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Die Erfindung betrifft eine Vakuumhaube zur Herstellung von dreidimensionalen FKV-Bauteilen im Harzinfusionsverfahren, wie Boots- und Flugzeugrümpfe, Windenergierotorblätter, Zugfrontmasken und ähnliche großflächige Strukturbauteile, sowie Teile davon aus einer Faser-Preform aus einem oder mehreren Laminaten, die in eine Form eingelegt ist, deren Innenkontur der Außenkontur des herzustellenden FKV-Bauteils entspricht, wobei die Vakuumhaube unmittelbar, oder unter Zwischenlage eines Abreissgewebes, auf die Form auflegbar ist und aus einem flexiblen Kunststoff besteht, der an die Kontur der Faser-Preform angepasst ist.
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Derartige FKV-Bauteile (Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile) bestehen aus mehreren Schichten, die ein oder mehrere Vliese oder Gewebebahnen mit gerichteter oder ungerichteter Faserstruktur in Form einer Faser-Preform enthalten und in entsprechender Größe auf eine Form aufgelegt werden, deren Kontur der Negativform des herzustellenden Strukturbauteils entspricht. Anschließend erfolgt eine Tränkung mit einem Harz sowie eine thermische Aushärtung bzw. Vernetzung des gesamten Strukturbauteils. Die Aushärtung des Harzes kann auch mit Licht oder UV-Licht, oder chemisch, vorgenommen werden. Kritisch ist hier insbesondere die Tränkung der Fasern enthaltenden Schicht der Faser-Preform, da sichergestellt werden muss, dass die Tränkung über die gesamte Fläche der Faser-Preform gleichmäßig erfolgt, was insbesondere bei großen dreidimensionalen Strukturbauteilen mit mehreren Metern Kantenlänge schwierig zu erreichen ist.
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Aus der
DE 10 2006 044 397 A1 geht beispielsweise ein Kopfmodul für ein Schienenfahrzeug (Zugfrontmaske) hervor, das aus einer Sicherheitszelle in Form einer Fachwerkstruktur für den Fahrzeugführer besteht. Diese Fachwerkstruktur umgibt eine Außenhaut. Aus Gewichts- und Stabilitätsgründen werden für die Außenhaut zunehmend FKV-Bauteile verwendet, wobei hier die Fachwerkstruktur bereits während der Fertigung der Außenhaut in diese integriert wird.
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Es versteht sich, dass das Laminieren und Tränken der FKV-Bauteile lange Taktzeiten erfordert, insbesondere wenn es manuell erfolgt, dadurch sehr zeitaufwändig und schlecht automatisierbar ist. Auch kann das manuelle Tränken mit einem Harz zu einer Gefährdung der Gesundheit infolge frei werdender Gase und Dämpfe führen. Daher ist eine Beschleunigung und Verbesserung dieses Schrittes wünschenswert, um auch große FKV-Bauteile in ausreichender Stückzahl und kostengünstig herstellen zu können. Möglich wird das durch eine Unterdruck- oder Vakuumunterstützung während des Tränkvorganges der Vliese oder Gewebebahnen, was aber mit anderen Nachteilen Verbunden ist, wie noch aufzuzeigen ist.
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Beispielsweise wird in der
DE 196 46 438 A1 ein Verfahren zur Herstellung von flächigen Formteilen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen durch Tiefziehen und Aushärten eines Laminats aus einem Glasfasergebilde, das mit einem mit Licht härtbarem ungesättigten Polyesterharz getränkt ist, beschrieben. Hierzu ist das Fasergebilde ein- oder beidseitig mit einer flexiblen, dehnbaren Kunststoff-Folie abgedeckt. Das Glasfasergebilde umfasst eine Filterschicht, die erst bei Unterdruck für das Polyesterharz durchlässig wird. Das bedeutet, dass eine aufgetragene Schicht aus einem Polyesterharz hauptsächlich erst während des Tiefziehens mittels Unterdruck in das Glasfasergebilde eindringt. Das Aushärten erfolgt dann anschließend mit Licht oder UV-Licht.
