DE102011052664A1

DE102011052664A1 - Vorrichtung zum Imprägnieren eines Fasermaterials mit einem Harz und Verfahren zur Erzeugung eines faserverstärkten Kunststoffteils

Info

Publication number: DE102011052664A1
Application number: DE102011052664A
Authority: DE
Inventors: Stefan Simmerer; Markus Peter Griesel; Uli Ramm; Jan Willem Bakhuis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2012-02-16
Also published as: CN102371688A; US20120040106A1; DK201170432A

Abstract

Ein Verfahren zur Bildung eines faserverstärkten Kunststoffteils wird geschaffen. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Form (100, 200, 300, 400), das Bereitstellen eines Schwingungsgenerators (70, 70–73), das Bereitstellen eines Fasermaterials (500), das Benetzen des Fasermaterials (500) mit einem Harz (550), das Anordnen des Fasermaterials (500) in einer Form (100, 200, 300, 400), das Schwingungen Aussetzen des Fasermaterials (500) und des Harzes (550) sowie das Aushärten des Harzes (550).

Description

Hintergrund der Erfindung
Der hierin beschriebene Gegenstand bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zum Bilden von faserverstärkten Kunststoffteilen und insbesondere auf Verfahren und Systeme zum Bilden von faserverstärkten Kunststoffteilen, die einen hohen Faservolumenanteil aufweisen, wie z. B. einem Holmgurt einer Flugzeugtragfläche oder eines Windenergieanlagenrotorblattes.
Wenigstens einige bekannte Windenergieanlagen weisen einen Turm und eine an dem Turm angebrachte Gondel auf. Ein Rotor ist drehbar an der Gondel angebracht und durch eine Welle mit einem Generator gekoppelt. Mehrere Rotorblätter erstrecken sich von dem Rotor aus. Die Blätter sind so ausgerichtet, dass über die Blätter hinwegströmender Wind den Rotor dreht und die Welle dreht, wodurch sie den Generator antreibt, um Elektrizität zu erzeugen.
Abgesehen von der Form sind die Größe und das Gewicht von Rotorblättern Faktoren, die zur Energieeffizienz bzw. Energieausbeute von Windenergieanlagen beitragen. Wenn die Rotorblattgrößen wachsen, steigt typischerweise die Energieausbeute. Dementsprechend werden anhaltende Anstrengungen unternommen, um die Rotorblattgröße zu erhöhen und das Rotorblattgewicht bei gegebener Rotorblattfestigkeit zu verringern. Gegenwärtig sind große Windenergieanlagen mit Rotorblattanordnungen von bis zu 126 m Durchmesser in der Lage, mehrere Megawatt Leistung zu erzeugen. Die gewünschte Langzeitstabilität und strukturelle Unversehrtheit der Rotorblätter führt typischerweise zu Herstellungskosten, die mit der Größe des Rotorblattes ansteigen. Typischerweise werden größere Rotorblätter wenigstens teilweise aus oder faserverstärkten Kunststoffteilen oder als solche hergestellt. Dementsprechend besteht Bedarf an einer verbesserten Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteile, insbesondere Last tragenden faserverstärkten Kunststoffteilen, wie z. B. Holmgurten von Rotorblättern.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Bildung eines faserverstärkten Kunststoffteils geschaffen. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Form, das Bereitstellen eines Schwingungsgenerators, das Anordnen eines Fasermaterials in der Form, das Eingießen eines Harzes in das Fasermaterial, während das Fasermaterial und das Harz Schwingungen ausgesetzt sind, sowie Aushärten des Harzes.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein weiteres Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils geschaffen. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Form, das Bereitstellen eines Schwingungsgenerators zum Erzeugen eines Schallfeldes, das Benetzen eines Fasermaterials mit einem Harz, das Anordnen des Fasermaterials in einer Form, das einem Schallfeld Aussetzen des Fasermaterials und des Harzes sowie das Aushärten des Harzes.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Imprägnieren eines Fasermaterials mit einem Harz geschaffen. Die Vorrichtung ist aus einer Gruppe ausgewählt, die aus einer Vorrichtung, die eine Form zum Eingießen des Harzes in das Fasermaterial sowie eine Schallquelle, die dazu eingerichtet ist, das Fasermaterial und das Harz während des Eingießens einem Schallfeld auszusetzen, enthält, einer Vorrichtung, die wenigstens eine Durchtränkungswalze zum Benetzen des Fasermaterials mit einem Harz sowie eine Schallquelle, die dazu eingerichtet ist, das Fasermaterial und das Harz einem Schallfeld auszusetzen, wenn das Fasermaterial sich an der wenigstens einen Durchtränkungswalze vorbeibewegt und/oder nachdem es die wenigstens eine Durchtränkungswalze passiert hat, und einer Vorrichtung besteht, die wenigstens eine Druckwalze, die dazu eingerichtet ist, das mit Harz benetzte Fasermaterial auszudrücken, sowie eine Schallquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, das mit Harz benetzte Fasermaterial vor und/oder während und/oder nach dem Passieren der wenigstens einen Druckwalze einem Schallfeld auszusetzen.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und vorbereitende Offenbarung, die die beste Art davon für jemanden mit üblicher Fachkunde enthält, wird im Einzelnen in dem Rest der Beschreibung einschließlich einer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargelegt:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Windenergieanlage;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Blattes, das als ein Rotorblatt der in 1 gezeigten Windenergieanlage verwendet werden kann;
3 ist eine schematische Schnittansicht des in 2 gezeigten Blattes;
4 ist eine schematische Zeichnung einer Form zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ist eine schematische Zeichnung einer Form zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einen anderen Ausführungsbeispiel;
6 ist eine schematische Zeichnung einer Form zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß noch weiteren Ausführungsformen.
7 ist eine schematische Zeichnung eines Harzbades zum Imprägnieren eines Fasermaterials gemäß einer Ausführungsbeispiel;
8 ist eine schematische Zeichnung einer Form und einer Vorrichtung zum Durchsetzen eines Fasermaterials mit einem Harz gemäß Ausführungsbeispielen;
9 stellt ein Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einem Ausführungsbeispiel dar;
10 stellt ein Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dar;
11 stellt ein Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel dar;
12 stellt ein Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dar;
13 stellt ein Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel dar;
14 stellt Verfahren zum Bilden faserverstärkter Kunststoffteile gemäß Ausführungsbeispielen dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun im Einzelnen auf die verschiedenen Ausführungsformen Bezug genommen, von denen in jeder Figur ein oder mehrere Beispiele dargestellt sind. Jedes Beispiel wird zum Zwecke der Erläuterung geliefert und ist nicht als eine Beschränkung gemeint. Zum Beispiel können die als Bestandteil eines Ausführungsbeispiels dargestellten oder beschriebenen Merkmale an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um noch weitere Ausführungsformen zu ergeben. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Abwandlungen und Variationen einschließt.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen umfassen Vorrichtungen zum Imprägnieren eines Fasermaterials mit einem Harz und Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils. Die Vorrichtungen und Verfahren ermöglichen ein schnelleres und/oder gleichmäßigeres Tränken des Fasermaterials mit dem Harz durch Anlegen eines Schallfeldes bzw. von Schwingungen an das Harz und das Fasermaterial. Außerdem kann komplexeres, z. B. dickeres Fasermaterial durchtränkt werden. Demnach können der Aushärtevorgang verkürzt und die Gesamtproduktionskosten verringert werden. Weiterhin kann die Wahrscheinlichkeit der Bildung trockener Stellen verringert und dadurch die Qualität des faserverstärkten Kunststoffteils erhöht werden. Insbesondere können faserverstärkte Kunststoffteile zum Tragen hoher Lasten, wie z. B. ein Fußabschnitt eines Blattes, sowie Schubstege und Holmgurte, die in Windenergieanlagenrotorblättern und Flugzeugtragflächen verwendet werden, unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren hergestellt werden.
Wenn hierin die Ausdrücke „Blatt” und „Tragfläche” verwendet werden, so ist beabsichtigt, dass sie eine beliebige Vorrichtung bezeichnen, die eine Reaktionskraft liefert, wenn sie bezogen auf ein umgebendes Fluid in Bewegung ist. Wenn hierin der Ausdruck „Windenergieanlage” verwendet wird, so ist beabsichtigt, dass er eine beliebige Vorrichtung bezeichnet, die aus Windenergie Rotationsenergie erzeugt und konkreter kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt. Der Ausdruck „Windenergieanlage”, wie er hierin verwendet wird, soll insbesondere Vorrichtungen einschließen, die aus der aus Windenergie erzeugten Rotationsenergie elektrische Energie erzeugen.
