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Die Erfindung betrifft eine Membraneinrichtung, die zum/beim Verarbeiten von faserverstärkten Bauteilen zum Einsatz kommt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung aus einem zu bearbeitenden faserverstärkten Bauteil mit zumindest einer Membraneinrichtung.
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Aus der
WO 2001/068353 A1 ist eine Anordnung zur Injektion eines Matrixmaterials in eine Faserrohling-Struktur bekannt, mit der weitgehend blasenfrei (ohne Lufteinschluss) das Matrixmaterial (Kunststoffharz) in die Faserrohling-Struktur injiziert werden kann. Dazu liegt die Rohlingstruktur auf einem Werkzeug. Die Rohlingstruktur wird der Reihe nach mit den folgenden Folien abgedeckt:
- – eine Abreißhilfe, die das Entfernen der Fließhilfe nach dem Aushärten des Matrixmaterials erleichtert,
- – eine Fließ- bzw. Injektionshilfe, die bei anliegendem Vakuum einen Spacer ausbildet, in dem sich das Matrixmaterial verteilen kann,
- – eine Membran, die gasdurchlässig und Matrixmaterial-undurchlässig ist,
- – ein Lüftergewebe, das als Spacer wirkt und bei anliegendem Vakuum das Absaugen von Luft an der gesamten Rückseite der Membran ermöglicht, und
- – eine gasundurchlässige Folie.
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Die Membran ist außerhalb des Randbereichs der Rohlingstruktur gegen das Werkzeug mit einer ersten Dichtung abgedichtet. Die gasundurchlässige Folie ist außerhalb des Randbereichs der Membran gegen das Werkzeug mit einer zweiten Dichtung abgedichtet. Durch einen Injektionskanal wird das Matrixmaterial in den Innenraum zwischen dem Werkzeug und der Membran injiziert. Durch einen Vakuumkanal wird der Raum zwischen der Membran und der gasundurchlässigen Folie evakuiert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Membraneinrichtung bereitzustellen, mit der eine Teilfläche eines Bauteils (vorzugsweise mit einer Rohlingstruktur) lokal bearbeitet werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe, eine Anordnung aus Bauteil und zumindest einer Membraneinrichtung vorzusehen, mit denen eine lokale Bearbeitung ermöglicht wird.
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Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bzw. 22 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß Anspruch 1 ist eine Membraneinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen vorgesehen. Die Membraneinrichtung bildet eine Hülle aus, die einen Innenraum umschließt. Die Hülle weist zumindest auf einer Seite oder allseitig eine Membranfolie auf, die den Innenraum der Hülle Matrixmaterial-undurchlässig abschirmt. 'Abschirmen' heißt hier, dass die Membranfolie undurchlässig ist für Matrixmaterial, also kein Matrixmaterial von der Außenseite der Hülle in den Innenraum durch die Membranfolie gelangt. Die Membranfolie ist gasdurchlässig, so dass beispielsweise Luft von der Außenseite in den Innenraum durchströmen kann und vom Innenraum zur Außenseite strömen kann. Vorzugsweise ist die Hülle – abgesehen ggf. von Verbindungsstellen zum Schließen der Hülle und/oder von Durchgängen zum Evakuieren – allseitig und/oder vollständig Matrixmaterial-undurchlässig und weiter bevorzugt allseitig und/oder vollständig gasdurchlässig. Die Seite oder die Seiten der Hülle, die beim Einsatz an dem zu bearbeitenden Kunststoff-Bauteil nicht mit Matrixmaterial in Kontakt kommt/kommen, müssen nicht gasdurchlässig sein. D. h. 20 diese Seite oder Seiten können auch gasundurchlässig sein (beispielsweise, wenn die Membraneinrichtung vom Innenraum her evakuiert wird). Somit können in Ausgestaltung Teilbereiche der Hülle gasundurchlässig sein.
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Der ”Innenraum” bedeutet nicht notwendigerweise, dass im Innenraum ein 'Volumen' vorhanden ist. Beispielsweise können gegenüberliegende Hüllenbereiche ohne dazwischen eingeschlossenes Volumen aufeinanderliegen. Der Innenraum wird dadurch definiert, dass das Innere der Hülle abgeschlossen ist – soweit nicht ein oder mehrere vorbestimmte, selektive Durchgänge (Vakuumdurchgang) in der Hülle und/oder Hüllenverbindungen vorgesehen sind.
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Die Funktion der Membranfolie ist, dass Matrixmaterial nicht durch die Folie treten kann, während Gas durch die Folie hindurchtritt. Bei Anlegen eines Vakuums auf einer ersten Seite der Membran, wird zur zweiten Seite die Luft durch die Membran an- und durch die Membran abgesaugt, während das Matrixmaterial zwar in Richtung zweiten Seite gesaugt wird, dann aber nicht durch die Membran zur ersten Seite durchtreten kann.
