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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils.
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Bei Faserverbundbauteilen stellt der Faservolumengehalt ein maßgebliches Kriterium der Bauteilqualität dar. Der Faservolumengehalt stellt sich während des Herstellungsprozesses eines Faserverbundbauteils ein. Je nach Anforderungen und Einsatzzweck des Bauteils können Werte des Faservolumengehalts von 50–60% oder mehr gewünscht sein.
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Bestimmt wird der Faservolumengehalt durch das Zusammenspiel zwischen einem von dem zur Herstellung verwendeten Werkzeug bereitgestellten Volumen einer Bauteilkavität und dem darin eingebrachten Verhältnis der Mengen an Fasermaterial und Matrixmaterial. Der Vorgang des Benetzens bzw. Einbettens des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial wird als Infiltration bezeichnet. Der Vorgang des Einbringens des Matrixmaterials in die Bauteilkavität wird als Infusion oder Injektion bezeichnet.
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Zur Herstellung von Faserverbundbauteilen existieren Harzinjektionsprozesse in geschlossenen Werkzeugen, wobei ein mehrteiliges, formgebendes Werkzeug das herzustellende Bauteil allseitig umgibt, wie beispielsweise von RTM-Prozessen (Resin Transfer Moulding) bekannt. Damit lassen sich hohe Faservolumengehälter reproduzierbar realisieren. Soll ein hoher Faservolumengehalt, beispielsweise ≥ 60% realisiert werden, wird dazu meist das Fasermaterial in einem geschlossenen Werkzeug vor der Infiltration bereits stark kompaktiert.
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Hingegen wird bei Harzinfusionsverfahren auf einseitig formgebendem Werkzeug der Faservolumengehalt maßgeblich durch die Kompaktierung des bereits infiltrierten Fasermaterials bestimmt.
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Die
DE 10 2013 006 940 A1 beschreibt eine Fließhilfe für ein einseitig formgebendes Werkzeug, die eine an sich gasdichte Umhüllung nach Art einer Vakuumfolie bereitstellt, bei welcher Harz unter Druckbeaufschlagung in ein Fasermaterial eingebracht wird. Für eine etwaige Kompaktierung des infiltrierten Fasermaterials kann auf den Druckunterschied zwischen einem Umgebungsdruck und annäherndem Vakuum unter der Umhüllung zurückgegriffen werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- – Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, mit: einem einseitig formgebenden Werkzeug; einer Abdeckung, wobei zwischen dem einseitig formgebenden Werkzeug und der Abdeckung eine Bauteilkavität vorgesehen ist; und einem Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines quellfähigen Materials, welches vorgesehen ist, um in einem aktivierten Zustand einen Druck auf die Bauteilkavität auszuüben.
- – Ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Schritten: Einlegen eines Faserelements in eine Bauteilkavität; und Aufbringen eines Drucks auf die Bauteilkavität durch Aktivieren eines quellfähigen Materials.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den maximal möglichen Druckunterschied zum Kompaktieren einer Faserlage an einem einseitig formgebenden Werkzeug über den Umgebungsdruck hinaus mittels eines quellfähigen Materials zu erhöhen. Zur Aufnahme des quellfähigen Materials ist ein Aufnahmeabschnitt vorgesehen. Das quellfähige Material ist dabei vorgesehen, das heißt insbesondere entsprechend ausgelegt und angeordnet, um in einem aktvierten Zustand einen Druck auf die Bauteilkavität auszuüben.
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Insbesondere kann der Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des quellfähigen Materials an der Abdeckung und/oder zwischen der Abdeckung und der Bauteilkavität angeordnet sein.
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Der Druck ist in einem bereits infiltrierten Zustand der Faserlage aufbringbar, um überschüssiges Harz aus der Bauteilkavität, insbesondere über einen Auslass, herauszudrücken. Es kann so vorteilhaft ein höherer Faservolumengehalt erreicht werden als gemeinhin bei Harzinfusionsprozessen auf einseitig formgebendem Werkzeug üblich, ohne dass dafür ein zweiseitig formgebendes Werkzeug benötigt wird.
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Ein Druck auf die Bauteilkavität kann neben dem Herausdrücken von überschüssigem Harz auch für weitere Funktionen, beispielsweise ein Vorkompaktieren von Faserlagen und/oder eine Lagefixierung der Faserlagen, eingesetzt werden.
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Ein solcher Druck ist daher vor und/oder auch während der Infiltration nutzbar, um das Faserelement zu fixieren. Somit kann eine Infiltrationsgeschwindigkeit bzw. ein Injektionsdruck des Matrixmaterials höher als ohne Fixierung des Faserelements vorgesehen werden, da das Faserelement nicht verrutschen kann und die einzelnen Faserlagen innerhalb des Faserelements sich nicht gegeneinander verschieben können. Die Infiltration läuft daher wesentlich schneller ab. Dies ermöglicht wiederum einen weiteren Geschwindigkeitsvorteil, denn mit einem schnelleren Infiltrationsvorgang kann ein schneller aushärtendes Matrixmaterial, insbesondere ein entsprechend höher reaktives Harzsystem, eingesetzt werden, welches eine kürzere Zeitdauer zum Aushärten benötigt. Es kann daher in zweifacher Hinsicht ein Geschwindigkeitsvorteil erzielt werden.
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Erfindungsgemäß werden somit einerseits höhere Faservolumengehälter des herzustellenden Faserverbundbauteils erreicht und dadurch die Bauteilqualität dahingehend gezielt verbessert. Ferner kann erfindungsgemäß vorteilhaft aber auch noch die Herstellung eines Faserverbundbauteils wesentlich beschleunigt werden.
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Vor der Infiltration wird die Bauteilkavität vorzugsweise abgedichtet und evakuiert. Als Bauteilkavität wird das Volumen bezeichnet, innerhalb dessen sich das Fasermaterial des herzustellenden Bauteils befindet und dort zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit Matrixmaterial infiltriert wird.
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Unter einem Aktivieren des quellfähigen Materials ist ein Prozess zu verstehen, der eine Volumenzunahme des quellfähigen Materials verursacht bzw. initiiert. Dementsprechend stellt ein aktivierter Zustand einen aufgequollenen Zustand dar.
