DE102015219960A1 - Apparatus and method for producing a fiber composite component - Google Patents
Apparatus and method for producing a fiber composite component Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015219960A1 DE102015219960A1 DE102015219960.6A DE102015219960A DE102015219960A1 DE 102015219960 A1 DE102015219960 A1 DE 102015219960A1 DE 102015219960 A DE102015219960 A DE 102015219960A DE 102015219960 A1 DE102015219960 A1 DE 102015219960A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- swellable material
- pressure
- cover
- matrix
- bauteilkavität
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
- B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
Abstract
Die vorlegende Erfindung schafft 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. Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mittels einer solchen Vorrichtung.The present invention provides a device for producing a fiber composite component, with a one-sided shaping tool; a cover, wherein a component cavity is provided between the one-side shaping tool and the cover; and a receiving portion for receiving a swellable material, which is provided to exert a pressure on the Bauteilkavität in an activated state. The present invention further provides a method of manufacturing a fiber composite component by means of such a device.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils.The present invention relates to an apparatus and a method for producing a fiber composite component.
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.In the case of fiber composite components, the fiber volume content is a decisive criterion of component quality. The fiber volume content is established during the production process of a fiber composite component. Depending on the requirements and intended use of the component, values of the fiber volume content of 50-60% or more may be desired.
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.The fiber volume content is determined by the interaction between a volume of a component cavity provided by the tool used for the production and the ratio of the amounts of fiber material and matrix material introduced therein. The process of wetting or embedding the fiber material with the matrix material is referred to as infiltration. The process of introducing the matrix material into the component cavity is referred to as infusion or injection.
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.For the production of fiber composite components there are resin injection processes in closed tools, wherein a multi-part, shaping tool surrounds the component to be produced on all sides, as known for example from RTM processes (Resin Transfer Molding). This makes it possible to reproducibly realize high fiber volume salaries. If a high fiber volume content, for example ≥ 60%, is to be realized, the fiber material is usually already strongly compacted in a closed mold before the infiltration.
Hingegen wird bei Harzinfusionsverfahren auf einseitig formgebendem Werkzeug der Faservolumengehalt maßgeblich durch die Kompaktierung des bereits infiltrierten Fasermaterials bestimmt.On the other hand, in the case of resin infusion methods on one-sided shaping tools, the fiber volume content is largely determined by the compaction of the already infiltrated fiber material.
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for producing a fiber composite component.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and / or a method having the features of
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.
- - An apparatus for producing a fiber composite component, comprising: a one-sided shaping tool; a cover, wherein a component cavity is provided between the one-side shaping tool and the cover; and a receiving portion for receiving a swellable material, which is provided to exert a pressure on the Bauteilkavität in an activated state.
- - A method for producing a fiber composite component, in particular by means of a device according to the invention, comprising the steps of: inserting a fiber element in a Bauteilkavität; and applying a pressure to the component cavity by activating a swellable material.
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.The idea on which the present invention is based is to increase the maximum possible pressure difference for compacting a fiber layer on a single-sided shaping tool beyond the ambient pressure by means of a swellable material. For receiving the swellable material, a receiving portion is provided. The swellable material is provided, that is in particular designed and arranged accordingly to exert a pressure on the Bauteilkavität in an activated state.
Insbesondere kann der Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des quellfähigen Materials an der Abdeckung und/oder zwischen der Abdeckung und der Bauteilkavität angeordnet sein.In particular, the receiving portion for receiving the swellable material may be disposed on the cover and / or between the cover and the Bauteilkavität.
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.The pressure can be applied in an already infiltrated state of the fiber layer in order to push out excess resin from the component cavity, in particular via an outlet. It can be achieved so advantageous a higher fiber volume content than commonly used in resin infusion processes on one-sided shaping tool, without the need for a two-sided shaping tool is needed.
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.A pressure on the component cavity can be used in addition to the pressing out of excess resin for other functions, such as precompacting fiber layers and / or a positional fixation of the fiber layers.