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Dadurch, dass selbst bei Umfließen der Membraneinrichtung durch das Matrixmaterial zur Einrichtungsrückseite (also die Seite auf der das zu bearbeitende Bauteil nicht angeordnet ist und wohin Matrixmaterial eigentlich nicht gelangen sollte) der Innenraum der Membraneinrichtung frei von Matrixmaterial gehalten wird, kann durch den Innenraum über die ganze Vorderseite (Seite A) der Membraneinrichtung (also die Seite die mit dem zu bearbeitenden Bauteil in Kontakt ist oder die in dessen Richtung liegt) Gas abgesaugt und durch den Innenraum (und ggf. durch den 'Matrixmaterialfreien' Abschnitt der Rückseite) zum Vakuumanschluss gelangen.
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Was den Ablauf der Injektion des Matrixmaterials, das Ausheilen des Matrixmaterials, die Auswahl des Matrixmaterials und/oder die Auswahl des Faserrohlings betrifft, wird vollumfänglich auf die o. g.
WO 2001/068353 A1 verwiesen. Deren technische Lehre wird durch Bezugnahme auf die eben genannten Punkte vollumfänglich hierin eingeschlossen.
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Vorzugsweise ist die Hülle allseitig und/oder vollständig flexibel und/oder elastisch, so dass die Hülle nahezu konturanpassend auf ein zu bearbeitendes Bauteil auflegbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Hülle im kräftefreien Zustand flach ausgebildet. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Hülle aufgrund ihrer Flexibilität unter Schwerkraft 'zusammenklappt' oder die Verbindung von ursprünglich offenen Randbereichen der Hülle führt zu einer bevorzugt flachen Form – beispielsweise wenn offene Randbereiche der Hülle parallel verlaufend miteinander verbunden sind.
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In Ausgestaltung ist im Innenraum der Hülle ein gasdurchlässiges Abstandsmaterial angeordnet, das zwei gegenüberliegende Seiten der Hülle zumindest in Teilbereichen voneinander beabstandet hält. Das Abstandsmaterial kann eine Folie oder eine Materialbahn sein. Das Abstandsmaterial gewährleistet die Strömung von Gas im Inneren der Hülle über den Flächenbereich, bei dem das Abstandsmaterial vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Abstandsmaterial selbst im komprimierten Zustand gasdurchlässig. Beispielsweise wenn die Hülle durch den Atmosphärendruck von außen bei im Innenraum herrschenden Unterdruck komprimiert wird. In Ausgestaltung kann das Abstandsmaterial Teil der Hülle sein und/oder die Membranfolie weist eine Trägerfolie für das Membranmaterial auf und die Trägerfolie wirkt selbst als Abstandsmaterial. Das Abstandsmaterial kann das gleiche Material sein, welches als Fließhilfe für das Matrixmaterial vorgesehen ist und welche zwischen Faserrohling und Membraneinrichtung angeordnet sein kann.
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Vorteilhaft weist die Hülle zumindest einen Vakuumdurchgang auf, der die Außenseite der Hülle fluidisch mit dem Innenraum der Hülle verbindet. Der Vakuumdurchgang ist dazu geeignet, den Innenraum zu evakuieren, indem beispielsweise an den Vakuumdurchgang eine Absaugeinrichtung angeschlossen wird.
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In Ausgestaltung weist die Hülle eine erste Seite (A), die auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Bauteils auflegbar ist, und eine bezüglich des Innenraums zur ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (B) auf. Die erste Seite ist aus einem gasdurchlässigen und Matrixmaterial-undurchlässigen Membranmaterial ausgebildet. Vorteilhaft ist die zweite Seite ebenfalls aus einem gasdurchlässigen und Matrixmaterial-undurchlässigen Membranmaterial ausgebildet oder ist aus einem gas- und Matrixmaterial-undurchlässigen Membranmaterial ausgebildet.
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Ganz besonders vorteilhaft sind die erste Seite (A) und die zweite Seite (B) der Hülle aus einer einzigen Materialbahn ausgebildet. Es können aber auch beide Seiten aus je einer Materialbahn ausgebildet sein. 'Ausgebildet' bedeutet hier beispielsweise, dass die Seiten Teilbahn(en) sind, die aus einer (Endlos-)Materialbahn abgelängt/abgeschnitten sind.
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Bei einer Ausgestaltung ist die Hülle allseitig oder im Wesentlichen allseitig aus einem gasdurchlässigen und Matrixmaterial-undurchlässigen Membranmaterial ausgebildet. Vorteilhaft ist dabei die Hülle insgesamt aus einer einheitlichen oder einstückigen Materialbahn aus oder mit Membranmaterial ausgebildet, die an einer Seite gefaltet oder geklappt ist und deren offene Randbereiche oder deren offener Randbereich miteinander verbunden sind oder sind. Hierin bezieht sich 'offene' oder 'unverbundene' Randbereich(e) auf den zusammengefalteten oder -geklappten Zustand der Materialbahn während der Herstellung, wobei im Endzustand diese aufeinanderliegenden oder stoßenden Randbereiche abdichtend miteinander verbunden sind.
