-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Harzinjektionsanordnung sowie ein Harzinjektionsverfahren zur Injektion von Harz in ein Objekt.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Harzinjektionsverfahren sind im Stand der Technik zur Herstellung von Faserverbundbauteilen bekannt. Bei diesen Injektionsverfahren werden Faserhalbzeuge mit einem Harz bzw. einer Matrix durchtränkt und anschließend ausgehärtet. Um die Verteilung des flüssigen Harzes in Faserhalbzeugen zu begünstigen, ist es bekannt, einen Unterdruck anzulegen. Wesentliche Elemente sind bei diesen Verfahren seit jeher ein Injektionsbereich, in welchen Faserhalbzeuge eingelegt werden und flüssiges Harz eingebracht wird, ein Harzreservoir, beispielsweise ein separater Behälter, in welchem das flüssige Harz bereitgestellt wird und über Schlauchleitungen zugeführt werden kann, und eine Unterdruckquelle, die mit dem Injektionsbereich verbunden ist und in diesem einen Unterdruck erzeugt.
-
Bei diesen Harzinjektionsverfahren sind “Open Mould“ Konzepte bekannt, bei denen offene Formen verwendet werden, die unter Verwendung einer Folie verschlossen werden. Die Form bildet gemeinsam mit der Folie einen geschlossenen Raum, in welchen Harz eingeleitet werden kann. Durch Anlegen eines Unterdrucks an den geschlossenen Raum kann die Harzverteilung und damit die Bauteilqualität verbessert werden.
-
Die bekannten Konzepte erweisen sich jedoch in der Praxis oft als unflexibel und sind häufig mit einem hohen Wartungsaufwand verbunden. Zudem erweisen sich die bekannten Anordnungen im Allgemeinen als ungeeignet für die Verwendung bei Reparaturen von Verbundstrukturen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Harzinjektionsanordnung und ein verbessertes Harzinjektionsverfahren zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile beseitigen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Harzinjektionsanordnung und ein Harzinjektionsverfahren nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß ist eine Harzinjektionsanordnung geschaffen. Die Harzinjektionsanordnung weist einen Harzverflüssigungsabschnitt auf, in welchem Harz in festem Aggregatzustand aufnehmbar ist. Des Weiteren weist die Harzinjektionsanordnung einen Harzinjektionsabschnitt auf, in den verflüssigtes Harz aus dem Harzverflüssigungsabschnitt einleitbar ist. Der Harzverflüssigungsabschnitt ist mit dem Harzinjektionsabschnitt über einen Harztransferabschnitt fluidverbunden. Der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt sind so angeordnet, dass diese mit derselben Wärmeerzeugungseinrichtung, vorzugsweise gemeinsam, erwärmbar sind.
-
Gemäß einem Beispiel können der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt in einem Wirkbereich der Wärmeerzeugungseinrichtung vorgesehen sein, insbesondere derart, dass eine gemeinsame Erwärmung dieser Komponenten möglich ist. Dadurch kann mit einer einzigen Wärmeerzeugungseinrichtung das Harz verflüssigt werden und mit derselben Wärmeerzeugungseinrichtung Wärme zum Aushärten des Harzes bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird eine separate Vorrichtung zum Bereitstellen von flüssigem Harz überflüssig. Anders gesagt kann der Harzverflüssigungsabschnitt als ein Harzreservoir dienen. Dies kann insbesondere durch eine Anordnung möglich gemacht werden, bei der beide Abschnitte benachbart zueinander vorgesehen sind. Der Harzverflüssigungsabschnitt kann dabei als eine seitliche Verlängerung des Harzinjektionsabschnitts vorgesehen sein. Anders gesagt sind der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt versetzt zueinander beispielsweise an einer Bauteiloberfläche angeordnet. Mit Blick auf diese Oberfläche überlappen sich die beiden Bereiche dabei nicht.
-
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist unter Wirkbereich ein Bereich zu verstehen, in welchem die Wärmeerzeugungseinrichtung eine gewünschte Temperatur bereitstellen kann. Beispielsweise kann der Wirkbereich ein Bereich sein, den die Wärmeerzeugungseinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmen kann. Der Wirkbereich kann demnach ein Bereich an dem Objekt sein, der von der Wärmeerzeugungseinrichtung gleichzeitig erwärmt werden kann, d.h. ohne die Einrichtung in Bezug auf das Objekt bewegen zu müssen.
-
Unterschiedliche Ausgestaltungen der Wärmeerzeugungseinrichtung sind möglich. Beispielsweise kann die Wärmeerzeugungseinrichtung Strahlungswärme erzeugen, um im Wirkbereich Wärme bereitzustellen. Es kann sich bei der Wärmeerzeugungseinrichtung jedoch auch um eine Warm Air Box handeln, in der Wärme erzeugt und über ein Gebläse verteilt wird.