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Als quellfähiges Material kommen jegliche Materialien in Frage, die in ihrem Volumen zunehmen und folglich einen Druck auf die Bauteilkavität ausüben können. Diese Volumenzunahme kann beispielsweise chemisch, physikalisch und/oder temperaturbedingt initiiert bzw. verursacht werden.
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Der auf die Bauteilkavität entstehende Druck kann durch die Menge des aktivierten quellfähigen Materials geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der auf die Bauteilkavität wirkende Druck über die Menge und/oder über den Druck eines in das quellfähige Material eingebrachten Quellstoffs, beispielsweise eines Treibgases, geregelt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz von quellfähigem Material ist es ermöglicht, höhere Drücke auf die Bauteilkavität auszuüben, als beispielsweise bei herkömmlichen Autoklaven (ca. 6–8 bar) üblich. Dies kann vorteilhaft zu einer verstärkten Kompaktierung des infiltrierten Fasermaterials und einem entsprechend hohen Faservolumengehalt führen.
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In einem inaktiven bzw. unaufgequollenen Zustand weist das quellfähige Material ein geringeres Volumen auf als in einem aktivierten bzw. aufgequollenen Zustand. Somit übt das quellfähige Material im inaktiven Zustand keinen oder nur geringen oder nur lokalen Druck auf die Bauteilkavität aus.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem einseitig formgebenden Werkzeug sind die Kosten für das formgebende Werkzeug vorteilhaft erheblich geringer als bei mehrteiligen Werkzeugen, wie sie beispielsweise bei sogenannten compression-RTM oder advanced-RTM Verfahren eingesetzt werden. Die dazu benötigten Maschinen, wie beispielsweise eine hydraulische Presse, sind mit hohen Anschaffungskosten verbunden. Zudem stellt auch das mehrteilige, formgebende Werkzeug selbst einen erheblichen Kostenfaktor dar, der insbesondere bei geringen Stückzahlen der herzustellenden Bauteile die Bauteilkosten maßgeblich beeinflusst.
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Ferner braucht der Faservolumengehalt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht, wie ansonsten bei Harzinfusionsprozessen auf einseitig formgebenden Werkzeugen üblich, über die Menge des in die Bauteilkavität eingebrachten Matrixmaterials und die Druckdifferenz zu einer Umgebung eingestellt werden. Dies ist vorteilhaft, da um das Fasermaterial in angemessener Zeit vollständig zu infiltrieren, meist eine größere Menge an Matrixmaterial nötig ist, als sich für den gewünschten Faservolumengehalt (z. B. ≥ 60%) rechnerisch ergibt. Vielmehr kann das Fasermaterial erfindungsgemäß mit einem Überschuss an Matrixmaterial infiltriert und der Überschuss an Matrixmaterial nach vollständiger Infiltration vor dem Aushärten über eine Absaugung und/oder den Zu- und Ablauf der Bauteilkavität mit erhöhtem Druck, der insbesondere höher als ein Druckunterschied eines Vakuums in der Bauteilkavität zum Umgebungsdruck ist, wieder aus der Bauteilkavität herausgedrückt werden.
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Mit diesem erhöhten Druckunterschied und der sich daraus ergebenen äußeren Einwirkung auf die Bauteilkavität, um überschüssiges Matrixmaterial aus dieser zu entfernen, lassen sich erfindungsgemäß vorteilhaft ähnlich hohe Faservolumengehälter realisieren, als sie bei den vergleichsweise kostspieligen Vorrichtungen und Harzinjektionsprozessen mit geschlossenem Werkzeug möglich sind.
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Wird quellfähiges Material bereits vor Infiltrationsbeginn erfindungsgemäß angewendet, kann anschließend die Injektion des Matrixmaterials ähnlich ablaufen, wie es von Harzinfusionsprozessen mit geschlossenem Werkzeug bekannt ist. Dabei kann jedoch vorteilhaft auf ein oberseitig formgebendes Werkzeug verzichtet werden. Dies kann eine erhebliche Kosteneinsparung bedeuten, da formgebende Werkzeuge meist innerhalb kleiner Toleranzen gefertigt werden und entsprechend kostenintensiv sind, was die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders für die Fertigung geringer Stückzahlen vorteilhaft macht.
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Des Weiteren können erfindungsgemäß vorteilhaft auch Bauteile mit komplexen Bauteilgeometrien, beispielsweise Hinterschneidungen, gefertigt werden, ohne dass dazu ein mehrteiliges formgebendes Werkzeug benötigt wird. Dies ist darin begründet, dass sich quellfähiges Material während des Aufquellens automatisch auch bei komplexer Geometrie in freie Räume ausbreitet. Vorteilhaft ist somit eine einfache und vergleichsweise kostengünstige Herstellung auch bei komplexen Bauteilgeometrien möglich.
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Als einen weiteren Vorteil gegenüber bauteilspezifisch geschlossenen Werkzeugen bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit, mit der Abdeckung und dem quellfähigen Material Bauteile verschiedener Geometrien herstellen zu können. Auf oberseitig formgebende Werkzeuge für jede einzelne Bauteilgeometrie kann dabei vorteilhaft verzichtet werden.
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Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Lösung auch deutlich kostengünstiger, als den gesamten Aufbau für einen Harzinfusionsprozess auf einem einseitig formgebenden Werkzeug in einem ggf. beheizten Druckkessel, einem sogenannten Autoklav, zu positionieren. Zwar könnte auch damit eine erhöhte Druckdifferenz zwischen evakuierter Bauteilkavität (annäherndes Vakuum) und deren Umgebung (ca. 6–8 bar bei herkömmlichen Autoklaven) aufgebaut werden, jedoch sind derartige Autoklaven mit sehr hohen Anschaffungskosten verbunden.
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Es wird daher erfindungsgemäß ein deutlicher Kostenvorteil erzielt.
