das Herstellungswerkzeug gedrückt und dessen Temperatur geregelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoff bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle und zuverlässige Temperaturregelung erlaubt. Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders zur Herstellung von Rotorblättern für Windenergieanlagen geeignet, wobei sowohl die Rotorblattwandung als auch einzelne Bauteile aus dem Inneren des Rotorblatts, wie beispielsweise Stege, hergestellt werden können. Nachfolgend wird unter Herstellung auch eine Reparatur oder Ausbesserung des Bauteils aus Verbundwerkstoff mit umfasst, sofern diese in einem Herstellungswerkzeug erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorgesehen und geeignet zum Temperieren, also zum Kühlen und/oder Beheizen von Bauteilen in einem Herstellungswerkzeug während der Herstellung oder Ausbesserung der Bauteile. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei Lagen eines flüssigkeitsdichten Flachmaterials, die linienförmig miteinander verbunden sind, um zwischen den Lagen mindestens einen Pfad für ein flüssiges Medium zu bilden. Ferner besitzen die miteinander verbundenen Lagen mindestens eine Öffnung für einen Zulauf und mindestens eine Öffnung für einen Ablauf, über die das Medium dem mindestens einen Pfad zugeführt und von diesem abgeführt werden kann. Der besondere Vorteil der Vorrichtung liegt darin, dass bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen die Temperierung nicht nur über das Herstellungswerkzeug erfolgen muss, sondern eine Temperierung auch über die freiliegende Fläche des Bauteils erfolgen kann. Gerade bei Verbundwerkstoffen, die schlecht wärmeleitend sind, wird so sichergestellt, dass das Bauteil während des Aushärten die gewünschte Temperatur erhält. Durch die Verwendung eines Pfades für ein flüssiges Medium eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen. Das Herstellungswerkzeug wird in der Fachsprache gelegentlich auch als Herstellungsform oder kurz als Form bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzen die beiden miteinander verbundenen Lagen die gleiche Kontur, so dass keine der Lagen über die andere übersteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Öffnungen für Zu- und Ablauf am Rand der miteinander verbundenen Lagen angeordnet. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut an eine Zuleitung und eine Ableitung für das Medium angeschlossen werden. Bevorzugt sind die Öffnungen mit Befestigungsmitteln für Zu- und Ableitungen ausgestattet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die von dem Bauteil abgewandte Seite mit einer Isolierung versehen. Auf diese Weise werden Wärmeverluste durch die von dem Bauteil abgewandte Lage vermieden.
Bevorzugt wird als Medium Wasser eingesetzt. Insbesondere mit einer wassergespeisten Heizung lässt sich während des Aushärten des Bauteils die gewünschte Temperatur durch Erwärmen oder Abkühlen des Wassers schnell und einfach einstellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Pfad an einem Ende mit einem Zulauf und an seinem anderen Ende mit dem Ablauf verbunden, wobei sich der Pfad über die gesamte Fläche zwischen den Lagen erstreckt. Indem der Pfad über Zulauf und Ablauf vollständig durchspült wird, wird sichergestellt, dass sich keine Totgebiete bilden, sondern die Flache zwischen den Lagen vollständig durchspült wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein mit dem Zulauf verbundener Teil durch eine Hauptverbindungslinie zwischen den Lagen von einem mit dem Ablauf verbundenen Teil des Pfades getrennt. Der Pfad ist in zwei miteinander verbundene Teile getrennt, von denen einer mit dem Zulauf und der andere mit dem Ablauf verbunden ist. Beide Teile des Pfades sind durch eine Hauptverbindungslinie, in der die beiden Lagen miteinander verbunden sind, voneinander getrennt. Bevorzugt ist jeder Teil des Pfades durch Nebenverbindungslinien zwischen den Lagen in miteinander verbundene Kammer unterteilt. Die Kammern sind nicht abgeschlossen, sondern bilden einen insgesamt zumindest abschnittsweise mäanderfömigen Pfad für das Medium durch die Kammern. Hierdurch wird eine gleichmäßige Durchströmung des Zwischenraums zwischen den Lagen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Zu- und Ableitungen der Temperiereinrichtung mit der Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs verbindbar. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierfür das temperierte Wasser aus der Form verwendet werden kann und keine eigene Temperaturregelung erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Verbundwerkstoff in einem Herstellungswerkzeug gelöst. Das Herstellungswerkzeug, gelegentlich auch als Formwerkzeug bezeichnet, besitzt eine Flüssigkeitsheizung, über die die Temperatur des Herstellungswerkzeugs geregelt oder gesteuert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Bereitstellen einer Temperiereinrichtung aus flüssigkeitsdichtem Flachmaterial, dass zwei Lagen besitzt, zwischen denen ein Pfad fit die Flüssigkeit der Temperiereinrichtung gebildet ist. Erfindungsgemäß wird die Temperiereinrichtung auf dem in das Herstellungswerkzeug eingebrachten Bauteil aus Verbundwerkstoff angeordnet, so dass dieses auf beiden Seiten, also durch das Herstellungswerkzeug und die Temperiereinrichtung erwärmt oder gekühlt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Temperiereinrichtung an die Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs angeschlossen, um die Oberfläche des Verbundwerkstoffs während seines Aushärtevorgangs zu temperieren. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass keine gesonderte Temperaturregelung für die Temperiereinrichtung notwendig ist, sondern diese durch die Verbindung mit der Flüssigkeitsheizung in dem Herstellungswerkzeug direkt mit dieser gemeinsam gesteuert und gegebenenfalls geregelt werden kann.