-
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist unter dem Harzverflüssigungsabschnitt ein Abschnitt zu verstehen, in welchem Harz für die spätere Injektion verflüssigt wird, insbesondere in einen Zustand mit für die Harzinjektion ausreichender, vorzugsweise bester Viskosität gebracht wird. Der Harzverflüssigungsabschnitt kann somit ausgebildet sein, um Harz in festem Aggregatzustand aufzunehmen. Beispielsweise kann das Harz in Form von aufeinandergeschichteten Harzbahnen, insbesondere Folienbahnen, in dem Harzverflüssigungsabschnitt vorgesehen sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Harz in anderer Form bereitzustellen, beispielsweise granulatförmig. Die Verwendung von aufeinander geschichteten Harzbahnen ist jedoch im Hinblick auf die Handhabbarkeit vorteilhaft. Durch die Wärmeerzeugungseinrichtung kann dann bei Bedarf Wärme zum Verflüssigen des Harzes auf den Harzverflüssigungsabschnitt aufgebracht werden.
-
Der Harzinjektionsabschnitt mag im Hinblick auf bekannte Harzinjektionskonzepte einem Abschnitt entsprechen, in welchen das flüssige Harz eingebracht wird, um beispielsweise Fasern oder Fasergewebe zu durchtränken. Insbesondere ist der Harzinjektionsabschnitt dabei auch der Abschnitt, in welchem das Harz ausgehärtet wird. Bei Reparaturkonzepten mag der Harzinjektionsabschnitt einem Reparaturbereich, in welchen das Harz zuzuführen ist, entsprechen oder diesen zumindest umfassen.
-
Der Harztransferabschnitt bildet im Kontext der vorliegenden Erfindung einen Übergangsbereich bzw. eine Grenze zwischen dem Harzinjektionsabschnitt und dem Harzverflüssigungsabschnitt. Der Harztransferabschnitt kann geeignet dimensioniert sein, um ein optimales Einströmen von Harz in den Harzinjektionsabschitt zu gewährleisten. Der Harztransferabschnitt kann eine vorbestimmte Länge aufweisen und beispielsweise ein Ventil aufweisen. Andererseits kann sich der Harztransferabschnitt auch nur über einen sehr kurzen Bereich erstrecken, beispielsweise wenn der Harzinjektionsabschnitt und der Harzverflüssigungsabschnitt unmittelbar angrenzend aneinander ausgebildet sind. In diesem Fall kann der Harztransferabschnitt lediglich durch eine Öffnung verwirklicht sein, über die der Harzinjektionsabschnitt mit dem Harzverflüssigungsabschnitt verbunden ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest der Harzinjektionsabschnitt durch Verwenden einer Folie, vorzugsweise einer Vakuumfolie, gebildet sein, welche unter Bildung des entsprechenden Abschnitts auf ein Objekt, beispielsweise eine Form oder ein zu reparierendes Bauteil, geklebt ist. Auch der Harzverflüssigungsabschnitt kann auf ähnliche Art und Weise durch Verwenden einer Folie gebildet sein.
-
Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Folie, beispielsweise einer Vakuumfolie unter Verwendung eines Klebmittels, beispielsweise ein Klebeband, ein Dichtband oder Siegelkitt, so auf das Objekt aufgeklebt werden, dass der gewünschte Abschnitt gebildet wird. Durch entsprechendes Aufbringen eines Klebmittels und anschließendes Aufbringen der Vakuumfolie können demnach die gewünschten Abschnitte auf einfache Art und Weise gebildet werden.
-
Handelt es sich bei dem Objekt um ein zu reparierendes Bauteil, beispielsweise ein flächiges Bauteil, so kann die zu reparierendes Stelle, in welche Harz eingefüllt werden soll, mit einem Klebmittel umgeben werden. In der Praxis kann beispielsweise ein Klebeband als Klebmittel verwendet werden. Die Verwendung von einem Klebeband hat den Vorteil, dass die entsprechenden Abschnitte wie benötigt geformt werden können und im Nachhinein entsprechende Zugänge für die Harzinjektion oder das Anlegen eines Unterdrucks mit dem Klebeband geschaffen werden können, indem beispielsweise Aussparungen für entsprechende Verbindungselemente, beispielsweise Röhren, mit dem Klebeband geformt werden. Es können auch Dichtbänder verwendet werden, um eine Abdichtung der Folie gegen das Objekt zu schaffen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können der Harzverflüssigungsabschnitt, der Harztransferabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt integral ausgebildet sein.