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Weiterhin geht aus der
DE 10 2011 014 758 A1 eine Vakuumhauben-Vorrichtung aus einem elastischen Kunststoffmaterial zum Abdecken eines mit einer Oberfläche auf einem festen Formkörper aufgebrachten aushärtbaren Kompositsubstrates hervor. Mit der Vakuumhauben-Vorrichtung wird ein gasdichtes Verpressen und Aushärten eines dauerhaft zu formenden Kompositsubstrates mittels Unterdruck ermöglicht. Hinweise zur Herstellung des Kompositsubstrates sind aus dieser Druckschrift jedoch nicht entnehmbar.
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In der
DE 10 2011 121 658 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen beschrieben, bei dem zumindest eine Lage eines Fasergeleges in eine Form eingelegt und mit einem Harz getränkt wird. Herbei werden ausschließlich einteilige bzw. offene Werkzeuge oder Formen eingesetzt. Anschließend wird die so entstandene Anordnung in die gewünschte Form verpresst und ausgehärtet.
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Zur Beschleunigung des Tränkvorganges ist ein sogenanntes Harzinfusions- bzw. Vakuumverfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen bekannt geworden, das beispielsweise in der
DE 199 26 896 A1 beschrieben wird. Hierbei wird ein Faserformling in einer Form abgelegt, die mit einem Harzanschluss auf einer Seite und einem Vakuumanschluss auf der gegenüber liegenden Seite versehen ist. Verschlossen wird die Form mit einem Deckel der Kanäle aufweist, die mit einer flexiblen Folie abgedeckt sind. Diese Kanäle sind ebenfalls mit einem Vakuumanschluss verbunden, so dass beim Anlegen von Vakuum die Kanäle während der Harzzuführung mittels Vakuum freigelegt werden, indem die flexible Folie in diese eingesaugt wird. Über die Kanäle wird eine schnellere Verteilung des Harzes ermöglicht. Wird der Vakuumanschluss der Kanäle abgeklemmt, wird die Folie gegen das Laminat gedrückt und gleichzeitig das überschüssige Harz aus den Kanälen in das Laminat gedrückt.
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Ein derartiges Verfahren ist sehr aufwändig und für die Herstellung von sehr großen und komplizierten dreidimensionalen Strukturbauteilen nicht geeignet.
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In der
DE 600 18 455 T2 wird ein Doppelfolien Vakuuminjektionsverfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes beschrieben, bei dem eine Faser-Preform auf einer Unterlage angeordnet und anschließend durch einen inneren und einen äußeren Sack (Vakuumfolie) abgedeckt wird, wobei auf der Faser-Preform eine Ablöselage (Abreißgewebe) und darüber weitere Lagen, wie ein Barrierefilm, angeordnet sind. Auf einer Seite der Faser-Preform erfolgt die Zuführung von Harz, das mit Hilfe eines auf der anderen Seite angelegten Vakuums durch die Faser-Preform gesaugt und aus der Faser-Preform austretendes Harz über eine Rohrleitung in einen Vakuumabflusstank geleitet wird. Bei dreidimensionalen Faser-Preformen wird Harz an mehreren räumlich verteilten Stellen zugeführt.
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Von besonderem Nachteil ist hier neben dem hohen Aufwand für den Zusammenbau der Vorrichtung der hohe Einsatz nicht wieder verwendbarer Verbrauchsmaterialien, wie Abreißgewebe, Fließhilfe, Vakuumfolie, Harzleiter, Vakuumkanäle sowie Dichtmaterialien. Außerdem ergibt sich aus der Applikation des vielschichtigen Vakuumaufbaus eine kosten- und zeitaufwändige Prozessführung.
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Die
DE 694 29 655 T2 bezieht sich auf eine einteilige Vakuumhaube mit einer integrierten Harzverteileranordnung als separate Vorrichtung versehen, die aus einer rechtwinkligen Kreuzschraffur von kleinen Kanälen besteht und die durch ein sich wiederholendes Muster von Höckern getrennt ist und die ein Kollabieren der Kanäle unter Vakuum verhindern sollen.
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Auf der Außenseite der Vakuumhaube befindet sich ein quer darauf verlaufendes Rohr mit Verteilerkanälen, die eine über deren gesamte Länge verlaufende Verbindung zu den kleinen Kanälen aufweist und zur Harzzufuhr dient.
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Die Abdichtung des Randes der Vakuumhaube auf einer Form erfolgt mit Klebeband. Am Rand der Form befindet sich ein um die Harzverteileranordnung verlaufender Vakuumkanal, der durch gewendelte Spulen oder Federn gegen Kollabieren gesichert ist.
