DE19859798C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Ver­ fahrens nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10.

Faserverbundwerkstoffe bestehen aus einer Fasermatte, die in eine Matrix aus Harz, üblicherweise Kunstharz, ein­ gebettet ist. Die Fasermatte kann unterschiedlichen Aufbau aufweisen und beispielsweise aus einzelnen parallel verlau­ fenden Fasern aber auch aus Fasergeweben bestehen. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um Kohlefasern han­ deln.

Die Herstellung von Formkörpern aus Faserverbund­ werkstoffen ist recht aufwendig. Dabei besteht eine Schwie­ rigkeit darin, die gleichmäßige Einbettung der Fasern in das Harz zu erreichen, bevor das Harz ausgehärtet wird.

Beim sogenannten PREPREG-Verfahren werden dünne Lagen von in teilausgehärtetem Harz eingebetteten Fasern laminiert, bis eine Vorform des Formkörpers entstanden ist. Anschließend wird diese Vorform unter mechanischem Druck bei gleichzeitiger Einwirkung eines Vakuums zum Abziehen von Luftblasen aus der Vorform durch Erwärmen ausgehärtet. Dies geschieht typischerweise in einem Auto­ klaven, in dem die Vorform auf einer Negativform aufliegt und von einer flexiblen Membran abgedeckt wird. Die flexi­ ble Membran ist gegenüber der Negativform abgedichtet. Dabei ist zwischen der Vorform der Membran noch eine Schicht aus Gewebematerial angeordnet, die zum Aufneh­ men von überschüssigem Harz und zur Ausbildung einer Vakuumzone, des sogenannten Vakuumsacks, dient. Der Bereich des Vakuumsacks ist an eine Vakuumquelle an­ schließbar.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren, das als RTM- Technik bekannt ist, wird Fasermaterial zwischen zwei stei­ fen Formhälften angeordnet, die gegeneinander abgedichtet sind. Dann wird von der einen Seite her der Zwischenraum zwischen den beiden Formhälften evakuiert. Von der ande­ ren Seite her wird flüssiges Harz in den Zwischenraum inji­ ziert. Das injizierte Harz wird von der Druckdifferenz zwi­ schen dem Injektionsdruck des Harzes selbst und dem Un­ terdruck in dem Zwischenraum durch die Fasermatte hin­ durchgezogen. Dabei besteht die Gefahr, daß das Harz an seiner zu dem Unterdruckbereich hin gewandten Fließfront aufschäumt und dadurch zu porösen Formkörpern führt. Die Zykluszeiten beim RTM-Verfahren sind daher sehr lang. Hinzukommt ein hoher Aufwand für die Werkzeuge.

Aus "Das DP-RTM-Verfahren, eine Fertigungstechnolo­ gie zur wirtschaftlichen Herstellung hochwertiger Faserver­ bundbauteile", Vortrag auf der 27. AVK-Tagung Baden-Ba­ den Oktober 1996, ist ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen bekannt, bei dem eine Fasermatte auf eine steife Negativform aufge­ bracht wird. Anschließend wird die Fasermatte mit einer fle­ xiblen Membran abgedeckt, wobei die Membran gegenüber der Negativform um die Fasermatte umlaufend abgedichtet wird. Dann wird die Negativform mit der Fasermatte und der Membran in einen Autoklaven eingebracht. In dem Au­ toklaven wird der abgedichtete Zwischenraum zwischen der Negativform und der Membran zunächst evakuiert. An­ schließend wird an einem dem Abzug aus dem Zwischen­ raum abgekehrten Punkt flüssiges Harz in den Zwischen­ raum zwischen der Negativform und der Membran injiziert. Dabei wird ein Injektionsdruck eingehalten, der geringer ist als der auf der Rückseite der Membran wirkende Überdruck in dem Autoklaven. Das Harz bewegt sich auch hier durch die Druckdifferenz zwischen dem Injektionsdruck und dem Unterdruck in dem Zwischenraum durch die Fasermatte um diese in das Harz einzubetten. Dabei weist der Zwischen­ raum zwischen der Negativform und der flexiblen Membran an der Fließfront des Harzes keinen nennenswerten freien Querschnitt aufweist, so daß ein Aufschäumen des Harzes verhindert wird. Gleichzeitig wird durch die auf die Faser­ matte gedrückte Membran eine Fixierung der Fasermatte gegenüber der Negativform erreicht. Insgesamt werden bei dem DP-RTM-Verfahren zwar höhere Produktqualitäten er­ zielt und es sind geringere Aufwendungen für das Werkzeug erforderlich; der Zeitbedarf ist gegenüber dem herkömmli­ chen RTM-Verfahren jedoch nicht prinzipiell reduziert.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbe­ griffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 sind aus der DE 691 09 255 T2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Taktzeiten beim Herstellen von Formkörpern aus Faserverbundwerk­ stoffen zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfah­ ren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des An­ spruchs 10 auf. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 bzw. 11 bis 14 beschrieben.

