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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen einer Vakuumfolie. Vakuumfolien der hier interessierenden Art werden bei der Herstellung von Windenergieanlagenrotorblättern aus faserverstärkten Kunststoffmaterialien im sogenannten Vakuuminfusionsverfahren eingesetzt. Dabei werden großformatige Formen verwendet, beispielsweise für eine Rotorblatthalbschale. In diese Formen werden die benötigten Verstärkungsfasern eingelegt, beispielsweise in Form von Gelegen oder Geweben aus Glas- und/oder Kohlenstofffasern. Anschließend wird die Form mit einer Vakuumfolie luftdicht verschlossen und mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Dann kann ein flüssiges Kunststoffmaterial, beispielsweise ein Epoxid- oder Polyesterharz, in die Form einströmen, bis die Form gefüllt ist und die darin befindlichen Fasermaterialien in eine Matrix aus dem Kunststoffmaterial eingebettet sind. Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials wird das Bauteil der Form entnommen.
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Voraussetzung für den Erfolg dieses Verfahrens ist eine zuverlässige Abdichtung der Form mit der Vakuumfolie. Undichtigkeiten führen zu Lufteinschlüssen, die aufwendige Nacharbeiten erfordern oder im ungünstigsten Fall das gesamte Bauteil unbrauchbar machen. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn die Vakuumfolie reißt, was wegen der großen Bauteilabmessungen infolge von Spannungen in der Vakuumfolie und der komplexen Geometrie der Bauteile und der Form mit Krümmungen und Kanten in unterschiedlichen Richtungen passieren kann. Daher werden an die Qualität der Vakuumfolie hohe Anforderungen gestellt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Prüfen einer Vakuumfolie bereitzustellen, die es mit einfachen Mitteln erlaubt, die Qualität der Vakuumfolie reproduzierbar zu prüfen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Prüfen einer Vakuumfolie mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung zum Prüfen einer Vakuumfolie weist eine Grundplatte auf, auf der die zu prüfende Vakuumfolie angeordnet wird, ein Verbindungsmittel, mit dem die Vakuumfolie gegenüber der Grundplatte abgedichtet werden kann, und eine Öffnung, die so angeordnet ist, dass sie von der auf der Grundplatte angeordneten Vakuumfolie überspannt wird, sodass die Vakuumfolie im Bereich der Öffnung frei im Raum angeordnet und bei Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Grundplatte und der Vakuumfolie der Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck und dem Unterdruck ausgesetzt ist, wobei die Öffnung in einem auf der Grundplatte angeordneten Körper ausgebildet ist und sich ein Rand der Öffnung in einem Abstand von der Grundplatte befindet. Bei Erzeugung des Unterdrucks zieht sich die Vakuumfolie an die Grundplatte heran. Im Bereich der Öffnung und im äußeren Kontaktbereich zwischen Grundplatte und dem darauf angeordneten Körper ist die Vakuumfolie frei im Raum angeordnet und der genannten Druckdifferenz ausgesetzt, so dass die Vakuumfolie dort einer wohldefinierten, relativ großen Belastung ausgesetzt ist. Es kann daher einfach und reproduzierbar überprüft werden, ob die Vakuumfolie diesen Belastungen standhält. Dabei kann einerseits festgestellt werden, ob die Vakuumfolie bis zu einer vorgegebenen maximalen Druckdifferenz standhält. Andererseits ist es unter Umständen möglich, die Druckdifferenz bis zur Beschädigung der Vakuumfolie zu erhöhen und so einen Zahlenwert für die maximale Druckdifferenz zu ermitteln, was einen quantitativen Vergleich unterschiedlicher Vakuumfolien ermöglicht.
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Die Öffnung ist in dem auf der Grundplatte angeordneten Körper ausgebildet und ein Rand der Öffnung befindet sich in einem Abstand von der Grundplatte. Der Körper kann ebenfalls eine Platte sein, die eine die Öffnung bildende Durchgangsbohrung aufweist. Der Körper kann ferner als ein Quader ausgebildet sein, der zu einer Seite hin offen ausgebildet ist. Prinzipiell kann der Körper eine beliebige Gestalt aufweisen, die mit einer Öffnung versehen ist, in der ein Unterdruck erzeugt werden kann und die so bemessen ist, dass eine die Öffnung überspannende Vakuumfolie frei im Raum angeordnet ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rand der Öffnung parallel zur Grundplatte angeordnet. Eine parallele Anordnung der Öffnung zur Grundplatte ermöglicht es, die auf die Folie wirkenden Kräfte gleichmäßig über den Öffnungsrand zu verteilen und trägt dadurch zur Reproduzierbarkeit der Versuchsbedingungen bei.