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Beim Anlegen eines Vakuums an den Vakuumkanal und gleichzeitiger Zuführung des Harzes wird sich das Harz zunächst hauptsächlich im Bereich der kleinen Kanäle/Höcker ausbreiten und anschließend in die darunter befindliche Faserstruktur.
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In der
US 2006 / 0249877 A1 wird eine Vorrichtung zum Übertragen von Harz in eine Faserstruktur beschrieben. Hier sind in einer Haube kammartig ineinandergreifende gegenüberliegende Kanäle vorgesehen, die nicht miteinander verbunden sind und wobei auf einer Seite ein Harzinjektor und auf der anderen Seite ein Harzauslass vorgesehen ist.
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Eine Vakuumunterstützung ist nicht vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2014 106 272 B3 geht eine segmentierte Formkörper-Vorrichtung zum gasdichten Abdecken eines aus einem aushärtbaren viskosen Füllmaterial bestenden Werkstücks hervor. Um größere Bauteile herstellen zu können, werden mehrere Vakuumhauben aneinander gereiht, wobei sich zwischen zwei Vakuumhauben jeweils ein Brückenbogen mit jeweils einer Dichtung an der seitlichen Flanke desselben befindet.
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Die Dichtung besteht aus einer Dichtnut im Brückenbogen und einem Dichtkeil, der aus dem Rand der Vakuumhaube hervorsteht.
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Die
WO 2015/132700 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdichtung eines bereits mit Harz getränkten Faserverbundstapels unter Verwendung einer atmungsaktiven Polyethylen Vakuumfolie. Der hier verwendete Vakuumsack enthält Polyethylen, weil das einen erhöhten Widerstand gegen Deformation und Ausdehnung infolge Vakuumeinfluss besitzt und ist mit einem sich kreuzenden Rillenmuster als evakuierbare Luftkanäle versehen.
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Weiterhin geht aus der
DE 101 05 976 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Bauelemente aus Faserverbundwerkstoffen mit kammartig ineinander greifenden Vakuum- und Injektionskanälen in einem verformbaren Formteil hervor, wobei die Injektionskanäle auf der Unterseite mit Injektionsöffnungen versehen sind. In den Vakuumkanälen befindet sich eine Drainagematte, um immer einen freien Absaugquerschnitt freizuhalten.
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Die
EP 1 819 502 B1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundformteilen mittels Vakuuminfusion. Die Vorrichtung besteht aus einer festen Form mit einer Fasereinlage und einer drauf angeordneten Verteilungslage für Vakuum, an die längs verlaufende Einlasskanäle zur Zuführung von Harz angrenzen. Das Ganze wird durch eine Vakuumhaube abgedeckt, die an den Seiten jeweils mit einem Vakuumkanal versehen ist. Die Einlasskanäle sind schlauchartige Röhren mit längs verlaufenden Klappen, die in der Vakuumhaube angeordnet sind, und einen Harzrückfluss verhindern sollen.
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Schließlich gehen aus der
DE 10 2014 107 584 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung vor Faserverbundbauteilen durch Harzinjektion hervor. Die Vorrichtung besteht aus einem Ober- und einem Unterwerkzeug, die einen Formhohlraum umschließen und mit einem mittig angeordneten Anguss/Einfüllkanal für duro- oder thermoplastisches Material versehen ist, an den sich ein Verteilerkanal anschließt. Im Formhohlraum befinden sich die zu tränkenden Faserlagen.