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.Such pressure can therefore be used before and / or during infiltration in order to fix the fiber element. Thus, an infiltration rate or an injection pressure of the matrix material can be provided higher than without fixing the fiber element, since the fiber element can not slip and the individual fiber layers within the fiber element can not move against each other. The infiltration therefore runs much faster. This in turn allows a further speed advantage, because with a faster infiltration process, a faster curing matrix material, in particular a correspondingly higher reactive resin system can be used, which requires a shorter time to cure. It can therefore be achieved in two ways a speed advantage.
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.Thus, on the one hand, higher fiber volume salaries of the fiber composite component to be produced are achieved on the one hand and, as a result, the quality of the component is thereby purposefully improved. Furthermore, according to the invention, the production of a fiber composite component can also be substantially accelerated considerably.
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.Prior to infiltration, the component cavity is preferably sealed and evacuated. The component cavity is the volume within which the fiber material of the component to be produced is located and where it is infiltrated with matrix material to produce a fiber composite component.
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.Activation of the swellable material is understood to mean a process that causes or initiates an increase in volume of the swellable material. Accordingly, an activated state represents a swollen state.
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.As a swellable material, any materials are considered that can increase in volume and thus exert a pressure on the Bauteilkavität. This volume increase can be initiated or caused, for example, chemically, physically and / or by temperature.
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.The pressure on the component cavity pressure can be controlled by the amount of activated swellable material. Alternatively or additionally, the pressure acting on the component cavity pressure over the amount and / or the pressure of a introduced into the swellable material swelling agent, for example a propellant gas, are regulated.
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.With the use according to the invention of swellable material, it is possible to exert higher pressures on the component cavity than is usual, for example, in conventional autoclaves (about 6-8 bar). This can advantageously lead to increased compaction of the infiltrated fiber material and a correspondingly high fiber volume content.
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.In an inactive or unswollen state, the swellable material has a lower volume than in an activated or swollen state. Thus, in the inactive state, the swellable material exerts no or only little or only local pressure on the component cavity.
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.In the case of the device according to the invention with a one-side shaping tool, the costs for the shaping tool are advantageously considerably lower than for multipart tools, as used for example in so-called compression RTM or advanced RTM methods. The required machines, such as a hydraulic press, are associated with high acquisition costs. In addition, the multi-part, shaping tool itself also represents a significant cost factor, which significantly influences the component costs, especially in the case of small quantities of the components to be produced.
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.Furthermore, with the device according to the invention and in the method according to the invention, the fiber volume content need not be adjusted by way of the amount of matrix material introduced into the component cavity and the pressure difference to an environment, as would normally be the case with resin infusion processes on single-sided molds. This is advantageous since, in order to completely infiltrate the fiber material in a reasonable time, a greater amount of matrix material is usually required than is calculated for the desired fiber volume content (eg ≥ 60%). Rather, the fibrous material according to the invention infiltrated with an excess of matrix material and the excess of matrix material after complete infiltration before curing via an extraction and / or the inlet and outlet of the Bauteilkavität with increased pressure, in particular higher than a pressure difference of a vacuum in the Bauteilkavität is to the ambient pressure, are pushed out of the Bauteilkavität again.
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.With this increased pressure difference and the resulting external effect on the Bauteilkavität to remove excess matrix material from this, advantageously similar high fiber volume salaries can be realized in the invention, as they are possible in the relatively expensive devices and resin injection processes with closed tool.
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.If swellable material is used according to the invention even before the start of infiltration, the injection of the matrix material can subsequently proceed in a similar manner, as is known from resin infusion processes with a closed mold. In this case, however, can be advantageously dispensed with an upper-side forming tool. This can mean a significant cost savings, since forming tools are usually manufactured within small tolerances and are correspondingly expensive, which is the application of the invention Especially advantageous for the production of small quantities.
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.Furthermore, according to the invention, components having complex component geometries, for example undercuts, can advantageously also be produced without the need for a multi-part forming tool. This is due to the fact that swellable material automatically spreads into vacant spaces during swelling even with complex geometry. Advantageously, therefore, a simple and relatively inexpensive production is possible even with complex component geometries.