Die Ausdrücke „faserverstärkter Verbundwerkstoff” und „faserverstärkter Kunststoff” werden hierin synonym verwendet. Wenn hierin die Ausdrücke „faserverstärkter Verbundwerkstoff” und „faserverstärkter Kunststoff” verwendet werden, ist beabsichtigt, dass sie Verbundmaterialien beschreiben, die eine Polymermatrix aufweisen, die mit Fasern verstärkt ist. Faserverstärkte Kunststoffteile werden in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Schiffs- und Bauindustrie verbreitet verwendet. Ohne darauf beschränkt zu sein, umfassen typische Beispiele Fahrzeugteile, die Gondel und die Rotorblätter von Windenergieanlagen, ein Blatt eines Hubschrauberrotors und Teile eines Flugzeugs, wie z. B. den Flugzeugrumpf, Flugzeugtragflächen und ein Blatt eines Flugzeugpropellers. Die Ausführungsbeispiele sind hierin hauptsächlich unter Bezug auf Rotorblätter einer Windenergieanlage erläutert, betreffen aber typischerweise auch andere faserverstärkte Kunststoffteile.
Der faserverstärkte Verbundwerkstoff wird typischerweise durch eine Tränkung eines Fasermaterials mit einem Harz oder einem Kunststoff und danach durch Aushärten desselben gebildet. Das Fasermaterial kann in einer beliebigen konventionellen Form verfügbar gemacht werden, wie z. B. als lose Fasern, Fasermatten oder Bündel von Fasern, wie z. B. Rovings. Fasermatten können z. B. als geflochtenes, unidirektionales Gewebe, Gestrick, Dralltextilien, Filzmatten, Wickel und dergleichen bereitgestellt werden. Die Festigkeit der Fasern kann durch Verwendung in der Fachwelt bekannter Techniken weiter erhöht werden, wie z. B. durch Bildung einer Anzahl von Schichten oder Lagen, durch Ausrichtung der Fasern in einer Richtung und ähnliche Verfahren, aber ohne eine Beschränkung auf diese. Es sollte weiterhin erkannt werden, dass sich der Ausdruck „Fasermatte” auch auf einen Stapel aus wenigstens zwei Fasermatten beziehen kann. Die faserverstärkten Kunststoffteile, die geeignet sind, schweren Lasten standzuhalten, sind typischerweise aus biaxialen Fasermatern, einem Stapel von biaxialen Fasermatten und/oder Rovings als Fasermaterial hergestellt.
Beispielhafte Fasern, die in dem Fasermaterial verwendet werden können, umfassen Kohlenstofffasern (z. B. TORAYCA^® T800, TORAYCA^® T700, TORAYCA^® T620 und TORAYCA^® T600 von Toray Industries, Inc., MAGNAMITE^® IM7 und MAGNAMITE^® AS4 von Hexcel Corporation sowie BESFIGHT^® STS und BESFIGHT^® HTS von Toho Tenax, Inc,.), Glasfasern (z. B. Quarz, E-Glas, S2-Glas, R-Glas von Lieferanten wie z. B. PPG, AGY, St. Gobain, Owens-Corning oder Johns Manville), Polyesterfasern, Polyamidfasern (wie z. B. Nylon^TM-Polyamind, das von E. I. Du-Pont, Wilmington, Delaware, USA, erhältlich ist), aromatische Polyamidfasern (wie z. B. das aromatische Polyamid KEVLAR^TM, das von E. I. DuPont, Wilmington, Delaware, USA erhältlich ist, oder das aromatische Polyamid P84^TM, das von der Lenzing Aktiengesellschaft, Österreich, erhältlich ist), Polyimidfasern (wie z. B. KAPTON^TM-Polyimid, das von der E. I. DuPont, Wilmington, Delaware, USA, erhältlich ist), Extended-Chain-Polyethylen (wie z. B. SPECTRA^TM-Polyethylen von Honeywell International Inc., Morristown, New Jersey, USA oder DYNEEMA^TM-Polyethylen von Toyobo Co., Ltd. oder DSM), Borfasern und dergleichen.
Typischerweise enthält das Harz wenigstens ein aushärtbares Monomer. Die Monomere können wenigstens eine Isocyanateinheit, eine Estereinheit, eine Ethyleneinheit, eine zyklische Ethereinheit oder eine Epoxideinheit, eine Oxetaneinheit oder dergleichen oder Kombinationen von diesen enthalten. Geeignete aushärtbare Monomere umfassen ungesättigte Polyester, wie z. B. POLYLITE^®-Polyesterharz, das von Reichhold erhältlich ist, SYNOLITE^®-Polyesterharz, das von DSM erhältlich ist, AROPOL^TM-Polyesterharz, das von Ashland erhältlich ist, Vinylester, wie z. B. DION^®-, NORPOL^®- und HYDREX^®-Harze, die von Reichhold erhältlich sind, DERAKANE^®-, DERAKANE MOMENTUM^®- und HETRON^®-Harze, die von Ashland erhältlich sind, ATLAC E-NOVA^®-Harz, das von DSM erhältlich ist, Acrylate, Diacrylate, Dimethacrylate, multifunktionale Acrylate und multifunktionale Methacrylate, wie z. B. Polyesteracrylate, Epoxidackrylate und Urethanacrylate und dergleichen, die von Gesellschaften wie Cytec Surface Specialities, Sartomer, Rahn und BASF erhältlich sind. Das aushärtbare Monomer ist typischerweise in einem Bereich von etwa 10 Gew.% bis etwa 90 Gew.% in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs und bevorzugter in einem Bereich von etwa 20 Gew.% bis etwa 80 Gew.% in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs vorhanden.
Geeignete Harze, die wenigstens eine zyklische Ethereinheit enthalten, umfassen aliphatische Epoxidharze, zykloaliphatische Epoxidharze, wie z. B. ERL-4221, CYRACURE^TM UVR-6110, CYRACURE^TM UVR-6107 und CYRACURE^TM UVR-6105 von Dow Chemical Company sowie UVACURE^® 1500 von Cytec Surface Specialities, Bisphenol A-Epoxidharze, Bisphenol F-Epoxidharze, Phenolnovolak-Epoxidharze, Cresolnovolak-Epoxidharze, Biphenylepoxidharze, multifunktionale Epoxidharze (d. h. Epoxidharze, die zwei oder mehr Epoxidgruppen aufweisen), Naphtalenepoxidharze (z. B. EPICLON^® EXA-4700 von Dainippon Ink and Chemicals), Divinylbenzendioxid, 2-Glycidylphenylglycidylether, Epoxidharze vom Dicyclopentadientyp (z. B. EPICLON^® HP-7200 von Dainippon Ink and Chemicals), Epoxidharze vom multiaromatischen Harztyp oder dergleichen oder Kombinationen von diesen. Alle diese Klassen von Epoxidharzen sind in der Fachwelt bekannt, verbreitet verfügbar und durch bekannte Verfahren vorbereitbar. Weiterhin können latente Aushärtmittel für Epoxidharze von CTP GmbH und BASF, wie z. B. Baxxodur verwendet werden. Weitere Beispiele umfassen EPIKOTE^TM-Systeme von Hexion Speciality Chemicals, wie z. B. das EPIKOTE^TM-Harz MGS^® RIMR 135 und ein EPIKURE^TM-Aushärtmittel MGS^® RIMH 134-RIMH 137 sowie das Epikote^TM-Harz MGS^® RIMR 145 und das Epikure^TM-Aushärtmittel MGS RIMH 145. Weitere konkretisierende Beispiele für besonders geeignete Epoxidharze und Aushärtprozesse sind z. B. in den US-Patenten Nr. 4 882 201 , 4 920 164 , 5 015 675 , 5 290 883 , 6 333 064 , 6 518 362 , 6 632 892 , 6 800 373 sowie der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004/0166241 und der WO 03/072628 A1 beschrieben. Multifunktionale Oxetanharze können ebenfalls angewandt werden.
Mit Rücksicht auf eine bestimmte Faserverstärkung zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffteils der Windenergieanlage mit den gewünschten mechanischen und Umwelteigenschaften sollten irgendwelche von diesen Harzen ausgewählt werden. Das Harz wird gewöhnlich nach dem Mischen eines Härters/Katalysators in das Harz unter Vakuum entgast, um alle eingeschlossene Luft aus dem flüssigen Harz zu beseitigen oder zu entfernen. Das Harz sollte typischerweise zum Durchlaufen einer Vakuumdruckzyklusumgebung von Wärme und Zeit ohne Bildung von Gasblasen oder Hohlräumen geeignet sein.