Bei dem neuen Verfahren wird das flüssige Harz in den Zwischenraum zwischen der Negativ­ form und der Membran mit einem Injektionsdruck injiziert, der größer ist als der Überdruck auf der Rückseite der Membran. Dadurch kann das Harz schnell in die­ sen Zwischenraum eingebracht werden. Die Einbringzeit wird nicht durch die Fließgeschwindigkeit des Harzes durch die Fasermatte beschränkt. Vielmehr kann das Harz in den Zwischenraum eintreten, indem es sich zunächst oberhalb der Fasermatte verteilt. Durch den dort über die flexible Membran wirkenden Druck von der Rückseite der Membran her wird das Harz lateral in die Fasermatte eingedrückt. Die Benetzung der Fasermatte durch das Harz erfolgt dabei nicht über einen vergleichsweise kleinen Querschnitt der Fasermatte sondern quasi über deren gesamte Fläche. Das Einbetten der Fasermatte in das Harz nimmt entsprechend nur relativ kurze Zeit in Anspruch.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft die Vorausset­ zung für die Durchführung des neuen Verfahrens.

Zur Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit des neuen Verfahrens wird die Negativform dauerhaft be­ heizt, das heißt auf einer Temperatur knapp oberhalb der ge­ wünschten Aushärtetemperatur für das Harz gehalten. Die gewünschte Temperaturführung für das Harz stellt sich dann durch den Temperaturgradient über den Zwi­ schenraum zwischen der Negativform und der unbeheizten Membran und den Fließweg des Harzes ein. Das Harz ge­ langt erst dann in direkten Wärmekontakt mit der heißen Negativform, wenn es die Fasermatte bereits benetzt hat.

Bei den wichtigsten Ausführungsformen des neuen Ver­ fahrens wird nicht die gesamte Negativform mit der diese abdeckenden Membran auf der Rückseite unter Unterdruck gesetzt, wie dies in einem Autoklaven der Fall ist. Vielmehr wird die Membran an der Stirnseite eines geschlossenen Stützrings angeordnet, der abdichtend gegen die Negativ­ form gepreßt wird. Der Stützring ist dabei Teil eines Über­ druckraums auf der Rückseite der Membran, der lokal unter Überdruck setzbar ist, um den gewünschten statischen Über­ druck auf der Rückseite der Faserplatte aufzubauen. Zum Aufbau des Überdrucks kann ein Gas und/oder eine Flüssigkeit eingesetzt werden.

Die Abdichtung zwischen der Membran und dem Stütz­ ring einerseits und der Negativform andererseits kann da­ durch gefördert werden, daß der Stützring mit der Membran in eine umlaufende Nut in der Negativform gepreßt wird. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß in dem Zwischen­ raum zwischen der Negativform und der Membran bei dem neuen Verfahren ein Vakuum oder doch zumindest ein er­ heblicher Unterdruck von typischerweise maximal 1 Hekto­ pascal aufgebracht werden soll.

Um die Taktzeiten bei der Durchführung des neuen Ver­ fahrens weiter zu steigern, kann beim Aufheizen der Nega­ tivform das Harz im Zulauf zu dem Zwischenraum zwi­ schen der Negativform und der Membran gekühlt werden. Hierdurch wird verhindert, daß das Harz in diesem Bereich aushärtet und eine aufwendige Reinigung des Zulaufs zwi­ schen der Herstellung von zwei Formkörpern erfolgen muß. Derartige Maßnahmen sind grundsätzlich als Kaltanguß­ technik in der Duromerspritzguß-Technologie bekannt. Sie sind hier auch auf das Harz im Abzug zum Evakuieren des Zwischenraums zwischen der Negativform und der Mem­ bran anwendbar, das beim Aushärten des Formkörpers ebenfalls gekühlt werden sollte.