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Um eine schnelle anfängliche Verteilung des Matrixharzes zu erreichen, sind an der Innenwand des Formhohlkörpers Flusskanäle erster und zweiter Art eingearbeitet. Eine Vakuumunterstützung ist nicht vorgesehen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine wiederverwendbare flexible funktionsintegrierte Vakuumhaube zur Herstellung von auch besonders großen dreidimensionalen FKV-Bauteilen im Harzinfusionsverfahren zu schaffen, die einfach und mit selbsttätiger Positionierung anwendbar ist und mit der ein besonders schneller und gleichmäßiger Tränkvorgang einer Faser-Preform mit einem Harz mit geringem Aufwand erreicht wird, die nach dem Tränken leicht ablösbar ist und bei der Harzreste leicht entfernt werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass auf der der Faser-Preform zugewandten Innenseite der Vakuumhaube Harzfließkanäle jeweils ausgehend von mindestens einem Punktanguss auf der Rückseite der Vakuumhaube für eine Harzquelle eingearbeitet sind, derart, dass sich die Harzfließkanäle in Form von verzweigten Baumstrukturen, oder strahlenförmig zentrifugal im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Innenseite der Vakuumhaube erstrecken, dass ein in sich geschlossener Vakuumkanal in der Vakuumhaube die Harzfließkanäle peripher in einem vorgegebenen Abstand zu den Enden der Harzfließkanäle umgibt, und dass zur passgenauen Zuordnung der Vakuumhaube zu der auf der Form aufliegenden Faser Preform und zugleich zur sicheren Fixierung und Abdichtung der Vakuumhaube ein weiterer Kanal in der Form vorgesehen ist, der den Vakuumkanal außerhalb des Bereiches der Faser-Preform als ein in sich geschlossener Kanal umgibt und der mit einer aus der Vakuumhaube hervorstehenden Feder korrespondiert, die den gleichen, oder zumindest ähnlichen Querschnitt aufweist, wie der Kanal.
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In einer ersten Fortführung der Erfindung ist der weitere Kanal mit Vakuum verbindbar, so dass eine vakuumdichte und feste Verbindung zwischen dem weiteren Kanal und der aufgelegten Vakuumhaube entsteht.
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Die Vakuumhaube besteht bevorzugt aus 2-K-Silikon oder einem anderen Kunststoff, der eine geringe oder keine Benetzbarkeit zu dem zum Tränken der Faser-Preform verwendeten Harz aufweist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Form und die Größe der Querschnitte der Harzfließkanäle auf der Innenseite der Vakuumhaube unterschiedlich, um eine gleichmäßige oder gezielt unterschiedliche Geschwindigkeit der Verteilung des durch die Harzfließkanäle zugeführten Harzes zu erreichen.
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In einer Fortführung der Erfindung sind die Querschnitte der Harzfließkanäle dreieckig, trapezförmig, omegaähnlich, oval oder halbkreisförmig, wobei auch andere Querschnitte möglich sind. Wesentlich für die konkrete Wahl des Querschnittes ist, dass sich die Harzfließkanäle infolge des auf diese einwirkenden Unterdruckes nicht verschließen können und dass das in den Kanälen verbliebene Harz nach der Aushärtung leicht entfernt werden kann. Das gilt natürlich entsprechend auch für den Vakuumkanal.
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Zusätzlich können die Harzfließkanäle durch abstandsweise konzentrisch angeordnete Ringkanäle, oder Ringkanalabschnitte miteinander verbunden sein.
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Weiterhin sind in der Vakuumhaube Sensoren zur Überwachung des Verlaufes der Fließfront des Harzes im Laminat und zur Überwachung des Vernetzungs- oder Aushärteprozesse des über die Harzfließkanäle zugeführten Harzes integriert.
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In einer Fortführung der Erfindung ist der Vakuumkanal im Bereich des Faser-Prepregs in die Unterseite der Vakuumhaube und/oder in die Form eingearbeitet. Durch Anlegen eines Vakuums an den Vakuumkanal wird in der Faser-Preform der nötige Unterdruck erzeugt, der dafür sorgt, dass sich ausgehend vom Punktanguss für die Zuführung des Harzes eine Harzfront gleichmäßig durch die Faser-Preform ausbreitet. Dazu ist es grundsätzlich unerheblich, ob sich der Vakuumkanal in der Vakuumhaube befindet, oder in der Form.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumhaube ist, dass diese für besonders große FKV-Bauteile geeignet ist und vielfach wiederverwendet werden kann.