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In einer Ausgestaltung ist der Körper mittig auf der Grundplatte angeordnet. Bei mittiger Anordnung des Körpers auf der Grundplatte kann besonders einfach eine gleichmäßige Verteilung der auf die Vakuumfolie wirkenden Kräfte erreicht werden.
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In einer Ausgestaltung ist der Körper als ein Rohr ausgebildet, insbesondere mit einer senkrecht zur Grundplatte angeordneten Längsachse. Die Länge des Rohrs kann mehrere Millimeter betragen und insbesondere im Bereich von 10 mm bis 200 mm liegen, bevorzugt zwischen 80 mm und 120 mm. Der Durchmesser des Rohrs kann in einem Bereich zwischen 30 mm und 120 mm liegen, bevorzugt zwischen 80 mm und 100 mm. Das Rohr kann aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung, hergestellt sein. Aluminiumlegierungen sind für den vorgesehenen Zweck ausreichend belastbar und einfach zu bearbeiten. Eine Wandung des Rohres kann eine Dicke zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen. Damit können an dem Öffnungsrand Verhältnisse geschaffen werden, die denjenigen bei einem Vakuuminfusionsverfahren entsprechen.
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In einer Ausgestaltung ist die Öffnung in einem von der Grundplatte entfernten Ende des Rohres ausgebildet.
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In einer Ausgestaltung weist das Rohr in seiner Mantelfläche eine Öffnung auf. Die Öffnung in der Mantelfläche dient als ein Zugang, über den die Luft unter der Vakuumfolie innerhalb des Rohrs abgesaugt werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Druckmesseinrichtung auf. Mittels der Druckmesseinrichtung kann der unter der Vakuumfolie erzeugte Unterdruck gemessen werden.
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In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Anschlussleitung für eine Absaugeinrichtung auf. Die Anschlussleitung kann in einer Durchgangsbohrung in der Grundplatte angeordnet sein, insbesondere in einem mit der Grundplatte verbundenen Vorsprung oder Randabschnitt der Grundplatte. Die Anschlussleitung kann eine Rohrleitung oder ein Schlauch sein, insbesondere ein Spiralschlauch.
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In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung mit einer Absaugeinrichtung verbunden, mit der die Luft zwischen der Grundplatte und der Vakuumfolie abgesaugt werden kann. Die Absaugrichtung kann an die Anschlussleitung der Vorrichtung angeschlossen sein. Die Absaugeinrichtung kann insbesondere eine Vakuumpumpe sein, die auch zur Durchführung eines Vakuuminfusionsverfahrens verwendbar ist.
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In einer Ausgestaltung weist die Absaugrichtung eine Steuerung auf, die dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen ersten Unterdruck einzustellen. Der erste Unterdruck liegt z. B. in einem Bereich von 300 mbar bis 900 mbar, besonders bevorzugt zwischen 300 mbar und 400 mbar. Die angegebenen Druckbereiche beziehen sich auf den absoluten Druck, also auf einen von einer Druckmesseinrichtung messbaren Druck unter der Vakuumfolie. In den angegebenen Druckbereichen ist die zu prüfende Vakuumfolie spannungsfrei auf dem Körper bzw. dem Rohr und der Grundplatte drapierbar, sodass unerwünschte Faltenwürfe der Vakuumfolie verhindert werden können.
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In einer Ausgestaltung ist die Steuerung dazu ausgebildet, einen vorgegebenen zweiten Unterdruck einzustellen. Der zweite Unterdruck kann in einem Bereich von 10 mbar bis 200 mbar liegen. Wird der zweite Unterdrucks mit unbeschädigter Vakuumfolie erreicht, hält die Vakuumfolie dieser definierten Belastung stand. Alternativ kann der zweite Unterdruck so niedrig gewählt werden, dass die Vakuumfolie vor Erreichen des zweiten Unterdrucks in der Regel einreißt. Bei Erfassung des erreichten Unterdrucks ist in dann eine quantitative Auswertung der Belastbarkeit der Vakuumfolie möglich.