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Ein Hohlraum der Abdeckung, in dem das quellfähige Material angeordnet ist, braucht gegenüber der Umgebung nicht notwendigerweise hermetisch abgedichtet zu sein. Der Verzicht auf eine hermetische Abdichtung kann dabei auch vorteilhaft sein, da so beispielsweise bei der Aktivierung des quellfähigen Materials entstehende Reaktionsgase entweichen können. Ferner kann damit auch Luft, die gegebenenfalls als Reaktionsgas für eine Aktivierungsreaktion dienen kann, leicht zugeführt werden. Ferner ist somit auch ein vereinfachter Aufbau, insbesondere bei einer lokalen Anwendung des quellfähigen Materials, realisiert.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Abdeckung seitlich der Bauteilkavität an dem einseitig formgebenden Werkzeug fixierbar vorgesehen. Die Fixierung kann als eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise mittels Schrauben, Haken, oder dergleichen, oder als eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klemmverbindung, ausgebildet sein. Durch die Fixierung der Druckkammer wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Druckkammer in dem mit Druck beaufschlagten Zustand einen Druck an der richtigen vorbestimmten Position auf die Bauteilkavität bewirkt. Die Abdeckung kann dabei formstabil oder flexibel sein. Bei einer flexiblen Ausführung ist ein ausreichend dehnsteifes Material der Abdeckung vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das quellfähige Material an vorbestimmten Abschnitten der Abdeckung zum Beaufschlagen vorbestimmter Abschnitte der Bauteilkavität mit einem Druck vorgesehen. Insbesondere sind die einzelnen Abschnitte unabhängig voneinander aktivierbar. Es handelt sich um zumindest zwei Abschnitte. Dabei kann ein erster Abschnitt einen lokalen Druck auf die Bauteilkavität aufbringen. Dieser lokale Druck kann zur Fixierung des Fasermaterials dienlich sein, was insbesondere bei einem Injektionsdruck des Matrixmaterials von über 1 bar absolut vorteilhaft ist, um eine unerwünschte Verschiebung von Fasermaterial zu verhindern. Ein zweiter Abschnitt kann zumindest abschnittsweise flächig ausgebildet sein und nach der Infiltration bei Druckbeaufschlagung einen flächigen Druck auf die Bauteilkavität aufbringen. Vorteilhaft sind somit mehrere Funktionen des quellfähigen Materials, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Herstellungsverfahrens, realisiert. Das quellfähige Material kann derart an der Abdeckung vorgesehen werden, dass im aktivierten Zustand die gesamte dem einseitig formgebenden Werkzeug abgewandte Oberfläche der Bauteilkavität in Wirkverbindung damit steht. Die Bauteilkavität sowie ein sich darin befindliches Bauteil wird so vollständig mit Druck beaufschlagt. Bei einer weiteren Ausführung kann nur in einem oder mehreren vorbestimmten Bereich(en) die Anwendung von quellfähigem Material vorgesehen sein. Insbesondere kann dies sinnvoll sein, wenn lokal Qualitätsansprüche an das Bauteil, insbesondere die Anforderungen an den Faservolumengehalt, variieren. Beispielsweise kann so bei einem herzustellenden Flügel im Bereich der Flügelwurzel ein höherer Faservolumengehalt vorgesehen werden als beispielsweise an einer Flügelhinterkante einer Flügelschale. Auf ähnliche Weise können z. B. bestimmte Bereiche eine Crashzelle unterschiedlich ausgelegt werden. Des Weiteren kann eine lokale Anwendung des quellfähigen Materials sinnvoll sein, wenn es während des Harzinfusionsprozesses Tendenzen gibt, dass sich in bestimmten Bereichen Matrixmaterial unerwünscht ansammelt. Einer solchen Ansammlung von Matrixmaterial in sogenannten Reinharzgebieten kann dann gezielt in den betroffenen Bereichen entgegengewirkt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das quellfähige Material zumindest in einem Bereich nahe eines Matrixzulaufs der Bauteilkavität angeordnet und zum Beschleunigen einer Fließfront des Matrixmaterials durch Aufbau eines Drucks im Bereich des Matrixzulaufs vorgesehen. Eine Beschleunigung der Fortbewegung der Fließfront des Matrixmaterials hat zum Vorteil, dass eine für die Infiltration benötigte Zeit reduziert wird. Der Matrixzulauf ist beispielsweise mittig in der Bauteilkavität angeordnet, sodass eine beschleunigte Ausbreitung der Fließfront in alle Richtungen erfolgt. In diesem Fall kann vor dem Aktivieren des quellfähigen Materials die Bauteilkavität bereits mit einer für das herzustellende Bauteil ausreichenden Menge an Matrixmaterial versehen sein. Auf eine gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials muss dabei nicht im herkömmlichen Maße geachtet werden, da die gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials anschließend mittels des quellfähigen Materials realisiert bzw. unterstützt wird. Der Matrixzulauf kann dabei gemäß einer Weiterbildung in einer Dickenrichtung des Fasermaterials ausgerichtet sein. Dadurch kann das Matrixmaterial vorteilhaft mit einem Druck größer dem atmosphärischen Umgebungsdruck in die Bauteilkavität injiziert werden, denn aufgrund der Injektion in Dickenrichtung werden keine oder zumindest keine maßgeblichen Verschiebungen des Fasermaterials hervorgerufen. Dies kann daher ebenfalls zu einer Verkürzung der Infiltrationszeit führen. Ferner ist dann auch ein höher reaktives und/oder schneller aushärtendes Matrixmaterial verwendbar, sodass in zweierlei Hinsicht die Herstellung beschleunigt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Abdeckung mit einer Mehrzahl von einzeln, insbesondere unabhängig voneinander, aktivierbaren Abschnitten mit quellfähigem Material versehbar ausgebildet. Vorteilhaft können die einzelnen Abschnitte somit unterschiedliche Funktionen erfüllen und/oder zu unterschiedlichen Stadien eines Herstellungsprozesses aktiviert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung liegen die einzeln aktivierbaren Abschnitte übereinander, wobei ein erster Abschnitt bereits vor oder zu der Injektion eines Matrixmaterials aktivierbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein zweiter Abschnitt nach oder kurz vor Ende einer Infiltration zum Aufbringen eines erhöhten und/oder an weiteren Flächen angreifenden Drucks aktivierbar. Vorteilhaft kann somit nach Aktivierung des ersten Abschnitts ohne Gefahr von Faserverschiebungen das Matrixmaterial mit einem Druck größer dem atmosphärischen Umgebungsdruck in die Bauteilkavität injiziert werden. Es kann so ein höherer Infusionsdruck realisiert werden als gemeinhin bei Harzinfusionsprozessen auf einseitig formgebendem Werkzeug üblich, was vorteilhaft zu einer Reduktion der benötigten Infiltrationszeit führt. Beispielsweise können als einzeln aktivierbare Abschnitte in der Abdeckung zwei getrennte Schichten mit quellfähigem Material vorgesehen sein. Ferner ist auch eine Wiederverwendung eines ersten Abschnitts im aktivierten Zustand für mehrere gleiche Bauteile möglich. In diesem Fall wird der wiederverwendete erste Abschnitt im bereits aktivierten Zustand in die Abdeckung eingelegt, um das Faserelement bei der Infiltration zu fixieren. Mittels des zweiten Abschnitts kann dann jeweils der Druck auf das infiltrierte Fasermaterial zur Formgebung und zum Herausdrücken von überschüssigem Harz aus der Bauteilkavität erhöht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Abdeckung erweiterbar ausgebildet, wobei nach dem Einbringen und/oder Aktivieren des ersten Abschnitts mit quellfähigem Material ein Hohlraum innerhalb der Abdeckung zum Einbringen des zweiten Abschnitts mit quellfähigem Material freigebbar ist. Der Hohlraum kann zwischen dem ersten Abschnitt mit bereits aktiviertem quellfähigem Material und einer Rückwand der Abdeckung freigegeben werden, beispielsweise indem die Abdeckung angehoben und in einem größeren Abstand zur Bauteilkavität erneut fixiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung anderweitig dazu eingerichtet sein, den Hohlraum freizugeben, beispielsweise mit einem Teleskopmechanismus oder dergleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das quellfähige Material innerhalb einer Tasche, insbesondere mit dehnfähiger Außenhaut, unter der Abdeckung vorgesehen. Vorteilhaft wird somit verhindert, dass Rückstände des quellfähigen Materials an der Abdeckung, dem einseitig formgebenden Werkzeug, einer die Bauteilkavität abdichtenden Vakuumeinrichtung und/oder anderen Teilen zurückbleiben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das quellfähige Material ein aufschäumbares Material. Dabei kann es sich insbesondere um eine aufschäumbare Konfiguration von Polyurethan handeln. Denkbar wären auch aufschäumbare Konfigurationen von Polyvinylchlorid oder Polystyrol. Bei einem Aktivieren wird dementsprechend eine Volumenzunahme durch eine Aufschäumreaktion hervorgerufen. Eine derartige Aufschäumreaktion kann beispielsweise durch einen Kontakt mit Luft und/oder Wasser, wie sie z. B. bei Polyurethan-Schäumen im Bauwerkstoffbereich üblich ist, aktiviert werden. Beim Aufschäumen reagiert das aufschäumbare Material beispielsweise mit der Luftfeuchtigkeit oder einer zugeführten Feuchtigkeit. Neben vielen anderen aufschäumbaren Materialien ist insbesondere die Verwendung von Hartschäumen vorteilhaft, da diese einen vergleichsweise hohen Druck aufbauen können und anschließend Ihre Form zuverlässig konstant halten. Ferner ist das aufschäumbare Material vorzugsweise auf die verwendeten Prozesstemperaturen und/oder das verwendete Matrixmaterial abgestimmt. Dabei kann das quellfähige Material mit einer exothermen Aktivierungsreaktion aufquellbar vorgesehen sein, wobei das Matrixmaterial erwärmt wird. Das Matrixmaterial wird so in einen niedrigviskoseren Zustand versetzt und kann das Faserelement entsprechend schneller infiltrieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Matrixmaterial durch die Wärme auch schneller aushärten. Ferner sind gegebenenfalls für die Aushärtung des Matrixmaterials zusätzlich von außen angelegte Temperaturen unterhalb einer maximal für das aufschäumbare Material verträglichen Temperatur, beispielsweise im Falle von PU-Schaum etwa 90°C, vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundbauteils übt das quellfähige Material nach einer vollständigen Infiltration des Faserelements mit einer Matrix einen Druck auf die Bauteilkavität aus, wobei überschüssiges Matrixmaterial aus der Bauteilkavität gedrückt wird. Vorteilhaft kann so ein erhöhter Faservolumengehalt, beispielsweise ≥ 60%, erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform übt das quellfähige Material in einem ersten Abschnitt während und/oder nach einem Evakuieren der Bauteilkavität einen Druck auf die Bauteilkavität aus. Dabei kann ein vorbestimmter Kompaktierungsgrad des Faserelements eingestellt werden. Somit wird das Faserelement vorteilhaft zur Infiltration vorbereitet. Alternativ oder zusätzlich wird dabei Restluft aus der Bauteilkavität gedrückt. Sogenannte Restluft stellt eine geringe Menge an in der Bauteilkavität unerwünscht verbleibender Luft dar, die meist innerhalb des Fasermaterials verbleibt. Diese Restluft kann zu Porenbildung und trockenen Stellen, d. h. nicht vollständig infiltrierten Stellen im herzustellenden Bauteil führen. Erfindungsgemäß kann vorteilhaft die Menge an Restluft in der Bauteilkavität reduziert bzw. minimiert werden, was durch den auf die Bauteilkavität ausgeübten Druck vorzugsweise während des Evakuierungsvorgangs geschieht. Optional oder zusätzlich wird durch den in dem ersten Abschnitt aufgebrachten Druck das Faserelement für eine anschließende Infiltration fixiert. Somit kann vorteilhaft ein höherer Injektionsdruck gefahren werden, was eine schnellere Infiltration und somit gegebenenfalls den Einsatz einer höher reaktiven und/oder schneller aushärtenden Matrixmaterials ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das quellfähige Material nach oder kurz vor Ende der vollständigen Infiltration des Faserelements in einem zweiten Abschnitt zum Aufbringen eines erhöhten Drucks aktiviert. Alternativ oder zusätzlich wird es dabei zum Aufbringen eines an