Die Kühlung kann ganz konkret erreicht werden, in dem mindestens ein Ventil im Zulauf zu dem Zwischenraum zwi­ schen der Negativform und der Membran bzw. in dem Ab­ zug zum Evakuieren des Zwischenraums zwischen der Ne­ gativform und der Membran durch ein Kühlmedium ge­ schaltet wird. Das Kühlmedium dient dabei also einerseits zum Schalten des Ventils und andererseits zum Kühlen des Harzes in dem Ventil, um dieses flüssig zu halten. Das Aus­ härten des Harzes in dem Ventil wäre besonders uner­ wünscht, weil damit sehr aufwendige Reinigungsarbeiten zwischen der Herstellung von zwei einzelnen Formkörpern verbunden wären.

Vorzugsweise wird bei dem neuen Verfahren auch die Membran beim Aufheizen der Negativform auf ihrer Rück­ seite gekühlt, um Beschädigung der Membran durch Hitze­ einfluß zu vermeiden. Die Kühlung kann beispielsweise da­ durch erfolgen, daß eine Kühleinrichtung für die Rückseite der Membran vorgesehen wird, die eine Umwälzeinrichtung für das Druckmedium in dem Druckraum aufweist. Das Druckmedium in dem Druckraum hat damit auch eine Dop­ pelfunktion und zwar einerseits den Aufbau des statischen Drucks auf der Rückseite der Membran und andererseits die Kühlung der Rückseite der Membran.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Ver­ fahrens in einer Offenstellung,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Geschlossen­ stellung,

Fig. 3 den Schaltplan der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 ein Injektionsventil der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 in einer Geschlossenstellung und

Fig. 5 das Injektionsventil gemäß Fig. 4 in einer Offen­ stellung.

Bei der in den Fig. 1 und 2 in zwei verschiedenen Stellun­ gen gezeigten Vorrichtung handelt es sich um ein Werkzeug 1 zur Verwendung in einer Kunststoffspritzgußpresse. Das Werkzeug 1 ist zweiteilig. Der untere Teil ist eine steife Ne­ gativform 2, die hier aus Aluminium ausgebildet ist und die durch eine an der Kunststoffspritzgußpresse angeordnete Heizung aufheizbar ist. Der obere Teil ist eine Druckglocke 3. Nach oben wird die Druckglocke 3 durch einen massiven, steifen Deckel 4 abgeschlossen. Seitlich wird die Druck­ glocke 3 durch einen ebenfalls steifen Stützring 5 begrenzt. An der unteren Stirnseite des Stützrings 5 ist eine flexible Membran 6 angeordnet, die die Druckglocke 3 nach unten abschließt. In dem Stützring 3 sind verschiedene Durchfüh­ rungen 7 für hier nicht dargestellte Versorgungsleitungen vorgesehen. Hierauf wird im Zusammenhang mit Fig. 3 nä­ her eingegangen werden. Die Membran 6 weist eine der Ne­ gativform 2 entsprechende Gestalt auf, wobei zwischen der Membran 6 und der Negativform 2 in der Geschlossenstel­ lung des Werkzeugs 1 gemäß Fig. 2 ein Zwischenraum 8 verbleibt, der der gewünschten Form eines mit dem Werk­ zeug 1 herzustellenden Formkörpers aus Verbundwerkstoff entspricht.