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.As a further advantage over component-specific closed tools, the device according to the invention offers the possibility of being able to produce components of different geometries with the cover and the swellable material. On top molding tools for each component geometry can be advantageously dispensed with.
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.In addition, the solution according to the invention is also significantly cheaper than to position the entire structure for a resin infusion process on a one-sided shaping tool in a possibly heated pressure vessel, a so-called autoclave. Although an increased pressure difference between evacuated Bauteilkavität (approximate vacuum) and its environment (about 6-8 bar in conventional autoclaves) could be built so that, however, such autoclave associated with very high cost.
Es wird daher erfindungsgemäß ein deutlicher Kostenvorteil erzielt.It is therefore achieved according to the invention a significant cost advantage.
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.A cavity of the cover in which the swellable material is disposed need not necessarily be hermetically sealed from the environment. The waiver of a hermetic seal can also be advantageous, since thus, for example, in the activation of the swellable material resulting reaction gases can escape. Furthermore, air which can optionally serve as a reaction gas for an activation reaction can thus also be easily supplied. Furthermore, therefore, a simplified structure, in particular in a local application of the swellable material realized.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.In the subclaims there are advantageous embodiments and improvements of the invention.
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.According to one embodiment, the cover is provided at the side of the component cavity on the one-sided shaping tool fixable. The fixation can be designed as a form-locking connection, for example by means of screws, hooks or the like, or as a frictional connection, for example a clamping connection. By fixing the pressure chamber is advantageously ensured that the pressure chamber in the pressurized state causes a pressure at the correct predetermined position on the Bauteilkavität. The cover can be dimensionally stable or flexible. In a flexible embodiment, a sufficiently extensively rigid material of the cover is provided.
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. According to one embodiment, the swellable material is provided at predetermined portions of the cover for applying predetermined pressure to predetermined portions of the component cavity. In particular, the individual sections can be activated independently of one another. These are at least two sections. In this case, a first section can apply a local pressure on the component cavity. This local pressure can be useful for fixing the fiber material, which is absolutely advantageous, especially at an injection pressure of the matrix material of more than 1 bar, in order to prevent undesired shifting of fiber material. A second section may be formed at least in sections planar and apply a two-dimensional pressure on the Bauteilkavität after infiltration upon pressurization. Thus, several functions of the swellable material are advantageously realized, in particular at different points in time of the production process. The swellable material can be provided on the cover in such a way that, in the activated state, the entire surface of the component cavity facing away from the one-sided shaping tool is in operative connection therewith. The component cavity and a component located therein are so fully pressurized. In a further embodiment, the use of swellable material can be provided only in one or more predetermined area (s). In particular, this can be useful if locally quality demands on the component, in particular the requirements on the fiber volume content, vary. For example, in the case of a wing to be manufactured, a higher fiber volume content can be provided in the area of the wing root than, for example, on a wing trailing edge of a wing shell. Similarly, for. B. certain areas a crash cell are designed differently. Furthermore, a local application of the swellable material may be useful if there are tendencies during the resin infusion process that undesirable accumulation of matrix material in certain areas. Such an accumulation of matrix material in so-called pure resin areas can then be specifically counteracted in the affected areas.
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.According to one embodiment, the swellable material is arranged at least in a region near a matrix inlet of the component cavity and for accelerating a flow front of the matrix material by building up a pressure in the region of the matrix inlet. An acceleration of the movement of the flow front of the matrix material has the advantage that a time required for the infiltration is reduced. The matrix feed is arranged, for example, in the middle of the component cavity so that an accelerated propagation of the flow front takes place in all directions. In this case, before activating the swellable material, the component cavity can already be provided with a sufficient amount of matrix material for the component to be produced. A uniform distribution of the matrix material need not be considered in the conventional manner, since the uniform distribution of the matrix material is subsequently realized or supported by means of the swellable material. The matrix feed can be aligned according to a development in a thickness direction of the fiber material. As a result, the matrix material can advantageously be injected into the component cavity at a pressure greater than the atmospheric ambient pressure, because due to the injection in the thickness direction, no or at least no significant shifts of the fiber material are produced. This can therefore also lead to a shortening of the infiltration time. Furthermore, then a higher reactive and / or faster curing matrix material is used, so that in two respects the production can be accelerated.
