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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Verfahren, bei denen das Faserverbundbauteil durch Infiltrieren und Aushärten wenigstens einer textilen Bauteilpreform hergestellt wird, wobei in wenigstens einem Stadium des Verfahrens mittels einer die Preform abdeckenden luftdichten Umhüllung Druck auf die Preform ausgeübt wird, sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise als ”vakuumunterstützte” Verfahren bezeichnet.
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Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (z. B. CFK-Bauteil) wird oftmals eine Vielzahl von Hilfsstoffen bzw. Funktionslagen benötigt, welche nach Abschluss des Verfahrens als Abfall anfallen. Hierzu zählt bei den bekannten vakuumunterstützten Verfahren insbesondere die in Form einer Kunststofffolie benötigte vorgenannte luftdichte Umhüllung.
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Darüber hinaus stellen die Vorfertigung derartiger Kunststofffolien wie auch deren Handhabung als (nicht wiederverwertbares) Hilfsmittel bei der Bauteilfertigung einen nicht unerheblichen Anteil an den Fertigungszeiten bzw. Fertigungskosten dar.
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Schließlich ist der Einsatz von Kunststofffolien bei der Herstellung eines komplizierter formgestalteten Faserverbundbauteils oftmals problematisch oder sogar ungeeignet (z. B. bei Hohlbauteilen).
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Aus der Druckschrift
US 2004/0046291 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen bekannt, welches einen Prozess des Einbringens von Harz in ein verstärkendes Fasermaterial beinhaltet.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Weg zur Realisierung der ”luftdichten Umhüllung” bei einem Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, um damit insbesondere die vorstehend genannten Probleme zu verringern bzw. zu beseitigen.
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die luftdichte Umhüllung aus einem Harzfilm gebildet wird, welcher im flüssigen bis zähflüssigen Zustand an der Preform aufgetragen wird. Hierfür wird als Material für den Harzfilm das gleiche Material wie für das Infiltrieren der textilen Bauteilpreform verwendet, und nach dem Auftragen des Harzfilmes, jedoch noch vor dem Evakuieren der Vakuumkammer wird ein Katalysator im Wesentlichen lediglich an einer der Bauteilpreform abgewandten Oberfläche des Harzfilmes wirkend eingesetzt, um die äußersten Oberflächenbereiche des Harzfilmes anzuhärten bzw. rascher anzuhärten, um damit eine für die nachfolgende Infiltration vorgesehene Gasdichtigkeit des Harzfilmes zu schaffen oder zu stabilisieren.
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Der Harzfilm kann insbesondere ein vernetzbarer duroplastischer Kunststoff sein, insbesondere z. B. ein Epoxidharzsystem. Es kann sich insbesondere um einen Werkstoff handeln, wie er an sich aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie als ”Matrixmaterial” zum Infiltrieren eines Fasermaterials bekannt ist. Geeignete Materialien sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und können insbesondere durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen synthetisch hergestellt werden. Zumindest zum Zeitpunkt der Aufbringung bzw. Einbringung des Harzfilmes bei dem erfindungsgemäßen ”Vakuumaufbau” besitzt dieser bevorzugt eine flüssige bis zähflüssige Konsistenz. Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht das zur Bildung des Harzfilmes verwendete Harz aus wenigstens zwei Hauptkomponenten, nämlich dem eigentlichen z. B. durch Vernetzung aushärtbaren Harzmaterial und einem Härter, welcher zur Bewerkstelligung bzw. Beschleunigung des Aushärtprozesses dient (”Reaktionsharz”). Neben Harzmaterialien auf Basis von Epoxidharz (z. B. ”RTM6” oder dergleichen) kommen im Rahmen der Erfindung beispielsweise auch Vinylesterharze, Phenolharze oder Polyesterharze in Betracht, sei es als Material für den Harzfilm und/oder als Matrixmaterial für die zu infiltrierende textile Bauteilpreform.
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Falls der Harzfilm (z. B. ein Epoxidharzsystem) am Ende des Herstellungsverfahrens an der ausgehärteten Preform verbleibt, so wird damit vorteilhaft der im Stand der Technik durch die Kunststofffolien gebildete Abfall vermieden. Dasselbe gilt für den Fall, dass der Harzfilm als solcher zum Infiltrieren der darunterliegenden Preform verwendet wird. Darüber hinaus liefert die Erfindung insofern einen logistischen Vorteil, als Einrichtungen zur Handhabung (Konditionierung, Zufuhr etc.) von Harz als ”Matrixmaterial” des herzustellenden Faserverbundbauteils in Fertigungseinrichtungen in der hier interessierenden Art ohnehin implementiert sind. Mit anderen Worten müssen beim Einsatz der Erfindung keine Kunststofffolien angeschafft und ggf. konfektioniert werden, sondern es kann vielmehr ein vorteilhafter Rückgriff auf Harzmaterial erfolgen, welches z. B. für das Infiltrieren der Preform ohnehin vorhanden ist, oder für die Ausbildung des Harzfilmes in an sich vorhandenen Anlageteilen zusätzlich bevorratet wird.
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Wichtige Parameter bei der Auswahl des Harzes können z. B. sein: Schmelzpunkt, Viskosität, Reaktivität, Geliertemperatur und Härtungsbedingungen.
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Hinsichtlich der Gestaltung der Preform (z. B. Gewebe, Gelege, Geflecht etc. aus Fasermaterial) kann im Rahmen der Erfindung auf im Bereich der Faserverbundtechnologie an sich bekannte Ausführungen zurückgegriffen werden. Bei der Preform kann es sich um eine einlagige Preform oder eine mehrlagige Preform (”Laminat”) handeln. Die Preform kann ”trocken” oder bereits mit Matrixmaterial (z. B. Harzsystem) vorimprägniert sein (”Prepreg”).
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Wie es insbesondere aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch besonders deutlich wird, eröffnet die erfindungsgemäße Bildung der luftdichten Umhüllung aus einem Harzfilm überraschenderweise auch interessante Möglichkeiten zur vakuumunterstützten Herstellung von komplizierteren Faserverbundbauteilen, insbesondere z. B. Hohlbauteilen.
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Des Weiteren ist die Erfindung vorteilhaft kompatibel mit den Fertigungsprinzipien einer Vielzahl etablierter Methoden in der Faserverbundtechnologie.