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Vorteilhaft ist eine Verbindung/sind die Verbindungen der ursprünglich offenen oder unverbundenen Randbereich(e) zumindest Matrixmaterial-undurchlässig und vorzugsweise auch gasundurchlässig.
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Eine Verbindung des oder der Randbereiche der Materialbahn oder der Materialbahnen ist/sind ausgebildet durch eines oder mehrere der folgenden Verbindungen: eine durch thermisches Verschmelzen bewirkte Verbindung; eine durch Verschweißen bewirkte Verbindung; eine durch Verkleben bewirkte Verbindung; eine durch mechanische Einwirkung bewirkte Verbindung; und eine durch chemische Reaktion der Materialbahn bewirkte Verbindung. Diese Verbindungen stellen unterschiedliche Verbindungs'typen' dar.
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In Ausgestaltung sind ein erster Abschnitt des offenen Randbereichs mittels eines ersten Verbindungstyps und ein zweiter Abschnitt des offenen Randbereichs mittels eines zweiten Verbindungstyps ausgebildet, wobei der erste und zweite Verbindungstyp unterschiedlich voneinander sind.
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Eine Klebe-Verbindung kann durch ein oder mehrere der folgenden Verklebungsmaterialen ausgebildet sein: Latex-basierender Klebstoff, Polyurethan-(PU-)basierender Klebstoff, Silikon-basierender Klebstoff, Kautschuk-basierender Klebstoff, flüssiger Kunstharz-basierender Klebstoff, und gummi-modifizierter Lack-Klebstoff. Vorzugsweise ist das Klebematerial Latex-basierend und bevorzugt flüssiger Latex. Latex ist reißfest, medienbeständig und hat eine kurze Trocknungszeit.
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Bevorzugt ist die Membran der Membraneinrichtung aus einem Trägermaterial und einer Membranbeschichtung auf dem Trägermaterial ausgebildet. Beispielsweise ist das Trägermaterial mit Membranmaterial beschichtet oder das Trägermaterial und das Membranmaterial sind laminierte Materialbahnen (Folienbahnen). In Ausgestaltung ist das Trägermaterial ein textiles Gewebe, ein gewirktes Gewebe, ein Vlies, ein Textilverbundstoff, eine Schaumstofffolie oder eine PU-Folie. Das Trägermaterial ist zumindest gasdurchlässig (und ist in der Regel auch Matrixmaterial durchlässig). Bevorzugt ist das Trägermaterial selbst unter Kompression (z. B. durch Atmosphärendruck beim Evakuieren) in Materialbahnrichtung gasdurchlässig und/oder auf dem Trägermaterial ist ein Abstandshaltermaterial angeordnet, das in Materialbahnrichtung unter Kompression gasdurchlässig ist. Somit wirkt das Trägermaterial als Abstandshalter zwischen den Innenseiten der Hülle oder das Trägermaterial ist auf einer Seite mit einem Abstandshaltermaterial beschichtet oder verbunden ist.
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Vorteilhaft ist die auf ein Bauteil aufzulegende Außenseite der Hülle die Membranbeschichtung und die Innenseite das Trägermaterial. Bei zumindest teilweiser räumlicher Durchmischung Matrixmaterial/Trägermaterial ist der Teil mit höherem Membrananteil außen. Es kann auch umgekehrt sein.
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In Ausgestaltung ist das Trägermaterial aus Polyethersulfon (PES) ausgebildet oder weist PES auf. Alternativ oder zusätzlich ist das Membranmaterial aus Polyurethan (PUR) ausgebildet oder weist PUR auf (vorzugsweise mikroporöses PUR).
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Die Grundform der Membraneinrichtung kann rechteckig, elliptisch, quadratisch, rund oder dreieckig sein – jeweils im 'flachen' Zustand betrachtet.
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In Ausgestaltung ist das Ausgangsmaterial für die Hülle schlauchartig ausgebildet, wobei Abschnitte des schlauchartigen Materials abgeschnitten und die offenen Seiten des schlauchartigen Materials an deren Randbereich miteinander verbunden sind. Die 'Verbindung' der offenen Randbereiche erfolgt beispielsweise wie oben und/oder unten beschrieben. Der Schlauch kann durchgängiges Rundmaterial sein oder aus einer beidseitig im Randbereich miteinander verbundenen Bahnmaterial ausgebildet sein.
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Vorteilhaft weist die Seite der Hülle, mit der die Membraneinrichtung auf ein zu bearbeitendes Bauteil aufgelegt wird, eine umlaufende Dichtung auf. Die Dichtung ist z. B. ein Dichtungsband, vorzugsweise ein selbstklebendes Dichtungsband, das weiter bevorzugt mit einer Abziehfolie/-streifen versehen ist.
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Besonders vorteilhaft sind eine erste und eine zweite Seite der Membraneinrichtung optisch und/oder bezüglich der Oberflächenstruktur unterschiedlich ausgebildet. Dies erhöht die Sicherheit der Benutzung, wenn unterschiedliche Eigenschaften der Hüllenseiten gegeben sind. Der Unterschied kann bedingt sein durch verschiedene Farbe und/oder Helligkeit und/oder Reflexionseigenschaft und/oder Rauigkeit.