Bevorzugt ist die Temperiereinrichtung an die Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs derart angeschlossen, dass diese zusammen einen geschlossenen Kreislauf bilden.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verbundwerkstoff in dem Herstellungswerkzeug vollständig durch die Temperiereinrichtung bedeckt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren von Bauteilen
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Herstellungswerkzeug
1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Blick auf zwei miteinander verbundene Gewebelagen, wobei zur besseren Übersicht die Verbindung zwischen den beiden Lagen und der Pfad für das Heizmedium eingezeichnet sind. Die Temperiereinrichtung 10 besitzt ungefähr eine pfeilspitzenfömige Kontur. Die Kontur ist in dem Beispiel an die Geometrie eines Steges angepasst, wobei die Darstellung nicht maßstabsgerecht ist, sondern stark gestaucht. Die mit A bezeichnete Seite entspricht beispielsweise der einer Saugseite des Rotorblatts zugewandten Seite, während B die der Druckseite zugewandte Seite zeigt. Mit C ist der Teil bezeichnet, der dem der Rotorblattspitze zugewandten Teil entspricht, D bezeichnet den in der Blattwurzel angeordneten Teil des Steges. Die Temperiereinrichtung besteht aus zwei stark strapazierfähigen Gewebelagen, die auch als Fancy Canvas bezeichnet werden. Die beiden Gewebelagen liegen übereinander und sind entlang der gestrichelten Linie 12 miteinander vernäht und/oder verklebt. Parallel zur Kontur der Gewebelagen gibt es eine umlaufende Verbindungslinie 16, die lediglich im Bereich des Zulaufs 18 und Ablaufs 20 eine Unterbrechung besitzt. Der von der umlaufenden Verbindungslinie 16 gebildete Innenraum wird durch eine Hauptverbindungslinie 22 in zwei Teile unterteilt, die einen Zulaufteil 24 des Pfades von einem Ablaufteil 26 des Pfades trennt. Im Bereich der Spitze endet die Hauptverbindungslinie 22 mit einem Abstand zu der umlaufenden Verbindungslinie 16, so dass das Zulaufteil 24 und das Ablaufteil 26 miteinander verbunden sind.
Quer zu der umlaufenden Verbindungslinie 16 und der Hauptverbindungslinie 22 sind Nebenverbindungslinien 28 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Strömungsrichtung nacheinander angeordnete Nebenverbindungslinien 28 abwechselnd mit der Hauptverbindungslinie 22 und der umlaufenden Verbindungslinie 16 verbunden. Hierdurch werden miteinander verbundene Kammern 30 gebildet, die insgesamt einen mäanderfömigen Pfad 32 für die Heizflüssigkeit bilden.
Gespeist wird die Temperiereinrichtung durch einen Zulauf 18 und einen Ablauf 20.
2 zeigt ein Herstellungswerkzeug 40 mit einem darin eingebrachten Bauteil 38 aus Verbundwerkstoff. Der Zulauf 42 und der Ablauf 44 der Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs sind an eine Regeleinrichtung 46 angeschlossen, mittels derer die Temperatur entsprechend dem Härteprozess des Harzes eingestellt werden kann. Auf das Bauteil 38 ist eine erfindungsgemäße Tempertereinrichtung 10 aufgelegt. Der Zulauf 18 und der Ablauf 20 der Temperiereinrichtung sind ebenfalls mit der Regeleinrichtung 46 verbunden.