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.According to one embodiment, the cover is formed with a plurality of individually, in particular independently, activatable sections with swellable material providable. Advantageously, the individual sections can thus fulfill different functions and / or be activated at different stages of a production process.
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.According to a further development, the individually activatable sections overlap one another, wherein a first section can already be activated before or for the injection of a matrix material. Alternatively or additionally, a second section can be activated after or shortly before the end of an infiltration to apply an elevated and / or pressure acting on further surfaces. Advantageously, the matrix material can thus be injected into the component cavity with a pressure greater than the atmospheric ambient pressure after activation of the first section without the risk of fiber displacements. It can be realized as a higher infusion pressure than commonly used in resin infusion processes on one-sided shaping tool, which advantageously leads to a reduction of the required infiltration time. For example, two separate layers of swellable material may be provided as individually activatable portions in the cover. Furthermore, a reuse of a first section in the activated state for several identical components is possible. In this case, the reused first portion is inserted in the already activated state in the cover to fix the fiber element in the infiltration. By means of the second section, the pressure on the infiltrated fiber material can then be increased in each case for shaping and for pushing out excess resin from the component cavity.
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.According to a development, the cover is designed expandable, wherein after the introduction and / or activation of the first section with swellable material, a cavity within the cover for introducing the second portion with swellable material is releasable. The cavity may be released between the first portion of swellable material already activated and a back wall of the cover, for example by raising the cover and refixing it at a greater distance from the component cavity. Alternatively or additionally, the cover can be otherwise configured to release the cavity, for example with a telescopic mechanism or the like.
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.According to one embodiment, the swellable material is provided within a pocket, in particular with a stretchable outer skin, under the cover. Advantageously, it is thus prevented that residues of the swellable material on the cover, the one-sided shaping tool, a component cavity sealing the vacuum device and / or other parts remain.
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.According to one embodiment, the swellable material comprises a foamable material. This may in particular be a foamable configuration of polyurethane. Foamable configurations of polyvinyl chloride or polystyrene would also be conceivable. Upon activation, accordingly, an increase in volume is caused by a foaming reaction. Such Aufschäumreaktion can be, for example, by contact with air and / or water, as z. B. is common in polyurethane foams in the construction industry, activated. When foaming the foamable material reacts, for example, with the humidity or a supplied moisture. In addition to many other foamable materials in particular the use of rigid foams is advantageous because they can build up a relatively high pressure and then reliably keep your shape constant. Furthermore, the foamable material is preferably based on the process temperatures used and / or the matrix material used Voted. In this case, the swellable material can be provided swellable with an exothermic activation reaction, wherein the matrix material is heated. The matrix material is thus placed in a low-viscosity state and can infiltrate the fiber element correspondingly faster. Alternatively or additionally, the matrix material can harden faster due to the heat. Furthermore, if appropriate, externally applied temperatures below the maximum temperature which are compatible with the foamable material, for example in the case of PU foam about 90 ° C., are also provided for the curing of the matrix material.
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.According to one embodiment of a method for producing a fiber composite component, after a complete infiltration of the fiber element with a matrix, the swellable material exerts a pressure on the component cavity, whereby excess matrix material is forced out of the component cavity. Advantageously, such an increased fiber volume content, for example ≥ 60%, can be achieved.