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So basieren beispielsweise die Autoklavfertigung, Infiltrationstechniken wie VAP, Handauflegeverfahren etc. in der Regel darauf, dass ein äußerer Druck auf die umhüllte Preform wirkt, um Porositäten der Matrix zu vermeiden und einen günstigen Faservolumengehalt zu erzielen. Dies wird im Stand der Technik mit Hilfe eines Vakuumaufbaus unter Einsatz der genannten Kunststofffolien als luftdichte Umhüllung erreicht. Der erfindungsgemäße Ersatz der bekannten Kunststofffolien durch einen Harzfilm erlaubt weiterhin den Einsatz dieser bekannten Fertigungsprinzipien und liefert wie bereits erwähnt darüber hinaus zusätzliche Vorteile.
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Beispielsweise die chemische Familie der Epoxidharze deckt ein großes Spektrum an Reaktivität, Viskosität und sonstigen physikalischen Eigenschaften ab. Derartige Epoxidharze oder andere in der Faserverbundtechnologie bereits eingesetzte Harzsysteme sind in unterschiedlichsten Ausführungen bzw. Aggregatszuständen erhältlich, so dass im Rahmen der Erfindung vorteilhaft durch entsprechende Wahl des Harzes ein geeignet luftdichter Film gebildet werden kann. Von erheblichem Nutzen für die Realisierung der Erfindung ist der Umstand, dass beispielsweise durch Steuerung von Druck und Temperatur im Verlauf des Herstellungsverfahrens die Möglichkeit besteht, insbesondere die Konsistenz bzw. Viskosität derartiger Harze gezielt zu beeinflussen.
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Bei einer Serienfertigung von Faserverbundbauteilen gemäß der Erfindung werden die Zykluszeiten insbesondere von den Eigenschaften des Harzes abhängen, aus welchem der abdichtende Harzfilm gebildet wird (z. B. Viskosität des Harzes und seine Härtezeit). Die Dauer der Werkzeugbelegung wird somit insbesondere durch derartige Parameter determiniert. Eine diesbezügliche Abschätzung hat ergeben, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft kürzere Zykluszeiten als bei den herkömmlichen Verfahren erzielt werden können.
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Bei dem verwendeten Harz kann es sich insbesondere um ein temperaturhärtendes Harz und/oder Epoxidharzsystem handeln, sei es z. B. ein Zweikomponentenharz oder lediglich eine Harzkomponente (z. B. reine Epoxyketten).
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Die Auftragung von Harz kann vorteilhaft mit gängigen filmauftragenden Oberflächentechniken erfolgen, z. B. durch Streichen, Spritzen, Rollen, Schmieren, Spachteln oder dergleichen.
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Durch geeignete Wahl des Harzmaterials und/oder der ”Umgebungsbedingungen” (insbesondere an der freien Oberfläche des Harzfilmes), wie z. B. insbesondere Temperatur, Feuchtigkeit etc., kann gewährleistet werden, dass die beispielsweise direkt auf einer Preformoberfläche aufgetragene Harzschicht bereits als solche, d. h. ohne weitere Modifikation (z. B. Konsistenzveränderung) einen luftdichten Überzug darstellt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Umgebungsbedingungen der genannten Art nach dem Auftragen des Harzes zu verändern, um je nach konkret verwendeten Harzmaterial eine Gasdichtigkeit des Harzfilmes noch zu verbessern (oder erst zu schaffen).
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Harzfilm in einer ”trägerstabilisierten” Form zum Einsatz kommt. In einer spezielleren Ausführungsform wird der Harzfilm hierfür zunächst trägerstabilisiert vorgefertigt, um sodann an der Preform aufgelegt zu werden.
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Der Begriff ”trägerstabilisiert” soll bedeuten, dass das betreffende Harz nicht als solches sondern, beispielsweise in einem separaten Vorfertigungsprozess, zunächst mit einem Trägermedium (z. B. aus Fasermaterial) kombiniert wird. Beispielsweise kann das Trägermedium hierfür mit dem Harz getränkt und gegebenenfalls vorgeformt und/oder zugeschnitten und/oder etwas verfestigt (z. B. durch thermische Teilaushärtung) werden, etwa um im Falle eines separat vorgefertigten trägerstabilisierten Harzfilmes diesen besser handhabbar zu machen. Ein solcher trägerstabilisierter Harzfilm liegt dann zunächst als separates Halbzeug vor, um dann z. B. direkt auf die Oberfläche der am Werkzeug angeordneten Preform aufgelegt zu werden (Alternativ könnte zwischen Preform und Harzfilm auch z. B. eine Funktionslage zwischengefügt sein).
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Alternativ zu einer separaten Vorfertigung des trägerstabilisierten Harzfilmes kann z. B. zunächst ein Trägermedium (z. B. trockenes Faservlies) an der Preform aufgelegt werden und dann das Harz in flüssigem bis zähflüssigen Zustand derart auf das Trägermedium aufgetragen werden, dass das Trägermedium mit dem Harz durchtränkt wird.
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Unabhängig davon, ob der die luftdichte Umhüllung ausbildende Harzfilm nur aus Harzmaterial bestehend oder als trägerstabilisierter Harzfilm eingesetzt wird, kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Konsistenz des aufgetragenen oder aufgelegten Harzfilmes im Verlauf des Herstellungsverfahrens durch Einstellung von Umgebungsparametern, wie beispielsweise Temperatur oder Feuchtigkeit, und/oder durch Zugabe eines Katalysators gezielt beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß ist eine solche gezielte Beeinflussung der Konsistenz wenigstens ein Mal vorgesehen, und zwar zu einem Zeitpunkt nach dem Auftragen bzw. Auflegen des Harzfilmes, jedoch noch vor dem Evakuieren der zwischen Harzfilm und Werkzeugfläche ausgebildeten Vakuumkammer, durch die Zugabe eines Katalysators an einer der Bauteilpreform abgewandten Oberfläche des Harzfilms.
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Die Zugabe eines Katalysators ist eine einfache und zuverlässige Möglichkeit, um bei einem zunächst im flüssigen oder zähflüssigen Zustand vorliegenden Harz eine Schaffung oder Stabilisierung der Gasdichtigkeit in einem gewünschten Stadium des Herstellungsverfahrens (z. B. während der Infiltration der Preform) zu bewirken.