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Gemäß Anspruch 22 ist eine Anordnung vorgesehen bestehend aus einem Bauteil und zumindest einer Membraneinrichtung nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen der Membraneinrichtung und/oder wie nachfolgend beschrieben (und als Pad bezeichnet). Die Anlagefläche der Membraneinrichtung an der Bauteiloberfläche ist kleiner als die Bauteiloberfläche. Vorteilhaft ist die Bauteiloberfläche auf der Seite, auf der die Membraneinrichtung aufliegt, größer als die aufliegende Fläche der Membraneinrichtung. Alternativ oder Zusätzlich nimmt in Draufsicht auf die Bauteiloberfläche die Membraneinrichtung nur einen Unterbereich der Bauteiloberfläche ein.
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Das Bauteil selbst muss kein Faserverbundwerkstoff sein, ist es jedoch vorzugsweise. Das 'zu bearbeitende Bauteil' bezieht sich beispielsweise auf einen Oberflächen-Teilabschnitt des Bauteils, auf dem ein Element aus Faserverbundwerkstoff aufzubringen ist. Beispielsweise als Ausbesserung, Reparatur oder mechanische Verstärkung des Bauteils an dem Oberflächen-Teilabschnitt. Auf diesem wird ein Faserrohling aufgelegt und zur weiteren Bearbeitung durch die eine oder mehrere Membraneinrichtungen abgedeckt.
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In Ausgestaltung ist die zumindest eine Membraneinrichtung auf einer auszubessernden und/oder einer zu verstärkenden Stelle der Bauteiloberfläche angeordnet und/oder ist an einer Stelle angeordnet, bei der eine vollständige Durchdringung (Luft-Freiheit) des Faserwerkstoffs mit Matrixmaterial zu gewährleisten ist.
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Vorteilhaft ist zwischen der Bauteiloberfläche und der zumindest einen Membraneinrichtung ein Fließhilfe-Element und/oder ein Abreißhilfe-Element angeordnet. Alternativ oder Zusätzlich ist auf der Seite der zumindest einen Membraneinrichtung, die der Bauteiloberfläche abgewandt ist, eine gasundurchlässige Folie angeordnet. Bevorzugt ist zwischen der gasundurchlässigen Folie und der zumindest einen Membraneinrichtung ein Abstandshalteelement angeordnet. Die gasundurchlässige Folie kann zumindest einen Vakuum-Durchgang und/oder zumindest einen Injektions-Durchgang zum Einleiten des Matrixmaterials aufweisen.
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In weiterer Ausgestaltung der Anordnung sind auf der Bauteiloberfläche mit den Seitenkanten aneinandergrenzende Membraneinrichtungen nebeneinander angeordnet. Und/oder auf der Bauteiloberfläche sind Membraneinrichtungen nebeneinander angeordnet und zwischen zumindest zwei Membraneinrichtungen ist ein Injektionskanal ausgebildet. Vorzugsweise ist in dem Injektionskanal ein Fließhilfe-Streifen angeordnet.
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Die oben und unten beschriebenen Funktionen und/oder Elemente der Membraneinrichtung und/oder der Anordnung sind in beliebigen Unterkombinationen oder Einzelkombinationen miteinander kombinierbar und von der technischen Lehre mit eingeschlossen.
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Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1a ein Membranfolienstück vor dem Falten,
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1b das Membranfolienstück von 1a nach dem Falten,
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1c ein Pad nach dem Verkleben der offenen Seiten des gefalteten Membranfolienstücks von 1b,
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1d einen Querschnitt durch das Pad von 1c,
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1e einen vergrößerten Ausschnitt der Membranfolie,
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2 eine Ausführungsform des Pads mit eingearbeiteter Spacerfolie,
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3 eine weitere Ausführungsform des Pads mit Vakuumanschluss,
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4 eine weitere Ausführungsform des Pads mit verschweißten Rändern,
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5 ein Schlauchrohling mit verbundener Längsfügung,
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4a, 5a eine Detailansicht des verschweißten Rands,
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6a, 6b eine Querschnittsansicht und Unterseitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Pads mit selbstklebender Dichtung,
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7 eine weitere Ausführungsform des Pads mit gasdichter Oberseite und Vakuumanschluss,
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8 eine Anordnung eines Pads auf einem Abschnitt eines Bauteils,
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9 eine weitere Anordnung eines Pads auf einem Bauteil mit strukturierter Oberfläche, und
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10a, 10b eine Querschnittsansicht und Draufsicht auf eine weitere Anordnung von zwei Pads auf einer Bauteiloberfläche und mit Injektionskanal.
