DE19922850C1 - Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus Faserverbundwerkstoffen - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus FaserverbundwerkstoffenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus Faserverbundwerkstoffen, wobei eine Form mit Anschlußmitteln zur Injektion eines Harzes und zur Drucksenke versehen ist, bestehend aus zusammenwirkenden Formteilen, wobei zumindest ein Formteil formbeständig entsprechend der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils ausgebildet ist und zwischen den zusammenwirkenden Formteilen eine Fasergelegegarnitur einlegbar ist. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden. DOLLAR A Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder in einer anderen Variante nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus
Faserverbundwerkstoffen, bestehend aus zusammenwirkenden Formteilen, wobei zumindest
ein Formteil formbeständig entsprechend der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils
ausgebildet ist und ein Formteil mit Anschlußmitteln zur Injektion eines Harzes und zur
Drucksenke versehen ist, wobei zwischen den zusammenwirkenden Formteilen eine
Fasergelegegarnitur einlegbar ist.
Das RTM (Resin Transfer Molding)-Verfahren dient der Herstellung von Bauteilen aus
Faserverbundwerkstoffen. Dabei wird eine evakuierbare Form mit zusammenwirkenden
Formteilen verwendet. Mindestens ein Formteil, nämlich jenes welches die Kontur der äußeren
Oberfläche des Bauteils abbildet, muß ein formbeständiges Formteil sein. Eine bekannte
technische Lösung verwendet ein Formteil, welches die Anschlußmittel zur Injektion des
Harzes und die Drucksenke an gegenüberliegenden Rändern des formstabilen Formteils
angeordnet hat (14. Öffentl. Jahrestagung der AVK e. V. in Freudenstadt, 4. bis 6.10.1977,
Vorabdruck S. 6-1 bis 6-6).
Auf der Innenseite des Formteils sind Längsrillen angeordnet in denen die Anschlußmittel
münden. Das Harz wird durch die Rillen verteilt und die Fließfront des Harzes durchströmt das
in der Form befindliche Fasergelege senkrecht und parallel zur Rille.
Nachteilig ist, daß das die äußere Oberfläche des Bauteils bestimmende Formteil Angüsse
von den Anschlüssen abbildet, die die Oberflächengüte mindern, da starke Kontursprünge
auftreten.
Diesen Mangel beseitigt eine bekannte Vorrichtung DE 195 36 675 C1, die Leitungselemente
auf der dem formbeständigen Formteil gegenüberliegenden Oberfläche einer
Faserlegegarnitur auflegt. Dadurch entfallen die Anschlüsse im Formteil. Nach dem Aushärten
des Harzes sind die Leitungselemente über schmale Stege mit dem Bauteil verbunden, die
beim Abnehmen der Leitungselemente an der Oberfläche des Bauteils abreißbar
sind. Nachteilig ist der Einsatz dieser Leitungselemente, die zusätzlich in der Form anzuordnen
sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruch 1 oder nach einer anderen
Variante mit den Merkmalen des Anspruch 6.
Unterhalb der Oberfläche im formstabilen Formteil, wobei die Oberfläche entsprechend der
Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils ausgebildet ist, sind Kanäle entsprechend der
Erstreckung des Formteils angeordnet, die mittels einer sich entlang der Erstreckung des
Formteils erstreckenden Verbindung mit der Oberfläche des Formteils verbunden sind.
Diese Verbindung zwischen Oberfläche und Kanal kann durch eine Vielzahl hintereinander
angeordneter Bohrungen ausgestaltet sein. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung wäre
die Verbindung als schmalen Schlitz auszubilden. Dabei erstreckt sich der Schlitz entlang der
Oberfläche, die der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils entspricht. Durch die
schmalen Schlitze wird vermieden, daß sich Angüsse auf der Oberfläche des Bauteils
ausbilden, die starke Kontursprünge darstellen.
Zugleich wird der Aufwand von Leitungselementen vermieden, wie sie speziell beim DP
(Differential Pressure)-RTM-Verfahren erforderlich sind. Es entfällt auch der Aufwand, daß
jedes dortige Leitungselement gegenüber einer Formteilwandung abgedichtet und nach
außen geführt werden muß.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß keine Abgüsse von Anschlußmitteln für die
Harzinjektion bzw. die Drucksenke am Bauteil abgebildet werden.