Zur Herstellung des Formkörpers wird zunächst eine Fa­ sermatte 9 auf die kontinuierlich beheizte Negativform 2 aufgebracht. Dann wird das Werkzeug 1 geschlossen, indem die Druckglocke 3 auf die Negativform 2 abgesenkt wird. Dabei greift der Stützring 3 stirnseitig mit der Membran 6 in eine umlaufende Nut 10 in der Negativform 2 ein. Hierdurch wird der Zwischenraum 8 seitlich abgedichtet. Anschlie­ ßend wird der Zwischenraum 8 über ein Vakuumventil 11 mit einer hier nicht dargestellten Vakuumquelle außerhalb der Druckglocke 3 verbunden und evakuiert. Gleichzeitig wird der von der Druckglocke 3 umschlossenen Druckraum 12 mit einem Druck p_Beh beaufschlagt. Dieser Druck kann beispielsweise 6000 Hektopascal betragen. Es versteht sich, daß mit der Kunststoffspritzgußpresse, in der das Werkzeug 1 angeordnet ist, eine Pressenkraft aufgebracht wird, die trotz des Überdrucks in dem Druckraum 12 ein Auseinan­ derdrücken der Negativform 2 und der Druckglocke 3 ver­ hindert. Das Vakuum im Bereich der durch den Überdruck in dem Druckraum 12 über die flexible Membran 6 verdich­ teten Fasermatte 9, d. h. in dem Zwischenraum 8, ist typi­ scherweise kleiner als 1 Hektopascal. Wenn dieses Vakuum erreicht ist, wird flüssiges Harz über ein Injektionsventil 13 von einem hier nicht dargestellten Harzdruckspeicher in den Zwischenraum 8 injiziert. Dabei ist der Injektionsdruck p_i größer als der Überdruck p_Beh in dem Druckraum 12. Ent­ sprechend dringt beim Injizieren des flüssigen Harzes das Harz nicht allein in die Fasermatte ein, sondern ordnet sich zu großen Teilen unter Anhebung der Membran 6 oberhalb der Fasermatte an. Es wird dann jedoch anschließend durch den Überdruck in dem Druckraum 12 seitlich in die zuvor evakuierte Fasermatte eingedrückt. Insgesamt erfolgt das Einbetten der Fasermatte 9 in das flüssige Harz damit binnen relativ kurzer Zeit. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils nur ein In­ jektionsventil 13 dargestellt. Zur Beschleunigung der Im­ prägnierung der Fasermatte 9 mit dem flüssigen Harz kön­ nen auch mehrere Injektionsventile 13 vorhanden sein. Ebenso können mehrere Vakuumventile 11 vorgesehen sein. Unmittelbar im Anschluß an die Einbettung der Fasermatte 9 in das Harz erfolgt die Gelier- und Härtephase des Harzes. Sobald der neue Formkörper soweit ausgehärtet ist, daß er formstabil ist, kann der Überdruck aus dem Druckraum 12 abgelassen und das Werkzeug 1 geöffnet werden, um den Formkörper zu entformen. Anschließend kann noch eine Nachhärtung des Formkörpers unter Wärmeeinwirkung vor­ genommen werden. Dies ist beispielsweise durch einen Durchlauf durch einen Tunnelofen realisierbar. Der Vorgang der Herstellung des Formkörpers in dem Werkzeug 1 kann in 5 bis 10 min. abgeschlossen sein. Damit ist eine kommer­ ziell interessante Serienfertigung möglich.