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Die 1a bis 1e zeigen Schritte und Detailansichten bei der Herstellung eines Pads 2 (Membraneinrichtung oder Membrankissen) aus einem Membranfolienstück 10. Das Material des Membranfolienstücks ist gasdurchlässig, für das Matrixmaterial, das in einen Faserrohling (42, 42a siehe unten) injiziert wird, aber undurchlässig. Somit hat das Membranfolienstück Membran-Funktion. Das Membranfolienstück 10 ist auf die gewünschte, vorgebbare Grundform zugeschnitten, wobei 1a die Grundform vor dem Falten in Draufsicht darstellt. Die Grundform wird längs der Faltlinie 12 zusammengeklappt, so dass die in 1b in Draufsicht dargestellte überlappende gefaltete Form entsteht. Vorzugsweise ist die Faltlinie 12 bezüglich der Grundform so vorgesehen, dass die Seitenformen seitlich der Linie 12 spiegelsymmetrisch sind (Linie 12 = Spiegelachse) und die Seitenformen wie in 1b gezeigt vollständig überlappen (gleichverlaufende Randzone). In Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die beiden Seitenformen nicht spiegelsymmetrisch sind und so nach dem Falten Randbereiche der oberen oder unteren Seitenfläche gegenüber der anderen Seitenfläche seitlich hervorstehen. Beispielsweise können so Greif-, Fixier- und/oder Justierlaschen vorgesehen sein.
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Im überlappenden Zustand werden die Randbereiche der beiden Seitenformen miteinander verbunden, wie dies in 1c dargestellt ist. Durch das Verbinden der Randbereiche entsteht ein Pad 2, bei dem die zuvor offenen Seiten des gefalteten Membranfolienstücks von 1b abgedichtet sind. Die Abdichtung 14 bzw. Verbindung ist zumindest Matrixmaterial-undurchlässig, vorzugsweise ist sie auch gasundurchlässig. Bevorzugt und wie dargestellt, sind die Randbereiche mit einer Abdichtung 14 aus Latex abgedichtet. In der Einleitung sind weitere Alternativen für die Abdichtung 14 angegeben. Die Abdichtung 14 kann ausschließlich zwischen den gegenüberliegenden Seiten der überlappenden Randbereiche des gefalteten Membranstücks 10 ausgebildet sein, oder ausschließlich die Außenseiten der überlappenden Randbereiche umgreifend oder umgeben, oder – vgl. 1d – die Verbindung kann sowohl die Außenseiten umgreifend und zwischen den Innenseiten der Randbereiche ausgebildet sein. Mischformen sind ebenfalls möglich, beispielsweise wenn die Randbereiche von Ober- und Unterseite nicht oder nicht vollständig überlappen (wie oben bei fehlender Spiegelsymmetrie).
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1d zeigt einen Querschnitt durch das Pad 2 von 1c wie mit der Linie 1d-1d dargestellt. Im Querschnitt ist die Verbindung 14 zur Veranschaulichung vergrößert in W-Form, beide Randbereiche umgreifend bzw. umgebend, dargestellt. Zwischen der ersten Seite A (Unterseite wie dargestellt) und der zweiten Seite B (Oberseite wie dargestellt) schließt das Pad 2 einen Innenraum 16 ein. Die Membranfolie 10 mit der Verbindung 14 und/oder aufgrund der Verbindung 14 bildet eine den Innenraum 16 umgebende Hülle. Der ”Innenraum” 16 bedeutet nicht, dass in jedem Fall zwischen den beiden Seiten A, B bzw. zwischen gegenüberliegenden Seiten der Hülle ein freies (Luft-)Volumen vorhanden sein muss. Die Seiten können auch ohne Abstand oder Luft dazwischen aufeinanderliegen. Dies erfolgt insbesondere, wenn im Inneren 16 oder durch das Pad ein Vakuum angelegt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Pads sind beide Seiten A, B aus dem gleichen Material ausgebildet, so dass ein Gasdurchtritt von außen durch die erste Seite A in den Innenraum 16 und durch die zweite Seite B zu deren Außenseite ermöglicht ist.
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1e zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Membranfolie aus dem in 1d dargestellten Kreis. Die in 1e unten dargestellte Seite ist die Außenseite der Membranfolie 10 und die oben dargestellte Seite ist die Innenseite (die zum Innenraum 16 liegt) bezüglich des Pads 2. Vorzugsweise ist die Membranfolie 10 eine Verbundfolie, die wie in 1e schematisch dargestellt aus einer Trägerfolie 18 und einer Beschichtung 20 gebildet ist. Die Verbundfolie kann durch Beschichten der Trägerfolie 18 mit der Membranbeschichtung 20 oder durch Laminieren einer Membranfolie mit der Trägerfolie oder Kalandern einer Membranschicht auf die Trägerfolie ausgebildet sein. Weitere Verfahren zur Beschichtung des Trägermaterials oder des Verbindens zweier Folien können vorgesehen sein. Vorzugsweise durchdringt die Membranschicht(-folie) 20 die Trägerschicht(-folie) 18 nicht gleichmäßig, so dass wie dargestellt auf der einen Seite (z. B. Außenseite) der Anteil des Membranmaterials höher ist als auf der anderen Seite (z. B. Innenseite). Materialien für die Trägerfolie 18 und/oder die Membranschicht(-folie) 20 sind in der obigen Einleitung angegeben. Die Trägerfolie hat die Funktion der mechanischen Stützung der Membranschicht und die Membranschicht stellt die Gasdurchlässigkeit und Matrixmaterial-Undurchlässigkeit der Membranfolie 10 bereit.