Dieses formstabile Formteil ist beim RTM-Verfahren zugleich das Unterteil der Form, auch
Unterform genannt. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Eintrittsrichtung des Harzes in die
Form dem natürlichen, aufsteigenden Weg von aus dem Fasergelege verdrängten Gasen,
insbesondere von zu verdrängenden Lufteinschlüssen entspricht. Damit reduziert sich das
Verbleiben von Gasblasen im Harz.
Nach einer Ausgestaltung sind die Kanäle vorteilhafterweise mit kreisförmigem Querschnitt
ausgebildet. Der gewählte Querschnitt der Kanäle ist jedoch nicht auf eine bestimmt Form
eingeschränkt. Die Kanäle dienen dem Transport des Harzes. Jeder Kanal ist mit einem
schmalen Schlitz mit der bereits genannten Oberfläche des Formteils verbunden. Der
Durchmesser des
Kanals ist um ein Vielfaches größer als die Breite des Schlitzes. Wie der Kanal erstreckt sich auch
der Schlitz über die größte Erstreckung (z. B. die Längsrichtung) des Formteils.
Eine andere Variante ermöglicht die Lösung der Aufgabe indem im formbeständigen Formteil
Nute (beispielsweise rechteckige Nute) eingebracht werden, wobei dann in diese Nute Einsätze
einfügbar sind. Die Einsätze sind dort lösbar positioniert und fixiert. Sie passen sich formschlüßig
der Nut an. Ein solcher Einsatz ist rohrförmig, beispielsweise mit viereckigem Querschnitt, wobei
die dem Formraum zugewandte Fläche des Einsatzes einen längsgeführten Schlitz trägt. Der
Einsatz repräsentiert den Kanal. Folglich ist der Einsatz auch mit den bereits genannten
Anschlußmitteln verbunden.
Die Kanäle sind an der einen Seite an steuerbare Anschlußmittel zur Injektion des Harzes und an
der gegenüberliegenden Seite an steuerbare Anschlußmittel zur Drucksenke anschließbar. Die
Anschlußmittel sind mit einer Steuerung verbunden und damit gesteuert schließbar oder
öffenbar. Folglich kann die Drucksenke jedes zweiten Kanals geschlossen, aber die Harzinjektion
geöffnet werden und bei den verbleibenden Kanälen wird die Drucksenke geöffnet, aber die
Harzinjektion geschlossen. Damit wird eine ungehinderte Fließfront des Harzes gesichert, die
eine vollständige Durchtränkung des Fasergeleges ermöglicht. Die Verfügbarkeit des Formteils
für einen erneuten Fertigungsschritt ist vorteilhaft in kürzester Zeit und ohne Reinigungsaufwand
der Nuten realisierbar.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 das Prinzip der Vorrichtung anhand eines Querschnitts durch eine Form mit
eingelegtem Fasergelege,
Fig. 2 schematische Darstellung eines formbeständiges Formteil mit steuerbaren
Anschlußmitteln,
Fig. 3 Querschnitt von einem austauschbaren, rohrförmigen Einsatz als Kanal in
einem formbeständigen Formteil.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einsetzbar beim RTM-Verfahren. Ein davon abgeleitetes
spezielles Verfahren ist das DP-RTM-Verfahren. Die dort bestehenden Unterschiede schränken
die Erfindung nicht ein. Übereinstimmend verwenden beide ein formbeständiges Formteil
, welches mit seiner im Formraum befindlichen Oberfläche der Kontur der äußeren Oberfläche
des Bauteils entspricht.