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Durch die Erfindung wird weiterhin eine deutlich schnellere Prozessführung auf der einen und eine große Abfallersparnis auf der anderen Seite erreicht. Zudem lassen sich FKV-Bauteile mit einer höheren Reproduzierbarkeit und Bauteilqualität herstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Vakuumhaube ist es möglich, zusätzlich Sensoren zu integrieren, mit denen die Ausbreitung der Harzfront in der Faser-Preform vom Punktanschluss und der Aushärtegrad des Laminat-Harz-Verbundes bestimmt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumhaube ist darin zu sehen, dass deren Anwendung unkompliziert ist und daher kein besonders geschultes Fachpersonal für deren Anwendung erforderlich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1: eine vereinfachte dreidimensionale Darstellung einer auf einer Faser-Preform aufliegenden erfindungsgemäßen Vakuumhaube;
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2: die Unterseite einer Vakuumhaube nach 1 mit eingearbeiteten Harzfließkanälen und einem diese peripher umgebenden Vakuumkanal, wobei sich die Harzfließkanälen ausgehend von einem Punktanguss in Form einer Baustruktur verzweigen;
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3: die Anordnung von Harzfließkanälen die sich ausgehend von einem Punktanguss strahlenförmig zentrifugal ausbreiten und die durch mehrere konzentrisch angeordnete Ringkanäle miteinander verbunden sind;
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4: eine rasterförmige Anordnung von Harzfließkanälen mit einem Punktanguss; und
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5: unterschiedliche Querschnittsformen für die Harzfließkanäle in der Vakuumhaube.
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1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer dreidimensionalen Form 1 mit einem auf dieser befindlichen Faser-Preform 2, auf die eine erfindungsgemäße funktionsintegrierte und wieder verwendbare Vakuumhaube 3 aufgelegt ist. Für die Zufuhr von Harz zum Tränken der Faser-Preform 2 ist die Vakuumhaube 3 mit einem Punktanguss 4 zum Anschluss eines Verbindungsschlauches 5 versehen.
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Die Vakuumhaube 3 kann unmittelbar, oder unter Zwischenlage eines nicht dargestellten Abreißgewebes auf die Faser-Preform 2 aufgelegt werden, wobei die Vakuumhaube 3 aus einem flexiblen Kunststoff besteht und an die Kontur der Faser-Preform 2 angepasst ist. Unter dem Begriff „flexibel“ soll hier insbesondere „anschmiegsam“, „leicht biegsam“, im Detail weitgehend formstabil verstanden werden. Aus diesem Grund besteht die Vakuumhaube 3 bevorzugt aus einem Zwei Komponenten Silikon (2k Silikon).
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Wie aus 2 und 5 ersichtlich, sind auf der der Faser-Preform 2 zugewandten Innenseite der Vakuumhaube 3 Harzfließkanäle 6 eingearbeitet, die sich in unterschiedlichen Mustern im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Innenseite der Vakuumhaube 3 erstrecken. Die Harzfließkanäle 6, beispielsweise in Form einer Baumstruktur, stehen mit dem Punktanguss 4 auf der Rückseite der Vakuumhaube 3 in fluidischer Verbindung. 2 zeigt eine Baumstruktur mit einfacher Verzweigung, wobei selbstverständlich auch weitere Verzweigungen möglich sind.
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Der in 2 dargestellte kreisförmige Umriss der Harzfließkanäle 6 soll lediglich beispielhaft verstanden werden und hängt in der konkreten Ausgestaltung von der Form und dem Umriss des herzustellenden Strukturbauteils ab.
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Weiterhin ist ein in sich geschlossener, hier ringförmiger, Vakuumkanal 7 vorgesehen, der die Harzfließkanäle 6 peripher in einem vorgegebenen definierten Abstand zu den Enden 8 der Harzfließkanäle 6 umgibt und der mit einem Vakuumanschluss 9 verbunden ist. Der Vakuumkanal 7 dient dazu, einen ausreichenden Unterdruck in der Faser-Preform 2 zu erzeugen, nachdem diese auf die Faser-Preform 2 aufgelegt worden ist, so dass über die Harzfließkanäle 6 Harz angesaugt wird und sich durch Bildung einer sich ausbreitenden Harzfront 12 in der Faser-Preform 2 gleichmäßig verteilt. Es versteht sich, dass der in 2 kreisförmig dargestellte Vakuumkanal 7 entsprechend dem Umriss der Harzfließkanäle 6 auch einen rechteckigen, oder einen andersartigen Verlauf haben kann.
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Die Vakuumhaube 3 besteht bevorzugt aus 2K Silikon oder einem anderen Kunststoff, der eine geringe oder keine Bindungskraft zu dem zum Tränken der Faser-Preform 2 verwendeten Harz aufweist und der bei hoher Formstabilität ausreichend flexibel und leicht handhabbar ist.