Aus dem Schaltplan gemäß Fig. 3 gehen weitere Details der neuen Vorrichtung hervor. Dabei ist schematisch die Druckglocke 3 mit dem Vakuumventil 11 und den Injekti­ onsventilen 13 zusammen mit den hierzu gehörigen Versor­ gungsleitungen wiedergegeben. Die dabei zu dem Vakuum­ ventil 11 und dem Injektionsventil 13 erkennbaren Details werden im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 noch näher erläutert werden. Hier sei nur angeführt, daß ein Vakuum­ dom 14 des Vakuumventils 11 und ein Injektionsdom 15 des Injektionsventils 13 durch die hier nicht dargestellte Mem­ bran 6 in den Zwischenraum 8 zwischen der Membran 6 und der Negativform 2 bei geschlossenem Werkzeug 1 führen (vgl. Fig. 2). Das Vakuumventil 11 wird durch den Diffe­ renzdruck zwischen zwei Steuerleitungen 16 und 17 ge­ schaltet. Wenn das Vakuumventil 11 geöffnet ist, wird über eine Absaugleitung 22 durch den Vakuumdom 14 zu einer Vakuumpumpe 18 hin abgesaugt. Die Drucksteuerung er­ folgt dabei unter Verwendung mehrerer Schlauchquetschen 19 und von zwei einstellbaren Ventilen 20, die zu einer Druckluftquelle 21 führen. Zum Schließen des Vakuumven­ tils wird das mit H6 bezeichnete Ventil 20 geöffnet, so daß über die Steuerleitung 17 ein Druck p_m auf das Vakuumven­ til 11 einwirkt. Dabei ist die mit QII bezeichnete Schlauch­ quetsche 19 von der Steuerleitung 16 zur Vakuumpumpe 18 hin teilweise geschlossen, so daß der Schließdruck p_m nicht zusammenbricht, aber noch etwas Druckluft durch das Va­ kuumventil 11 zirkuliert. Diese Druckluft dient zur Kühlung des Vakuumventils beispielsweise zum Aushärten des Har­ zes des gewünschten Formkörpers. Durch diese Kühlung wird verhindert, daß in das Vakuumventil eingedrungenes Harz in dem Vakuumventil 11 aushärtet. Zum Öffnen des Vakuumventils wird das mit H6 bezeichnete Steuerventil ganz oder teilweise geschlossen und die mit QII bezeichnete Schlauchquetsche 19 geöffnet. Gleichzeitig wird die mit QI bezeichnete Schlauchquetsche 19 geöffnet, die die von dem Vakuumdom 14 zu der Vakuumpumpe 18 führende Absau­ gleitung 22 freigibt. Dabei wird mit der mit QI bezeichneten Schlauchquetsche 19 ein Druck P_v,B in der Absaugleitung 22 eingestellt, der in bestimmter Relation zu einem Druck p_v,ö in der Steuerleitung 16 steht, um das Vakuumventil 11 beim Absaugen zuverlässig offen zu halten. Mit Hilfe des mit H5 bezeichneten Ventils 20 und der mit QIII bezeichneten Schlauchquetsche 19 kann ein Ausblasdruck p_a auf das Va­ kuumventil 11 aufgebracht werden, um in den Vakuumdom 14 eingedrungenes Harz wieder auszublasen. Alle Befehle zum Öffnen und Schließen der Schlauchquetschen 19 und der Ventile 20 kommen von einer Ablaufsteuereinrichtung 23. Die Ablaufsteuereinrichtung 23 steuert auch zwei mit H4 und H7 bezeichnete Ventile 24 zur Steuerung des Über­ drucks in dem Druckraum 12 in der Druckglocke 3. Das mit H7 bezeichnete Ventil 24 dient zum Verbinden des Druck­ raums 12 mit der Druckluftquelle 21. Das mit H4 bezeich­ nete Ventil 24 dient zum Ablassen von Druckluft aus dem Druckraum 12. Dabei kann auch bei aufgebautem Druck ein konstanter Luftstrom durch den Druckraum 12 erfolgen, um beispielsweise die Rückseite der Membran 6 beim Aushär­ ten des Harzes zu kühlen. Weiterhin steuert die Ablaufsteu­ ereinrichtung 23 das Injektionsventil 13. Dem Injektions­ ventil 13 sind Ventile 25 zugeordnet. Mit dem mit H2 be­ zeichneten Ventil 25 wird dem Injektionsventil 13 Kühlwas­ ser über eine Steuerleitung 27 zugeführt. Das Kühlwasser läuft über eine Steuerleitung 26 wieder ab, wobei im Was­ ser-Rücklauf das mit H3 bezeichnete Ventil 25 angeordnet ist. Der Wasserdruck im Wasser-Vorlauf wird durch ein Ma­ nometer 28 für die Ablaufsteuereinrichtung 23 registriert. Der Druck p_w1(2) in der Steuerleitung 27 bestimmt, wann das Injektionsventil 13 bei einem Druck p_i in einer Injektionslei­ tung 29 öffnet, in die ein Harzdruckspeicher 30 flüssiges Harz einspeist. Dabei ist zur Einstellung von p_i das mit H1 bezeichnete Ventil 25 vorgesehen. Der Harzdruckspeicher 30 nimmt die Harzmenge für die Herstellung genau eines Formkörpers aus Faserverbundwerkstoff auf. Ein Harzspei­ cher 31, der über das mit H1a bezeichnete Ventil 25 zugäng­ lich ist, beinhaltet den Gesamtvorrat an flüssigem Harz.