-
Unter integral ausgebildet ist im vorliegenden Fall zu verstehen, dass die einzelnen Abschnitte nicht durch separate und miteinander verbundene Elemente geschaffen sind. Vielmehr bedeutet integral im Kontext der vorliegenden Erfindung einen Aufbau, bei dem die einzelnen Abschnitte gemeinsam geschaffen werden. Beispielsweise können die einzelnen Abschnitte durch einen Aufbau verwirklicht werden, bei dem eine einzige Folienbahn unter Verwendung eines Klebmittels so auf einem Objekt aufgebracht wird, dass die einzelnen Abschnitte gebildet werden. Die Folienbahn kann dazu entsprechend den an dem Objekt abzudeckenden Bereichen zugeschnitten werden und entsprechend auf das Objekt geklebt werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Abschnitte gemeinsam an dem Objekt ausgebildet. Ein in dem Harzverflüssigungsabschnitt verflüssigtes Harz kann dann über den Harztransferabschnitt in den Harzinjektionsabschnitt gelangen. Vorzugsweise bildet der Harztransferabschnitt dabei eine Verengung zwischen dem Harzverflüssigungsabschnitt und dem Harzinjektionsabschnitt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts eine Trennlage angrenzend an das Objekt vorgesehen sein, um einen Kontakt zwischen dem Harz und dem Objekt zumindest im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts zu vermeiden oder zumindest eine Lösbarkeit des Harzes von dem Objekt sicherzustellen.
-
Wie bereits vorstehend dargelegt, kann der Harzverflüssigungsabschnitt gebildet werden, indem zumindest ein Teil der Oberfläche des Objekts als Begrenzung des Harzverflüssigungsabschnitts verwendet wird, beispielsweise wenn eine Vakuumfolie zur Bildung des Harzverflüssigungsabschnitts verwendet wird. Da nach der Harzverflüssigung und Einleitung des verflüssigten Harzes in den Harzinjektionsabschnitt ein Harzrest im Harzverflüssigungsabschnitt verbleiben kann, könnte dieser Harzrest an einer unerwünschten Stelle an dem Objekt anhaften. Um dies zu vermeiden, kann angrenzend an das Objekt eine Trennlage vorgesehen werden, um ein Entfernen des Harzrestes im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts von dem Objekt zu ermöglichen. Prinzipiell kann eine solche Trennlage überall dort vorgesehen werden, wo keine Harzreste an dem Objekt verbleiben sollen. Dies kann im Harztransferabschnitt der Fall sein, aber auch in Bereichen des Harzinjektionsabschnitts.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Harzverflüssigungsabschnitt beutelartig ausgebildet sein und einen Verbindungsabschnitt mit einer Öffnung aufweisen, um den Harzverflüssigungsabschnitt mit dem Harzinjektionsabschnitt zu verbinden. Eine solche Verbindung kann beispielsweise mit einem Schlauch hergestellt werden. In diesem Fall bildet der Schlauch den Harztransferabschnitt.
-
Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt darin, dass der Harzverflüssigungsabschnitt zunächst ein abgeschlossener Behälter ist, wodurch einen Kontakt des Harzes mit dem Objekt im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts vermieden wird. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, eine Trennlage im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts an dem Objekt vorzusehen oder den Harzverflüssigungsabschnitt durch Ankleben einer Folie zu bilden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass ein solcher beutelartiger Harzverflüssigungsabschnitt bereits vorgefertigt sein kann und zur Verwendung lediglich über den Harztransferabschnitt, beispielsweise einen Schlauch oder ein kurzes Verbindungsstück, mit dem Harzinjektionsabschnitt verbunden werden muss. Auch kann ein solcher Harzverflüssigungsabschnitt direkt an den Harzinjektionsabschnitt gekoppelt werden. Auf diese Weise wird die Anzahl an erforderlichen Arbeitsschritten vermindert. Gleichzeitig weist ein derart ausgestalteter Harzverflüssigungsabschnitt eine besonders gute Handhabbarkeit auf und kann auf einfache Weise in der Nähe des Harzinjektionsabschnitts positioniert werden, damit dieser gemeinsam mit dem Harzinjektionsabschnitt erwärmt werden kann. Anders gesagt kann ein derartiger Harzverflüssigungsabschnitt auf einfache Weise gemeinsam mit dem Harzinjektionsabschnitt im Wirkbereich einer Wärmeerzeugungseinrichtung positioniert werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen dem Harzverflüssigungsabschnitt und dem Harzinjektionsabschnitt ein Ventil vorgesehen sein, welches die Fluidverbindung zwischen den beiden Abschnitten wahlweise herstellt oder unterbricht. Beispielsweise kann ein solches Ventil im Harztransferabschnitt vorgesehen sein.
-
Durch Vorsehen eines solchen Ventils kann eine Verbindung zwischen dem Harzverflüssigungsabschnitt und dem Harzinjektionsabschnitt gezielt hergestellt oder unterbrochen werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Verbindung des Harzverflüssigungsabschnitts mit dem Harzinjektionsabschnitt während einer Zeit verhindert werden kann, in welcher das Harz im Harzverflüssigungsabschnitt verflüssigt wird bzw. auf Temperatur gebracht wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das gesamte im Harzverflüssigungsabschnitt befindliche Harz geeignet verflüssigt ist, insbesondere eine geeignete Viskosität aufweist, bevor eine Verbindung mit dem Harzinjektionsabschnitt hergestellt wird. Auf diese Weise kann eine optimale Harzinjektion erfolgen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Harzinjektionsanordnung ferner eine Wärmeerzeugungseinrichtung aufweisen, die dazu in der Lage ist, den Harzverflüssigungsabschnitt und den Harzinjektionsabschnitt gemeinsam zu erwärmen.