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.According to a further embodiment, the swellable material exerts a pressure on the component cavity in a first section during and / or after evacuation of the component cavity. In this case, a predetermined Kompaktierungsgrad the fiber element can be adjusted. Thus, the fiber element is advantageously prepared for infiltration. Alternatively or additionally, residual air is pressed out of the component cavity. So-called residual air represents a small amount of undesirable air remaining in the component cavity, which usually remains within the fiber material. This residual air can cause pore formation and dry spots, i. H. not fully infiltrated areas lead in the component to be manufactured. According to the invention, advantageously, the amount of residual air in the component cavity can be reduced or minimized, which is preferably done during the evacuation process by the pressure exerted on the component cavity. Optionally or additionally, the fiber element is fixed for a subsequent infiltration by the pressure applied in the first section. Thus, advantageously, a higher injection pressure can be driven, which allows faster infiltration and thus optionally the use of a more reactive and / or faster curing matrix material.
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.According to one embodiment of the method, the swellable material is activated after or shortly before the end of the complete infiltration of the fiber element in a second section for applying an elevated pressure. Alternatively or additionally, it is activated to apply a pressure acting on further surfaces. By means of the second section, therefore, the pressure on the infiltrated fiber material can be increased for shaping and expelling excess resin from the component cavity. Due to the pressure, any residual air that has not been pushed out of the component cavity during the infiltration through the flow front of the matrix material and any reaction gases present in it are advantageously compressed in their volume. Thus, air pockets and pore formation are best avoided or minimized in the component to be produced. In one embodiment, after infiltration or after introduction and / or activation of the first section, the cover can be expanded with swellable material, thus releasing a cavity for the second section. The cavity may be released between the first portion of swellable material already activated and a back wall of the cover, for example by raising the cover and refixing it at a greater distance from the component cavity. Alternatively or additionally, the cover can otherwise release the cavity, for example with a telescopic mechanism or the like. In a further embodiment, the second section may already be provided or prepared before the infiltration and / or activation of the first section in the cover. For example, two separately activatable layers with swellable material can be provided in the cover for this purpose.
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.According to one embodiment, during infiltration, the swellable material swells in a region near a matrix feed of the component cavity, thus accelerating a movement of a flow front of the matrix material. An acceleration of the movement of the flow front of the matrix material has the advantage that a time required for the infiltration is reduced. Furthermore, then a higher reactive and / or faster curing matrix material is used, so that in two respects the production can be accelerated.
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.In one embodiment, the swellable material releases heat during activation and heats the matrix material. This is done in particular by means of an exothermic chemical activation reaction. Alternatively or additionally, a heated propellant gas can be supplied. By controlling the temperature of the swellable material, the viscosity of the matrix material can be advantageously influenced so that a lower viscosity of the matrix material can be set in the case of infiltration at elevated temperature. Furthermore, as the temperature increases, the curing of the matrix material can also be accelerated in a later step.
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.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. In particular, the features of the device with the method of manufacture a fiber composite component can be combined, and vice versa.
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.Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures of the drawing.
Von den Figuren zeigen:From the figures show:
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference numerals designate the same or functionally identical components, unless indicated otherwise.
Die Vorrichtung
In die Bauteilkavität
In der dargestellten Ausführungsform ist die Abdeckung
Die Vakuumeinrichtung
Die Bauteilkavität
Die Abdeckung
Dabei ist das Faserelement
Mittels der so erreichten äußeren Druckeinwirkung auf die Bauteilkavität
Der von der quellfähigen Material
Vor Infusionsbeginn wird die Bauteilkavität
Eine Erhöhung des auf die Bauteilkavität
Alternativ oder zusätzlich kann das quellfähige Material
Dieser mittels des quellfähigen Materials
Neben der Möglichkeit mittels des durch das quellfähige Material
Ferner kann das quellfähige Material
Durch die Fixierung der Abdeckung
Das quellfähige Material
Das quellfähige Material
Es kommen aber auch vielfältige andere Materialien als quellfähiges Material
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.In a chemical activation of the foamable material an increase in volume is caused by a foaming reaction. Such a foaming reaction can be activated, for example, by contact with air and / or water, as is customary in the case of polyurethane foams in the construction sector. For this purpose, the foamable material reacts, for example, with the humidity or a specifically supplied, for example injected into the cover, moisture.