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Bei 2 ist eine Ausführungsform des Pads 2a vorgeschlagen, bei der im Innenraum 16 eine Spacerfolie 22 eingearbeitet ist. Soweit nicht anders beschrieben gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2 (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen). Die Funktion der Spacerfolie 22 ist es, die beiden Seiten A, B des Pads 2a während des Evakuierens beabstandet zu halten, so dass Gas über die gesamte Grundfläche des Innenraums 16 abgesaugt werden kann. Die Spacerfolie 22 ist im dargestellten Beispiel lose zwischen die Seiten A, B eingelegt. In Ausgestaltung kann die Spacerfolie 22 auf einer der Seiten A oder B oder auf beiden Seiten A und B fixiert sein (z. B. durch punktuelles und/oder flächiges Aufschmelzen und/oder Ankleben). Oder die Spacerfolie kann bereits im Ausgangszustand (vgl. 1a) der Membranfolie 10 auf der Ausgangsfolie fixiert sein (z. B. durch punktuelles und/oder flächiges Aufschmelzen und/oder Ankleben und/oder durch Beschichten und/oder Laminieren). Beispielsweise ist die Spacerfolie 22 auf der 'Innenseite' (1e) der Trägerfolie 18 vorgesehen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Pads 2b mit Vakuumanschluss 26, 28. Soweit nicht anders beschrieben gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2 oder 2a (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen). Die Funktion des Vakuumanschlusses 25, 26 ist es, eine Vakuumleitung damit zu verbinden, die mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Der Vakuumanschluss ist gebildet durch eine Ausstülpung 26 der Membranfolie 10, an deren Außenabschnitt ein Schraubgewinde 28 vorgesehen ist. Das Schraubgewinde ist auf der Ausstülpung 26 dichtend angeordnet, beispielsweise durch Verkleben. Anstelle des Schraubgewindes kann auch ein Vakuumflansch, eine mechanisch stabile Hülse (z. B. aus Metall), eine Kupplung (z. B. Schnellkupplung) oder dergleichen vorgesehen sein. In weiterer Ausgestaltung kann an Stelle der Ausstülpung und des Schraubgewindes eine Anschlusseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, bei der in der Dichtfolie 34 (entsprechend in der zweiten Seite B der Membran 10 der anderen Pad-Ausgestaltungen) eine Öffnung ist, auf die die Anschlusseinrichtung aufgeklebt wird oder bei der innenseitig ein erstes Flächenelement und außenseitig ein zweites Flächenelement angeordnet ist, wobei die Flächenelemente abdichtend den Bereich um die Öffnung zwischen sich einklemmen. Die Anschlusseinrichtung kann ein Schraubgewinde, einen Vakuumflansch, eine mechanisch stabile Hülse (z. B. aus Metall), eine Kupplung (z. B. Schnellkupplung) oder dergleichen aufweisen, an denen eine Leitung zur Absaugpumpe befestigbar bzw. verbindbar ist.
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4 schlägt eine weitere Ausführungsform des Pads 2c vor, bei dem die Ränder durch Verschweißen miteinander verbunden sind. Die Verbindung 14a ist hier nicht durch Verwendung eines weiteren Materials (wie z. B. Latex bei der Verbindung 14) hergestellt. Soweit nicht anders beschrieben, gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2, 2a oder 2b (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen). Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise das Folienmaterial 10 gegenüber dem Pad 2 von 1 'umgestülpt'. Wie in der Vergrößerung des Kreisbereichs von 4 in 4a dargestellt, wird dabei die Außenseite des Pads 2c durch die Trägerfolie 18 gebildet, während die Innenseite des Pads durch die Membranschicht 20 gebildet wird. Im Zustand der überlappenden Randbereiche (vgl. 1b) liegen von der ersten und zweiten Seite A, B die Membranschichten 20 aufeinander. Durch thermische und/oder mechanische Einwirkung werden die aufeinanderliegenden Membranschichten 20 im Randbereich miteinander verschmolzen. Beispielsweise durch lokales Aufheizen oder durch Ultraschallschweißen. Es entsteht dadurch eine in 4a dargestellte Verschmelzungszone 24. Die Verklebungs- oder Verschmelzungszone 24 verbindet die offenen Randbereiche der Materialfolie entsprechend der in 1c dargestellten Verbindungslinie der Verbindung 14.
