DE60315397T2

DE60315397T2 - Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwerkstoffstrukturen

Info

Publication number: DE60315397T2
Application number: DE60315397T
Authority: DE
Inventors: Patrick Parneix; Loic Rousseau
Original assignee: DCN SA
Current assignee: DCN SA
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: FR2846276B1; FR2846276A1; DE60315397D1; EP1413421B1; ES2288208T3; NO20034696L; DK1413421T3; EP1413421A1; ATE369243T1; NO20034696D0

Description

Der technische Bereich der vorliegenden Erfindung ist der der Vorrichtungen zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen. Insbesondere betrifft der Bereich, in den die Erfindung fällt, den Bereich der Vorrichtungen, die die Herstellung von sehr dicken Strukturen vom Typ Werkstücke gestatten, deren Dicke mehr als 60 mm beträgt.
In diesem Bereich wurden bereits verschiedene Ausführungen vorgeschlagen.
Man kennt die Patente US 4,902,215 und US 5,439,635 , die Vorrichtungen und Verfahren beschreiben, die sich auf die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen beziehen und die einen Unterdruck benutzen, um das Harz in das Innere der zu tränkenden Fasern eindringen zu lassen. Das Harz wird dabei in die Vorrichtung eingespritzt und dann durch Mittel angesaugt, die es gestatten, im Inneren der Kammer, in der sich die Faserschichten befinden, ein Vakuum herzustellen.
Es ist jedoch zu bemerken, dass die Ansauganschlüsse, wie sie in diesen Schriften beschrieben werden, am Umfang des zu tränkenden Werkstücks liegen; die Ansaugung findet also über mehrere seitliche Kanäle mit engem Querschnitt statt.
Man kennt ferner aus EP 0 841 145 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren, gemäß welchem das zu tränkende Werkstück auf dem Boden einer Form angeordnet wird, mit Harz und dann mit einer dichten Folie bedeckt wird und dann die Form einem Vakuum ausgesetzt wird.
Der größte Nachteil dieser Anordnung ist, dass der Fluss des Harzes nicht gesteuert werden kann und dass der im Inneren der Kammer erzeugte Unterdruck nicht homogen ist. Außerdem erfordern die im Stand der Technik vorgeschlagenen Ausführungen, um eine regelmäßige Progressionsfront des Harzes zu erhalten, die Verwendung von Mitteln zur Verteilung des Harzes gleichzeitig auf dem oberen Teil der zu tränkenden Einheit sowie auf dem unteren Teil von dieser. Diese hinzugefügten Elemente haben die Aufgabe, das Harz richtig gemäß einer zur Ebene der einzelnen Schichten parallelen Ebene zu verteilen, um eine unregelmäßige Tränkung der Fasern zu vermeiden, die durch die Anordnung der Saugkanäle am Umfang verursacht wird.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, die Schaffung einer einfachen Vorrichtung zum Tränken von Fasern mit Harz zum Herstellen einer Struktur aus Verbundwerkstoffen zu gestatten, die es gestattet, eine Migrationsfront des Harzes zu gewährleisten, die regelmäßig und zu den einzelnen zu tränkenden Faserschichten parallel ist, ohne Mittel zur Verteilung des Harzes verwenden zu müssen, um den homogenen Unterdruck im Inneren der Kammer zu gewährleisten, in der sich die einzelnen Fasernschichten befinden.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen, insbesondere vom Typ dicke Strukturen, umfassend einen hohlen Kasten, der mit einem Anschluss zur Ansaugung des Harzes versehen ist, der sich unter einem perforierten Element vom Typ Rost befindet, das eine Unterseite sowie eine Oberseite besitzt und in der Lage ist, über die Unterseite auf dem hohlen Kasten aufzuliegen, wobei diese Vorrichtung außerdem gehäuseartige Mittel besitzt, die die Einheit der Faserschichten bedecken und mit dem hohlen Kasten eine dichte Kammer bilden. Die Kontaktfläche zwischen dem Ansauganschluss und der Unterseite des perforierten Elements, die gegenüber der von den Faserschichten gebildeten Einheit gelegen ist, ist mindestens gleich der Fläche der Projektion der von diesen Faserschichten gebildeten Einheit auf diese Unterseite des perforierten Elements, das perforierte Element ist in der Lage, auf seiner Oberseite eine Einheit zu tragen, die aus einer oder mehreren Faserschichten besteht, die übereinander gestapelt sind und dazu bestimmt sind, eine Struktur aus Verbundwerkstoffen zu bilden, und die die Einheit der Faserschichten bedeckenden Mittel umfassen Mittel für den Eintritt des Harzes.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie eine einwandfreie Steuerung des Wanderns des Harzes bietet, ohne hierzu Mittel zur Verteilung des Harzes zu verwenden. Ein anderer Vorteil der Erfindung ist es, über sorgfältige Strategien im Bereich des Druckdifferentials und der rheologischen Merkmale des verwendeten Harzes mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine hervorragende Tränkung bei Werkstücken erhalten zu können, deren Dicke 60 mm überschreiten kann.