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Durch Zugabe eines Katalysators, der den ansonsten sehr langsam bzw. nur bei relativ hohen Temperaturen ablaufenden Befestigungsprozess beschleunigt, wird die gewünschte Beeinflussung der Harzkonsistenz bewerkstelligt.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist beispielsweise für eine Weiterbildung interessant, bei welcher das Infiltrieren der Preform unter Verwendung (wenigstens eines Teils) des Harzfilmes selbst erfolgt. Die wenigstens teilweise Verwendung des erfindungsgemäß jedenfalls als luftdichte Umhüllung eingesetzten Harzmaterials auch als ”Infiltrationsmaterial” (Matrixmaterial) für die Preform besitzt z. B. die Vorteile, dass die Preform dann quer zur Preformebene und somit ”auf kurzem Weg” infiltriert wird, und dass Material des Harzfilmes einer weiteren zusätzlichen Nutzung, nämlich als Matrixmaterial für das herzustellende Bauteil, zugeführt wird. In einer spezielleren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Infiltrieren der Preform unter Verwendung des nach dem Evakuieren der Vakuumkammer verflüssigten Harzfilmes erfolgt. Diese Verflüssigung des Harzfilmes kann, je nach konkret gewähltem Harz(system) z. B. durch eine gezielt vorgenommene Temperaturerhöhung bewirkt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Verwendung von Harzmaterial des Harzfilms zur Infiltration der Preform wird mit ”Harzüberschuss” gefertigt. Um eine Porosität im fertigen Bauteilen zu minimieren, kann zwischen der betreffenden formgebenden Werkzeugfläche und der Preform außerdem z. B. eine offenporige Opferschicht eingebracht werden, welche einerseits luftführend ist und somit den Unterdruck weitergibt und andererseits Restluft und/oder überschüssiges Harz aufnehmen kann (z. B. Abreißgewebe, VAP-Membran oder dergleichen).
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Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Harzmaterial des Harzfilms für das Infiltrieren der Preform kann vorgesehen sein, dass dieses Infiltrieren in ”klassischer” Weise, nämlich unter Verwendung von separat zugeführtem Harz erfolgt. Hierbei ist es zumeist von Vorteil, wenn ein so genanntes Harzverteilermedium (z. B. Faservlies) verwendet wird, welches z. B. als hierfür vorgesehene Funktionslage zwischen der Preform und dem Harzfilm zwischengefügt ist. Ein derartiges Harzverteilermedium kann in an sich bekannter Weise mit geringem Fließwiderstand parallel zur Preformoberfläche von separat zugeführtem Matrixmaterial durchströmt werden, welches nach dieser lateralen Verteilung sodann auf kurzem Weg (quer) in die Preform eindringen kann.
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In einer Ausführungsform wird zur Erhöhung des auf die Preform ausgeübten Druckes ein Autoklav (Druckkammer) verwendet, in welchem die Anordnung (”Vakuumaufbau”) aus Werkzeugfläche, Preform und Umhüllung untergebracht ist. Abgesehen von dem bereits aus dem Stand der Technik bekannten Nutzen einer solchen Druckkammer kann diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich dazu genutzt werden, die bereits erwähnte Einstellung von Umgebungsparametern und/oder die Zugabe eines Katalysators zwecks gezielter Beeinflussung der Harzfilmeigenschaften, insbesondere Konsistenz bzw. Viskosität zu vereinfachen. Beispielsweise kann ein gasförmiger Katalysator in einem gewünschten Stadium des Herstellungsverfahrens in den Innenraum der Druckkammer eindosiert werden. Als in einem Autoklaven einstellbare physikalische Parameter zur Steuerung der einzelnen Herstellungsprozessschritte sind insbesondere die Temperatur, der Druck (bzw. Unterdruck) zu betrachten. Auch mittels Anpassung von Zeitdauern von einzelnen Prozessschritten lässt sich eine Prozesssteuerung erreichen.
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Alternativ zu einem gasförmigen Katalysator kann ein solcher auch in flüssiger Form oder z. B. als Pulver eingesetzt werden. Die Wirkung des Katalysators kann hierbei ohne weiteres vor allem auf die freiliegende Harzoberfläche begrenzt bleiben und dort dafür sorgen, dass die Verfestigung (z. B. durch Polymerisation) in diesem Harzbereich einen Vorsprung gegenüber den darunterliegenden Harzschichten hat. Diese darunterliegenden Harzschichten können wie erwähnt im Zusammenhang mit der Infiltration der Preform (durch das Harzfilmmaterial selbst) von Bedeutung sein.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Harzfilm am Ende des Herstellungsverfahrens von der ausgehärteten Preform entfernt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der Harzfilm am Ende des Verfahrens an der ausgehärteten Preform verbleibt und somit eine Komponente des fertigen Faserverbundbauteils ausbildet.
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Es versteht sich, dass die konkrete Wahl des Matrixmaterials (z. B. Epoxidharzsystem) wie auch des Fasermaterials (z. B. Fasern aus Kohlenstoff, Glas, synthetischem Kunststoff etc.) für das Faserverbundbauteil im Rahmen der Erfindung von eher untergeordneter Bedeutung ist. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem herzustellenden Bauteil um ein CFK-Bauteil.
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Neben den bereits erwähnten Temperaturerhöhungen kommt im Rahmen der Erfindung auch in Betracht, in wenigstens einem Verfahrensstadium eine Kühlung vorzusehen, um damit eine gezielte Beeinflussung des Harzfilmes und/oder der Preform zu bewerkstelligen.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Verwendung des beschriebenen Verfahrens ist die Herstellung eines (offenen oder geschlossenen) hohlen Bauteils durch Infiltrieren und Aushärten von beispielsweise zwei oder mehr Bauteilpreformen in einem geeigneten Werkzeug (mit einer im Werkzeug befindlichen Kavität). Bei der Herstellung derartiger Hohlbauteile kann mittels der Erfindung vorteilhaft auf den Einsatz relativ aufwändiger Werkzeuge, nämlich mit einem ”Formkern”, verzichtet werden. Stattdessen kann an der Innenseite der insgesamt hohlen Preformanordnung die besagte luftdichte Umhüllung bzw. der Harzfilm vorgesehen sein, um eine zur Realisierung der Vakuum- und/oder Druckunterstützung erforderliche luftdichte Trennfläche auszubilden, welche bei der Herstellung von Hohlbauteilen eine ”innere Druckkammer” von einer ”äußeren Vakuumkammer” trennt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:
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1 die Verwendung eines Harzfilms als luftdichte Umhüllung in einem Vakuumaufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
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2 und 3 die Verwendung eines vorgefertigten trägerstabilisierten Harzfilmes in einem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei 2 ein zunächst trocken bereitgestelltes Trägermedium zeigt und 3 die Verwendung des harzgetränkten Trägermediums als luftdichte Umhüllung in einem Vakuumaufbau zeigt,
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4 ein Infiltrieren einer textilen Bauteilpreform in einem Vakuumaufbau, unter Verwendung von separat zugeführtem Harz,
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5 ein Infiltrieren einer textilen Bauteilpreform in einem Vakuumaufbau, unter Verwendung eines verflüssigten Harzfilmes,
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6 die Verwendung einer Presse in Verbindung mit einem Vakuumaufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils,
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7 eine Modifikation des in 6 dargestellten Pressverfahrens,
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8 die Verwendung eines Harzfilmes als luftdichte Umhüllung in einem Vakuumaufbau zur Herstellung eines hohlen Faserverbundbauteils, gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
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9 eine Modifikation des in 8 dargestellten Vakuumaufbaus zur Realisierung eines ähnlichen Herstellungsverfahrens.