-
Dabei kann die Wärmeerzeugungseinrichtung einen wie vorstehend beschriebenen Wirkbereich aufweisen, in welchem diese für den Prozess erforderliche Temperaturen erzeugen kann. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der Wirkbereich so gestaltet, dass eine gleichzeitige Erwärmung von Harzverflüssigungsabschnitt und Harzinjektionsabschnitt möglich ist. Harzverflüssigungsabschnitt, Harzinjektionsabschnitt und gegebenenfalls Harztransferabschnitt können dabei vorzugsweise an die Wärmeerzeugungseinrichtung, insbesondere den Wirkbereich, angepasst sein. Vorteilhafterweise sind der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt benachbart zueinander, d.h., ohne nennenswerten Freiraum zwischen diesen beiden Abschnitten, also möglichst kompakt nebeneinander angeordnet. Erstrecken sich der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt über vorbestimmte Bereiche des Objekts, so ist die Abmessung des Wirkbereichs der Wärmeerzeugungseinrichtung in jedem Fall größer als die Summe dieser vorbestimmten Bereiche des Objekts. Anders gesagt weist der Wirkbereich eine flächenmäßige Ausdehnung auf, die sich über den Harzverflüssigungsabschnitt und den Harzinjektionsabschnitt erstreckt.
-
Die Wärmeerzeugungseinrichtung ist vorzugsweise so konfiguriert, dass diese zunächst beide Abschnitte, also den Harzverflüssigungsabschnitt und den Harzinjektionsabschnitt sowie gegebenenfalls den Harztransferabschnitt, auf eine Harzverflüssigungstemperatur erwärmen kann, bei welcher das Harz einen fließfähigen Zustand, vorzugsweise einen Zustand mit geringster Viskosität aufweist. Auf diese Weise kann das im Harzverflüssigungsabschnitt befindliche Harz geeignet verflüssigt werden.
-
Des Weiteren ist die Wärmeerzeugungseinrichtung vorzugsweise so konfiguriert, dass diese nachfolgend einer Erwärmung auf die Harzverflüssigungstemperatur den Harzverflüssigungsabschnitt und den Harzinjektionsabschnitt auf eine Harzaushärtetemperatur erwärmt, bei der das flüssige Harz aushärtet. Sowohl die Harzverflüssigungstemperatur als auch die Harzaushärtetemperatur können dabei für eine vorbestimmte Zeit auf die jeweiligen Abschnitte aufgebracht werden.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Harzinjektionsanordnung einen Unterdruckanschluss auf, der an den Harzinjektionsabschnitt gekoppelt ist. Anders gesagt ist gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform eine Unterdruckquelle, beispielsweise eine Vakuumpumpe, mit dem Harzinjektionsabschnitt verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, im Harzinjektionsabschnitt einen Unterdruck zu erzeugen, welcher das Fließverhalten des flüssigen Harzes in dem Harzinjektionsabschnitt positiv beeinflusst. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Harzverteilung in dem Harzinjektionsabschnitt erreicht.
-
Vorzugsweise ist der Unterdruckanschluss auf einer gegenüberliegenden Seite von einem Harzeinleitungsabschnitt vorgesehen, in welchem flüssiges Harz in den Harzinjektionsabschnitt einleitbar ist. Der Harzeinleitungsabschnitt kann beispielsweise ein Abschnitt sein, bei dem der Harztransferabschnitt in den Harzinjektionsabschnitt mündet. Der Harzeinleitungsabschnitt kann demnach eine Öffnung im Harzinjektionsabschnitt sein. Indem der Unterdruckanschluss auf der gegenüberliegenden Seite von dem Harzeinleitungsabschnitt vorgesehen wird, kann eine optimale Strömung des flüssigen Harzes im Harzinjektionsabschnitt erreicht werden. An dem Unterdruckanschluss kann eine Unterdruckquelle angeschlossen werden. In Fluidströmungsrichtung zwischen dem Unterdruckanschluss und der Unterdruckquelle kann zusätzlich eine Harzfalle angeordnet werden, um zu vermeiden, dass aus dem Harzinjektionsabschnitt in den Unterdruckanschluss strömendes Harz in die Unterdruckquelle gelangen kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Harzinjektionsanordnung ferner eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung aufweisen, welche dazu in der Lage ist, den Harzinjektionsabschnitt mit einem vorbestimmten Prozessdruck zu beaufschlagen. Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass in dem Harzinjektionsabschnitt befindliche Harz möglichst gut an das Objekt zu pressen. Dadurch wird ein optimales Eindringen des Harzes in das Objekt bzw. Durchtränken von Fasern mit dem Harz sichergestellt.