Fig. 1 zeigt schematisiert einen Querschnitt durch eine Form 1, bestehend aus den beiden
zusammenwirkenden Formteil 2 und Formteil 3. Das Formteil 3 ist ein formbeständiges
Formteil, welches die Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteil abbildet. Das Formteil 2 kann
ebenso formstabil ausgebildet sein, jedoch kann es auch als elastisch verformbares Formteil
ausgebildet sein. Jedes Formteil kann aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammengesetzt
sein. Das Formteil 2 bildet die Oberform 20 und das Formteil 3 bildet die Unterform 30. Das
Formteil 2 umgreift das Formteil 3 und mittels einer umfangsseitig geführten Dichtung 4 ist der
Formraum 10 hermetisch abdichtbar. Beide Formteile 2, 3 sind somit vakuumdicht verbindbar.
Zwischen beiden Formteilen 2, 3 ist eine Fasergelegegarnitur 5 eingelegt. Im formbeständigen
Formteil 3 sind Kanäle 6 eingearbeitet. Diese Kanäle erstrecken sich unter der Oberfläche des
Formteils in Richtung dessen größter Erstreckung. Die Erstreckung (z. B Längserstreckung) des
Formteils entspricht auch der Erstreckung (z. B. Längserstreckung) des Bauteils. Diese Kanäle
sind im wesentlichen parallel zueinander geführt. Jeder Kanal 6 ist mittels einer Verbindung 7 mit
der Oberfläche 300 verbunden. Die Verbindung 7 kann beispielsweise durch Bohrungen entlang
des Kanals 6 oder durch einen entlang des Kanals 6 laufenden Spalt mit Breite b gebildet
werden. Der Spalt repräsentiert die Verbindung 7. Nach Fig. 1 ist jeder Kanal 6 mittels eines sich
über die gesamte Länge des Formteils 3 erstreckenden, schmalen Schlitzes (Spalt) mit der
Oberfläche 300 des formbeständigen Formteils 3 verbunden. Der Schlitz hat eine Breite b von
etwa 1 mm. Der Durchmesser eines Kanals 6 ist ein Vielfaches größer (etwa das 8-fache) als die
Breite b des Spaltes.
Die Anschlüsse 8 für Injektionsleitungen 81 sind auf der Außenwandung des Formteils 3
installiert und münden im entsprechenden Kanal. Die Anschlüsse 8 sind - wie Fig. 2 zeigt -
steuerbar, d. h. der Zufluß der im flüssigen Zustand gehaltenen Reaktionsharzmasse 810 ist
steuerbar. Zu diesem Zweck kann das einzelne Anschlußmittel 8 als steuerbares Durchflußventil
ausgestaltet sein. Die Steuerung des Harzflusses erfolgt beispielsweise durch eine elektrische
Steuerung 14 des Durchflußventils. Von der Steuerung 14 führen Steuerleitungen 140 zu den
Anschlußmitteln 8.
Die Steuerung 14 des Durchflußventils arbeitet mit einem Steuerprogramm. Die Steuerung 14
kann Bestandteil einer übergeordneten Maschinensteuerung 15 sein. Die Steuerung der
Reaktionsharzmasse ist somit zeitlich variabel möglich. Der Fluß der Reaktionsharzmasse ist
vorzugsweise zuführbar oder unterbrechbar.
Die Anschlußmittel 8 sind mit den Injektionsleitungen 81 verbunden, die Reaktionsharzmasse
zuführt. Diese Reaktionsharzmasse ist bekannt und wird kurz Harz genannt. Auf der anderen,
gegenüberliegenden Seite der Außenwandung des Formteils 3 sind an jedem Kanal 6 ein
weiteres, steuerbares Anschlußmittel 9 für die Drucksenke 16 vorgesehen, das im Kanal 6
mündet. Das steuerbare Anschlußmittel 9 ist ebenfalls mit der Steuerung 14 mittels
Steuerleitungen 141 verbunden. Beim Anschlußmittel 9 handelt es sich ebenso um ein
steuerbares Durchflußventil. Damit kann die einzelne Vakuumleitung gesperrt oder geöffnet
werden.
Mittels Drucksenke 16 wird ein Vakuum erzeugt, das auf die angeschlossenen Kanäle 6 wirkt.
Mittels der Steuerung 14 könnte beispielsweise Harz jedem zweiten Kanal 6 zugeführt werden,
indem dort das Anschlußmittel 8 geöffnet ist, das dazugehörende Anschlußmittel 9 im selben
Kanal 6 geschlossen ist und die restlichen Kanäle 6 die Anschlußmittel 8 gesperrt haben, aber
die zugehörigen Anschlußmittel 9 für die Drucksenke 16 geöffnet haben.