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In einer Ausgestaltung ist die Druckmesseinrichtung dazu ausgebildet, eine plötzliche Druckänderung zu erfassen und anzuzeigen, bei welchem Unterdruck diese eingetreten ist. Eine plötzliche Druckänderung kann beispielsweise bei einem Einreißen der Vakuumfolie auftreten. Der unmittelbar zuvor gemessene Unterdruck ist dann ein Maß für die Belastbarkeit der Vakuumfolie.
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In einer Ausgestaltung ist das Verbindungsmittel an einem Rand der Grundplatte und um die Grundplatte umlaufend angeordnet. Durch Anordnen des Verbindungsmittels um die Grundplatte herum kann die Vakuumfolie gegenüber der Grundplatte besonders gut dichtend und in einem definierten Abstand von der Öffnung angebracht werden.
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In einer Ausgestaltung befestigt das Verbindungsmittel die zu prüfende Vakuumfolie lösbar an der Grundplatte der Prüfvorrichtung. Hierzu kann das Verbindungsmittel beispielsweise als eine Klemmeinrichtung ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung ist das Verbindungsmittel ein doppelseitiges Klebeband. Dies ermöglicht eine besonders einfache Abdichtung und Befestigung der Vakuumfolie.
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In einer Ausgestaltung weist das Rohr abgerundete Kanten auf. Die abgerundete Kante kann am Öffnungsrand und/oder am äußeren Umfang des Rohrs ausgebildet sein. Ihr Krümmungsradius kann beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 5 mm liegen. Die abgerundeten Kanten verhindern ein Einreißen der zu prüfenden Vakuumfolie, wenn diese über der Querschnittsfläche des Rohres angeordnet ist. Ein Einreißen aufgrund scharfer Kanten ist daher ausgeschlossen.
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In einer Ausgestaltung weist das Rohr einen Kantenschutz auf. Der Kantenschutz kann ein Ring sein, der an der Öffnung des Rohres angebracht ist. Der Kantenschutz verhindert ebenso wirksam ein Einreißen an einer scharfen Kante, auch bei Bewegungen der Vakuumfolie.
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In einer Ausgestaltung besteht der Kantenschutz aus einem weichelastischen Material. Beispielsweise kann der Kantenschutz aus einem Kunststoff hergestellt sein. Auch diese Maßnahme wirkt einer Beschädigung der Vakuumfolie entgegen.
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In einer Ausgestaltung ist ein Vlies und/oder ein Entlüftungsgitter zwischen der Grundplatte und dem Rohr angeordnet, um den Vakuumaufbau, der bei der Herstellung von Bauteilen genutzt wird, nachzubilden. Durch das Vlies und/oder Entlüftungsgitter kann das Vakuum gleichmäßiger gezogen werden und die Vakuumfolie kann sich nicht zur Form abdichten. Das Vlies und/oder Entlüftungsgitter steht über den Randbereich des auf der Grundplatte angeordneten Körpers über. Dadurch wird der Innenraum des Rohrs mit dem Freiraum zwischen Vakuumfolie und Grundplatte außerhalb des Rohrs verbunden, so dass ein gleichmäßiger Unterdruck erzeugt werden kann. Dies gewährleistet, dass die Luft unter der Vakuumfolie auch im äußeren Kontaktbereich zwischen Grundplatte und dem darauf angeordneten Körper durch die Absaugeinrichtung abgesaugt werden kann. Dadurch können die Einsatzbedingungen der Vakuumfolie während eines Vakuuminfusionsverfahrens, wie beispielsweise innere Ecken an einer Form, bei der Prüfung der Vakuumfolie nachgebildet werden.
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In einer Ausgestaltung steht die Grundplatte über das Vlies und/oder das Entlüftungsgitter über. Dann kann die Vakuumfolie besonders einfach am Rand der Grundplatte befestigt werden.
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In einer Ausgestaltung ist das Entlüftungsgitter so angeordnet, dass es unmittelbar an die Vakuumfolie angrenzt. Dies entspricht dem Einsatz der Vakuumfolie bei einem Vakuuminfusionsverfahren, so dass die Prüfbedingungen besonders realitätsnah sind.
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In einer Ausgestaltung können die Grundplatte und/oder das Vlies und/oder das Entlüftungsgitter quadratisch sein. Die quadratische Form der drei Komponenten vereinfacht das Anbringen der Komponenten hintereinander.