-
Die Druckbeaufschlagungsvorrichtung kann ein Autoklav sein. Der Prozessdruck kann beispielsweise in einem Bereich von 2–7 bar liegen. Vorzugsweise ist der Prozessdruck größer als 6 bar.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Harzinjektion an einem Objekt geschaffen. Das Verfahren weist den Schritt Aufbringen einer Harzinjektionsanordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, an das Objekt, vorzugsweise in einen Reparaturbereich eines Bauteils eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, auf, wobei in einem Harzverflüssigungsabschnitt Harz in vorzugsweise festem zumindest jedoch nicht ausgehärteten Aggregatzustand bereitgestellt wird und ein Harzinjektionsabschnitt über einer gewünschten Stelle des Objekts positioniert wird. Des Weiteren weist das Verfahren den Schritt Anschließen einer Unterdruckquelle an den Harzinjektionsabschnitt auf. In einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgt ein Positionieren einer Wärmeerzeugungseinrichtung über dem Objekt derart, dass der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt in einem Wirkbereich der Wärmeerzeugungseinrichtung positioniert sind.
-
Unter Harzinjektion an einem Objekt kann beispielsweise gemeint sein, dass Harz in eine Ausnehmung oder Vertiefung des Objekts eingebracht wird, das Harz also in ein Objekt, insbesondere eine Kavität des Objekts, eingebracht wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Schadstelle an einem Objekt repariert wird. Bei einer solchen Reparatur kann es erforderlich sein, in einem bestimmten Bereich des Objekts Füllstoffe, beispielsweise Kohlenstofffasern, einzubringen und diese mit einem Harz bzw. einer Matrix zu durchtränken und anschließend auszuhärten. Statt einer Schadstelle kann es sich bei dem Objekt jedoch auch um eine Form handeln und kann die Harzinjektion in eine Kavität dieser Form erfolgen. Auch ein derartiges Einbringen von Harz soll von einer Harzinjektion an einem Objekt umfasst sein. Anders gesagt kann eine Harzinjektion in ein Objekt mit einem Eindringen von Harz in eine Kavität des Objekts gleichgesetzt werden. Andererseits soll von einer Harzinjektion an einem Objekt auch der Fall umfasst sein, bei dem ein mit einer Matrix zu durchtränkendes Material, beispielsweise ein Fasergewebe, auf dem Objekt aufgelegt wird und anschließend die Matrix eingebracht wird, um das Fasergewebe an dem Objekt zu befestigen.
-
Bei dem Objekt kann es sich um ein zu reparierendes Bauteil, insbesondere ein Faserverbundbauteil handeln. Das Bauteil kann beispielsweise ein Fahrzeugbauteil oder ein Teil einer Windkraftanlage sein, beispielsweise ein Bauteil eines Luftfahrzeugs.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ferner ein Injektionszyklus ausgeführt mit den Schritten Erzeugen einer Harzverflüssigungstemperatur im Wirkbereich, um das Harz zu verflüssigen, Anlegen eines Unterdrucks an den Harzinjektionsabschnitt, sodass das verflüssigte Harz in den Harzinjektionsabschnitt strömt, und Erzeugen einer Harzaushärtetemperatur im Wirkbereich, um das verflüssigte Harz auszuhärten.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner den Schritt Druckbeaufschlagen des Harzinjektionsabschnitts mit einem Druck, welcher höher als der Umgebungsluftdruck ist, vorzugsweise mit einem Druck, der größer als 6 bar ist, beispielsweise durch Verwendung eines Autoklaven auf.
-
Gemäß dieser Ausführungsformen kann somit das Objekt zusammen mit der Harzinjektionsanordnung in einem Autoklaven platziert werden, um in dem Harzinjektionsabschnitt angeordnete Füllstoffe, beispielsweise Trockenfasern, mit erhöhtem Druck mit dem Harz zu verpressen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reparatur eines Verbundbauteils geschaffen mit den Schritten Einbringen eines Füllstoffs, insbesondere Trockenfasern, in ein Reparaturbereich eines Bauteils, und Einbringen von Harz in den Reparaturbereich mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren.