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Für eine weitere Ausgestaltung zeigt 5 einen Zwischenschritt zwischen den Verarbeitungszuständen der 1b und 1c zur Herstellung eines Pads 2d. Soweit nicht anders beschrieben gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2 oder 2a–2c (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen). Bei der Ausgestaltung der 5 wird aus einem bandförmigen Ausgangsmaterial der Materialfolie 10 zunächst ein Schlauchrohling erzeugt, bei dem die beiden Ränder des bandförmigen Ausgangsmaterials nach kreisförmigem Umbiegen in Achsrichtung des Schlauchrohlings miteinander verbunden werden. Vorzugsweise ist auch hier die Materialfolie 10 'umgestülpt', so dass die Außenseite des Schlauchrohlings durch die Membranschicht 20 gebildet wird. Die in 5 rechts dargestellten, eingeschlagenen Randbereiche des bandförmigen Ausgangsmaterials werden miteinander verbunden. Vorzugsweise und wie analog zu 4/4a beschrieben werden die aufeinanderliegenden Randbereiche miteinander verschmolzen – siehe Verbindung 14a in 5a. Vom Schlauchrohling werden Stücke mit gewünschter, definierter Länge abgeschnitten und nach dem Zusammendrücken des Schlauchstücks werden die gegenüberliegenden, offenen Randbereiche miteinander verbunden. Die Verbindung der offenen Randbereiche erfolgt beispielsweise wie es für die Verbindung 14 zu 1c beschrieben ist. Ein Pad 2d aus dem Schlauchrohling hätte dann bei einer Ausrichtung wie in 1c als Verbindung der links liegenden Randbereiche die Verbindung 14a und als Verbindung der oben und unten liegenden Randbereiche die Verbindung 14.
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Die 6a und 6b zeigen eine Querschnittsansicht (6a) und Unterseitenansicht (6b) einer weiteren Ausführungsform eines Pads 2e mit selbstklebender Dichtung 30. Soweit nicht anders beschrieben gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2 oder 2a–2d (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen).
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Auf der ersten Seite A (als Unterseite dargestellt) des Pads 2e ist entlang des Randbereichs umlaufend (6b) ein selbstklebendes Dichtungsband 30 angeordnet. Im Auslieferungszustand des Pads 2e ist das selbstklebende Dichtungsband 30 mit einer Abziehfolie 32 versehen. Nach Abziehen der Abziehfolie kann das Pad auf die zu bearbeitende Oberfläche aufgeklebt werden (siehe z. B. folgende Anordnungen).
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Pads 2f mit gasdichter Oberseite und Vakuumanschluss 26, 28. Soweit nicht anders beschrieben, gelten die gleichen Funktionen und Ausgestaltungen wie beim Pad 2 oder 2a–2e (oder wie bei den nachfolgend beschriebenen Pads/Anordnungen). Der Vakuumanschluss 25, 26 ist entsprechend des Vakuumanschluss 26, 28 von 3 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Ausstülpung 26 nicht aus der Membranfolie 10 ausgebildet ist, sondern in oder aus einer Dichtfolie 34 ausgebildet ist, die die zweite Seite B des Pads 2f bildet. Die Verbindung 14 verbindet dabei die hier zunächst rundum verlaufenden offenen Randbereiche zwischen der Membranfolie 10 (erste Seite A) und der Dichtfolie 34. Die Dichtfolie 34 ist gasundurchlässig. Das Pad 2f ist nicht von oben nach unten (von Seite A nach Seite B) gasdurchlässig, sondern von der Außenseite der Seite A kann durch die Membran 10 Gas ins Innere 16 gelangen. Von dort wird das Gas durch den Anschluss 26/28 abgesaugt. Der Vorteil ist, dass außerhalb der Seite B keine Dichtfolie (vgl. 34a) und/oder Spacerfolie (vgl. 22a) vorgesehen werden muss. Vorteilhaft ist die oben beschriebene Spacerfolie 22 im Innenraum 16 des Pads 2f vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist wie in 6a auf der Seite A ein umlaufendes Dichtungsband 30 vorgesehen. Bevorzugt ist zumindest der untere Randbereich der Verbindung 14 mit einer Breite ausgeführt, so dass dies mindestens der Breite des Dichtungsbandes 30 entspricht und das Band auf der Verbindung 14 platziert werden kann. Damit wird eine Leckage durch die Membran 10 von Stellen, die außerhalb des Dichtungsbands 30 liegen, vermieden. Eine solche Ausgestaltung der Anordnung des Dichtungsbandes 30 überlappend zur Verbindung 14, 14a ist für alle hier vorhandenen Ausgestaltungen der Pads vorteilhaft.
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8 zeigt eine Anordnung eines Pads 2 auf einem Abschnitt eines Bauteils 40. Das Pad 2 ist nur beispielhaft – jede Ausgestaltung der Pads 2a–2f ist auch bei den beschriebenen Anordnungen anwendbar und es ist auch denkbar, bei Verwendung mehrerer Pads Pads verschiedener Ausgestaltungen einzusetzen. Bei 8 sind nacheinander angeordnet (von der Unterseite bzw. vom Bauteil 40 her kommend):
- – ein Faserrohling 42, in den das Matrixmaterial zu injizieren ist,
- – darüber optional eine Abreißfolie 44, die das Ablösen des weiteren Aufbaus vom Bauteil 40 und vom vergossenen Faserrohlings 42 erleichtert,
- – darüber optional ein Injektionsspacer 46, der die Verteilung des injizierten Matrixmaterials fördert,
- – darüber ein Pad,
- – darüber optional eine Spacerfolie 22a (vgl. 22), die die Evakuierung über die gesamte Fläche (Seite B) des Pads ermöglicht, und
- – darüber eine gasundurchlässige Dichtfolie 34a (die in dem Fall optional ist, wenn das Pad (2f) eine gasundurchlässige Folie 34 (Seite B) hat).