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1 veranschaulicht die Verwendung eines in einem Autoklaven 1 angeordneten ”Vakuumaufbaus” 10 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Infiltrieren und Aushärten einer textilen Bauteilpreform 12.
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Die Bauteilpreform 12 ist im dargestellten Beispiel direkt an einer formgebenden Werkzeugfläche 14 aufgelegt und mit einer luftdichten Umhüllung in Form eines Harzfilmes 16 abgedeckt. Im dargestellten Beispiel befindet sich der Harzfilm 16 direkt an der Oberfläche der Preform 12.
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Die luftdichte Umhüllung (Harzfilm 16), die Preform 12 und die Werkzeugfläche 14 eines Werkzeugteils 18 bilden zusammen den erwähnten Vakuumaufbau 10, bei welchem durch eine am Rand des Harzfilmes 16 umlaufende Abdichtung zur Werkzeugfläche 14 hin ein evakuierbarer Raum zwischen dem Harzfilm 16 und der Werkzeugfläche 14 gebildet ist, der nachfolgend als ”Vakuumkammer” 20 bezeichnet wird und in welchem sich die Preform 12 befindet.
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Durch (vollständiges oder teilweises) Evakuieren dieser Vakuumkammer 20 lässt sich somit in an sich bekannter Weise Druck auf die Preform 12 ausüben, welcher die Preform 12 in gewünschter Weise kompaktiert und durch Andruck an der Werkzeugfläche 14 formgestaltet.
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Die Evakuierung erfolgt im dargestellten Beispiel über geeignete, mit einer (nicht dargestellten) Pumpeinrichtung verbundene und das Werkzeugteil 18 durchsetzende Vakuumpassagen 22.
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Für eine Erhöhung des auf die Preform 12 ausgeübten Druckes kann mittels eines (nicht dargestellten) Kompressors der Druck in einem Innenraum des Autoklaven 1, nachfolgend als ”Druckkammer” 3 bezeichnet, in gewünschter Weise erhöht bzw. eingestellt werden. Diese Druckeinstellung erfolgt über einen Druckkammerport 5, welcher wie die Vakuumpassagen 22 eine Druckkammerwandung 7 durchsetzen.
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Eine den dargestellten Vakuumaufbau 10 vom Stand der Technik der Faserverbundtechnologie unterscheidende Besonderheit besteht wie erwähnt darin, dass die luftdichte Umhüllung bzw. die notwendige gasdichte Trennfläche zwischen Vakuumkammer 20 und Außenraum (hier: Druckkammer 3) aus dem Harzfilm 16 gebildet wird. Damit ist es, mit oder ohne Verwendung des Autoklaven 1, in einfacher Weise möglich, die Vakuumkammer 20 zu evakuieren, um somit Druck auf die Preform 12 auszuüben. Im Stand der Technik wurde als luftdichte Umhüllung für derartige Herstellungsverfahren bislang eine aufwändig vorkonfektionierte Kunststofffolie (”Vakuumfolie”) verwendet, die am Ende der Bauteilherstellung als Abfall verbleibt.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Erzeugung eines Unterdruckes im Bereich der Preform 12 selbstverständlich wie bei den entsprechenden bekannten vakuumunterstützten Verfahren der Faserverbundtechnologie auch vorteilhaft zum ”Einsaugen” flüssigen Matrixmaterials (z. B. Harzmaterial wie z. B. Epoxidharz) in die Preform 12 genutzt werden kann, falls es sich bei der Preform 12 nicht um eine bereits vorimprägnierte Preform (so genanntes Prepreg) handelt.
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Das vorstehend mit Bezug auf 1 erläuterte Grundprinzip, nämlich die Verwendung eines Harzfilms zur Ausbildung einer benötigten luftdichten Umhüllung bei der Faserverbundherstellung, erlaubt zahlreiche speziellere Ausführungsformen, etwa im Hinblick darauf, wie der Harzfilm 16 konkret in die dargestellte Konfiguration gebracht wird, wie dessen für das ”Evakuierungsstadium” des Verfahrens erforderliche Gasdichtigkeit geschaffen bzw. gefördert wird, und wie die gegebenenfalls erforderliche Infiltration der Preform 12 bewerkstelligt wird.
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Ein erstes spezielles Ausführungsbeispiel sei sogleich nochmals mit Bezug auf die 1 erläutert:
Nachdem die Preform 12 (z. B. enthaltend wenigstens ein Gewebe, Gelege, Geflecht oder dergleichen aus Fasermaterial) direkt oder unter Zwischenfügung weiterer Preformen oder anderer ”Funktionslagen” an der Werkzeugfläche 14 aufgelegt wurde, wird flüssiges bis zähflüssiges Harzmaterial an der Preform 12, auf der der Werkzeugfläche 14 abgewandten Seite, aufgetragen. Hierbei kann die Harzmenge so bemessen sein, dass diese zur vollständigen Beschickung, d. h. späteren Infiltration, der zunächst trockenen Preform 12 ausreicht, wobei die Konsistenz des aufgetragenen Harzmaterials (z. B. zähflüssig) verhindert, dass das Material nennenswert in die Preform eindringt.
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In einem zweiten Schritt wird das aufgebrachte Harzmaterial in einen noch zäheren, insbesondere z. B. einen quasi festen Aggregatszustand gebracht, um einen gasdichten Überzug, also die ”luftdichte Umhüllung” auf der Preformoberfläche zu schaffen. Um den gewünschten Aggregatszustand zu erreichen, stehen insbesondere die Temperatur in Kombination mit den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Harzes im Ausgangszustand als Steuerungsparameter zur Verfügung. Bereits für diesen zweiten Schritt bringt die Verwendung des Autoklaven 1 insofern Vorteile, als damit insbesondere z. B. eine Temperierung des aufgetragenen Harzes vereinfacht ist.