Die Fließfront des injizierten Harzes bewegt sich zu Vakuumleitungen 91 mit geöffnetem
Anschlußmittel 9. Durch die zeitlich variable Einstellung der steuerbaren Anschlußmittel 8 und 9
wird eine optimale Fließfront des Harzes erzeugt.
Dabei wird das Fasergelege mit dem Harz durchtränkt und danach folgt der Schritt der
Aushärtung.
Fig. 3 zeigt schematisiert einen auszugsweisen Querschnitt vom Formteil 3. Die Oberfläche 300
vom Formteil 3 hat Nute 11. Diese erstrecken sich entlang der größten Ausdehnungsrichtung
der Oberfläche 300. Vorteilhafterweise sind die Nute 11 im wesentlichen zueinander parallel
geführt. In jede Nut 11 ist ein Einsatz 12 eingesetzt. Der Einsatz 12 hat eine Öffnung 13, die so
positioniert ist, daß sie in den Formraum 10 mündet. Diese Öffnung 13 kann als Schlitz mit der
Breite b oder als in Reihe angeordnete Durchgangsbohrungen ausgebildet sein.
Die Anschlußmittel 8, 9, die im Einsatz 12 münden, sind nicht dargestellt.
Jeder Einsatz 12 ist formschlüssig vollständig in eine Nut einschiebbar. Der Einsatz ist
vorzugsweise formstabil, aber elastisch.
Es ergibt sich damit der Vorteil, daß das Formteil nach dem Aushärten und Entnehmen des
Bauteils in kürzester Zeit und ohne Reinigungsaufwand der Nute für einen neuen
Fertigungsschritt verfügbar ist.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus Faserverbundwerkstoffen, bestehend
aus zusammenwirkenden Formteilen, wobei zumindest ein Formteil formbeständig
entsprechend der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils ausgebildet ist und ein
Formteil mit Anschlußmitteln zur Injektion eines Harzes und zur Drucksenke versehen ist,
wobei zwischen den zusammenwirkenden Formteilen eine Fasergelegegarnitur einlegbar
ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Oberfläche (300), welche entsprechend
der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils ausgebildet ist, im formbeständigen
Formteil (3), Kanäle (6) entsprechend der Erstreckung des Formteils vorgesehen sind und
daß die Kanäle (6) mit der Oberfläche (300) des formbeständigen Formteils (3) in
Verbindung stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (7)
zwischen Kanal (6) und Oberfläche (300) durch Bohrungen entlang der Erstreckung des
Kanals (6) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (7) durch
jeweils einen entlang des Kanals (6) verlaufenden Spalt gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eines
Kanals (6) ein Vielfaches größer ist als die Breite (b) der Verbindung (7).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6) beidseitig an
steuerbare Anschlußmittel (8, 9) zur Injektion des Harzes und Drucksenke (16)
anschließbar sind.
6. Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus Faserverbundwerkstoffen, bestehend
aus zusammenwirkenden Formteilen, wobei zumindest ein Formteil formbeständig
entsprechend der Kontur der äußeren Oberfläche des Bauteils ausgebildet ist und ein
Formteil mit Anschlußmitteln zur Injektion eines Harzes und zur Drucksenke versehen ist,
wobei zwischen den zusammenwirkenden Formteilen eine Fasergelegegarnitur einlegbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Formteil (3) entsprechend seiner Erstreckung
Nuten (11) in seiner Oberfläche (300) angeordnet sind, wobei in jeder Nut (11) ein
rohrförmiger Einsatz (12) mit einer Öffnung (13) eingesetzt ist, die in den Formraum (10)
mündet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) als Schlitz
mit Breite (b) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) als in Reihe
angeordnete Durchgangsbohrungen ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des
rohrförmigen Einsatzes (12) ein Vielfaches größer ist als die Öffnung (13) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) mit dort
mündenden steuerbaren Anschlußmitteln (8, 9) verbindbar ist.
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