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Eine erste Dichtung 30a (Dichtungsband – vgl. 30) dichtet zwischen Bauteiloberfläche und Seite A des Pads, wobei in dessen Innenraum über einen Injektionsdurchgang I das Matrixmaterial injiziert wird. Eine zweite Dichtung 30b dichtet zwischen der Dichtfolie 34a und der Bauteiloberfläche, wobei der Raum zwischen der Seite B des Pads und der Bauteiloberfläche einerseits und der Unterseite der Dichtfolie 34a über einen Evakuierungsdurchgang V evakuiert wird. Wie oben beschrieben, entfallen bei einem Pad (z. B. 2f) mit Dichtfolie 34 die Dichtfolie 34a, die Spacerfolie 22a und die Dichtung 30b.
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Die Anordnung gemäß 9 entspricht prinzipiell der Anordnung von 8, wobei dargestellt ist, wie eine stark strukturierter Oberfläche eines Bauteils 40a (hier im Querschnitt gekrümmt) und ein stark strukturierter Faserrohling (hier im Querschnitt keilförmig) aufgrund der Flexibilität des Aufbaus bearbeitet werden können. Der Anschaulichkeit halber sind einige der Folien/Spacer weggelassen – diese sind aber ohnehin optional wie in der Liste oben angegeben.
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Die Anordnungen haben gemeinsam, dass die Fläche des Faserrohlings (42, 42a) kleiner ist als die Fläche des Bauteils (40, 40a) und das Bearbeiten des Bauteils erfolgt nur lokal auf einem Teilbereich der Bauteiloberfläche. Beispielsweise kann dadurch ein beschädigtes Bauteil lokal repariert werden oder ein Bauteil wird lokal verstärkt. Vorzugsweise ist das Bauteil selbst ein Faserverbundwerkstoff oder der zu bearbeitende Bereich der Oberfläche des Bauteils ist mit einem Faserverbundwerkstoff versehen.
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Die 10a (Querschnittsansicht) und 10b (Draufsicht) zeigen eine weitere Ausgestaltung einer Anordnung, bei der zwei Pads 2 auf der Oberfläche des Bauteils 40 nebeneinander angeordnet sind. Zwischen den Pads 2 verläuft ein Injektionskanal bzw. -verteiler 48. Der Injektionskanal ist beispielsweise durch einen Injektionshilfe-Spacer gebildet und/oder damit gefüllt. In den Kanal 48 wird das Matrixmaterial durch den Injektionsanschluss I eingeleitet und von dort verteilt sich das Matrixmaterial unter die Pads 2 und in den Faserrohling 42 wie in 10a mit den Pfeilen dargestellt. Um einen größeren Faserrohling 42 abzudecken, können somit mehrere Pads miteinander nebeneinanderliegend kombiniert werden. Der Grundform des Rohlings 42 angepasst können verschieden geformte Pads nebeneinander angelegt werden. Auch verschiedene Arten von Pads der vorgestellten Typen 2, 2a–2f können zur Optimierung nebeneinanderliegend zum Einsatz kommen (beispielsweise in Abhängigkeit der Rohlingsdicke und/oder der Krümmung der Struktur). In Ausgestaltung können die Pads auch teilweise überlappend nebeneinander gelegt werden.
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Was den Ablauf der Injektion des Matrixmaterials, das Ausheilen des Matrixmaterials, die Auswahl. des Matrixmaterials und/oder die Auswahl des Faserrohlings betrifft, wird vollumfänglich auf die
WO 2001/068353 A1 verwiesen. Deren technische Lehre und Offenbarung wird durch Bezugnahme auf die eben genannten Punkte vollumfänglich hierin eingeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2a–2f
- Pad/Membraneinrichtung
- 10
- Membran
- 12
- Faltlinie
- 14, 14a
- Verbindungslinie/Latexdichtung
- 16
- Innenraum
- 18
- Trägerfolie/-material
- 20
- Beschichtung/Membranfunktionsmaterial
- 22, 22a
- Spacerfolie/Abstandshalter
- 24
- Verklebungs-/Verschmelzungszone
- 26
- Anschluss/Gasdurchgang
- 28
- Schraubgewinde
- 30, 30a, 30b
- Dichtung/Dichtband
- 32
- Abziehfolie
- 34, 34a
- Dichtfolie
- 40, 40a
- Bauteil
- 42, 42a
- Faserrohling
- 44
- Abreißfolie
- 46
- Fließ-/Injektionsspacer
- 48
- Injektionskanal/-verteiler
- A, B
- erste, zweite Seite
- V
- Evakuierungsdurchgang/-anschluss
- I
- Injektionsdurchgang/-anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2001/068353 A1 [0002, 0010, 0066]