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In einem dritten Schritt, nachdem der gasdichte Harzüberzug in Form des Harzfilmes 16 geschaffen wurde, wird die Vakuumkammer 20 über die Vakuumpassagen 22 unter Unterdruck gesetzt, d. h. teilweise oder vollständig evakuiert.
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Ein vierter Schritt, nämlich das Infiltrieren der Preform 12, kann nun beispielsweise durch eine ausreichende Verflüssigung von Harzmaterial des Harzfilmes 16 bewerkstelligt werden, um die Preform 12 ”auf kurzem Weg”, nämlich quer zur Preformoberfläche mit dem Harzmaterial des Harzfilmes 16 selbst zu infiltrieren. Dieser vierte Schritt kann durch eine Erhöhung der Temperatur des Harzfilmmaterials auf eine Infiltrationstemperatur realisiert werden, bei welcher das Harzmaterial ausreichend verflüssigt wird. Die Infiltration kann hierbei auch noch durch den in der Druckkammer 3 herrschenden Druck unterstützt bzw. beschleunigt werden.
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In einem fünften Schritt erfolgt eine weitere Erhöhung der Temperatur, welche das Aushärten des Harzes bewirkt, womit der Herstellungsprozess im Wesentlichen abgeschlossen ist.
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Zusammenfassend wird bei dieser Verfahrensführung z. B. zunächst eine Harzmenge, welche zur vollständigen Tränkung einer Preform benötigt wird, als gasdichter Harzüberzug auf der freien Preformoberfläche aufgebracht, ohne hierbei nennenswert in die Preform einzudringen. Erst unter erhöhter Temperatur, und dem durch die Evakuierung und/oder Druckbeaufschlagung erzeugten Differenzdruck zwischen Vakuumkammer und Außenraum, erfolgt dann die Infiltration und schließlich die finale Aushärtung des Bauteils.
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Eine Modifikation des vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass ein zähflüssig aufgetragenes und somit den Harzfilm 16 bildendes Harz bereits unmittelbar als solches eine für den hier interessierenden Zweck ausreichende Gasdichtigkeit besitzt, also hierfür nicht erst nennenswert verfestigt werden muss.
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In jedem Fall wird zur Stabilisierung der Gasdichtigkeit, bevorzugt bereits vor oder beim Aufheizen des Harzes gemäß des oben erläuterten ”zweiten Schrittes”, an der freien Oberfläche des Harzfilmes 16 ein Katalysator zugegeben, um die Konsistenz des Harzfilmes 16 bzw. die Änderung dieser Konsistenz im Verlauf von Temperaturänderungen gezielt so zu beeinflussen, dass die Gasdichtigkeit gefördert wird. Diese oberflächliche Zufuhr eines Katalysators (z. B. in gasförmiger Form über den Druckkammerport 5) führt dazu, dass eine relativ dünne Schicht an der Oberfläche des Harzfilmes 16 etwas angeliert bzw. anhärtet, so dass Undichtigkeiten nicht auftreten oder im folgenden Temperierungsprozess beseitigt werden. In letzterer Hinsicht kann der Katalysator z. B. dazu genutzt werden, dass die Aushärtung der Oberflächenschicht dem übrigen Harz des Harzfilmes 16 vorauseilt.
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Hinsichtlich der bis hierher mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsbeispiele ist festzuhalten, dass durch den Einsatz einer Druckkammer wie z. B. des erwähnten Autoklaven 1 vorteilhaft in einfacher Weise für das Herstellungsverfahren geeignete funktionale Bedingungen geschaffen werden können. So lässt sich im Innenraum 3 des Autoklaven 1 z. B. für infiltrationsgerechte Bedingungen sorgen (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Chemie etc.).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Harzfilm 16 von einem temperaturhärtendem Zweikomponentenharz, beispielsweise von einem Epoxidharzsystem gebildet.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Die 2 und 3 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundbauteils. Wie in 3 dargestellt, wird bei diesem Beispiel ebenfalls ein Vakuumaufbau 10a verwendet, der in einem Autoklaven 1a angeordnet ist.
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Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß 1 wird ein die ”luftdichte Umhüllung” bildender Harzfilm 16a jedoch nicht einfach in Form von flüssigem oder zähflüssigem Harzmaterial aufgetragen. Vielmehr erfolgt der gasdichte Verschluss einer Vakuumkammer 20a durch Auflegen eines zuvor vorgefertigten und trägerstabilisierten Harzfilmes 16a.
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2 veranschaulicht die separate Vorfertigung des Harzfilmes 16a. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Trägermedium 16a' aus Fasermaterial, beispielsweise ein Gewebe, Gelege, Geflecht oder Vlies, an einer formgebenden Werkzeugfläche 14a' eines Werkzeugteils 18a' aufgelegt und mit einem Harz (z. B. Zweikomponentenharz) getränkt. Das in das Trägermedium 16a' eingedrungene Harz wird dort gebunden. Bevorzugt wird sodann in einem zweiten Schritt eine Teilaushärtung des harzgetränkten Trägermediums 16a' vorgenommen, etwa durch eine entsprechende Temperaturerhöhung, um somit die Vorfertigung eines gut handhabbaren trägerstabilisierten Harzfilmes 16a abzuschließen.
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Für eine gute Bindung des Harzes kann als Trägermedium insbesondere ein Medium eingesetzt werden, wie es im Stand der Technik als so genanntes ”Harzverteilermedium” Verwendung findet. Bei der Teilaushärtung kann durch entsprechende Verfahrensführung wieder bewirkt werden, dass das Harz in einen quasi festen Aggregatszustand übergeht. Bei der Vorkonfektionierung des trägerstabilisierten Harzfilmes 16a wird diesem Harzfilm 16a insbesondere eine ”passende Formgestaltung” für dessen nachfolgenden Einsatz als luftdichte Umhüllung im Vakuumaufbau 10a verliehen.
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3 zeigt den in beschriebener Weise vorgefertigten trägerstabilisierten Harzfilm 16a im Vakuumaufbau 10a, d. h. eine Bauteilpreform 12a abdeckend.