weiteren Flächen angreifenden Drucks aktiviert. Mittels des zweiten Abschnitts kann daher der Druck auf das infiltrierte Fasermaterial zur Formgebung und zum Herausdrücken von überschüssigem Harz aus der Bauteilkavität erhöht werden. Durch den Druck werden zudem vorteilhaft etwaig vorhandene Restluft, die nicht bei der Infiltration durch die Fließfront des Matrixmaterials aus der Bauteilkavität geschoben wurde, und etwaig vorhandene Reaktionsgase in ihrem Volumen komprimiert. Somit werden Lufteinschlüsse und Porenbildung bestmöglich vermieden bzw. im herzustellenden Bauteil minimiert. Bei einer Ausführung kann die Abdeckung nach der Infiltration bzw. nach Einbringen und/oder Aktivieren des ersten Abschnitts mit quellfähigem Material erweitert und so ein Hohlraum für den zweiten Abschnitt freigegeben werden. Der Hohlraum kann zwischen dem ersten Abschnitt mit bereits aktiviertem quellfähigem Material und einer Rückwand der Abdeckung freigegeben werden, beispielsweise indem die Abdeckung angehoben und in einem größeren Abstand zur Bauteilkavität erneut fixiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung anderweitig den Hohlraum freigeben, beispielsweise mit einem Teleskopmechanismus oder dergleichen. Bei einer weiteren Ausführung kann der zweite Abschnitt bereits vor der Infiltration und/oder dem Aktivieren des ersten Abschnitts in der Abdeckung vorgesehen bzw. vorbereitet sein. Beispielsweise können in der Abdeckung dazu zwei getrennt aktivierbare Schichten mit quellfähigem Material vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform quellt das quellfähige Material während der Infiltration in einem Bereich nahe eines Matrixzulaufs der Bauteilkavität auf und beschleunigt so eine Fortbewegung einer Fließfront des Matrixmaterials. Eine Beschleunigung der Fortbewegung der Fließfront des Matrixmaterials hat zum Vorteil, dass eine für die Infiltration benötigte Zeit reduziert wird. Ferner ist dann auch ein höher reaktives und/oder schneller aushärtendes Matrixmaterial verwendbar, sodass in zweierlei Hinsicht die Herstellung beschleunigt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform gibt das quellfähige Material während der Aktivierung Wärme ab und erwärmt das Matrixmaterial. Dies geschieht insbesondere mittels einer exothermen chemischen Aktivierungsreaktion. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein erhitztes Treibgas zugeführt werden. Durch die Temperierung des quellfähigen Materials kann die Viskosität des Matrixmaterials vorteilhaft beeinflusst werden, sodass bei der Infiltration mit erhöhter Temperatur eine geringere Viskosität des Matrixmaterials eingestellt werden kann. Ferner kann mit Erhöhung der Temperatur in einem späteren Schritt auch die Aushärtung des Matrixmaterials beschleunigt werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind die Merkmale der Vorrichtung mit dem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils kombinierbar, und umgekehrt.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
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1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Stadium eines Herstellungsverfahrens;
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in einem zweiten Stadium des Herstellungsverfahrens;
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3 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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4 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Stadium eines Herstellungsverfahrens.
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Die Vorrichtung 1 weist ein einseitig formgebendes Werkzeug 2 auf. Ferner ist eine oberhalb des Werkzeugs 2 angeordnete Abdeckung 3 vorgesehen. Zwischen Werkzeug 2 und Abdeckung 3 ist eine Bauteilkavität 4 vorhanden.
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In die Bauteilkavität 4 ist ein Faserelement 9 einlegbar. Ferner ist eine Vakuumeinrichtung 10 zum Evakuieren der Bauteilkavität 4 vorgesehen, welche hier schematisch als eine mit einer Dichtung 11 versehene evakuierbare Vakuumfolie, die zwischen dem Faserelement 9 und der Abdeckung 3 angeordnet ist, dargestellt ist.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Abdeckung 3 an dem einseitig formgebenden Werkzeug 2 seitlich fixiert. Diese Fixierung kann als eine formschlüssige Verbindung oder eine kraftschlüssige Verbindung vorgesehen sein. Exemplarisch ist die Fixierung mit schematisch darstellten Befestigungsmitteln 12 eingezeichnet.
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Die Vakuumeinrichtung 10 ist analog zu einer Vakuumeinrichtung für einen herkömmlichen Harzinfusionsprozess auf dem einseitig formgebenden Werkzeug 2 angeordnet und kann mehrere nicht einzeln dargestellte Komponenten, wie unterschiedliche Fasermaterialien, ein Abreißgewebe, eine Fließhilfe und/oder eine semipermeable Membran umfassen. Ferner sind ein Matrixzulauf 6 und eine Absaugung 13 vorgesehen.
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Die Bauteilkavität 4 wird zum Herstellen eines Faserverbundbauteils nach dem Einlegen eines Faserelements 9 mittels der Vakuumeinrichtung 10 gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet.
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Die Abdeckung 3 weist einen zur Bauteilkavität 4 hin offenen Aufnahmeabschnitt 14 auf, der als Hohlraum ausgebildet ist in welchem ein quellfähiges Material 5 vorgesehen oder einbringbar ist. Das hier nicht im Detail dargestellte quellfähige Material 5 liegt in dem in 1 dargestellten Zustand in einem inaktiven Zustand vor, in welchem es nicht aufgequollen ist. Das quellfähige Material 5 übt bei dem hier dargestellten Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vor und während eines hier schematisch dargestellten Infusionsvorgangs mit einer Matrix 8 dementsprechend noch keinen Druck auf die Bauteilkavität 4 aus.
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2 zeigt die Vorrichtung gemäß 1 in einem zweiten Stadium des Herstellungsverfahrens.
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Dabei ist das Faserelement 9 vollständig mit einer Matrix 8 infiltriert. Nach vollständiger Infiltration des Faserelements 9 wird das quellfähige Material 5 aktiviert, sodass dieses aufquellt und eine Volumenzunahme erfährt, wobei es den als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeabschitt 14 ausfüllt und einen Druck auf die Bauteilkavität 4 ausübt. Dargestellt ist hier entsprechend ein aktivierter Zustand des quellfähigen Materials 5, wobei dieses in Wirkverbindung mit der Bauteilkavität 4 steht.
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Mittels der so erreichten äußeren Druckeinwirkung auf die Bauteilkavität 4 wird ein bei der Infusion eingebrachter Überschuss an Matrixmaterial vor einem Aushärten wieder aus der Bauteilkavität 4 gedrückt, beispielsweise durch eine Öffnung für die Absaugung 13 und/oder den Matrixzulauf 6, sodass ein vergleichsweise hoher Faservolumengehalt von beispielsweise ≥ 60% erreicht werden kann.
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Der von der quellfähigen Material 5 auf die Bauteilkavität 4 ausgeübte Druck kann nach erfolgter Entfernung des überschüssigen Matrixmaterials noch während eines anschließenden Aushärtevorgangs des infiltrierten Faserelements 9 zu einem Faserverbundbauteil aufrechterhalten werden.
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Vor Infusionsbeginn wird die Bauteilkavität 4 mittels der Vakuumeinrichtung 10 evakuiert. Bei diesem Evakuierungsvorgang kann eine unerwünschte geringe Menge an Luft, sogenannte Restluft, in der Bauteilkavität 4, meist innerhalb des Fasermaterials eines Faserelements 9, verbleiben. Diese Restluft kann zu unerwünschter Porenbildung und/oder trockenen, das heißt nicht vollständig infiltrierten, Stellen im herzustellenden Faserverbundbauteil führen.
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Eine Erhöhung des auf die Bauteilkavität 4 ausgeübten Drucks nach der vollständigen Infiltration bewirkt neben den bereits genannten Vorteilen den positiven Effekt, dass etwaig vorhandene Restluft, die nicht durch die Fließfront des Matrixmaterials aus der Bauteilkavität 4 geschoben wurde, und etwaig vorhandene Reaktionsgase in ihrem Volumen komprimiert werden. Eine Porenbildung im herzustellenden Bauteil durch solche Gaseinschlüsse wird somit vorteilhaft minimiert. Dazu ist es zweckmäßig, das aktivierte quellfähige Material 5 erst nach einem Aushärteprozess der Matrix 8 von der Bauteilkavität 4 zu entfernen.
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Alternativ oder zusätzlich kann das quellfähige Material 5 bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils auch bereits vor und/oder während dem Infusionsvorgang aktiviert werden und somit bereits in einem früheren Verfahrensstadium einen Druck auf die Bauteilkavität 4 ausüben.
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Dieser mittels des quellfähigen Materials 5 auf die Bauteilkavität 4 ausgeübte Druck kann bei einer Ausführung auch schon während des Evakuierungsvorgangs genutzt werden, um die Menge an Restluft und somit auch die spätere Bildung von Poren und trockenen Stellen zu reduzieren.
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Neben der Möglichkeit mittels des durch das quellfähige Material 5 aufbringbaren Drucks überschüssiges Matrixmaterial aus der Bauteilkavität 4 zu entfernen, ist es ebenfalls möglich, bereits den Infiltrationsvorgang mittels dieses Drucks zu beeinflussen. So kann beispielsweise Matrixmaterial, welches sich über eine nicht dargestellte Fließhilfe flächig über das Faserelement 9 verteilt hat, mit Hilfe des quellfähigen Materials 5 in das Fasermaterial des Faserelements 9 gedrückt werden.
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Ferner kann das quellfähige Material 5 vorteilhaft eingesetzt werden, um das Faserelement 9 während einer Infusion des Matrixmaterials innerhalb der Bauteilkavität 4 zu fixieren. Somit wird es ermöglicht, einen erhöhten Infusionsdruck des Matrixmaterials anzulegen, sodass eine Infiltration des Faserelements 9 mit der Matrix 8 beschleunigt wird. Vorteilhaft kann damit wiederum ein höher reaktives Harzsystem als Matrixmaterial eingesetzt werden, welches schneller aushärtet. Bei einer weiteren Ausführung mit einer thermoplastischen Matrix kann in diesem Fall ein Matrixmaterial eingesetzt werden, welches eine kürzere Abkühlzeit zum Aushärten benötigt.
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Durch die Fixierung der Abdeckung 3 wird dabei stets sichergestellt, dass in einem aktivierten Zustand des quellfähigen Materials ein Druck an der gewünschten Position auf die Bauteilkavität 4 ausgeübt wird.
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Das quellfähige Material 5 kann auch erst während eines Herstellungsprozesses in den als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeabschnitt 14 der Abdeckung 3 eingebracht werden. Die Abdeckung 3 verfügt in diesem Fall entsprechend über zumindest eine nicht dargestellte Öffnung.
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Das quellfähige Material 5 ist beispielsweise ein aufschäumbares Material. Insbesondere kann es sich bei dem quellfähigen Material 5 um eine aufschäumbare Konfiguration von Polyurethan handeln.
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Es kommen aber auch vielfältige andere Materialien als quellfähiges Material 5 in Frage, die in ihrem Volumen durch eine Aktivierung zunehmen und folglich einen Druck auf die Bauteilkavität 4 ausüben können. Die Aktivierung kann dabei beispielsweise chemisch, physikalisch und/oder temperaturbedingt initiiert werden.
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Bei einem chemischen Aktivieren des aufschäumbaren Materials wird eine Volumenzunahme durch eine Aufschäumreaktion hervorgerufen. Eine derartige Aufschäumreaktion kann beispielsweise durch einen Kontakt mit Luft und/oder Wasser, wie sie bei Polyurethan-Schäumen im Bauwerkstoffbereich üblich ist, aktiviert werden. Dazu reagiert das aufschäumbare Material beispielsweise mit der Luftfeuchtigkeit oder einer gezielt zugeführten, beispielsweise in die Abdeckung injizierten, Feuchtigkeit.