Bei dem Aufquellen passt sich das quellfähige Material
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.In addition to other foamable materials, in particular the use of so-called rigid foams, for example polyurethane foams, is advantageous, since these are comparatively can build up high pressure and then keep their shape reliable.
Bei einem physikalischen Aktivieren einer Aufschäumung wird bzw. werden in das quellfähige Material
Ferner ist es möglich, die Viskosität des Matrixmaterials mit Hilfe des quellfähigen Materials
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.Furthermore, the foamable material is preferably provided tuned to the process temperatures used and the matrix material used. In particular, optionally for the curing of the matrix material additionally externally applied temperatures below a maximum tolerable for the foamable material temperature, for example in the case of polyurethane (PU) foam about 90 ° C, provided.
Das quellfähige Material
Der auf die Bauteilkavität
Alternativ oder zusätzlich kann mit Hilfe des quellfähigen Materials
Hier wird die Verteilung des Matrixmaterials innerhalb des Fasermaterials des Faserelements
Durch die Anordnung des quellfähigen Materials
Der Matrixzulauf
Vor dem Aktivieren des quellfähigen Materials
Der Matrixzulauf
Insgesamt kann so die Infiltrationszeit und damit schließlich die gesamte Prozesszeit vergleichsweise kurz gestaltet werden.Overall, the infiltration time and thus the entire process time can be made comparatively short.
Die Abdeckung
Die einzeln aktivierbaren Abschnitte
Nach Aktivierung des ersten Abschnitts
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.The second section is provided to be activated only after or shortly before the end of an infiltration to apply an increased pressure and / or pressure to further surfaces.
Dazu können bei einer Ausführung zwei getrennt aktivierbare Schichten mit quellfähigem Material
Ferner ist auch eine Wiederverwendung eines ersten Abschnitts
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
Ferner kann bei einer weiteren Ausführung der Abdeckung
Der erweiterte Aufnahmeabschnitt
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments herein, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
Beispielsweise kann das quellfähige Material
Die Abdeckung
Die Abdeckung
Der als Hohlraum ausgebildete Aufnahmeabschnitt
Wird quellfähiges Material
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- WerkzeugTool
- 33
- Abdeckungcover
- 44
- Bauteilkavitätcomponent cavity
- 55
- quellfähiges Materialswellable material
- 5A, 5B5A, 5B
- Abschnittesections
- 66
- Matrixzulaufmatrix feed
- 77
- Fließfrontflow front
- 88th
- Matrixmatrix
- 99
- Faserelementfiber element
- 1010
- Vakuumeinrichtungvacuum equipment
- 1111
- Dichtungpoetry
- 1212
- Befestigungsmittelfastener
- 1313
- Absaugungsuction
- 1414
- Aufnahmeabschnittreceiving portion
- 1414
- erweiterter Aufnahmeabschnittextended recording section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013006940 A1 [0006] DE 102013006940 A1 [0006]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015219960.6A DE102015219960A1 (en) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Apparatus and method for producing a fiber composite component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015219960.6A DE102015219960A1 (en) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Apparatus and method for producing a fiber composite component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015219960A1 true DE102015219960A1 (en) | 2017-04-20 |
Family
ID=58456788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015219960.6A Pending DE102015219960A1 (en) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Apparatus and method for producing a fiber composite component |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015219960A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11130295B2 (en) | 2019-01-25 | 2021-09-28 | GM Global Technology Operations LLC | Resin transfer molding systems and control logic for manufacturing fiber-reinforced composite parts |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004000536A1 (en) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Lang Eric J | Channel assisted resin transfer molding |
DE102012108690A1 (en) * | 2011-09-17 | 2013-03-21 | Waldemar Piekenbrink GFK - Modell- und Formenbau, Produktions- und Vertriebs GmbH | Heatable block stamping device |