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Nachdem der trägerstabilisierte Harzfilm 16a wie in 3 dargestellt direkt (oder alternativ indirekt, unter Zwischenfügung wenigstens einer Funktionslage) an der Preform 12a aufgelegt wurde, können die weiteren Schritte zur Fertigstellung des Faserverbundbauteils, also das Infiltrieren und Aushärten erfolgen, beispielsweise wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Die Übertragung des vorgeformten und vorkonfektionierten trägerstabilisierten Harzfilmes 16a (z. B. das Auflegen auf die Preform) besitzt insbesondere den Vorteil, dass die Bearbeitungsschritte zur Bereitstellung der luftdichten Umhüllung gewissermaßen von den späteren Bearbeitungsschritten (Infiltrieren und Aushärten der Preform 12a) entkoppelt sind. Insofern können die Vorfertigung der luftdichten Umhüllung (Harzfilm 16a) einerseits und das spätere Infiltrieren und Aushärten der Preform 12a andererseits jeweils noch besser optimiert werden.
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Jedoch auch ohne separate Vorfertigung kann die Trägerstabilisierung des zur 20 Abdichtung der Vakuumkammer 20a erforderlichen Harzfilmes 16a vorteilhaft sein. In dieser Hinsicht ist eine modifizierte Ausführungsform möglich, bei welcher das betreffende Trägermedium 16a' nicht wie in 2 dargestellt auf dem separaten Werkzeug 18a' verarbeitet wird, sondern im noch trockenen Zustand sogleich in den Vakuumaufbau 10a gemäß 3 integriert wird und dort mit Harzmaterial beschickt wird.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3, sowie der letztgenannten Modifikation, können die oben erwähnten Einstellung von Umgebungsparametern, wie z. B. Temperatur oder Feuchtigkeit, wie auch die Zugabe eines Katalysators vorgesehen werden, um den im Vakuumaufbau 10a integrierten Harzfilm 16a noch weiter zu bearbeiten, insbesondere dessen Konsistenz zu verändern, bevor mit der Infiltration und Aushärtung der Preform 12a begonnen wird.
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Für das Ausführungsbeispiel gemäß 1 wurde bereits erläutert, dass das Infiltrieren der Preform unter Verwendung von Material des abdeckenden Harzfilmes selbst erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Infiltrieren jedoch auch unter Verwendung von separat, also in herkömmlicher Weise zugeführtem Harz erfolgen. Diese Möglichkeit des Einsatzes bzw. zusätzlichen Einsatzes dieser herkömmlichen Infiltrationstechnik ist in 4 veranschaulicht.
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4 zeigt wieder einen Vakuumaufbau 10b zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, etwa in der mit Bezug auf die 1 und 3 bereits beschriebenen Weise.
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Zusätzlich ist in 4 eine in eine Vakuumkammer 20b einmündende Harzzufuhrpassage 30b ersichtlich, über welche separates Harz zum Infiltrieren der in der Vakuumkammer 20b befindlichen Preform 12b zugeführt wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, bewirkt bei diesem Verfahrensschritt der Unterdruck in der Vakuumkammer 20b, welcher durch Evakuieren über eine Vakuumpassage 22b erzeugt wird, ein ”Einsaugen” des zugeführten Harzes in die Preform 12b.
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Was die Bereitstellung und etwaige Konditionierung des in 4 gezeigten Harzfilmes 16b anbelangt, so kann im Prinzip auf sämtliche oben bereits beschriebenen Möglichkeiten zurückgegriffen werden.
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Insbesondere kann der Harzfilm 16b somit beispielsweise durch ein auf die Preform 12b aufgetragenes Harz bereitgestellt werden. Alternativ kann auch ein wie erläutert trägerstabilisierter Harzfilm vorgesehen sein.
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Mittels des Aufbaues 10b lässt sich die Preform 12b dann vakuumunterstützt mit z. B. temperaturhärtendem Infiltrationsharz infiltrieren, wobei die Infiltrationstemperatur zumindest solange unterhalb des Schmelzpunktes des den Harzfilm 16b ausbildenden Materials gehalten werden sollte, bis die Infiltration der Preform 12b abgeschlossen ist. Sodann kann durch eine weitere Erhöhung der Temperatur z. B. bewirkt werden, dass sich das Material des Harzfilmes 16b im Infiltrationsharz löst und am nachfolgenden Aushärteprozess aktiv teilnimmt. In diesem Fall wird der Harzfilm 16b zum integralen Bestandteil des fertiggestellten Faserverbundbauteils.
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Bei dieser speziellen Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass der Harzfilm 16b als eine chemische Komponente, z. B. durch reine Epoxyketten ausgebildet wird, die bei Verarbeitungstemperatur (z. B. Raumtemperatur) als ein flexibler folienartiger Film vorliegt. Ein solcher Harzfilm 16b kann durch geeignete Einstellung der Temperatur (zusätzlich zu der Zugabe eines Katalysators) modifiziert werden, um eine gut gasdichte Beschichtung zu erzeugen. Über eine Infiltrationstechnik kann die Preform sodann unterhalb der Erweichungstemperatur dieser ”Harzfolie” infiltriert werden. Die nachfolgende Aushärtung erfolgt dann oberhalb der Erweichungstemperatur des Harzes.
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Die Bildung der luftdichten Umhüllung aus einem Harzfilm erlaubt es vorteilhaft, beide grundsätzlichen Infiltrationsprinzipien anzuwenden, d. h. eine Infiltration längs der Preform, wie mit 4 beispielhaft veranschaulicht, als auch einer Infiltration quer zur Preformoberfläche. Bei letzterem Infiltrationsprinzip ist es von Vorteil, unterhalb des Harzfilmes (bevorzugt Einkomponentenharzfilm) ein Harzverteilermedium positionieren, wie beispielhaft weiter unten noch mit Bezug auf 5 erläutert.
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Bevorzugt verbleibt der erfindungsgemäß eingesetzte Harzfilm im Bauteil und trägt somit zur Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils bei. Er stellt allerdings nicht notwendigerweise die Gesamtmenge des Matrixvolumens dar, welches zur vollständigen Tränkung der Faserpreform notwendig ist. Eine gegebenenfalls notwendige Restmenge wird in flüssiger Form vakuumunterstützt infiltriert. Eine bevorzugte Eigenschaft des Harzfilmes ist seine chemische Kompatibilität mit dem flüssigen Matrixmedium, welches infiltrationstechnisch zugeführt wird.
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Z. B. ist es möglich, ungebundenes Epoxidharz in einen festen, als auch in den flüssigen Aggregatszustand zu versetzen. Der Übergang von fest nach flüssig findet bei einer bestimmten Temperatur statt. Es bietet sich an, die Preform mit ungebundenem Epoxidharz, gasdicht, auf seiner werkzeugabgewandten Seite zu verschließen. Die Preform ist so mit einer Schicht im festen Aggregatszustand überzogen.
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Bei der Infiltration mit dem flüssigen Infiltrationsharz kommt das Harzfilmmaterial zwangsläufig in Kontakt mit dem (reaktiven) Infiltrationsharz. Bei entsprechender Temperatur bindet dadurch auch das den Harzfilm bildende ungebundene Harz (z. B. Epoxidharz) ab und wird zum integralen Bestandteil des Bauteils.
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5 zeigt einen Vakuumaufbau 10c, bei welchem zusätzlich ein Harzverteilermedium 40c vorgesehen ist, welches in einem Vakuumaufbau 10c zwischen einem Harzfilm 16c und einer Preform 12c zwischengefügt ist.
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Bei diesem Vakuumaufbau 10c kann über eine Harzzufuhrpassage 30c dem Harzverteilermedium 40c Infiltrationsharz zugeführt werden, welches sodann zunächst das Harzverteilermedium 40c durchströmt und tränkt, woraufhin eine Infiltration dieses Harzes in Querrichtung in die Preform 12c hinein erfolgt.
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Nach der Aushärtung der Preform 12c kann das Harzverteilermedium 40c beispielsweise wieder entfernt (z. B. abgezogen) werden.
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Das Prinzip, die luftdichte Umhüllung in einem Vakuumaufbau aus einem Harzfilm zu bilden, lässt sich für zahlreiche Bauteilgeometrien auch mit der Verwendung von Pressen kombinieren.
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Bei einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Teil einer Presse und/oder die Oberfläche einer in der Presse eingelegten Preform mit flüssigem bis zähflüssigem Harz beschichtet ist, so dass beim Schließen der Presse und damit bewerkstelligter Formgebung der Preform das Harz in die Preform gedrückt wird. Die Presse oder zumindest Teile davon sind hierbei bevorzugt beheizt. Wird eine in der Presse ausgebildete Vakuumkammer (zwischen Harzfilm und formgebender Pressenfläche) zum geeigneten Zeitpunkt evakuiert, so sinkt damit vorteilhaft das Risiko einer Porosität im hergestellten Bauteil. Ein entsprechendes Beispiel ist in 6 veranschaulicht.
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6 zeigt einen Vakuumaufbau 10d der mit Bezug auf die vorangegangenen Beispiele bereits beschriebenen Art, bei welchem also eine Bauteilpreform 12d in einer Vakuumkammer 20d angeordnet ist, welche zwischen einem überdeckenden Harzfilm 16d und einer formgebenden Werkzeugfläche eines Werkzeugteils 18d (hier: eine untere Pressenhälfte) ausgebildet ist.
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Abweichend von den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei dem Beispiel gemäß 6 noch ein weiteres Werkzeugteil (obere Pressenhälfte) 50d vorgesehen, welches zusammen mit dem ersten Werkzeugteil 18d eine beheizbare Presse bildet.
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Wie vorstehend erläutert, kann mit der in 6 dargestellten Pressenanordnung das Infiltrieren der Preform 12d unter Verwendung des nach dem Evakuieren der Vakuumkammer 20d verflüssigten Harzfilmes 16d erfolgen. Diese Verflüssigung kann je nach verwendetem Harzmaterial z. B. durch Temperaturerhöhung bewirkt werden, hier z. B. durch entsprechende Beheizung der oberen Pressenhälfte 50d.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 wird demnach der gemäß einer der obigen Methoden erzeugte Harzüberzug (Harzfilm 16d) bei erhöhter Temperatur und dem Druck der Presse 18d, 50d in die Preform eingebracht.
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Für den abschließenden Aushärteprozess wird bevorzugt die Temperatur noch weiter erhöht. Das Bauteil bleibt in der zwischen den Pressenhälften 18d, 50d gebildeten Form, bis es vollständig ausgehärtet ist.
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In einer Weiterbildung ist wenigstens eine separate Kavität, z. B. Mulde im Bereich der formgebenden Werkzeugfläche 14d vorgesehen, welche zum Sammeln von Überschussharz oder porenhaltigem Harz geeignet ausgebildet ist.
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7 veranschaulicht eine modifizierte Herstellung eines Faserverbundbauteils unter Verwendung einer Presse, die hier wieder aus einem ersten Werkzeugteil 18e und einem zweiten Werkzeugteil 50e gebildet ist.
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Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß 6 ist hierbei ein trägerstabilisierter Harzfilm 16e anstatt eines ”reinen Harzfilmes” vorgesehen. Der trägerstabilisierte Harzfilm 16e kann, wie oben bereits beschrieben, entweder separat vorgefertigt oder in der in 7 dargestellten Situation vorgefertigt werden. Insbesondere kann hierfür wieder ein Trägermedium aus Fasermaterial, bevorzugt nach Art eines Harzverteilermediums, eingesetzt werden, welches mit flüssigem bis zähflüssigem Harz imprägniert wird. Bei einer separaten Vorfertigung kann durch Temperaturerhöhung wieder eine teilweise Verfestigung des Harzfilmes 16e erreicht werden, um diesen sodann als vorgefertigtes Halbzeug auf die bereits am Werkzeugteil 18e aufgelegte Preform 12e aufzulegen (Alternativ kann ein trockenes Trägermedium auf die Preform 12e aufgelegt werden, um in dieser Situation (7) mit dem Harz beschickt zu werden).
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Beim Schließen der Presse wird das infiltrierte Trägermedium verdrückt, und Harz dringt in die Preform 12e ein. Nach der Aushärtung des Bauteils kann das Trägermedium beispielsweise wieder abgezogen werden (analog dem Abziehen von im Stand der Technik verwendeten so genannten Abreißgeweben).
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Falls bei einem derartigen Herstellungsverfahren mit einem Harzüberschuss gearbeitet werden soll, so empfiehlt sich ein entsprechendes Reservoir (Zusatzraum) im geschlossenen Zustand des Werkzeuges 18e, 50e vorzusehen, in dem Überschussharz gesammelt werden kann.
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Bei den bis hierher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden jeweils flächig ausgedehnte, z. B. mehr oder weniger plattenförmige Faserverbundbauteile hergestellt. Es versteht sich, dass diese Verfahren in vielfältiger Weise modifiziert werden können, insbesondere was die Anzahl, Anordnung und Formgestaltung einer oder mehrerer Preformen anbelangt, welche in der beschriebenen Weise zu einem Faserverbundbauteil verarbeitet werden.