-
Durch die erfindungsgemäße Harzinjektionsanordnung und das erfindungsgemäße Harzinjektionsverfahren kann auf Spezialvorrichtungen zum Vorwärmen des Harzes auf eine Temperatur, bei der dieses eine für die Einspritzung optimale Viskosität aufweist, verzichtet werden. Derartige Spezialvorrichtungen haben einen erhöhten Wartungsaufwand und bedürfen exakter Überwachung, um ein Überhitzen der Matrix vor der Einspritzung zu verhindern. Erfindungsgemäß kann die Wärmeerzeugungseinrichtung, welche auch zum Aushärten des Harzes verwendet wird, zur Erwärmung des Harzes vor der Einspritzung verwendet werden. Indem der Harzverflüssigungsabschnitt und der Harzinjektionsabschnitt getrennt voneinander angeordnet werden, kann eine nachteilhafte Volumenänderung, wie sie beim Verflüssigen des Harzes im Harzinjektionsabschnitt auftreten würde, vermieden werden. Eine solche nachteilhafte Volumenänderung würde im Harzinjektionsabschnitt beispielsweise dann auftreten, wenn Harzlagen gemeinsam mit Füllmaterial im Harzinjektionsabschnitt positioniert würden und das Harzmaterial direkt im Harzinjektionsabschnitt verflüssigt wird.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine Harzinjektionsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
2 zeigt eine Schnittansicht einer Ausgestaltung eines Harzverflüssigungsabschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
3 zeigt eine Vorderansicht des in 2 gezeigten Harzverflüssigungsabschnitts.
-
4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Harzinjektionsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
-
Werden in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
-
1 zeigt schematisch eine Harzinjektionsanordnung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Die Harzinjektionsanordnung 2 ist an einem Bauteil 14 vorgesehen, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein flächiges Element ist. Das Bauteil 14 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine schadhafte Stelle auf, die sich in einem Reparaturbereich 28 befindet. Um die schadhafte Stelle zu reparieren, wird unter Verwendung der Harzinjektionsanordnung 2 Harz in den Reparaturbereich 28 eingebracht, sodass dieses in die schadhafte Stelle dringen kann.
-
Die Harzinjektionsanordnung 2 weist einen Harzverflüssigungsabschnitt 8, einen Harztransferabschnitt 9 sowie einen Harzinjektionsabschnitt 10 auf, welche in dieser Abfolge an dem Bauteil angeordnet sind. Genauer gesagt sind diese Abschnitte entlang der Oberfläche des Bauteils 14 nebeneinander angeordnet.
-
Der Harzverflüssigungsabschnitt 8 ist über den Harztransferabschnitt 9 mit dem Harzinjektionsabschnitt 10 fluidverbunden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Harztransferabschnitt 9 ein optionales Ventil 22 angeordnet, welches die Fluidverbindung zwischen dem Harzverflüssigungsabschnitt 8 und dem Harzinjektionsabschnitt 10 wahlweise herstellen oder unterbrechen kann. Der Harztransferabschnitt 9 mündet an einer Eintrittsöffnung 26 auf einer Seite des Harzinjektionsabschnitts 10, in 1 auf der rechten Seite, in den Harzinjektionsabschnitt 10. Auf der gegenüberliegenden Seite des Harzinjektionsabschnitts 10, in 1 auf der linken Seite, ist ein Unterdruckanschluss 24 an dem Harzinjektionsabschnitt 10 vorgesehen und steht mit diesem in Fluidverbindung. Mit diesem Unterdruckanschluss 24 ist eine Vakuumpumpe 34 verbunden. Durch diese Anordnung ist es möglich, im Inneren des Harzinjektionsabschnitt 10 einen Unterdruck zu erzeugen. Das Vorsehen eines Unterdrucks im Harzinjektionsabschnitt 10 bewirkt ein Fließen des im Harzverflüssigungsabschnitt 8 enthaltenen Harzes in den Harzinjektionsabschnitt 10.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Harzverflüssigungsabschnitt 8, der Harzinjektionsabschnitt 10 und der Harztransferabschnitt 9 durch Aufkleben einer Vakuumfolie 12 auf das Bauteil 14 gebildet. Zu diesem Zweck ist die Vakuumfolie 12 so zugeschnitten, dass deren Schnittkonturen 30, 32 im wesentlichen den Randbereichen der jeweiligen Abschnitte entsprechen. Entlang der Schnittkonturen 30, 32, d.h., entlang des Folienrands, ist die Folie mit einem Klebeband auf das Bauteil 14 geklebt. Auf diese Weise wird zwischen der Vakuumfolie 12 und dem Bauteil 14 bzw. der Oberfläche des Bauteils 14 ein luftdichter Bereich unter Bildung der Abschnitte 8, 9 und 10 gebildet. Der vorstehend beschriebene Unterdruckanschluss 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Röhrchen ausgebildet, welches auf einer Seite durch das Klebmittel, im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Öffnung, welche mit dem Klebeband gebildet wurde, hindurch geführt ist. Das Röhrchen erlaubt den Anschluss eines Schlauches einer Vakuumpumpe.
-
Obwohl der Harztransferabschnitt 9 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Harzverflüssigungsabschnitt 8 und dem Harzinjektionsabschnitt 10 ausgebildet ist, da lediglich eine Vakuumfolie 12 zur Ausbildung aller drei Abschnitte verwendet wird, ist es alternativ möglich, den Harztransferabschnitt 9 auf andere Weise auszugestalten. Beispielsweise kann der Harztransferabschnitt 9 durch einen Schlauch verwirklicht sein, die auf einer Seite in den Harzverflüssigungsabschnitt 8 mündet und auf der anderen Seite in den Harzinjektionsabschnitt 10 mündet. Bei einem solchen Aufbau können der Harzinjektionsabschnitt 10 und der Harzverflüssigungsabschnitt 8 als getrennte Abschnitte unter Verwendung von zwei Vakuumfolien gebildet werden.