DE102013006940A1 (en) | 2013-04-23 | 2014-10-23 | Airbus Defence and Space GmbH | Flow aid for infusion, infusion with flow aid and method for infiltrating fiber material with resin |
DE102013226018A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-18 | Technische Universität Dresden | Reusable core for fiber composite components of complex geometry |
-
2015
- 2015-10-14 DE DE102015219960.6A patent/DE102015219960A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004000536A1 (en) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Lang Eric J | Channel assisted resin transfer molding |
DE102012108690A1 (en) * | 2011-09-17 | 2013-03-21 | Waldemar Piekenbrink GFK - Modell- und Formenbau, Produktions- und Vertriebs GmbH | Heatable block stamping device |
DE102013006940A1 (en) | 2013-04-23 | 2014-10-23 | Airbus Defence and Space GmbH | Flow aid for infusion, infusion with flow aid and method for infiltrating fiber material with resin |
DE102013226018A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-18 | Technische Universität Dresden | Reusable core for fiber composite components of complex geometry |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11130295B2 (en) | 2019-01-25 | 2021-09-28 | GM Global Technology Operations LLC | Resin transfer molding systems and control logic for manufacturing fiber-reinforced composite parts |
DE102019115447B4 (en) | 2019-01-25 | 2023-10-12 | GM Global Technology Operations LLC | Method of forming a composite structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60208358T2 (en) | MOLDING WITH VENTILATION STRUCTURE FOR INCLUDED GASES | |
EP2585282B1 (en) | Mold for producing fiber-reinforced components | |
DE102008015070B3 (en) | VAP autoclave method for producing fiber composite components and device therefor | |
DE102010033627B4 (en) | Shaped plastic multilayer component with endlessly reinforced fiber layers and method for its production | |
EP1444090B1 (en) | Method and device for producing fibre-reinforced plastic components | |
EP2965892B1 (en) | Device and method for infiltrating fibrous material utilizing resin for the production of a fibre composite component | |
DE102008017381B4 (en) | Method and aid for the production of components made of fiber composite material | |
EP2740585B1 (en) | Method and device for manufacturing a moulded part | |
EP1420940A2 (en) | Method and device for producing fiber-reinforced components by an injection method | |
EP1181149A1 (en) | Method and device for producing fibre-reinforced components using an injection method | |
DE102004025704A1 (en) | Fiber reinforced plastic component manufacture involves compressing resin impregnated fiber composite between mold, upper films and pressurized membrane while heat transfer fluids flows between film and membrane | |
DE102010035493A1 (en) | Method and manufacturing apparatus for producing a fiber composite sandwich component | |
WO2000030823A2 (en) | Device and method for producing fibre-reinforced plastic materials or plastic components using a modified rtm process | |
EP2072225A1 (en) | Method and device for producing fibre composite components | |
DE602004005446T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING A REINFORCED PRODUCT | |
DE102008034203B4 (en) | Production of fiber composite components with cores | |
DE10007373C1 (en) | Sandwich component manufacture for aerospace products involves injecting resin mixture onto core covered with dry reinforcement, gelling and then finally closing tool | |
DE102015219960A1 (en) | Apparatus and method for producing a fiber composite component | |
EP2441556B1 (en) | Method for producing components in a pressure-tight moulding tool | |
DE102015005492B4 (en) | Flow aid for an infusion structure and infusion structure and method for infiltrating a fibrous material | |
EP2409823A2 (en) | Method and device for manufacturing a decorative part and decorative part | |
DE102012015374A1 (en) | Multilayered fiber composite plastic component manufacturing method, involves applying partial layers with pressure, and removing manufactured fiber composite plastic component after hardening hardenable matrix material | |
DE102011008759A1 (en) | Method for manufacturing e.g. structure component that is utilized in vehicle, involves forming fiber semi-finished material, curing fluent matrix material by heating, and removing mold body from injection mold | |
WO2004106044A2 (en) | Composite part and method for the production thereof | |
EP1882573B1 (en) | Vulcanizing method for multilayer components having a large surface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication |