DE102014111358A1 - Mehrteilige Vakuumhaube - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Vakuumhaube zur Abdeckung von Fasermaterial bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils, wobei die Vakuumhaube ein flexibles Material aufweist und aus einer Mehrzahl von separaten Vakuumhaubensegmenten zusammengesetzt ist, die zusammen die mehrteilige Vakuumhaube bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumhaube zur Abdeckung von Fasermaterial für die Herstellung eines Faserverbundbauteils. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils hierzu.
  • Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen, die in der Regel eine Vielzahl von Versteifungsfasern mit isotropen Lastübertragungseigenschaften aufweisen, die in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix eingebettet sind, lassen sich grundsätzlich in zwei verschiedenen Herstellungsverfahren erzeugen:
    • a) Im Infusionsverfahren oder
    • b) Mittels vorimprägnierter Faserhalbezeuge (Prepregs).
  • Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels Prepregs werden Fasermaterialien, die bereits mit einer Kunststoffmatrix imprägniert sind, in das Formwerkzeug eingebracht und ausgehärtet. Nachteilig hierbei ist, dass derartige Prepregs nur bedingt haltbar sind und bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert werden müssen, um ein zu weites Fortschreiten des Matrixmaterials zu verhindern.
  • Im Gegensatz hierzu werden beim klassischen Infusionsverfahren trockene Fasermaterialien in das Formwerkzeug eingebracht und anschließend mit einem Matrixmaterial, beispielsweise eine Kunststoffmatrix bzw. ein Kunststoff, infundiert. Hierzu wird das Fasermaterial mit einer Vakuumfolie abgedeckt und gegenüber dem Formwerkzeug luftdicht verschlossen und anschließend mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Ist das gewünschte Vakuum eingestellt, so kann das Matrixmaterial in den Herstellungsaufbau infundiert werden, weshalb dieses Verfahren auch Vakuum-Infusionsverfahren genannt wird.
  • Ein Nachteil bei diesem Verfahren besteht jedoch darin, dass die Vakuumfolie nach der Herstellung eines Bauteils entsorgt werden muss, da sie in der Regel nicht wieder verwendbar ist. Zusätzlich sind die eingesetzten Folien sehr anfällig für Beschädigungen und stellen somit ein Prozessrisiko dar, sodass beim Abdecken des Fasermaterials zur Herstellung des Faserverbundbauteils besondere Sorgfalt an den Tag gelegt werden muss. Insbesondere bei großen Bauteilen, wie bspw. Rotorblätter für Windenergieanlagen oder Flugzeugbauteilen, ist die Handhabung mit den einstückig ausgebildeten Vakuumfolien äußerst schwierig und stellt somit ein zusätzliches Prozessrisiko durch fehlerhafte Anwendung dar.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum vakuumdichten Abdecken von Fasermaterial zur Herstellung von Faserverbundbauteilen anzugeben, mit der auch große Faserverbundbauteile prozesssicher abgedeckt werden können.
  • Die Aufgabe wird mit der mehrteiligen Vakuumhaube gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 8 erfindungsgemäß gelöst.
  • Demnach wird eine mehrteilige Vakuumhaube zur Abdeckung von Fasermaterial bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, wobei die Vakuumhaube aus einem flexiblen Material besteht oder ein flexibles Material aufweist. Vorzugsweise weist das Material der Vakuumhaube mindestens 50% eines flexiblen Materials auf, vorzugsweise mindestens 80% und besonders vorzugsweise im Wesentlichen 100 %, bzgl. des Gesamtmaterialanteils der Vakuumhaube.
  • Des Weiteren weist die mehrteilige Vakuumhaube eine Mehrzahl von separaten Vakuumhaubensegmenten auf, die zusammengesetzt die mehrteilige Vakuumhaube zur Abdeckung des Fasermaterials bilden. Die Vakuumhaube besteht somit aus mehreren Teilen, die separat transportiert und gelagert werden können und überdies zusammengesetzt die vollständige Vakuumhaube zur Abdeckung des gesamten Fasermaterials bilden. Die Vakuumhaube ist somit teilbar oder zerlegbar ausgebildet.
  • Die Vakuumhaubensegmente sind in an den Vakuumhaubensegmenten vorgesehenen Verbindungsbereich zum miteinander lösbaren Verbinden ausgebildet, um die zusammengesetzte, mehrteilige Vakuumhaube zu bilden, wenn die Vakuumhaubensegmente miteinander verbundene sind. In den Verbindungsbereichen können dabei entsprechende Verbindungsmittel vorgesehen sein, mit denen die einzelnen Vakuumhaubensegmente in den Verbindungsbereichen miteinander verbunden werden können, um so die gesamte mehrteilige Vakuumhaube im Ganzen bilden zu können.