-
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Harzverflüssigungsabschnitt 8 durch Bilden eines Raumes zwischen einer Vakuumfolie und dem Bauteil 14 gebildet. Um zu vermeiden, dass ein in dem Harzverflüssigungsabschnitt 8 enthaltenes Harz mit dem Bauteil 14 in Kontakt gelangt, oder um zumindest zu vermeiden, dass ein in dem Harzverflüssigungsabschnitt 8 enthaltenes Harz an dem Bauteil 14 anhaftet, ist im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts 8 und auch im Bereich des Harztransferabschnitts 9 eine Trennfolie 16 derart angrenzend an das Bauteil 14 vorgesehen, dass sich diese über den gesamten Harzverflüssigungsabschnitt 8 und den Harztransferabschnitt 9 zwischen Bauteil und Harz erstreckt.
-
Statt den Harzverflüssigungsabschnitt 8 durch Aufkleben einer Vakuumfolie auf dem Bauteil 14 zu erzeugen, ist es alternativ möglich, einen Behälter als Harzverflüssigungsabschnitt zu verwenden. Ein solcher Behälter 18 ist in den 2 und 3 schematisch gezeigt. Der Behälter 18 ist beutelartig ausgebildet und weist einen Verbindungsabschnitt 20 mit einer Öffnung auf, über die in dem Behälter 18 enthaltenes Harz 6 austreten kann. Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Harz in Form von aufeinandergeschichteten Harzfolien 6 vorgesehen. Eine ähnliche Aufschichtung von Harzfolien 6 kann jedoch auch bei dem in 1 gezeigten Aufbau des Harzverflüssigungsabschnitt 8 verwendet werden. Der Verbindungsabschnitt 20 des Behälters 18 kann mit dem Harztransferabschnitt 9 fluidverbunden werden oder über den Verbindungsabschnitt 20 direkt mit dem Harzinjektionsabschnitt 10 verbunden werden. Wird eine solche Anordnung gewählt, dann ersetzt der Behälter 18 bei der in 1 gezeigten Anordnung den Harzverflüssigungsabschnitt 8 und, je nach Ausgestaltung, den Harztransferabschnitt 9. Der Vorteil eines solchen Behälters 18 liegt in der stark vereinfachten Handhabung, da es zur Bildung des Harzverflüssigungsabschnitts nicht erforderlich ist, eine Vakuumfolie auf das Bauteil 14 zu kleben.
-
In 1 ist des Weiteren ein Wirkbereich 4 einer Wärmeerzeugungseinrichtung dargestellt. Die Harzinjektionsanordnung 2 ist dabei so auf den Wirkbereich 4 der Wärmeerzeugungseinrichtung abgestimmt, dass sich der Harzverflüssigungsabschnitt 8, der Harztransferabschnitt 9 und der Harzinjektionsabschnitt 10 im Wirkbereich 4 der Wärmeerzeugungseinrichtung befinden.
-
Der Wirkbereich 4 der Wärmeerzeugungseinrichtung ist ein Bereich, in welchem die Wärmeerzeugungseinrichtung Wärme für den Harzinjektionsvorgang zur Verfügung stellen kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel erzeugt die Wärmeerzeugungseinrichtung dabei im gesamten Wirkbereich 4 im Wesentlichen dieselbe Temperatur. Das bedeutet, dass alle im Wirkbereich 4 befindlichen Objekte mit derselben Temperatur beaufschlagt werden und schlussendlich gemeinsam auf die gleiche Temperatur erwärmt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich der Harzverflüssigungsabschnitt 8, der Harztransferabschnitt 9 und der Harzinjektionsabschnitt 10 im Wirkbereich 4. Die Wärmeerzeugungseinrichtung ist demnach dazu in der Lage, diese Abschnitte gemeinsam auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
-
Ein Harzinjektionsverfahren wird nun unter Bezugnahme auf 1 und 4 erklärt. Das hier beschriebene Harzinjektionsverfahren wird gemäß dem Ausführungsbeispiel dazu verwendet, um Harz in eine Reparaturstelle bzw. an den Reparaturbereich 28 eines Bauteils 14 einzubringen.