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In einer Ausgestaltung weist die Grundplatte einen faserverstärkten Kunststoff auf. Insbesondere kann sie aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der 1 und 2 beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung zum Prüfen einer Vakuumfolie mit einer daran angebrachten Vakuumfolie vor dem Ausbilden eines Unterdrucks unter der Vakuumfolie,
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2 die Anordnung aus 1 nach dem Ausbilden eines Unterdrucks unter der Vakuumfolie.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Prüfen einer Vakuumfolie 10. Auf einer quadratischen Grundplatte 2 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial mit einer Seitenlänge von 500 mm und einer Dicke von 50 mm ist ein Rohr 4 angeordnet. Das Rohr 4 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist in den 1 und 2 in einem Längsschnitt dargestellt. Seine Längsachse steht senkrecht und mittig auf der Oberseite der Grundplatte 2.
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Das Rohr 4 kann aus Metall gefertigt sein, insbesondere aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung. Das Rohr 4 steht mit einer seiner Querschnittsflächen auf der Grundplatte 2. Am von der Grundplatte 2 fortweisenden Ende des Rohrs 4 ist ein Kantenschutz 6 aus einem weichelastischen Kunststoffmaterial angebracht. Der Kantenschutz 6 ist ringförmig und im Querschnitt halbkreisförmig. Der Durchmesser des Querschnitts entspricht der Stärke der Wandung des Rohrs 4.
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Der abgerundete Öffnungsrand 24 verhindert ein Einreißen der Vakuumfolie 10. Die Vakuumfolie 10 überspannt die Öffnung 20 des Rohrs 4 und die Grundplatte 2. An den Rändern der Grundplatte 2 ist die Vakuumfolie 10 mit doppelseitigem Klebeband 18 an der Grundplatte 2 dichtend befestigt.
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Ferner weist die Grundplatte 2 an einem Rand einen Vorsprung 17 mit einer Durchgangsbohrung auf, durch die eine Anschlussleitung in Form eines Spiralschlauchs 8 hindurchgeführt ist, der das Volumen zwischen der Vakuumfolie 10 und der Grundplatte 2 mit einer Absaugeinrichtung verbindet. Als Absaugvorrichtung kann eine Vakuumpumpe eingesetzt werden.
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Der Spiralschlauch 8 verläuft von der Durchgangsbohrung in dem Vorsprung 17 durch eine Öffnung 16 in der Mantelfläche 22 des Rohrs 4 in dessen Innenraum. So steht der Spiralschlauch 8 im direkten Kontakt mit der Luft innerhalb des Rohres 4. Ferner ist auf der Grundplatte 2 ein Vlies 12 und ein Entlüftungsgitter 14 angeordnet, wobei sich der Spiralschlauch 8 auf dem Vlies 12 und dem Entlüftungsgitter 14 in das Rohr 4 hinein erstreckt.
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Dass die Vakuumfolie 10 in 1 bei Atmosphärendruck an der Prüfvorrichtung 1 angebracht ist, wird durch die gezackte Kontur der Vakuumfolie 10 in 1 angedeutet. Bei Anlegen eines ersten Unterdrucks kann die Vakuumfolie 10 noch problemlos drapiert werden, insbesondere so, dass die Vakuumfolie 10 möglichst spannungsfrei auf der Prüfvorrichtung 1 angeordnet ist.
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2 zeigt die Anordnung aus 1 bei einem Unterdruck, der mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe, die an den Spiralschlauch 8 angeschlossen ist, erzeugt wurde. Im Betrieb der Vakuumpumpe wird die Luft aus der Öffnung des Rohres 4 unter der Vakuumfolie 10 in Richtung des Pfeils 21 abgesaugt. Während des Absaugvorgangs schmiegt sich die Vakuumfolie 10 zunehmend an die Prüfvorrichtung 1 an. Zur Überwachung des Absaugvorgangs und des Unterdrucks ist eine Druckmesseinrichtung 25 (schematisch dargestellt) an der Prüfvorrichtung angebracht. Sie befindet sich zwischen der Grundplatte 2 und der Vakuumfolie 10. In den 1 und 2 ist die Druckmesseinrichtung 25 innerhalb des Rohres 4 auf der Grundplatte 2 angeordnet.
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Man erkennt in der 2, dass die Vakuumfolie die Öffnung 20 überspannt und im Bereich der Öffnung 20 frei im Raum angeordnet ist. Sie ist der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem zwischen Vakuumfolie 10 und Grundplatte 2 herrschenden Unterdruck ausgesetzt. Außerdem wird die Folie im äußeren Kontaktbereich zwischen Grundplatte und dem darauf angeordneten Rohr durch den Unterdruck unter Spannung gesetzt.