In den Faserverbundwerkstoffen können weiterhin Füllstoffe vorhanden sein. Füllstoffe können organische oder anorganische Füllstoffe, verstärkende Füllstoffe, ausdehnende Füllstoffe, Nanopartikel oder dergleichen oder Mischungen von diesen umfassen. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Füllstoff allgemein einen verstärkenden Füllstoff, wie z. B. eine Faser mit einer äußersten Festigkeit, die höher ist als die äußerste Festigkeit von rostfreiem Stahl, ohne eine Beschränkung auf diese. Die Füllstoffe können UV-durchlässige Füllstoffe, wie z. B. Glas, Siliziumoxid, Quarzstaub, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Nanopartikel und dergleichen ohne eine Beschränkung auf diese sein. Alternativ können die Füllstoffe UV-undurchlässige Füllstoffe sein, wie z. B. Kohlenstofffasern, Ruß, Siliziumkarbid, Bornitrid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Kreide, Kalziumsulfat, Bariumsulfat, Kalziumkarbonat, Silikate, wie z. B. Talk, Glimmer, Kaolin, Siliziumoxide, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, oder organische Füllstoffe, wie z. B. Polymerpulver, Polymerfasern oder dergleichen ohne eine Beschränkung auf diese sein. In dem vorliegenden Zusammenhang bedeutet UV-undurchlässig, dass das Material entweder UV-Strahlung blockiert oder UV-Strahlung absorbiert oder beides. Fachleute werden erkennen, dass in Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie der physikalischen Form oder dem Syntheseverfahrens bestimmte Füllstoffe entweder UV-undurchlässig oder UV-durchlässig sein können. Es können auch Mischungen von mehr als einem Füllstoff verwendet werden. Der Füllstoff kann in der Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 90% und typischer in einem Bereich von etwa 10% bis etwa 80% des Gewichts in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs vorhanden sein. Bevorzugter kann der Füllstoff in einem Bereich von etwa 30 bis etwa 75 Gew.% in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs vorhanden sein.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Windenergieanlage 10. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Windenergieanlage 10 eine Horizontalachsen-Windenergieanlage. Alternativ könnte die Windeenergieanlage 10 eine Vertikalachsen-Windenergieanlage sein. In der beispielhaften Ausführungsform weist die Windenergieanlage 10 einen Turm 12, der sich von einem Auflagersystem 14 ausgehend erstreckt, eine Gondel 16, die an dem Turm 12 angebracht ist, sowie einen Rotor 18 auf, der mit der Gondel 16 gekoppelt ist. Der Rotor 18 weist eine drehbare Nabe 20 und wenigstens ein Rotorblatt 22 auf, das mit der Nabe 20 gekoppelt ist und sich von dieser nach außen erstreckt. In der beispielhaften Ausführungsform weist der Rotor 18 drei Rotorblätter 22 auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der Rotor 18 mehr oder weniger als drei Rotorblätter 22 auf. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Turm 12 aus röhrenförmigem Stahl hergestellt, um einen (in 1 nicht gezeigten) Hohlraum zwischen dem Auflagersystem 14 und der Gondel 16 zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform ist der Turm 12 irgendeine geeignete Art von Turm mit irgendeiner geeigneten Höhe.
Rotorblätter 22 sind um die Nabe 20 herum beabstandet, um eine Drehung des Rotors 18 zu ermöglichen, um zu ermöglichen, dass kinetische Energie von dem Wind in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Rotorblätter 22 sind durch Verbinden eines Blattfußabschnittes 21 mit der Nabe 20 an einer Anzahl von Lastübergangsbereichen 26 mit der Nabe 20 verbunden. Die Lastübergangsbereiche 26 weisen einen Nabenlastübergangsbereich und einen Blattlastübergangsbereich auf (, die beide in 2 nicht gezeigt sind). Die auf die Rotorblätter 22 ausgeübten Kräfte werden über die Lastübergangsbereiche 26 auf die Nabe 20 übertragen.
In einer Ausführungsform haben die Rotorblätter 22 eine Länge, die in einem Bereich von etwa 15 m bis etwa 90 m liegt. Alternativ können die Rotorblätter 22 irgendeine geeignete Länge aufweisen, die es ermöglicht, dass die Windenergieanlage 10 wie hierin beschrieben funktioniert. Weitere nicht beschränkende Beispiele für Blattlängen umfassen z. B. 10 m oder weniger, 20 m, 37 m oder eine Länge, die größer als 91 m ist. Wenn Wind aus einer Richtung 28 auf die Rotorblätter 22 auftrifft, wird der Rotor 18 um eine Drehachse 30 gedreht. Weiterhin kann in der beispielhaften Ausführungsform eine Windnachführungsrichtung der Gondel 16 um eine Gierachse 38 gesteuert werden, um die Rotorblätter 22 bezogen auf die Richtung 28 zu positionieren, wenn sich die Richtung 28 ändert. Während die Rotorblätter 22 gedreht werden und Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, sind die Rotorblätter 22 auch vielfältigen Kräften und Momenten ausgesetzt. Demnach ist es erwünscht, dass die Rotorblätter starke und sich ändernde mechanische Lasten über eine lange Zeit hinweg aushalten.
2 stellt in einer schematischen Ansicht ein Blatt 22 zur Verwendung als ein Rotorblatt 22 in der Windenergieanlage 10 aus 1 dar. Das Blatt 22 ist als ein hohler Körper mit aerodynamischem Profil geformt, der sich in einer Längsrichtung von einem Blattfuß oder einem Flansch 221 zu einer Rotorblattspitze 222 erstreckt. Diese Längsrichtung legt eine Blattlängsachse 225 fest. Der Blattfuß 221 ist typischerweise an einer drehbaren Nabe der Windenergieanlage angebracht. Das aerodynamische Profil ist durch eine Außenoberfläche einer Außenhaut 230 gebildet. Um das Gewicht zu minimieren ist die Außenhaut 230 typischerweise vergleichsweise dünn. Dementsprechend wird die mechanische Stabilität bzw. Steifigkeit typischerweise hauptsächlich durch einen inneren Holm erreicht, der sich entlang eines zentralen Bereiches 220 des Blattes erstreckt. 3 stellt dies genauer dar.
3 zeigt das in 2 gezeigte Blatt 22 in einem schematischen Querschnitt, der senkrecht zu der Blattlängsachse verläuft. Das beispielhafte Rotorblatt 22 weist einen Holm 250 innerhalb der Außenhaut 230 auf. Die Außenhaut 230 ist typischerweise aus Schichten von Faserverbundwerkstoff und einem leichtgewichtigen Kernmaterial hergestellt und bildet die äußere aerodynamische Form oder den Flügel des Blattes 22. Der Holm 250 weist zwei Holmgurte auf, nämlich einen unteren Holmgurt 251 und einen oberen Holmgurt 252. Die Holmgurte 251, 252 erstrecken sich entlang der Längsrichtung an der unteren bzw. oberen Innenseite des Rotorblattes 22 und bewirken eine erhöhte Festigkeit des Rotorblattes. Typischerweise sind die Holmgurte 251 und 252 aus faserverstärkten Kunststoffteilen gebildet. Ein oder mehrere Schubstege 255 erstrecken sich allgemein senkrecht zu dem oberen Holmgurt 252 und dem unteren Holmgurt 251 zwischen diesen.
Weiterhin kann das Rotorblatt 22 aus zwei Blatthälften hergestellt sein, die entlang der Sehnenlinie 240 unterteilt sind. Die Blatthälften werden typischerweise durch Schichtung von Fasermatten in einer Form gebildet. Parallel zu oder nach der Bildung der halben Außenhäute der Blatthälften werden der obere Holmgurt 252 und der untere Holmgurt 251 an die Blatthälften laminiert bzw. geklebt. Danach werden die zwei Blatthälften zusammengesetzt, und die Schubstege 255 werden typischerweise durch Verkleben zwischen den Holmgurten 251 und 252 angebracht. Die Blatthälften können bereits durch den Hersteller verbunden worden sein oder bei der Errichtung der Windenergieanlage miteinander verbunden werden.
Typischerweise werden die Holmgurte in einer Form als glasfaserverstärkte Kunststoffteile oder kohlefaserverstärkte Kunststoffteile gebildet. Die Holmgurte werden typischerweise aus biaxialen Fasermatten mit einem hohen Faservolumenanteil, Stapeln von Fasermatten oder gepressten Rovings gebildet. Dies verleiht den Blättern eine ausreichende mechanische Stabilität. Wenn hierin der Ausdruck „hoher Faservolumengehalt” verwendet wird, so ist beabsichtigt, dass er einen Fasergehalt in einem Bereich von etwa 55 Vol.% bis etwa 58 Vol.% beschreibt.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden das Harz und dementsprechend das Fasermaterial Schwingungen, typischerweise Infraschallschwingungen und/oder Ultraschallschwingungen ausgesetzt, während das Harz in das Fasermaterial eindringt. Schwingungen können zu einer verringerten Viskosität des Harzes bzw. einer erhöhten Benetzungsgeschwindigkeit des Fasermaterials führen. Dementsprechend kann die Eindringgeschwindigkeit verbessert werden. Weiterhin können kleine Luftblasen, die sich während des Eindringens des Harzes gebildet haben können, leichter aus dem benetzten Fasermaterial entweichen, wenn es Schwingungen ausgesetzt wird. Dadurch kann die Größe und/oder Anzahl von kleinen Luftblasen in dem mit dem Harz imprägnierten Fasermaterial verringert werden. Die Anzahl und/oder Größe von trockenen Stellen in den gebildeten faserverstärkten Kunststoffteilen kann dadurch verringert werden. Dementsprechend kann die Qualität des ausgehärteten Produktes verbessert werden.
Wenn hierin der Ausdruck „Schwingung” verwendet wird, ist beabsichtigt, dass er mechanische Oszillationen eines Materials um einen Gleichgewichtspunkt bei einer gegebenen Temperatur beschreibt. Die mechanischen Oszillationen können periodisch sein und typischerweise durch eine oder mehrere Schallquellen oder Sender eingebracht werden. Die Frequenz der mechanischen Oszillationen kann von unter einem Hertz bis zu mehreren Hundert Megahertz reichen. Mit anderen Worten können die Schwingungen Infraschallschwingungen mit Frequenzen unter 20 Hz, akustische Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 20 Hz bis etwa 20 kHz oder Ultraschallschwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis etwa 200 MHz sein. Die Frequenz der Schwingungen kann fest oder variabel sein. Weiterhin können mehrere Frequenzen überlagert werden, um ein spezifisches Schallprofil zu bilden. Zum Beispiel kann eine Schwingung einer ersten Frequenz, die die Benetzungsgeschwindigkeit des Fasermaterials erhöht, z. B. eine Infraschallschwingung, einer Schwingung einer zweiten Frequenz, z. B. einer Ultraschallschwingung, überlagert werden, die das Entgasen kleiner Luftblasen fördert. Die Schwingungen werden typischerweise durch eine oder mehrere Schallquellen oder Schwingungsgeneratoren eingebracht. Die Ausdrücke „Schallquelle” und „Schwingungsgenerator” werden hierin synonym verwendet. Wenn hierin die Ausdrücke „Schallquelle” und „Schwingungsgenerator” verwendet werden, so ist beabsichtigt, dass sie irgendeine Vorrichtung bezeichnen, die zum Einbringen mechanischer Schwingungen eines umgebenden oder angrenzenden Materials, wie z. B. Luft oder einer anderen Vorrichtung eingerichtet sind. Typische Beispiele umfassen einen Lautsprecher, einen Ultraschallwandler, eine Rütteleinrichtung und einen Schwingschleifer, ohne auf diese beschränkt zu sein.
4 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Form 100 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils dar. Die Form 100 ist mit einer Schallquelle 50, wie z. B. einem Lautsprecher oder einem Ultraschallsender ausgerüstet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schallquelle 50 über der Form 100 angeordnet. Dementsprechend kann ein Fasermaterial 500, das in der Form 100 angeordnet ist, einem Schallfeld ausgesetzt werden. Das Schallfeld wird von der Schallquelle 50 während des Benetzens und/oder der Infusion des Fasermaterials 500 mit einem Harz 550, wie es durch den gestrichelten Pfeil gezeigt ist, durch die Luft zu der Form 100 übertragen. Dabei wird das Harz 550 ebenfalls dem Schallfeld ausgesetzt. Das Schallfeld ruft Schwingungen des Fasermaterials 500 und des Harzes 550 hervor. Dies kann zu einer erhöhten Eindringgeschwindigkeit des Harzes 550 führen. Dadurch kann die Dauer des Aushärtezyklus verringert werden. Weiterhin kann das Harz an eine kürzere Verarbeitungszeit oder Gebrauchsdauer angepasst werden. Dadurch kann die Produktionskapazität der Form 100 erhöht werden, und die Produktionskosten der gebildeten faserverstärkten Kunststoffteile können verringert werden. Die Imprägnierung oder Benetzung des Fasermaterials 500 kann verbessert werden, dass die Anzahl und/oder Größe der Luftblasen in dem imprägnierten oder benetzen Fasermaterial verringert wird. Dementsprechend kann die Anzahl und/oder Größe von trockenen Stellen in den gebildeten faserverstärkten Kunststoffteilen verringert werden. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften der gebildeten faserverstärkten Kunststoffteile verbessert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Schallquelle eine Infraschallquelle. Die Frequenz der Infraschallschwingung liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 0,1 Hz bis etwa 40 Hz, typischer in einem Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 20 Hz. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Eindringens des Harzes in das Fasermaterial erhöht werden. Es ist z. B. herausgefunden worden, dass die Geschwindigkeit der Benetzung eines Fasermaterials um etwa 25% bis etwa 80% erhöht werden kann, indem eine Infraschallschwingung von etwa 5 Hz bis 10 Hz angelegt wird.
Gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Schallquelle eine Ultraschallquelle. Dadurch kann die Anzahl und/oder die Größe von Luftblasen in dem imprägnierten oder benetzten Fasermaterial verringert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Form während des Imprägnierens oder Benetzens des Fasermaterials 500 ebenfalls Schwingungen ausgesetzt. Typischerweise wird die Leistungsdichte des Schallfeldes so gewählt, dass die Schwingung der Form 100 und/oder des Fasermaterials 500 z. B. durch Berühren der Form 100 bzw. des Fasermaterials 500 mit einer Fingerspitze haptisch wahrnehmbar sind. Es ist herausgefunden worden, dass haptisch wahrnehmbare Infraschallschwingungen der Form 100 zu der erwähnten Erhöhung der Benetzungsgeschwindigkeit um bis zu 80% führen. Die Leistungsdichte des Schallfeldes kann gleich bleibend oder veränderlich sein.
Gemäß Ausführungsformen besteht das Fasermaterial 500 im Wesentlichen aus losen Fasern. In anderen Ausführungsformen enthält das Fasermaterial 500 ein Gewebe, ein nicht gewobenes Textil oder ein Roving. Es ist jedoch auch möglich, eine Kombination von unterschiedlichen Fasermaterialien 500 in der Form 100 zu verwenden.
Gemäß Ausführungsformen erzeugt die Schallquelle 50 longitudinale Schallwellen, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptausrichtungsrichtung des Fasermaterials ausbreiten. Zum Beispiel können sich die Longitudinalwellen entlang von Rovings fortbewegen, die in der Form 100 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Gemäß weiteren Ausführungsformen erzeugt die Schallquelle 50 Longitudinalwellen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptausrichtungsrichtung des Fasermaterials ausbreiten. Das Fasermaterial kann mehr als eine Hauptausrichtungsrichtung aufweisen. Zum Beispiel kann eine biaxiale Fasermatte zwei Hauptausrichtungsrichtungen aufweisen. Demnach kann sich eine Longitudinalwelle gleichzeitig im Wesentlichen parallel zu einer ersten Ausrichtungsrichtung und im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Ausrichtungsrichtung des Fasermaterials fortbewegen.
Gemäß Ausführungsformen ist die Schallquelle 50 bezogen auf die Form 100 beweglich. Dementsprechend kann die Schallquelle 50 Longitudinalwellen erzeugen, die sich in unterschiedlichen Zeitintervallen im Wesentlichen parallel bzw. senkrecht zu einer Hauptausrichtungsrichtung des Fasermaterials bewegen. Weiterhin kann die Schallquelle um eine Hauptausrichtungsrichtung drehbar sein. Dementsprechend kann die Ausbreitungsrichtung der Longitudinalwellen um eine Ausrichtungsrichtung des Fasermaterials rotieren.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird ein faserverstärktes Kunststoffteil in der Form 100 durch Aushärten des Harzes des mit Harz imprägnierten Fasermaterials gebildet. In Abhängigkeit von dem Harztyp kann das Aushärten durch thermische Aushärtung oder UV-Bestrahlung vorgenommen werden. Die Aktivierung der Aushärtung großer Faserverbundwerkstoffe wird typischerweise durch Erhitzen des Harzes 550 vorgenommen.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird die Form 100 nur für eine schwingungsunterstützte Imprägnierung des Fasermaterials 500 verwendet. Dementsprechend kann ein vorimprägnierter Verbundwerkstoff von Fasern mit verbesserten Eigenschaften, z. B. bezogen auf eingeschlossene Luftblasen, in der Form 100 gebildet werden. Vorimprägnierte Verbundwerkstoffe von Fasern nehmen gewöhnlich die Form eines Gewebes an oder sind unidirektional, wie z. B. als vorimprägnierte Rovings. Der vorimprägnierte Verbundwerkstoff kann jedoch auch die Form eines gewobenen oder genähten Textils, wie z. B. eines biaxialen, triaxialen oder quadraxialen Materials annehmen.