Das in den Fig. 4 und 5 separat dargestellte Injektionsven­ til 13 weist im Prinzip denselben Aufbau wie das Vakuum­ ventil 11 auf. Dieser Aufbau erlaubt eine Doppelfunktion ei­ nes Schaltventils und einer Kühlung für in dem Ventil be­ findliches flüssiges Harz beim Aushärten des jeweiligen Formkörpers. Dabei wird das zirkulierende Kühlmedium, bei dem es sich im Fall des Injektionsventils 13 um Kühl­ wasser handelt, gleichzeitig zur Steuerung des Ventils ge­ nutzt. Schaltelement des Injektionsventils 13 ist eine Ventil­ membran 32, die von oben mit dem Kühlwasser beauf­ schlagt wird und von diesem auf den oberen Zugang des In­ jektionsdoms 15 gedrückt werden kann, um diesen zu ver­ schließen. In Fig. 4 ist die geschlossene Stellung des Injek­ tionsdoms 15 gezeigt, wobei die Ventilmembran 32 seinen oberen Zugang verschließt. Dabei ist der Druck p_w oberhalb der Membran größer als der Druck p_i in der Injektionslei­ tung 29. Wenn sich das Verhältnis umkehrt und der Druck p_w kleiner ist als p_i, öffnet das Injektionsventil, indem die Ventilmembran 32 von dem injizierten flüssigen Harz ange­ hoben wird und den oberen Zugang des Injektionsdoms 15 freigibt. Dennoch kann das Kühlwasser über die Steuerlei­ tungen 26 und 27 weiterhin oberhalb der Membran zirkulie­ ren. Dadurch, daß die Ventilmembran 32 in beiden Stellun­ gen gemäß den Fig. 4 und 5 zum Teil eine steife Abstützung durch das Ventilgehäuse bzw. den oberen Abschluß des In­ jektionsdoms 15 erfährt, wird ein Flattern der Ventilmem­ bran 32 in dem Druckbereich verhindert, in dem p_i ungefähr genauso groß ist wir p_w. Das Injektionsventil 13 zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Es be­ steht neben dem Injektionsdom 15 nur aus einem Gehäuse­ unterteil 33 und einem Gehäuseoberteil 34, zwischen denen die Ventilmembran 32 eingeklemmt ist. In den Innenraum 35 des Injektionsventils 13, in dem sich die Ventilmembran 32 auf uns ab bewegt, ragt der Injektionsdom 15 mittig von unten hinein. Die Steuerleitungen 26 und 27 münden in den Innenraum 35 von oben und zwar jeweils im Randbereich des Innenraums 35, in dem ein freier Ringraum auch bei ge­ öffnetem Injektionsventil 13 verbleibt.

