DE19922850C1 - Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen aus Faserverbundwerkstoffen - Google Patents

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.