5 stellt schematisch eine Ausführungsform einer Form 200 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils dar. Die Form 200 aus 5 ist der Form 100 aus 4 ähnlich. Statt der Verwendung einer Schallquelle oberhalb der Form sind jedoch zwei Schallquellen 50 und 51 direkt mit der Form 200 verbunden. Dementsprechend werden die von den Schallquellen 50, 51 erzeugten Schwingungen während der Harzdurchtränkung durch den Körper der Form 200 zu dem Fasermaterial 500 und dem Harz 550 ausgesandt. Das Verbinden einer oder mehrerer Schallquellen direkt mit der Form 200 kann zu einer homogeneren Beschallung des Fasermaterials 500 und des eindringenden Harzes führen. Dadurch kann die Produktqualität des ausgehärteten faserverstärkten Kunststoffteils weiter verbessert werden. Typischerweise ist dies für größere Teile und/oder Teile, die zum Tragen schwerer mechanischer Lasten geeignet sind, wie z. B. Holmgurte von Rotorblättern, besonders nützlich. Die Schallquellen 50, 51 können z. B. Lautsprecher, Ultraschallwandler, Rütteleinrichtungen oder Schwingschleifer sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung erzeugen die Schallquellen ein Schallfeld in der Weise, dass sich Longitudinalwellen in das Fasermaterial und/oder das Harz im Wesentlichen parallel und/oder senkrecht zu einer Hauptausrichtungsrichtung des Fasermaterials ausbreiten. Die Schallquellen können so angeordnet sein, dass sich die Ausbreitungsrichtung der Longitudinalwellen um eine Ausrichtungsrichtung des Fasermaterials drehen kann. Die Schallquellen können Schall von gleichen Frequenzanteilen oder unterschiedlichen Frequenzanteilen aussenden. zum Beispiel kann eine Schallquelle einen Infraschall zum Verbessern der Eindringgeschwindingkeit aussenden, und eine andere Schallquelle kann einen Ultraschall zur Verbesserung der Entgasung aussenden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen senden wenigstens einige der Schallquellen Schall parallel aus. Das Schallaussendemuster der Schallquellen kann zeitabhängig sein. Zum Beispiel kann sich das Schallaussendemuster in Abhängigkeit von dem Fortschritt des Eindringens des Harzes in das Fasermaterial ändern. Die Leistungsdichte des Schallfeldes kann z. B. mit der Zeit verringert werden, und dadurch kann Energie gespart werden.
6 stellt schematisch eine Ausführungsform einer Form 300 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils dar. Die Form 300 aus 6 ist den Formen 100 und 200 aus 4 bzw. 5 ähnlich. Die Form 300 aus 6 ist weiterhin mit einem Harzbehälter 120, einer Vakuumpumpe 130, einem Vakuumgefäß 150, das ein Fasermaterial 500 einschließt, und Röhren 110, 111 ausgerüstet. Die Röhren 110 und 111 verbinden das Vakuumgefäß mit der Vakuumpumpe 130 bzw. dem Harzbehälter 120.
Wie durch die Pfeile über den Röhren 110 angegeben wird das Vakuumgefäß 150 während der Durchtränkung seitlich über die Röhren 110 evakuiert. Dementsprechend strömt das Harz 550 aus dem Behälter 120 durch die Röhre 111 zu dem Vakuumgefäß 150, wie es durch den Pfeil über der Röhre 111 eingezeichnet ist. Dabei wird das Harz in das Fasermaterial gezeichnet ist. Dabei wird das Harz in das Fasermaterial 500 hineingesaugt. Gemäß Ausführungsformen wird dieser Vorgang durch Schwingungen unterstützt, die durch eine oder mehrere Schallquellen 50, die an der Form 300 angebracht sind, in das Harz 550 und das Fasermaterial 500 eingebracht werden. Dementsprechend kann die Produktionsmenge der Form erhöht und/oder die Qualität der ausgehärteten Produkte verbessert werden.
Fasermaterialien mit einem hohen Faservolumengehalt werden typischerweise zur Bildung von faserverstärkten Kunststoffteilen verwendet, die zum Tragen schwerer mechanischer Lasten geeignet sind. Zum Beispiel werden Holmgurte typischerweise unter Verwendung von Stapeln biaxialer Fasermatten mit hohem Faservolumengehalt oder Rovings gebildet. Mechanisch feste, aber leichtgewichtige Holmgurte können durch den beschriebenen Prozess gebildet werden. Insbesondere führt die schwingungsverstärkte Harzimprägnierung zu einem höheren Durchsatz und gleichzeitig zu einer verbesserten Produktqualität.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Nanopartikel-Füllstoffe, wie z. B. Al₂O₃-Partikel oder Siliziumoxidpartikel dem Harz hinzugefügt. Die Füllstoffe sind in der Zusammensetzung typischerweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 80 Gew.% und typischer in einem Bereich von etwa 30 bis etwa 45 Gew.% in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs vorhanden. Dementsprechend können faserverstärkte Kunststoffteile, wie z. B. Holmgurte weiter verstärkt werden. Insbesondere kann die Kompressionsfestigkeit eines Kohlefaser verstärkten Kunststoffteils erhöht werden. Die Kompressionsfestigkeit eines unidirektionalen Kohlefaserverbundwerkstoffs kann z. B. durch Hinzufügen von 38 Gew.% an Nanopartikeln um etwa 34% erhöht werden. Typischerweise liegt die Größe der Nanopartikel in einem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 500 nm, typischer in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm. In Abhängigkeit von der Konzentration und der Größe der Nanopartikel kann die Viskosität des Harzes um bis zu zwei Größenordnungen oder noch mehr erhöht werden. Dementsprechend wird die Benetzungsgeschwindigkeit eines Fasermaterials durch ein Harz mit Nanopartikelfüllstoffen typischerweise verringert. Die Benetzungsgeschwindigkeit für ein Harz mit Nanopartikelfüllstoffen kann jedoch durch Schwingungen während des Benetzens oder Imprägnierens des Fasermaterials erheblich verringert werden.
7 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Gefäßes oder Harzbades 450 zum Imprägnieren eines Fasermaterials 500 mit einem Harz 550 dar. Das Harzbad 300 ist mit einer Schallquelle 50 ausgestattet. In dem Ausführungsbeispiel aus 7 ist die Schallquelle 50 oberhalb der Form 100 angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Schallquelle 50 jedoch an dem Körper des Harzbades 300 oder in direktem mechanischen Kontakt mit dem Harz 550 angeordnet.
Ein Fasermaterial 500 wird in das Harz 550 eingetaucht und durch dieses gezogen, während das Harz einem Schallfeld ausgesetzt ist. Durch das Einbringen von Schwingungen in das Harz 550 und das Fasermaterial 500 kann das Fasermaterial 500 schneller und/oder besser mit dem Harz 550 durchtränkt werden. Dementsprechend kann die Verweildauer in dem Harzbad 300 verringert und/oder die Qualität des imprägnierten Fasermaterials verbessert werden.
8 stellt schematisch eine Ausführungsform einer Form 400 und einer Vorrichtung 700 zum Imprägnieren eines Fasermaterials 500 mit einem Harz dar. Die Vorrichtung 700 weist eine Zufuhreinheit 710 auf, die das Fasermaterial 500 enthält. Das Fasermaterial 500 kann z. B. als eine Rolle oder ein gewickelter Fasermaterialballen 520 gelagert werden, wie es in 8 dargestellt ist. Das Fasermaterial 500 kann z. B. ein oder mehrere Rovings enthalten, die auf entsprechenden Spindeln 520 gelagert werden. Alternativ kann die Vorrichtung 700 eine (nicht gezeigte) Eingangseinheit zur Aufnahme des Fasermaterials, z. B. Fasermatten von einer Fördereinrichtung enthalten.
Die Vorrichtung 700 weist eine Vorheizeinheit 730 auf, durch die Fasermaterial 500 läuft. Das Fasermaterial 500 passiert ein Heizelement 733, das zwischen zwei Führungswalzen 731 und 732 der Einheit 730 angeordnet ist. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Material wird das Fasermaterial 500 typischerweise von etwa 40°C auf etwa 60°C vorgewärmt. Dadurch kann der anschließende Vorgang des Imprägnierens des Fasermaterials 500 verbessert werden.