Bezugszeichenliste

1

Werkzeug

2

Negativform

3

Stützring

4

Deckel

5

Stützring

6

Membran

7

Durchführungen

8

Zwischenraum

9

Fasermatte

10

Nut

11

Vakuumventil

12

Druckraum

13

Injektionsventil

14

Vakuumdom

15

Injektionsdom

16

Steuerleitung

17

Steuerleitung

18

Vakuumpumpe

19

Schlauchquetsche

20

Ventil

21

Druckluftquelle

22

Absaugleitung

23

Ablaufsteuereinrichtung

24

Ventil

25

Ventil

26

Steuerleitung

27

Steuerleitung

28

Manometer

29

Injektionsleitung

30

Harzdruckspeicher

31

Harzspeicher

32

Ventilmembran

33

Gehäuseunterteil

34

Gehäuseoberteil

35

Innenraum

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Fa­ serverbundwerkstoffen, bei dem
eine Fasermatte (9) auf eine steife Negativform (2) aufgebracht wird;
die Fasermatte (9) mit einer flexiblen Membran (6) abgedeckt wird;
die Membran (6) gegenüber der Negativform (2) um die Fasermatte (9) umlaufend abgedichtet wird;
der derart abgedichtete Zwischenraum (8) zwi­ schen der Negativform (2) und der Membran (6) evakuiert wird und auf der der Negativform (2) abgekehrten Rückseite der Membran (6) ein stati­ scher Überdruck aufgebracht wird;
in den Zwischenraum (8) zwischen der Nega­ tivform (2) und der Membran (6) eine Menge flüs­ sigen Harzes mit einem Injektionsdruck (p_i) inji­ ziert wird, der größer ist als der Überdruck (p_Beh) auf der Rückseite der Membran (6);
das Harz unter Einwirkung des Überdrucks auf der Rück­ seite der Membran (6) erwärmt und zumindest teilweise ausgehärtet wird;
der Überdruck auf der Rückseite der Membran (6) abgelassen wird; und
der Formkörper mit der in das zumindest teil­ weise ausgehärtete Harz eingebetteten Fasermatte (9) entformt wird,
dadurch gekennzeich­ net, daß die Negativform (2) kontinuierlich beheizt und auf einer Temperatur oberhalb einer gewünschten Aushärtetemperatur für das Harz gehalten wird, so daß sich eine gewünschte Temperaturführung für das Harz durch einen Temperaturgradient über den Zwischenraum (8) zwischen der Negativform (2) und der Membran (6) und den Fließweg des Harzes einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran (6) gegenüber der Negativ­ form (2) um die Fasermatte (9) umlaufend abgedichtet wird, indem die Membran (6) an der Stirnseite eines geschlossenen Stützrings (5) angeordnet und der Stütz­ ring (5) in eine umlaufende Nut (10) in der Negativ­ form (2) gepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützring (5) zur Ausbildung eines Druckraums (12) auf der Rückseite der Membran (6) verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Überdruck (p_Beh) auf der Rückseite der Membran (6) als Luftdruck aufge­ bracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Aufheizen der Nega­ tivform (2) das Harz im Zulauf zu dem Zwischenraum (8) zwischen der Negativform (2) und der Membran (6) gekühlt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Aufheizen der Nega­ tivform (2) das Harz im Abzug zum Evakuieren des Zwischenraum (8) zwischen der Negativform (2) und der Membran (6) gekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Ventil (13) im Zulauf zu dem Zwischenraum (8) zwischen der Negativform (2) und der Membran (6) durch ein Kühlmedium geschaltet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Ventil (11) im Abzug zum Eva­ kuieren des Zwischenraums (8) zwischen der Negativ­ form (2) und der Membran (6) durch ein Kühlmedium geschaltet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Membran (6) auf ihrer Rückseite gekühlt wird.

10. Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen nach dem Verfahren nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 9, mit
einer steifen Negativform (2);
einer auf die Negativform (2) absenkbaren fle­ xiblen Membran (6) zum Abdichten eines Zwi­ schenraums (8) zwischen der Negativform (2) und der Membran (6);
mindestens einer in den Zwischenraum (8) zwi­ schen der Negativform (2) und der Membran (6) mündenden Absaugleitung (22);
einer mit der Absaugleitung (22) verbindbaren Vakuumpumpe (18);
einem Druckraum (12) auf der der Negativform (2) abgekehrten Rückseite der Membran (6);
einer mit dem Druckraum (12) verbindbaren Überdruckquelle (21);
mindestens einer in den Zwischenraum (8) zwi­ schen der Negativform (2) und der Membran (6) mündenden Injektionsleitung (29);
einem mit der Injektionsleitung (29) verbindba­ ren Harzdruckspeicher (30), mit dem eine Menge flüssigen Harzes mit einem Injektionsdruck (p_i) in den Zwischenraum (8) injizierbar ist, der größer ist als der Überdruck (p_Beh) in dem Druckraum (12);
einem Druckablaß für den Druckraum (12); und
einer Ablaufsteuereinrichtung (23)
dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizung für die Negativform (2) vorgesehen ist, um die Negativform (2) so dauerhaft zu beheizen, daß sie auf einer Temperatur oberhalb einer gewünschten Aushärtetemperatur für das Harz gehalten wird, wobei sich ein Temperaturgradient über den Zwischenraum zwischen der Negativform (2) und der Membran (6) und den Fließweg des Harzes ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran (6) an der Stirnseite eines geschlossenen Stützrings (5) angeordnet ist und in der Negativform (2) eine der Stirnseite des Stützrings ent­ sprechende umlaufende Nut (10) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützring (5) Teil einer den Druck­ raum (12) auf der Rückseite der Membran (6) begren­ zenden Druckglocke (3) ist und daß die Überdruck­ quelle eine Druckluftquelle (21) ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung für das Harz in der Injektionsleitung (29) und eine Kühl­ einrichtung für das Harz in der Absaugleitung (22) vor­ gesehen ist, wobei ein Ventil (13/11) in der Injektions- und/oder Absaugleitung angeordnet ist, das durch ein Kühlmedium der entsprechenden Kühleinrichtung schaltbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung für die Rückseite der Membran (6) vorgesehen ist, die eine Umwälzeinrichtung für das Druckmedium in dem Druckraum aufweist.