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Aus den 3, 4 gehen weitere mögliche Anordnungsmöglichkeiten für die Harzfließkanäle 6 hervor. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass die Harzfließkanäle 6 konturgerecht entsprechend der Geometrie des herzustellenden Strukturbauteils angeordnet werden, so dass die Faser-Preform 2 gleichmäßig, schnell und luftblasenfrei mit Harz infiltriert werden kann. So zeigt 3 eine Ausgestaltung, bei der die Harzfließkanäle 6 ausgehend von einem Punktanguss 4 als Anschluss für eine Harzquelle strahlenförmig zentrifugal angeordnet sind.
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Weiterhin können die strahlenförmig zentrifugal angeordneten Harzfließkanäle 6 durch einen Ringkanal 10, oder durch mehrere abstandsweise konzentrisch angeordnete Ringkanäle 10, oder auch durch Ringkanalabschnitte, miteinander verbunden sein.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung nach 4 sind die Harzfließkanäle 6 rasterförmig angeordnet und mit einem oder mehreren Punktangüssen 4 in Kreuzungspunkten der Harzfließkanäle 6 versehen.
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Entsprechend der Größe des herzustellenden Strukturbauteils kann die Vakuumhaube 3 auch mehrere Punktangüsse 4 mit jeweils angeschlossenen Harzfließkanälen 6 und einen diese jeweils umgebenden Vakuumkanal 7 nebeneinander enthalten.
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Die Form und die Größe der Querschnitte der Harzfließkanäle 6 auf der Innenseite der Vakuumhaube 3 in ihrer Längserstreckung kann unterschiedlich bzw. veränderlich sein, um eine gleichmäßige oder gezielt unterschiedliche Verteilung des durch die Harzfließkanäle 6 zugeführten Harzes zu erreichen.
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Beispielsweise können die Querschnitte der Harzfließkanäle 6 dreieckig, trapezförmig, omegaähnlich, oval oder halbkreisförmig sein (5), wobei auch andere Querschnitte möglich sind. Wesentlich für die konkrete Wahl des Querschnittes ist, dass sich die Harzfließkanäle 6 infolge des auf diese während des Beharzungsvorganges einwirkenden Unterdruckes und der Flexibilität des 2k Silikons nicht verschließen, d.h. nicht zusammenziehen, und dass das in den Harzfließkanälen nach dem Beharzungsvorgang verbliebene Harz nach der Aushärtung leicht entfernt werden kann. 5 zeigt Harzfließkanäle 6 mit unterschiedlichen Querschnitten in Eingriffsstellung mit der Faser-Preform 2, die sich auf der Form 1 befindet.
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Der Vakuumkanal 7 ist bevorzugt in die Unterseite der Vakuumhaube 3 eingearbeitet. Nach dem Auflegen der Vakuumhaube 3 auf die auf der Form 1 befindliche Faser-Preform 2 kann durch Anlegen eines Vakuums an den Vakuumkanal 7 in der Faser-Preform 2 bzw. zwischen der Vakuumhaube 3 und der Form 1 der nötige Unterdruck erzeugt werden, der dafür sorgt, dass sich ausgehend von Punktanguss 4 eine Harzfront 12 gleichmäßig durch die Faser-Preform 2 nach außen in Richtung zum Vakuumkanal 7 ausbreiten kann. Dabei ist es funktionell grundsätzlich unerheblich, ob sich der Vakuumkanal 7 in der Vakuumhaube 3 befindet, oder in der Form 1.
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Der definierte Abstand zwischen den Enden 8 und dem diese umgebenden Vakuumkanal 7 dient als Harz-Bremszone, so dass die Fließfront des Harzes den Vakuumkanal 7 erst dann erreicht, wenn die gesamte Faser-Preform 2 mit Harz infiltriert ist.
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Um eine passgenaue Zuordnung der Vakuumhaube 1 zu der auf die Form 1 aufgelegten Faser-Preform 2 und zugleich eine sichere Fixierung der Vakuumhaube 3 zu erreichen, ist ein Kanal 11 in der Form 1 vorgesehen (1), der den Vakuumkanal 7 in der Vakuumhaube 3 außerhalb des Bereiches der Faser-Preform 2 als in sich geschlossener Kanal umgibt und der mit einem Anschluss 9 zur Zuführung eines Vakuums versehen ist (2–4). Dieser Kanal 11 korrespondiert mit einer aus der Vakuumhaube 3 hervorstehenden Feder 13 (1, 2), die den gleichen, oder zumindest ähnlichen Querschnitt aufweist, wie der Kanal 11. Diese Feder 13 ist beim Auflegen der Vakuumhaube 3 in den Kanal 11 formschlüssig, oder auch rastend, einzudrücken. Damit wird eine selbsttätige Positionierung der Vakuumhaube 3 auf dem Faser-Prepreg 2 bzw. der Form 1 erreicht, was die Handhabung der unter Umständen sehr großen Vakuumhaube 3 ganz wesentlich erleichtert.