Die Vorrichtung 700 weist typischerweise eine Imprägnierungs- oder Benetzungseinheit 740 auf, durch die das Fasermaterial 500 zugeführt wird. Die Imprägnierungs- oder Benetzungseinheit 740 weist wenigstens eine Schallquelle 70 zum Verstärken des Benetzungsvorgangs bzw. des Imprägnierungsvorgangs durch Anlegen eines Schallfeldes auf.
In dem Ausführungsbeispiel aus 8 weist die Imprägnierungseinheit 740 zwei Durchtränkungswalzen 741 und 742 auf. Die Durchtränkungswalzen 741 und 742 benetzen das Fasermaterial 500 mit einem Harz 550, das aus einem Behälter 720 zugeführt wird, wie es durch die strichpunktierten Linien veranschaulicht ist. Die Schallquelle 70 kann durch Aussenden eines Schallfeldes durch die Luft eine Vibration des Harzes 550 und des Fasermaterials 500 bewirken. Alternativ können eine oder zwei Schallquellen direkt mit einer oder beiden Durchtränkungswalzen 741 und 742 gekoppelt sein. Dementsprechend schwingen eine oder beide Durchtränkungswalzen 741 und 742 und übertragen die Schwingungen auf das sich vorbeibewegende Fasermaterial 500 und das Harz 550.
In anderen Ausführungsformen enthält die Einheit 740 ein Harzbad, in das das Fasermaterial eingetaucht wird, während das Harz und das Fasermaterial Schwingungen ausgesetzt sind.
In Abhängigkeit von dem spezifischen Material wird das Fasermaterial typischerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 Meter pro Minute bis etwa 5 Meter pro Minute durch die Einheit 740 und die Vorrichtung 700 zugeführt. Infolge der vibrationsverstärkten Benetzung bzw. Imprägnierung kann der Durchsatz der Vorrichtung 700 erhöht und/oder die Qualität des imprägnierten Fasermaterials verbessert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird das Fasermaterial 500 nach dem Benetzen mit dem Harz 550 in der Einheit 730 einem Schallfeld ausgesetzt. Dementsprechend kann die Imprägnierung weiter verbessert werden. Zu diesem Zweck werden in der Vorrichtung 700 eine oder mehrere Schallquellen 71, 72 und 73 bereitgestellt. Das mit Harz benetzte Fasermaterial 510 kann durch Luft, wie es für die Schallquellen 71 und 73 eingezeichnet ist, oder durch zusätzliche Walzen 751 einem Schallfeld ausgesetzt sein.
Gemäß der Ausführungsform nach 8 weist die Vorrichtung 700 weiterhin eine Presseinheit 750 mit zwei Abquetschwalzen 751, 752 auf. Die Abquetschwalzen 751, 752 pressen das mit Harz benetzte Fasermaterial 500, Das Fasermaterial 500 wird z. B. als ein Roving mit einem kreisförmigen Querschnitt bereitgestellt. Die Abquetschwalzen 751, 752 können zum Glätten des Rovings verwendet werden. Dementsprechend wird der kreisförmige Querschnitt des Rovings in einen rechteckigen umgewandelt, so dass das Roving anschließend dichter in einer Form 100 angeordnet werden kann. Die Abquetschwalze 752 ist mit einer Schallquelle 72 gekoppelt. Dementsprechend vibriert die Abquetschwalze 752 und überträgt die Schwingungen auf das sich vorbeibewegende, mit Harz benetzte Fasermaterial 500. Dementsprechend kann die Harzimprägnierung des mit Harz benetzten Fasermaterials 500, d. h. des mit Harz benetzten Rovings durch Schwingungen weiter verbessert werden. Alternativ kann die Schallquelle in die Abquetschwalze 752 integriert sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass beide Abquetschwalzen 751, 752 mit einer Schallquelle gekoppelt sind oder eine Schallquelle oder einen Schwingungsgenerator enthalten.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens eine der Schallquellen 70 bis 73 eine Infraschallquelle. Es ist herausgefunden worden, dass Infraschall insbesondere zum Verstärken der Durchdringung bzw. Imprägnierung eines Fasermaterials nützlich ist, insbesondere eines Fasermaterials mit einem hohen Faservolumengehalt und/oder einem Fasermaterial mit nur engen Abständen zwischen den Fasern, wie z. B. einem Roving. Die Schallquellen könnten jedoch auch Ultraschallquellen sein.
Gemäß den in 8 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 700 ferner eine Zieheinheit 760 auf, die das Fasermaterial 500 von der Zufuhreinheit 710 durch die Vorheizeinheit 730, die Imprägnierungseinheit 740 und die Presseinheit 750 hindurch zieht.
Typischerweise enthält die Vorrichtung 700 weiterhin eine Ausgabeeinheit 770 zum Ausgeben von imprägniertem Fasermaterial 510 in eine Form 400.
Typischerweise ist die Ausgabeeinheit 770 bezogen auf die Form 400 beweglich, so dass die Vorrichtung 700 das imprägnierte Fasermaterial 510 in die Form 100 hineinlegen kann.
In einem anschließenden Harzaushärteblock wird ein faserverstärktes Kunststoffteil typischerweise in der Form 400 gebildet. Zum Beispiel kann ein Holmgurt eines Windenergieanlagenrotorblattes, ein Schubsteg eines Windenergieanlagenrotorblattes, eine Blatthälfte eines Windenergieanlagenrotorblattes oder ein Teil einer Windenergieanlagengondel in der Form 400 gebildet werden.
Im Folgenden sind Verfahren zur Bildung von faserverstärkten Kunststoffteilen unter Bezug auf die 9 bis 13 erläutert.
9 stellt ein Verfahren 1000 zur Bildung eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Das Verfahren 1000 enthält einen Block 1100 zum Bereitstellen einer Form und einen Block 1150 zum Bereitstellen eines Schwingungsgenerators. Der Schwingungsgenerator kann ein Lautsprecher, ein Ultraschallwandler, eine Rütteleinrichtung oder ein Schwingschleifer sein. Der Schwingungsgenerator ist so angeordnet, dass das Innere der Form und/oder der Formkörper einem Schallfeld ausgesetzt werden können. Der Schwingungsgenerator kann z. B. direkt mit der Form verbunden sein. Die Größe und die innere Gestalt der Form werden typischerweise in Übereinstimmung mit dem zu bildenden Teil gewählt. Die Form kann z. B. eine Längsausdehnung von mehreren zehn Metern aufweisen, falls ein Holmgurt oder Rotorblatt zu bilden ist. Weiterhin können mehrere Schwingungsgeneratoren in dem Block 150 bereitgestellt werden. Mehrere Schwingungsgeneratoren können z. B. entlang der Längsausdehnung und oberhalb der Form angeordnet werden, um das Innere der Form einem Schallfeld auszusetzen.
Anschließend wird in einem Block 1200 ein Fasermaterial, z. B. ein Stapel von biaxialen Fasermatten oder ein gepresstes Roving in der Form angeordnet. Der Schwingungsgenerator ist typischerweise so angeordnet, dass ein Schallfeld an das Fasermaterial in der Form angelegt werden kann.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung enthält das Verfahren 1000 weiterhin einen Block 1300 auf, um das Fasermaterial mit einem Harz zu durchtränken, während das Fasermaterial und das Harz Schwingungen ausgesetzt sind, die von dem Schwingungsgenerator erzeugt werden.
In einem anschließenden Block 1600 wird das Harz ausgehärtet und dadurch ein faserverstärktes Kunststoffteil gebildet. Das Aushärten kann durch UV-Bestrahlung oder thermische Aushärtung durchgeführt werden. Typischerweise werden größere Faserverbundwerkstoffe durch Wärme ausgehärtet.