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Das Prinzip der Bildung einer luftdichten Umhüllung in einem Vakuumaufbau lässt sich vorteilhaft auch zur Herstellung von Hohl(kammer)bauteilen verwenden.
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Im Stand der Technik werden Hohlkammerbauteile in der Regel aus mindestens zwei Schalen (”Bauteilhälften”) zusammengesetzt. Die hierbei verwendeten Formwerkzeuge bilden zusammengesetzt eine Kavität im Werkzeuginneren, wobei das Vorsehen eines ”festen Formkerns” in der Kavität derartige Werkzeuge relativ aufwändig macht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele beschrieben, gemäß derer Hohlbauteile in einfacherer Weise hergestellt werden können.
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8 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Faserverbundbauteils durch Infiltrieren und Aushärten von mehreren (hier: zwei) Bauteilpreformen 12f-1 und 12f-2.
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Wie dargestellt, sind diese Preformen 12f-1, 12f-2 zur Bildung des Hohlbauteils zusammengesetzt in einer Kavität 60f eines Werkzeuges 18f, 50f angeordnet.
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Während herkömmliche Formwerkzeuge dieser Art einen festen Formkern besitzen, so besteht die Besonderheit der in 8 dargestellten Anordnung darin, dass eine Anpressung der Preformen 12f-1, 12f-2 wieder vakuumunterstützt erfolgt, indem auf diese Preformen in einem an entsprechenden formgebenden Werkzeugflächen aufgelegten und mit einem Harzfilm 16f abgedeckten Zustand durch Evakuieren einer zwischen den formgebenden Werkzeugflächen und dem Harzfilm 16f ausgebildeten Vakuumkammer Druck ausgeübt wird. Ein fester Formkern ist somit entbehrlich.
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Zum Evakuieren der unter dem Harzfilm 16f ausgebildeten Vakuumkammer sind durch die entsprechenden Werkzeugteile 18f bzw. 50f verlaufende Vakuumpassagen 22f vorgesehen.
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Zur Schaffung des in 8 dargestellten Vakuumaufbaus 10f können die beiden Werkzeughälften 18f, 50f zunächst bei geöffnetem Werkzeug separat mit den betreffenden Preformen 12f-1 bzw. 12f-2 ausgestattet und mit separaten Harzfilmen abgedeckt werden. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, wenn wie dargestellt jedes Werkzeugteil 18f, 50f zumindest eine Vakuumpassage 22f aufweist, um die Preformen 12f-1, 12f-2 einzeln an den jeweiligen Werkzeugflächen anzuordnen und daran zu halten.
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Nach dem Schließen des Werkzeuges ergibt sich dann der in 8 dargestellte Zustand mit einem einstückig zusammenhängenden Harzfilm 16f. In dieser Situation wird das Infiltrieren und Aushärten der Preformen 12f-1, 12f-2 durchgeführt, um das Hohlbauteil fertigzustellen. Für diese abschließenden Verfahrensschritte kann auf herkömmliche bzw. auf die oben mit Bezug auf die anderen Ausführungsbeispiele bereits beschriebenen Methoden zurückgegriffen werden. Insbesondere für das Infiltrieren kommt sowohl die Verwendung von Harz des Harzfilmes 16f selbst als auch die Verwendung von eigens zu diesem Zweck zugeführtem Harz in Betracht (nicht dargestellt).
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Optional ist, wie in 8 auch eingezeichnet, ein Werkzeugport 62f vorgesehen, also eine zur Beeinflussung von Druck und Zusammensetzung des Mediums in der Werkzeugkavität 60f geeignete Einrichtung. Damit ergeben sich dieselben Vorteile wie bei dem ”Druckkammerport” der vorangegangenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere kann durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Kavität 60f der über den Harzfilm 16f auf die Preformen 12f-1, 12f-2 ausgeübte Druck beträchtlich erhöht werden. Darüber hinaus gestattet der Werkzeugport 62f wieder die gezielte Beeinflussung des Harzfilmes 16f, insbesondere von dessen Konsistenz, durch eine geeignete Einstellung von Umgebungsparametern (Temperatur, Feuchtigkeit etc.) und/oder durch Zugabe eines Katalysators.
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Nochmals zusammengefasst wird bei dem Beispiel gemäß 8 also jede Werkzeugkomponente (Werkzeugteile 18f und 50f) separat mit Preformen (12f-1, 12f-2) ausgerüstet und mit einer gasdichten Umhüllung in Form einer Harzschicht versehen. Dann werden die Werkzeugkomponenten zusammengesetzt und es entsteht eine Hohlkammer, an deren Umfang die Preformen 12f-1, 12f-2 mit der sodann einteilig überdeckenden Harzschicht 16f angeordnet ist. Über eine geeignete Kombination aus Unterdruck in der Werkzeugkavität 60f, Temperatur sowie Druck in der Kavität wird die Infiltration und Aushärtung des herzustellenden Hohlbauteils eingeleitet, gesteuert und fertiggestellt.
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Unter Berücksichtigung etwaiger Dichtungsprobleme sind verschiedene Spleisskonfigurationen der zur Fertigung eines Hohlbauteils verwendeten Preformen in Kombination mit deren Harzüberzügen denkbar, z. B. eine Fügung mit einem Außenflansch oder mittels einer Überlappung. Ein in dieser Hinsicht modifiziertes Ausführungsbeispiel ist in 9 veranschaulicht.
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9 zeigt einen Vakuumaufbau 10g, wieder mit zwei Preformen 12g-1 und 12g-2, die zu einem Hohlkörper zusammengesetzt in einer Kavität 60g eines Formwerkzeuges bestehend aus Werkzeughälften 18g, 50g angeordnet sind.
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Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist zur Abdichtung zwischen den beiden Werkzeughälften 18g, 50g eine umlaufende Dichtung 64g vorgesehen. Eine weitere Modifikation besteht wie dargestellt darin, dass jeweilige Ränder einerseits der ersten Preform 12g-1 und andererseits der zweiten Preform 12g-2 einander überlappen.
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Mit der Erfindung können also auch in einfacher Weise offene und geschlossene hohle Bauteile gefertigt werden. Geschlossene hohle Bauteile sind von mindestens zwei Werkzeug/Preform-Komponenten zusammenzusetzen, wobei ein die Preform(en) überbrückender Zugang (vgl. Werkzeugport 62f bzw. 62g) in den Hohlraum sehr vorteilhaft zur Verfahrenssteuerung genutzt werden kann.