Insbesondere bei der Herstellung von Sandwich-Bauteilen, wie beispielsweise Stegen für Rotorblätter einer Windenergieanlage, treten temperaturbedingte Verarbeitungsprobleme auf. Wird beispielsweise ein Harzsystem im Inneren des Sandwich-Bauteils verwendet, das mit einer stark exothermen Reaktion aushärtet, können Verbrennungen bei dem angrenzenden Material auftreten. Mit einer Beheizung und gegebenenfalls auch einer Kühlung über das Herstellungswerkzeug allein lassen sich solche Prozesse thermisch nicht kontrolliert führen, um Bauteile in konstanter Qualität herzustellen. Die vorgestellte Temperiereinrichtung kann auf die Oberfläche des Bauteils aufgelegt werden. Sie kann als Wasserheizung mit der vorhandenen Wasserheizung in dem Herstellungswerkzeug gekoppelt werden, was die Implementierung vereinfacht und sich ohne große zusätzliche Kosten bewerkstelligen lässt. Außerdem ist die Konstruktion durch die Verwendung von Gewebe sehr flexibel und kann, wenn sie nicht benötigt wird, gut an der Produktionsstelle verstaut werden. Die Temperiereinrichtung folgt in ihren Temperaturen den von dem Herstellungswerkzeug vorgegebenen Temperaturen und kann somit sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1136238 B1 [0003]
DE 60200116 T2 [0004]
DE 102004062064 B4 [0005]
DE 102008022699 A1 [0006]
DE 60218408 T2 [0007]
DE 102004025704 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung (10) zum Temperieren von Bauteilen in einem Herstellungswerkzeug, die aus zwei Lagen eines flüssigkeitsdichten Flachmaterials besteht, die linienförmig (12) miteinander verbunden sind, um zwischen den Lagen mindestens einen Pfad (32) für ein flüssiges Medium zu bilden, wobei mindestens eine Öffnung für einen Zulauf (18) und mindestens eine Öffnung für einen Ablauf (20) vorgesehen ist, über die das Medium dem mindestens einen Pfad (32) zugeführt und von diesem abgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lage eine gleiche Kontur (14) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen für Zu- und Ablauf (18, 20) am Rand der Lagen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (18, 20) Befestigungsmittel für Zu- und Ableitungen (19, 21) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Bauteil abgewandte Lage mit einer Isolierung versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium zum Kühlen und/oder Heizen Wasser vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad an einem Ende mit dem Zulauf (18) und an seinem anderen Ende mit dem Ablauf (20) verbunden ist, wobei der Pfad sich über die gesamte Fläche erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Zulauf (18) verbundener Teil des Pfades durch eine Verbindungslinie (22) zwischen den Lagen von einem mit dem Ablauf verbundenen Teil (26) des Pfades getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Teil des Pfades durch Nebenverbindungslinien (28) zwischen den Lagen der Pfad in miteinander verbundene Kammern unterteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad (32) sich mindestens abschnittsweise mäanderförmig durch die Kammern erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen (19, 21) mit der Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs (40) verbindbar sind.
Verfahren zum Herstellen von Bauteilen (38) aus Verbundwerkstoff in einem Herstellungswerkzeug (40), dessen Temperatur über eine Flüssigkeitsheizung geregelt oder gesteuert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Temperiereinrichtung (10) aus flüssigkeitsdichtem Flachmaterial, das zwei Lagen aufweist, zwischen denen sich ein Pfad (32) erstreckt, – Anordnen der Temperiereinrichtung (10) auf dem in das Herstellungswerkzeug (40) eingebrachten Bauteil (38) aus Verbundwerkstoff und – Anschließen der Temperiereinrichtung (10) an die Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs (40), um die Oberfläche des Verbundwerkstoffs während seines Aushärtevorgangs zu temperieren.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Anschließen der Temperiereinrichtung (10) mit ihrem Zuleitung (19) und ihrer Ableitung (21) an die Flüssigkeitsheizung des Herstellungswerkzeugs, um mit dem Herstellungswerkzeug einen geschlossenen Kreislauf zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch vollständiges Bedecken des Bauteils (38) aus Verbundwerkstoff in dem Herstellungswerkzeug (40) durch die Temperiereinrichtung (10).