Wie oben erläutert können Schwingungen zu einer verringerten Viskosität des Harzes und dadurch zu einer erhöhten Eindringgeschwindigkeit des Harzes in das Fasermaterial hinein und/oder zu einer gleichmäßigeren Harzverteilung in dem Fasermaterial führen. Dementsprechend kann die Dauer des gesamten Aushärtezyklus verkürzt werden. Weiterhin kann das Harz an eine kürzere Verarbeitungszeit angepasst sein. Dadurch können die Produktionskapazität der Form erhöht und die Kosten der gebildeten faserverstärkten Kunststoffteile verringert werden. Weiterhin kann die Anzahl und/oder Größe von Lufteinschlüssen in den faserverstärkten Kunststoffteilen verringert werden. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffteile verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Fasermaterial in dem Block 1300 vakuumdurchtränkt. Dadurch können größere Teile des Fasermaterials gleichmäßig mit dem Harz imprägniert werden. Der Vakuuminfusionsvorgang kann durch Anlegen eines Schallfeldes während des Durchtränkens des Fasermaterials beschleunigt werden und/oder die Produktqualität kann verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das Fasermaterial und das Harz vor dem Aushärten Schwingungen ausgesetzt. Dementsprechend kann die Harzimprägnierung verbessert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Aushärten oder ein teilweise Aushärten innerhalb des Infusionsblocks 1300 stattfindet.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Durchtränkungsvorgang in dem Block 1300 oberhalb der Raumtemperatur ausgeführt, um die Viskosität des Harzes weiter zu erhöhen. Dementsprechend kann die Benetzungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden. Im Falle eines thermisch aushärtenden Harzes liegt die Temperatur des Harzes innerhalb des Infusionsblockes 1300 typischerweise unterhalb der Aushärtetemperatur. Typischerweise liegt die Harztemperatur während des Blockes 1300 in einem Bereich von etwa 30°C bis etwa 50°C.
10 stellt ein weiteres Verfahren 1001 zum Aushärten eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einer Ausführungsform dar. Das Verfahren 1001 enthält typischerweise einen Block 1100 zum Bereitstellen einer Form, einen Block 1150 zum Bereitstellen eines Schwingungsgenerators und einen Block 1200 zum Anordnen eines Fasermaterials in der Form wie bei Block 1000 aus 9. Das Verfahren 1001 enthält weiterhin einen Block 1310 zum Benetzen eines Fasermaterials mit einem Harz und einen anschließenden Block 1500, um das Fasermaterial und das Harz, d. h. das mit Harz benetzte Fasermaterial, einem Schallfeld, d. h. Schwingungen auszusetzen. Das mit Harz benetzte Fasermaterial Schwingungen auszusetzen kann das Eindringen von Harz in das Fasermaterial hinein beschleunigen und/oder die Gleichmäßigkeit der Harzverteilung in dem Fasermaterial verbessern. Dementsprechend kann die gesamte Verarbeitungszeit verkürzt und/oder die Qualität des faserverstärkten Kunststoffteils verbessert werden, das in einem anschließenden Block 1600 zum Aushärten des Harzes gebildet wird.
11 stellt noch ein weiteres Verfahren 1002 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß einer Ausführungsform dar. Das Verfahren 1002 aus 11 ist dem Verfahren 1001 aus 10 ähnlich. Die Reihenfolge der Blöcke ist jedoch unterschiedlich. In dem Ausführungsbeispiel aus 11 wird das Fasermaterial nach den Blöcken 1310 und 1500 zum Benetzen des Fasermaterials mit einem Harz bzw. zum Beschallen des Fasermaterials und des Harzes mit einem Schallfeld in dem Block 1200 in der Form angeordnet. Das Verfahren 1002 kann z. B. von der Vorrichtung 700 ausgeführt werden, die unter Bezug auf 8 erläutert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das in dem Verfahren 1002 verwendete Fasermaterial ein Roving. Dementsprechend wird das Roving in einem Block 1310 mit einem Harz benetzt. Danach wird das mit Harz benetzte Roving in dem Block 1500 einem Schallfeld ausgesetzt und in dem Block 1200 als ein mit Harz imprägniertes Roving in die Form eingelegt.
Die Verwendung von Schwingungen fördert die Imprägnierung von Fasermaterial mit einem hohen Faservolumengehalt. Zum Beispiel können Rovings mit mehr als 12000 Fäden, z. B. etwa 24000 Fäden, 48000 Fäden oder noch mehr Fäden in einem schwingungsunterstützten Imprägnierungsvorgang mit Harz durchtränkt werden.
12 stellt ein weiteres Verfahren 1003 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß Ausführungsformen dar. Das Verfahren 1003 aus 12 ist dem Verfahren 1002 aus 11 ähnlich und kann auch von der Vorrichtung 700 ausgeführt werden, die unter Bezug auf 8 erläutert ist. Das Verfahren 1003 aus 12 wird für Rovings verwendet. Es enthält zwischen den Blöcken 1500 und 1200 weiterhin einen Block 1400 zum Pressen des Rovings. Das Pressen des Rovings verändert seinen Querschnitt von einem kreisförmigen in einen im Wesentlichen rechteckigen. Dementsprechend kann das Roving in der Form dichter gepackt werden. Dadurch wird die mechanische Festigkeit des faserverstärkten Kunststoffteils erhöht, das in einem anschließenden Block 1600 ausgehärtet wird.
13 stellt ein weiteres Verfahren 1004 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß Ausführungsbeispielen dar. Das Verfahren 1004 aus 13 ist dem Verfahren 1003 aus 12 ähnlich und kann auch von der Vorrichtung 700 ausgeführt werden, die unter Bezug auf 8 erläutert ist. Das Verfahren 1004 aus 13 enthält weiterhin einen Block 1170 zum Vorheizen des Rovings. Dadurch kann der anschließende Vorgang des Benetzens des Rovings in dem Block 1310 verbessert werden.
14 stellt ein Verfahrensschema 1005 zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils gemäß Ausführungsbeispielen dar. Die Verfahren des Schemas 1005 enthalten einen Anfangsblock 1100 und 1150 zum Bereitstellen einer Form bzw. eines Schwingungsgenerators. Weiterhin enthält das Verfahrensschema 1005 einen Block 1310 zum Benetzen eines Fasermaterials mit einem Harz, einen Block 1200 zum Anordnen des Fasermaterials in der Form, einen Block 1500, um das Harz und/oder das Fasermaterial Schwingungen bzw. einem Schallfeld auszusetzen, und einen abschließenden Block 1600 zum Aushärten des Harzes. Der Block 1500 zum Schwingungen Aussetzen kann einmal oder mehrmals während eines Zeitintervalls entsprechend der vertikalen Ausdehnung des gestrichelten Rechtecks 1500 ausgeführt werden. Dementsprechend kann jede Abfolge von Blöcken in 14, die durch Pfeile repräsentiert sind, einer Klasse von Herstellungsverfahren entsprechen. Weiterhin enthält jede Klasse mehrere Herstellungsverfahren mit unterschiedlichen Zeitplänen zum Ausführen des Blockes 1500 des Anlegens eines Schallfeldes. Jedes der Verfahren 1000 bis 1004, das unter Bezug auf die 9 bis 13 erläutert ist, kann durch ein Herstellungsverfahren aus dem des Schemas 1005 wiedergegeben werden.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird der Block 1500 parallel zu dem Block 1310 und/oder nach diesem ausgeführt. Demnach kann das Eindringen des Harzes in das Fasermaterial beschleunigt und/oder bezogen auf die Gleichmäßigkeit der Harzverteilung und den Einschluss von Luftblasen in dem Fasermaterial verbessert werden.
Eines der Verfahren, das zu der durch die durchgezogenen Pfeile bezeichneten Abfolge gehört, entspricht dem Verfahren 1000 aus 9. Weiterhin entspricht eines der Verfahren, das zu den strichpunktierten Pfeilen gehört, dem Verfahren 1002 aus 11.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Block 1500 bereits dazu verwendet werden, das Harz zu entgasen und/oder die Viskosität des Harzes vor dem Benetzen des Fasermaterials mit dem Harz in dem Block 1310 zu verringern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zwischen den Blöcken 1310 und 1200 ein Block 1400 zum Pressen eines Fasermaterials, typischerweise eines Rovings verwendet. Diese Verfahren entsprechen einer Abfolge von Blöcken, die den Unterpfad enthält, der durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet ist. Eines dieser Verfahren entspricht dem Verfahren 1003 aus 12.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Block 1310 ein Block 1170 zum Vorheizen eines Fasermaterials, typischerweise eines Rovings verwendet. Diese Verfahren entsprechend einer Abfolge von Blöcken, die den durch gepunktete Pfeile gekennzeichneten Unterpfad enthalten. Eines dieser Verfahren entspricht dem Verfahren 1004 aus 13.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird der Block 1500 vor dem Aushärten des Harzes in dem Block 1600 ausgeführt. Der Block 1500 kann sich jedoch auch in den Aushärtungsblock 1600 hinein erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Block 1310 als ein schwingungsverstärkter Infusionsvorgang, typischerweise ein schwingungsverstärkter Vakuuminfusionsvorgang ausgeführt, wie es durch das gestrichelte Rechteck 1300 gekennzeichnet ist. Dies bedeutet, dass das Harz durch das Fasermaterial gedrückt oder gesaugt wird, während ein Schallfeld an das Harz und das Fasermaterial angelegt wird. Dementsprechend entspricht eines der Verfahren, das zu den durchgezogenen Pfeilen gehört, dem Verfahren 1000 aus 9.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren ermöglichen eine schnellere und/oder gleichmäßigere Durchdringung und/oder Imprägnierung des Fasermaterials mit dem Harz, indem wenigstens das Harz, typischerweise auch das Fasermaterial Schwingungen ausgesetzt wird. Weiterhin können die Größe und die Wahrscheinlichkeit von trockenen Stellen in dem faserverstärkten Kunststoffteil verringert werden. Dementsprechend können faserverstärkte Kunststoffteile, die gemäß den hierin beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, verbesserte mechanische Eigenschaften und/oder kürzere Aushärtungszyklen aufweisen.