-
Bei dem Harzinjektionsverfahren wird zunächst in einem Schritt S1 eine wie vorstehend beschriebene Harzinjektionsanordnung 2 auf einem Bauteil 14 aufgebracht. Dabei wird eine Vakuumfolie 12 so bereitgestellt, dass diese dazu in der Lage ist, den Reparaturbereich 28 abzudecken sowie einen Harztransferabschnitt 9 und einen Harzverflüssigungsabschnitt 8 zu bilden. Diese Vakuumfolie 12 wird anschließend unter Zuhilfenahme eines Klebmittels so auf dem Bauteil 14 aufgeklebt, dass der Harzinjektionsabschnitt 10, der Harztransferabschnitt 9 und der Harzverflüssigungsabschnitt 8 gebildet werden. Genauer gesagt werden die letztgenannten Abschnitte zwischen der Vakuumfolie 12 und dem Bauteil 14 gebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist des Weiteren ein optionales Ventil 22 in dem Harztransferabschnitt 9 vorgesehen. Zudem wurde vor dem Aufkleben der Vakuumfolie 12 im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts 8 und des Harztransferabschnitts 9 eine Trennschicht 16 auf das Bauteil 14 aufgelegt und wurden im Bereich des Harzverflüssigungsabschnitts 8 auf der Trennschicht 16 eine ausreichende Anzahl von Harzfolienbahnen 6 aufeinander aufgeschichtet. Diese Harzfolienbahnen 6 können später verflüssigt werden und das flüssige Harz kann dann über den Harztransferabschnitt 9 in den Harzinjektionsabschnitt 10 eingebracht werden. Auf der gegenüberliegenden Seite von der Seite des Harzinjektionsabschnitts 10, in welchen der Harztransferabschnitt 9 mündet, wird ein Unterdruckanschluss 24 an dem Harzinjektionsabschnitt 10 vorgesehen.
-
In einem weiteren Schritt S2 wird eine Vakuumpumpe 34 an den Unterdruckanschluss 24 angeschlossen. Dies ermöglicht bei Betrieb der Pumpe ein evakuieren des Harzinjektionsabschnitts, wodurch das Fließverhalten des Harzes positiv beeinflusst wird.
-
In einem weiteren Schritt S3 wird eine Wärmeerzeugungseinrichtung über dem Objekt 14 positioniert. Dies geschieht derart, dass der Harzverflüssigungsabschnitt 8 und der Harzinjektionsabschnitt 10 im Bereich 4 der Wärmeerzeugungseinrichtung positioniert sind.
-
In einem weiteren Schritt S4 wird mit der Wärmeerzeugungseinrichtung im Wirkbereich 4 eine Harzverflüssigungstemperatur erzeugt, um das im Harzverflüssigungsabschnitt 8 positionierte Harz 6 auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der dieses eine für die Harzinjektion optimale Viskosität besitzt. Da diese Temperatur im gesamten Wirkbereich 4 erzeugt wird, werden gleichzeitig auch der Harztransferabschnitt 9 und der Harzinjektionsabschnitt 10 auf diese Temperatur erwärmt. Dies bietet den Vorteil, dass das Harz beim Durchströmen des Harztransferabschnitts 9 und des Harzinjektionsabschnitts 10 nicht abkühlt und daher die optimale Viskosität des Harzes 6 beibehalten wird.
-
In einem weiteren Schritt S5 wird an den Harzinjektionsabschnitt 10 ein Unterdruck angelegt, in dem die Vakuumpumpe 34 in Betrieb gesetzt wird. Auf diese Weise wird im Harzinjektionsabschnitt 10 ein Unterdruck erzeugt, wodurch einerseits in dem er Harzinjektionsabschnitt 10 enthaltene Luft abgesaugt wird und eine Sogwirkung erzeugt wird, durch die das im Harzverflüssigungsabschnitt 8 enthaltene Harz 6 angesaugt werden kann. Nach Anlegen des Unterdrucks wird demnach dann, wenn das Harz im Harzverflüssigungsabschnitt 8 ausreichend verflüssigt ist bzw. eine Viskosität aufweist, die eine Harzinjektion ermöglicht, das Harz 6 über den Harztransferabschnitt 9 in den Harzinjektionsabschnitt 10 gesaugt und verteilt sich dort. Insbesondere dringt das Harz 6 auf diese Weise in den Reparaturbereich 28 ein. Ist im Harztransferabschnitt das optionale Ventil 22 vorgesehen, so kann dieses geschlossen gehalten werden und erst dann geöffnet werden, wenn das Harz 6 im Harzverflüssigungsabschnitt 8 eine optimale Temperatur bzw. Viskosität aufweist.
-
In einem weiteren Schritt S6 wird dann mit der Wärmeerzeugungseinrichtung im Wirkbereich 4 eine Harzaushärtetemperatur erzeugt, um das verflüssigte Harz 6 auszuhärten. Nach der Aushärtung können die Vakuumfolie 12, das Klebmittel, mit welchem die Vakuumfolie 12 befestigt war, das optionale Ventil 22, der Unterdruckanschluss 24 sowie sämtliche Harzreste, die sich in dem Harzverflüssigungsabschnitt 8 und dem Harztransferabschnitt 9 befinden und dort ausgehärtet sind, von dem Bauteil 14 entfernt werden.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebene Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