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Bei dem Aufquellen passt sich das quellfähige Material 5 an eine, insbesondere durch das Werkzeug 2 vorgegebene, Bauteiloberfläche an und übt somit einen gleichmäßigen Druck auf die Bauteilkavität aus. Dies ist auch bei komplexen Bauteilgeometrien gegeben. Somit weist das quellfähige Material vorteilhaft eine hohe Anpassungsfähigkeit an jegliche Bauteilgeometrien auf.
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Neben anderen aufschäumbaren Materialien ist insbesondere die Verwendung von sogenannten Hartschäumen, beispielsweise Polyurethan-Schäumen, vorteilhaft, da diese einen vergleichsweise hohen Druck aufbauen können und anschließend ihre Form zuverlässig behalten.
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Bei einem physikalischen Aktivieren einer Aufschäumung wird bzw. werden in das quellfähige Material 5 von außen ein oder mehrere Gas(e) eingebracht, was zu einer Aufschäumung des quellfähigen Materials 5 führt. Die Verwendung von Treibgasen ist dabei ebenfalls möglich, sodass eine kombinierte physikalische und chemische Aufschäumung erfolgt.
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Ferner ist es möglich, die Viskosität des Matrixmaterials mit Hilfe des quellfähigen Materials 5 temperaturbedingt zu beeinflussen. Beispielsweise kann eine exotherme Aktivierungsreaktion des quellfähigen Materials 5 vorgesehen werden, um eine temporäre Reduzierung der Viskosität des Matrixmaterials durch Erwärmen zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann dazu auch ein zum Aufquellen bzw. Aufschäumen einzubringendes Gas, insbesondere Treibgas, vortemperiert bzw. erhitzt, werden. Durch die Reduzierung der Viskosität des Matrixmaterials kann einerseits die Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials erhöht und andererseits gegebenenfalls auch die Menge an mittels des aufgebrachten Drucks aus der Bauteilkavität 4 entfernbaren Matrixmaterials maximiert werden.
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Ferner ist das aufschäumbare Material vorzugsweise auf die verwendeten Prozesstemperaturen und das verwendete Matrixmaterial abgestimmt vorgesehen. Insbesondere sind gegebenenfalls für die Aushärtung des Matrixmaterials zusätzlich von außen angelegte Temperaturen unterhalb einer maximal für das aufschäumbare Material verträglichen Temperatur, beispielsweise im Falle von Polyurethan(PU)-Schaum etwa 90°C, vorgesehen.
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Das quellfähige Material 5 kann direkt in den als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeabschnitt 14 eingebracht vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das quellfähige Material 5 innerhalb einer nicht dargestellten Tasche mit dehnfähiger Außenhaut einzubringen und/oder vorzusehen. Somit wird verhindert, dass Rückstände des quellfähigen Materials 5 an der Abdeckung 3, dem einseitig formgebenden Werkzeug 2 und/oder anderen Teilen zurückbleiben.
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Der auf die Bauteilkavität 4 wirkende Druck kann durch die Menge des aktivierten quellfähigen Materials 5 eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der auf die Bauteilkavität 4 wirkende Druck beispielsweise über die Menge an in das quellfähige Material 5 eingebrachtem Treibgas und/oder über den Druck, mit dem das Treibgas eingebracht wird, geregelt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann mit Hilfe des quellfähigen Materials 5 ebenfalls die Fortbewegung einer Fließfront des Matrixmaterials während der Infiltration beeinflusst werden.
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3 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Hier wird die Verteilung des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials des Faserelements 9 beeinflusst, indem mit Hilfe des quellfähigen Materials 5 in bestimmter Weise, hier lokal im Bereich eines Matrixzulaufs 6 für das Matrixmaterial, Druck auf die Bauteilkavität 4 ausgeübt wird.
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Durch die Anordnung des quellfähigen Materials 5 in dem Bereich nahe des Matrixzulaufs 6 kann das Aufquellen und dadurch lokale Ausüben eines Drucks im Bereich des Matrixzulaufs 6 zum Beschleunigen einer Fließfront 7 des Matrixmaterials genutzt werden. Die Fließfront des Matrixmaterials wird so innerhalb der Bauteilkavität 4 und innerhalb des Fasermaterials des Faserelements 9 beschleunigt vorangetrieben.
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Der Matrixzulauf 6 ist hier mittig in der Bauteilkavität 4 angeordnet, sodass eine beschleunigte Ausbreitung der Fließfront innerhalb der Bauteilkavität 4 in alle Richtungen erfolgt.
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Vor dem Aktivieren des quellfähigen Materials 5 kann in die Bauteilkavität 4 bereits eine für das herzustellende Bauteil ausreichende Menge an Matrixmaterial injiziert werden. Auf eine gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials muss dabei nicht im herkömmlichen Maße geachtet werden, da die gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials anschließend mittels des quellfähigen Materials 5 realisiert bzw. unterstützt wird.
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Der Matrixzulauf 6 ist dabei in einer Dickenrichtung des Fasermaterials des Faserelements 9 ausgerichtet. Dadurch kann das Matrixmaterial vorteilhaft mit einem Druck größer dem atmosphärischen Umgebungsdruck in die Bauteilkavität 4 injiziert werden. Aufgrund der Injektion in Dickenrichtung werden dabei keine oder zumindest keine maßgeblichen Verschiebungen des Fasermaterials hervorgerufen.
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Insgesamt kann so die Infiltrationszeit und damit schließlich die gesamte Prozesszeit vergleichsweise kurz gestaltet werden.
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4 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Die Abdeckung 3 weist hier eine Mehrzahl von einzeln unabhängig voneinander, aktivierbaren Abschnitten 5A, 5B mit quellfähigem Material auf. Die einzelnen Abschnitte 5A, 5B erfüllen unterschiedliche Funktionen und werden zu unterschiedlichen Stadien eines Herstellungsprozesses aktiviert.
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Die einzeln aktivierbaren Abschnitte 5A, 5B liegen übereinander. Der erste Abschnitt 5A ist bereits vor oder zu der Injektion eines Matrixmaterials aktivierbar.
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Nach Aktivierung des ersten Abschnitts 5A kann ohne Gefahr von Faserverschiebungen das Matrixmaterial mit einem Druck größer dem atmosphärischen Umgebungsdruck in die Bauteilkavität 4 injiziert werden, da das Faserelement 9 durch den Druck fixiert ist.
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Der zweite Abschnitt ist vorgesehen, um erst nach oder kurz vor Ende einer Infiltration zum Aufbringen eines erhöhten und/oder an weiteren Flächen angreifenden Drucks aktiviert zu werden.
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Dazu können bei einer Ausführung zwei getrennt aktivierbare Schichten mit quellfähigem Material 5 in der Abdeckung 3 vorgesehen sein.
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Ferner ist auch eine Wiederverwendung eines ersten Abschnitts 5A im aktivierten Zustand für mehrere gleiche Bauteile möglich. In diesem Fall wird der Wiederverwendete erste Abschnitt 5A im bereits aktivierten Zustand in die Abdeckung 3 eingelegt, um das Faserelement 9 bei der Infiltration zu fixieren. Es ist so möglich, einen ersten Abschnitt 5A mit quellfähigem Material für die Fertigung mehrerer gleicher Bauteile zu verwenden.
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Mittels des zweiten Abschnitts kann dann jeweils der Druck auf das infiltrierte Fasermaterial zur Formgebung und zum Herausdrücken von überschüssigem Harz aus der Bauteilkavität erhöht werden. Der zweite Abschnitt 5B des quellfähigen Materials ist somit insbesondere nicht wiederverwendbar.
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Ferner kann bei einer weiteren Ausführung der Abdeckung 3 dieselbe erweiterbar ausgebildet sein. Dazu wird nach dem Einbringen und/oder Aktivieren des ersten Abschnitts 5A mit quellfähigem Material einen erweiterter Aufnahmeabschnitt 14' in Form eines Hohlraums innerhalb der Abdeckung 3 zum Einbringen des zweiten Abschnitts 5B mit quellfähigem Material freigegeben. In 4 ist dies durch die im Vergleich zu 2 verlängerten Befestigungsmittel 12 realisiert.
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Der erweiterte Aufnahmeabschnitt 14' wird dabei in Form eines Hohlraums zwischen dem ersten Abschnitt 5A mit bereits aktiviertem quellfähigem Material und einer Rückwand der Abdeckung 3 freigegeben indem die Abdeckung 3 angehoben und in einem größeren Abstand zur Bauteilkavität 4 erneut fixiert wird. In den erweiterten Aufnahmeabschnitt 14' wird anschließend quellfähiges Material 5 eingebracht, welches den zweiten Abschnitt 5B bildet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Beispielsweise kann das quellfähige Material 5 bei allen Ausführungsformen anstatt oberhalb der gesamten Bauteilkavität 4 auch nur lokal über bestimmten Bereichen der Bauteilkavität 4 vorgesehen werden. Dies kann vorteilhaft in Bauteilbereichen der Fall sein, die einen zum restlichen Bauteil höheren Faservolumengehalt aufweisen sollen. Beispielsweise kann dies für eine Flügelwurzel, einen Flügelbereich, in dem anschließend der Holm verklebt wird, bestimmte Bereiche einer Crash-Zehe oder dergleichen zutreffen. Ebenso kann eine lokale Anwendung vorteilhaft an Stellen vorgesehen sein, die ein erhöhtes Risiko für Ansammlungen von Matrixmaterial, sogenannten Reinharzgebieten, aufweisen.
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Die Abdeckung 3 kann formstabil oder flexibel ausgebildet sein. Bei einer flexiblen Ausführung ist eine ausreichende Dehnsteifigkeit des Materials der Abdeckung vorgesehen, sodass trotz der Flexibilität ein gewünschter Druck auf die Bauteilkavität 4 ausgeübt werden kann.
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Die Abdeckung 3 kann, braucht aber nicht notwendigerweise den als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeabschnitt 14, in dem das quellfähige Material 5 vorgesehen ist, gegenüber der Umgebung hermetisch abdichten. Ein Verzicht auf eine hermetische Abdichtung kann ebenfalls vorteilhaft sein, da beispielsweise bei der Aktivierung des quellfähigen Materials 5 entstehende Reaktionsgase entweichen können. Ferner vereinfacht dies den Aufbau der Abdeckung 3, insbesondere bei einer lokalen Anwendung des quellfähigen Materials 5.
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Der als Hohlraum ausgebildete Aufnahmeabschnitt 14 kann bereits vor der Infiltration mit quellfähigem Material 5 gefüllt sein, so dass die Bauteilkavität 4 sich nicht in Richtung der Abdeckung ausdehnen kann. Dazu kann das quellfähige Material bereits aktiviert worden sein. Je nach Menge des quellfähigen Materials 5 kann dabei der Kompaktierungsgrad des zu infiltrierenden Fasermaterials des Faserelements 9 eingestellt werden. Anschließend kann ohne Gefahr von Faserverschiebungen das Matrixmaterial mit einem Druck größer dem atmosphärischen Umgebungsdruck in die Bauteilkavität 4 injiziert werden.
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Wird quellfähiges Material 5 in dieser Weise bereits vor Infiltrationsbeginn angewendet, kann anschließend die Injektion des Matrixmaterials ähnlich ablaufen, wie es von Harzinfusionsprozessen mit geschlossenem Werkzeug bekannt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Werkzeug
- 3
- Abdeckung
- 4
- Bauteilkavität
- 5
- quellfähiges Material
- 5A, 5B
- Abschnitte
- 6
- Matrixzulauf
- 7
- Fließfront
- 8
- Matrix
- 9
- Faserelement
- 10
- Vakuumeinrichtung
- 11
- Dichtung
- 12
- Befestigungsmittel
- 13
- Absaugung
- 14
- Aufnahmeabschnitt
- 14
- erweiterter Aufnahmeabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013006940 A1 [0006]