Beispielhafte Ausführungsformen von Systemen und Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils sind oben im Einzelnen beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern die Komponenten der Systeme und/oder die Schritte der Verfahren können vielmehr unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden. Die Ausführungsformen sind nicht auf eine praktische Anwendung im Bezug auf Windenergieanlagenrotorblätter beschränkt, wie sie hierin beschrieben sind. Vielmehr kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit zahlreichen weiteren Anwendungen von faserverstärkten Kunststoffteilen in die Praxis umgesetzt und verwendet werden. Zum Beispiel können Flugzeugtragflächen oder Teile davon, Blätter eines Flugzeugpropellers oder eines Helikopterpropellers und ein Fahrzeuggehäuse oder Teile von diesen mit den Ausführungsformen von hierin offenbarten Systemen und Verfahren hergestellt werden. Weiterhin können kleinere faserverstärkte Kunststoffteile, wie z. B. Gehäuse für medizinisches Gerät, mit den Ausführungsformen der hierin offenbarten Systeme und Verfahren hergestellt werden. Die Verwendung von kohlefaserverstärkten Kunststoffteilen zur Aufnahme medizinischen Geräts verbessert typischerweise die antistatischen Eigenschaften des Geräts. Die höhere Geschwindigkeit der Harzdurchdringung ermöglicht einen höheren Durchsatz der Form. Demnach können auch für kleinere faserverstärkte Kunststoffteile die Herstellungskosten gesenkt werden.
Während spezielle Merkmale vielfältiger Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen gezeigt sein können und in anderen nicht, so geschieht dies nur der Zweckmäßigkeit wegen. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann ein beliebiges Merkmal einer Zeichnung in Verbindung mit einem beliebigen Merkmal einer beliebigen anderen Zeichnung in Beziehung gesetzt und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, die die beste Art enthalten und jeden Fachmann auch in die Lage versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschließlich der Herstellung und Verwendung irgendwelcher Vorrichtungen und Systeme und der Durchführung enthaltener Verfahren. Während vielfältige spezielle Ausführungsbeispiele im Vorangegangenen offenbart worden sind, werden Fachleute erkennen, dass der Geist und der Bereich der Ansprüche gleichermaßen wirksame Abwandlungen zulassen. Insbesondere können Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, die sich gegenseitig nicht ausschließen, miteinander kombiniert werden. Der patentierbare Bereich der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten einfallen. Es ist beabsichtigt, dass derartige weitere Beispiele innerhalb des Bereiches der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von dem Wortlaut der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zum Wortlaut der Ansprüche aufweisen.
Es wird ein Verfahren zur Bildung eines faserverstärkten Kunststoffteils geschaffen. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Form 100, 200, 300, 400, das Bereitstellen eines Schwingungsgenerators 70, 70–73, das Bereitstellen eines Fasermaterials 500, das Benetzen des Fasermaterials 500 mit einem Harz 550, das Anordnen des Fasermaterials 500 in einer Form 100, 200, 300, 400, das Schwingungen Aussetzen des Fasermaterials 500 und des Harzes 550 sowie das Aushärten des Harzes 550.
Bezugszeichenliste

10: Windenergieanlage
12: Turm
14: Auflagersystem
16: Gondel
18: Rotor
20: Drehbare Nabe
22: Rotorblatt
26: Lastübergangsbereich
28: Richtung
30: Drehachse
50, 51, 70–73: Schallquelle
100, 200, 300, 400: Form
110, 111: Röhre
120: Harzbehälter
130: Pumpe
150: Vakuumgefäß
450: Harzbad
220: Blattmittelabschnitt
221: Blattfußabschnitt
222: Blattspitze
225: Blattachse
230: Blattaußenhaut
240: Sehnenlinie
250: Holm
251, 252: Holmgurt
500, 520: Fasermaterial
510: Mit Harz benetztes Fasermaterial
550: Harz
700: Vorrichtung
710: Speichereinheit
730: Vorheizeinheit
731, 732: Walze
733: Heizelement
740: Imprägnierungs-/Benetzungseinheit
741, 742: Durchtränkungswalze
750: Presseinheit
751, 752: Abquetschwalze
760: Zieheinheit
770: Abgabeeinheit
1000–1004: Herstellungsverfahren
1100: Vorgang des Bereitstellens einer Form
1170: Vorgang des Vorheizens
1200: Vorgang des Anordnens eines Fasermaterials in der Form
1300: Vorgang des Durchtränkens des Fasermaterials mit einem Harz bei Schwingungen
1310: Vorgang des Benetzens des Fasermaterials mit einem Harz
1400: Vorgang des Pressens
1600: Vorgang des Aushärtens eines Harzes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 6632892 [0030]
US 6800373 [0030]
WO 03/072628 A1 [0030]

Claims

Verfahren zum Bilden eines faserverstärkten Kunststoffteils, wobei das verfahren aufweist: a) Bereitstellen einer Form (100, 200, 300, 400); b) Bereitstellen eines Schwingungsgenerators; c) Benetzen eines Fasermaterials (500) mit einem Harz (550); d) Anordnen des Fasermaterials (500) in der Form (100, 200, 300, 400); e) Schwingungen Aussetzen des Fasermaterials (500) und des Harzes (550) und f) Aushärten des Harzes (550).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fasermaterial (500) vor dem Aushärten Schwingungen ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Fasermaterial vakuuminfundiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Fasermaterial (500) und das Harz (550) Infraschall oder Ultraschall ausgesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin aufweist: Durchtränken des Fasermaterials (500) mit dem Harz (550); wobei das Fasermaterial (500) und das Harz (550) Schwingungen ausgesetzt werden, während das Fasermaterial (500) mit dem Harz (550) durchtränkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Fasermaterial in einer Form (100, 200, 300, 400) angeordnet wird, bevor das Fasermaterial (500) mit dem Harz (550) benetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das faserverstärkte Kunststoffteil aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Blatt eines Hubschrauberpropellers, einem Blatt eines Flugzeugpropellers, einem Holmgurt eines Windenergieanlagenrotorblattes, einem Schubsteg eines Windenergieanlagenrotorblattes, einer Blatthälfte eines Windenergieanlagenrotorblattes, einer Gondel oder Teilen von diesen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz der Schwingung in einem Bereich von etwa 2 Hz bis etwa 20 Hz liegt.
Vorrichtung (700) zum Imprägnieren eines Fasermaterials (500) mit einem Harz (550), wobei die Vorrichtung (700) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Vorrichtung (700) mit einer Form (400) zum Durchtränken des Fasermaterials (500) mit dem Harz (550) und einer Schallquelle (50), die dazu eingerichtet ist, das Fasermaterial (500) und das Harz (550) während des Durchtränkens einem Schallfeld auszusetzen, einer Vorrichtung (700) mit wenigstens einer Durchtränkungswalze (741, 742) zum Benetzen des Fasermaterials (500) mit dem Harz (550) und einer Schallquelle (70, 71), die dazu eingerichtet ist, das Fasermaterial (500) und das Harz (550) einem Schallfeld auszusetzen, wenn das Fasermaterial (500) die wenigstens eine Durchtränkungswalze (741, 742) passiert und/oder nach dem Passieren der wenigstens einen Durchtränkungswalze (741, 742), und einer Vorrichtung (700) mit wenigstens einer Abquetschwalze (750, 751), die zum Pressen des mit dem Harz (550) benetzten Fasermaterials (500) eingerichtet ist, und einer Schallquelle (71, 72, 73), die dazu eingerichtet ist, das mit dem Harz (550) benetzte Fasermaterial (500, 510) einem Schallfeld auszusetzen, bevor und/oder während und/oder nachdem es die wenigstens eine Abquetschwalze (750, 751) passiert, besteht.
Vorrichtung (700) nach Anspruch 9, bei der die Schallquelle (50, 70, 71, 72, 73) eine Infraschallquelle oder eine Ultraschallquelle ist.