  • Eine so zusammengesetzte, mehrteilige Vakuumhaube kann dann zum Abdecken von Fasermaterial bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils verwendet werden, sodass auch große Bauteile prozesssicher abgedeckt werden können. Die mehrteilige Vakuumhaube dient somit zur Erzeugung eines Unterdrucksacks.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird dabei der Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung eines flexiblen Materials, bspw. Silikon/Gummi bzw. elastomere Materialien, die Vakuumhaube wieder verwendbar ist und nach dem Herstellen des Faserverbundbauteils nicht entsorgt werden muss. Darüber hinaus wird durch die Verwendung eines flexiblen Materials die Anfälligkeit für Beschädigungen des vakuumabgedichteten Aufbaus reduziert. Durch den mehrteiligen Aufbau der Vakuumhaube kann darüber hinaus realisiert werden, dass auch große Bauteile mit einer solchen Vakuumhaube abgedichtet werden können, indem die Vakuumhaube aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird. Die einzelnen Teile können dabei platzsparend gelagert und transportiert werden, was die Flexibilität der wieder verwendbaren mehrteiligen Vakuumhaube deutlich erhöht. Damit wird die Vakuumhaube insbesondere für große Bauteile lagerund transportfähig.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Vakuumhaubensegmente, vorzugsweise alle Vakuumhaubensegmente, in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen so ausgebildet, dass miteinander lösbar verbundene Vakuumhaubensegmente in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen überlappend zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube angeordnet sind oder werden. Die Vakuumhaubensegmente sind in ihren Verbindungsbereichen so ausgebildet, dass sie überlappend zur Herstellung der Verbindung angeordnet werden, wodurch zum Einen eine sichere Verbindung zwischen zwei miteinander verbundenen Vakuumhaubensegmenten erzeugt wird und zum Anderen eine definierte Positionierung erreicht wird.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Vakuumhaubensegmente in ihren überlappenden Verbindungsbereichen eine Stufenfalz oder ein Nut/Federsystem zum lösbaren Verbinden der Vakuumhaubensegmente ausbilden. So können bspw. bei einer Stufenfalz die Vakuumhaubensegmente in ihren Verbindungsbereichen ineinander greifen und so eine sichere Verbindung erzeugen, wobei bspw. mit Hilfe von Befestigungsmitteln eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Verbindungsbereichen erzeugbar ist. Bei der Ausbildung eines Nut/Federsystems greifen die einzelnen Vakuumhaubensegmente in ihren Verbindungsbereichen so ineinander ein, dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung zur Herstellung der zusammengesetzten mehrteiligen Vakuumhaube gebildet wird, mit der das Fasermaterial vakuumdicht abgedichtet werden kann. Darüber hinaus kann durch die Stufenfalz oder das Nut/Federsystem eine exakte Positionierung der Vakuumhaubensegmente sichergestellt werden.
  • Lösbar im Sinne der vorliegenden Erfindung meint dabei, dass die einzelnen Vakuumhaubensegmente zu einer gemeinsamen Vakuumhaube zusammensetzbar sind, um das Fasermaterial vakuumdicht abdichten zu können, wobei nach Herstellung des Faserverbundbauteils die gemeinsame Vakuumhaube wieder in ihre einzelnen Vakuumhaubensegmente zerleg- bzw. teilbar ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind in dem Verbindungsbereich der Vakuumhaubensegmente jeweils Befestigungselemente vorgesehen, sodass zwei miteinander verbundene Vakuumhaubensegmente in ihren Verbindungsbereichen kraft- und/oder formschlüssig miteinander lösbar verbunden werden können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Vakuumhaubensegmente, vorzugsweise alle, in ihren Verbindungsbereichen zum kraftschlüssigen Verbinden mittels einer Magnetverbindung ausgebildet, sodass die Befestigungselemente zum Verbinden der Vakuumhaubensegmente durch eine Magnetverbindung geschaffen wird. Die Erfinder haben dabei erkannt, dass durch eine Magnetverbindung eine kraftschlüssige, druckdichte Verbindung zwischen den einzelnen Vakuumhaubensegmenten geschaffen werden kann, wodurch die mehrteilige, zusammengesetzte Vakuumhaube zum vakuumdichten Abdecken von Fasermaterial bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen verwendet werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hierzu weisen die Vakuumhaubensegmente in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen Magnetverbindungselemente auf, die zur Bildung der kraftschlüssigen Magnetverbindung zum lösbaren Verbinden der jeweiligen Vakuumhaubensegmente miteinander ausgebildet sind. So können in den Randbereichen der Vakuumhaubensegmente, in denen die Verbindungsbereiche zum Verbinden der Vakuumhaubensegmente miteinander vorgesehen sind, Magnetverbindungselemente integriert sein, sodass durch das Verbinden zweier Vakuumhaubensegmente in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen eine kraftschlüssige Magnetverbindung erzeugt wird. Die Magnetverbindungselemente können dabei auf oder in die Vakuumhaubensegmente eingearbeitet sein. Bis auf die Magnetverbindungselemente besteht die Vakuumhaube zu 100 % aus einem flexiblen Material.
  • Die Verbindungsbereiche der Vakuumhaubensegmente stellen dabei jene Bereiche der Vakuumhaubensegmente dar, mittels derer die Vakuumhaubensegmente miteinander verbunden werden können. Die Verbindungsbereiche können dabei auch die Befestigungsmittel zum Verbinden mit einschließen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei Vakuumhaubensegmenten, die zum überlappenden Verbinden in ihren Verbindungsbereichen ausgebildet sind, in diesen Verbindungsbereichen jeweils mindestens ein Magnetverbindungselement vorgesehen ist, sodass die Vakuumhaubensegmente in ihren Verbindungsbereichen überlappend verbunden werden und gleichzeitig durch die in dem Überlappungsbereich vorgesehenen Magnetverbindungselemente eine kraftschlüssige Magnetverbindung geschaffen wird. Dies hat den Vorteil, dass beim Verbinden der einzelnen Vakuumhaubensegmente in den Verbindungsbereichen durch das überlappende Anordnen der Vakuumhaubensegmente in dem Verbindungsbereich, bspw. durch eine Stufenfalz, eine entsprechende Positionierung der einzelnen Vakuumhaubensegmente ermöglicht wird, sodass jedes Vakuumhaubensegment bzgl. seiner Position korrekt mit dem benachbarten Vakuumhaubensegment verbunden wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Vakuumhaubensegmente Positionierelemente auf, die zum Positionieren der Vakuumhaubensegmente beim Zusammensetzen der Vakuumhaubensegmente zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube ausgebildet sind.
  • Darüber hinaus wird die Aufgabe auch mit dem Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Faserverbundwerkstoff gemäß Anspruch 8 gelöst, wobei zunächst eine mehrteilige Vakuumhaube wie vorstehend beschrieben bereitgestellt wird. Anschließend wird das Fasermaterial mit der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube abgedeckt und das so abgedeckte Fasermaterial unter der mehrteiligen Vakuumhaube evakuiert. Anschließend wird das in das Fasermaterial eingebrachte Matrixmaterial ausgehärtet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die mehrteilige Vakuumhaube zunächst durch vollständiges Zusammensetzen aus den einzelnen separaten Vakuumhaubensegmenten gebildet, wobei anschließend dann das Fasermaterial mit der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube vollständig abgedeckt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Vakuumhaubensegmente während des Abdecken des Fasermaterials zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube zusammengesetzt, sodass nacheinander die mehrteilige Vakuumhaube zusammengesetzt wird, bis die vollständig zusammengesetzte Vakuumhaube das Fasermaterial abdeckt.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 – schematische Darstellung einer aus mehreren Teilen zusammengesetzten Vakuumhaube;
  • 2 – schematische Darstellung einer lösbaren Verbindung zweier Vakuumhaubensegmente.
  • 1 zeigt schematisch eine mehrteilige Vakuumhaube 1 zur Abdeckung von Fasermaterial, aus dem schließlich ein Faserverbundbauteil hergestellt werden soll. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist schematisch eine mehrteilige Vakuumhaube 1 für die Herstellung eines Rotorblattes gezeigt, wobei die zusammengesetzte mehrteilige Vakuumhaube 1 im Wesentlichen der Form des Rotorblattes entspricht.
  • Die mehrteilige Vakuumhaube 1 weist eine Mehrzahl von Vakuumhaubensegmenten 2a2f auf, die zusammengesetzt die mehrteilige Vakuumhaube 1 bilden. Die Vakuumhaubensegmente 2a, 2b und 2c stellen dabei diejenigen Vakuumhaubensegmente dar, die an die spezielle Geometrie des Rotorblattes angepasst sind. Die Vakuumhaubensegmente 2d, 2e und 2f sind hingegen identisch und austauschbar, wodurch eine möglichst hohe Flexibilität erreicht wird.
  • Die Vakuumhaubensegmente weisen Verbindungsbereiche auf, in denen die einzelnen Vakuumhaubensegmente 2a2f miteinander lösbar verbunden werden können. In 1 ist schematisch zwischen den beiden Vakuumhaubensegmenten 2e und 2f ein Verbindungsbereich 3 gezeigt, innerhalb derer die beiden Vakuumhaubensegmente 2e und 2f lösbar miteinander verbunden sind. Mittels dieser Verbindungsbereiche können dabei jeweils benachbarte Vakuumhaubensegmente miteinander verbunden werden.
  • Die einzelnen Vakuumhaubensegmente bestehen dabei zumindest zu 50% aus einem Material, das ein flexibles Material ist, wie bspw. ein elastomeres Material, bspw. Silikon oder Gummi. Vorzugsweise bestehen die Vakuumhaubensegmente aus mindestens 80% oder 100 % aus einem flexiblen Material.
  • 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Verbindungsbereich 3 der beiden miteinander verbundenen Vakuumhaubensegmente 2e und 2f. In dem Verbindungsbereich 3 sind die beiden Vakuumhaubensegmente überlappend angeordnet und bilden dabei eine Stufenfalz, sodass die einzelnen Vakuumhaubensegmente 2e und 2f im Verbindungsbereich 3 ineinander eingreifen.
  • Im Verbindungsbereich 3 der Vakuumhaubensegmente 2e und 2f ist in den Vakuumhaubensegmenten jeweils ein Magnetverbindungselement 4 vorgesehen, sodass beim Zusammensetzen der Vakuumhaubensegmente 2e und 2f mittels der in 2 gezeigten Stufenfalz eine Magnetverbindung im Verbindungsbereich 3 gebildet wird.
  • Hierdurch wird es möglich, dass die beiden Vakuumhaubensegmente 2e und 2f lösbar miteinander verbunden werden können, wobei mittels der Magnetverbindung, die durch die Magnetverbindungselemente 4 hergestellt wird, eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt wird, die eine druckdichte Verbindung zwischen den Segmenten erzeugt, sodass das unter der später zusammengesetzten mehrteiligen Vakuumhaube 1 angeordnete Fasermaterial entsprechend evakuierbar ist.
  • Bestehen die Vakuumhaubensegmente 2e und 2f aus einem elastomeren Material, so ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Magnetverbindungselemente in das elastomere Material im Verbindungsbereich 3 eingebracht werden.

Claims (10)

  1. Mehrteilige Vakuumhaube (1) zur Abdeckung von Fasermaterial bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils, wobei die Vakuumhaube (1) aus einem flexiblen Material besteht oder ein flexibles Material aufweist und eine Mehrzahl von separaten Vakuumhaubensegmenten (2a bis 2f) hat, die zusammengesetzt die mehrteilige Vakuumhaube (1) zur Abdeckung des Fasermaterials bilden, wobei die Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) zum miteinander lösbaren Verbinden in an den Vakuumhaubensegmenten (2a bis 2f) vorgesehenen Verbindungsbereichen (3) zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube (1) ausgebildet sind.
  2. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen (3) so ausgebildet sind, dass miteinander lösbar verbundene Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen (3) überlappend zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube (1) angeordnet sind.
  3. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) in ihren überlappenden Verbindungsbereichen (3) eine Stufenfalz oder ein Nut/Federsystem zum lösbaren Verbinden der Vakuumhaubensegmente zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube ausbilden.
  4. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) zum kraftschlüssigen Verbinden mittels einer Magnetverbindung ausgebildet sind.
  5. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen (3) Magnetverbindungselemente (4) aufweisen, die zur Bildung einer kraftschlüssigen Magnetverbindung zum lösbaren Verbinden der jeweiligen Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) ausgebildet sind.
  6. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zum überlappenden Verbinden ausgebildete Verbindungsbereiche der Vakuumhaubensegmenten (2a bis 2f) jeweils mindestens ein Magnetverbindungselement (4) in den Verbindungsbereichen der Vakuumhaubensegmente vorgesehen ist.
  7. Mehrteilige Vakuumhaube (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhaubensegmente (2a bis 2f) Positionierelemente haben, die zum Positionieren der Vakuumhaubensegmente beim Zusammensetzen der Vakuumhaubensegmente zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube ausgebildet sind.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Faserverbundwerkstoff, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer mehrteiligen Vakuumhaube gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, b) Abdecken des Fasermaterials mit der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube und Evakuieren des unter der mehrteiligen Vakuumhaube abgedeckten Fasermaterials mittels einer Vakuumpumpe, und c) Aushärten eines in das Fasermaterial eingebrachten Matrixmaterials zur Herstellung des Faserverbundbauteils.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die mehrteilige Vakuumhaube durch Zusammensetzen der separaten Vakuumhaubensegmente gebildet und anschließend das Fasermaterial mit der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube vollständig abgedeckt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhaubensegmente während des Abdeckens des Fasermaterials zur Bildung der der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube zusammengesetzt werden.
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