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Die Kombination aus dem Kanal 11 und der Feder 13 dient gleichzeitig auch als Dichtung, um zu verhindern, dass beim Anlegen eines Vakuums an den Vakuumkanal 7 Umgebungsluft in die Faser-Preform 2 angesaugt wird.
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Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Kanal 11 nach dem Eindrücken der Feder 13 mit Vakuum zu versorgen, um die Vakuumhaube 1 sicher, fest und vakuumdicht mit der Form 1 zu verbinden, was bei sehr großen Faser-Preformen 2 bzw. Vakuumhauben 3, die Kantenlängen von mehreren Metern erreichen können, besonders wichtig ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann lediglich ein in sich geschlossener Kanal 11 in der Form 1 vorgesehen sein und auf die Feder 13 in der Vakuumhaube 3 verzichtet werden, wobei der Kanal 11 nach dem Auflegen der Vakuumhaube 3 mit Vakuum versorgt wird. Dadurch wird die Vakuumhaube 3 gegen die Form 1 gesaugt und vakuumdicht an der Form 1 befestigt. Der weitere in sich geschlossene Kanal 11 umgibt in diesem Fall ebenfalls den Vakuumkanal 7 in der Vakuumhaube 3 außerhalb des Bereiches der Faser-Preform 2.
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Der in der Vakuumhaube 3 befindliche Vakuumkanal 7 sorgt für den nötigen Unterdruck in der Faser-Preform 2, um eine möglichst schnelle Ausbreitung der vom Punktanschluss 4 ausgehenden Harzfront 12 zu erreichen. Der in der Form 1 befindliche Kanal 11 sorgt bei dieser Ausführungsform einerseits für das sichere Anhaften der Vakuumhaube 3 an der Form 1 (1) und verhindert andererseits das Ansaugen von Umgebungsluft infolge des Unterdrucks im Vakuumkanal 7.
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Es versteht sich, dass der Vakuumkanal 7 und der Kanal 11 sich in sinngemäß gleicher Anordnung wie vorstehend beschrieben, auch in der Vakuumhaube 3 befinden können.
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Weiterhin können in der Vakuumhaube 3 Sensoren zur Überwachung des Verlaufes der Fließfront 12 (2) des Harzes in der Faser-Preform 2 und zur Überwachung des Vernetzungs- oder Aushärteprozesse des über die Harzfließkanäle 6 zugeführten Harzes integriert werden.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einer mit Harz getränkten Faser-Preform 2 gestaltet sich durch die erfindungsgemäße Vakuumhaube 3 besonders einfach. Dazu wird die Vakuumhaube 3 lediglich auf die in der Form 1 befindliche Faser-Preform 2 aufgelegt, die Feder 13 der Vakuumhaube 3 in den Kanal 11 der Form 1 eingedrückt, ein Vakuum an den Vakuumanschluss 9 des Vakuumkanals 7 bei nachfolgender Freigabe der Harzzuführung über den Punktanguss 4 für die Harzquelle angelegt und die Faser-Preform 2 mit einem Harz gefüllt. Nach dem Aushärten des Harzes kann die Vakuumhaube 3 einfach abgelöst werden.
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Alternativ kann zwischen der Faser-Preform 2 und der Vakuumhaube 3 ein nicht dargestelltes Abreißgewebe gelegt werden, um das Ablösen der Vakuumhaube 3 nach dem Aushärten des Harzes zu erleichtern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Form
- 2
- Faser-Preform
- 3
- Vakuumhaube
- 4
- Punktanguss
- 5
- Verbindungsschlauch
- 6
- Harzfließkanal
- 7
- Vakuumkanal
- 8
- Ende
- 9
- Anschluss für Vakuum
- 10
- Ringkanal
- 11
- Kanal
- 12
- Harzfront
- 13
- Feder