Die Vorrichtung verwendet vorteilhafterweise Mittel vom Typ Rost, die es gestatten, eine Ansaugfunktion zu erfüllen, aber auch eine Formungsfunktion dank der Möglichkeit, durch Wahl der Oberseite der Mittel vom Typ Rost eine Form zu schaffen. Man kann infolgedessen eine Vielzahl von Rosten mit verschiedenen Profilen verwenden, mit denen ebenso viele Verbundstrukturen von verschiedenen Formen erhalten werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden nicht begrenzenden ausführlichen Beschreibung.
In dieser Beschreibung wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen. In dieser zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Tränkvorrichtung am Ende der Ansaugphase,
2 das Detail A von 1.
Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen. Diese Vorrichtung ist für alle Arten von Strukturen mit verschiedenen Geometrien anwendbar, insbesondere für Strukturen, deren Dicke mehr als 60 mm beträgt.
Diese Vorrichtung 1 besteht zunächst aus einer Basis, die ein hohler Kasten 2 ist, der versteift werden kann, wenn sich dies aufgrund der Größe des Werkstücks als erforderlich herausstellt. In seinem Basisteil verfügt er über einen Ansauganschluss 3, mit dem eine vollkommene Abdichtung hergestellt wird. Diese Abdichtung kann insbesondere mit Hilfe einer Elastomerdichtung 12 verstärkt werden. Dieser hohle Kasten 2 ist in seinem oberen Teil durch ein perforiertes Element vom Typ Rost 4 geschlossen, wobei dieser Rost eine Oberseite 4a und eine Unterseite 4b besitzt; er liegt nun auf dem hohlen Kasten 2 über seine Unterseite 4b auf. Das perforierte Element 4 kann nun in verschiedenen Formen ausgeführt sein, wie ein starrer Rost oder eine perforierte Metallplatte; wenn das perforierte Element 4 aus Gründen von mechanischen Belastungen versteift werden muss, kann die Versteifung ebenfalls auf dem hohlen Kasten 2 aufliegen. Diese Versteifung muss die Masse jeder der Bauteile wie des Rostes oder der herzustellenden Verbundstruktur berücksichtigen, aber auch die Parameter des Unterdrucks, der erzeugt wird, um das Harz wandern zu lassen.
Auf der Oberseite 4a des Rostes 4 liegt eine Einheit 5 auf, die aus verschiedenen Faserschichten 5a besteht, die dazu bestimmt sind, zur Bildung der Verbundstruktur mit Harz getränkt zu werden. Diese auf den Rost 4 aufgelegten trockenen Lagen bilden also die Vorform des herzustellenden Verbundwerkstoffs. Vorzugsweise ist es wünschenswert, dass diese Lagen regelmäßig und nicht ungeordnet vorgeschnitten sind, und zwar hauptsächlich um die bevorzugte Schaffung von Umfangskanälen des Wanderns des Harzes zu vermeiden.
Mittel vom Typ Behälter 6 bedecken nun die Einheit 5 und bilden mit dem hohlen Kasten 2 eine dichte Kammer. Dieser Behälter 6 kann gleichzeitig die Evakuierung der Kammer gestatten, in der sich die zu tränkende Struktur befindet, aber auch den Eintritt des Harzes. Die Befestigung des Behälters 2 an dem Kasten 2 geht vorzugsweise über einen Befestigungsvakuumkanal 11 vor sich; diese Befestigung des Behälters über Umfangsabsaugung ist nicht unbedingt erforderlich und könnte ebenso gut auch durch eine beliebige klebende Dichtung oder eine dichte mechanische Befestigung ersetzt sein. Es ist zu bemerken, dass ein nicht vernachlässigbarer Aspekt der Vorrichtung darin beruht, dass am Umfang des Rostes ein so großer technischer Bereich frei bleibt, dass das Harz den Befestigungskanal 11 des Behälters 6 nicht erreicht. Dieser technische Bereich muss eine Bremse gegenüber dem Wandern des Harzes bilden, und zwar indem schwer durchlässige Werkstoffe verwendet werden oder indem eine Verklemmung bewirkt wird.
Der Behälter 6 besitzt in seinem die Oberseite der Einheit 5 bedeckenden Teil Mittel für den Eintritt des Harzes 7. Der Eintritt dieses Harzes kann über eine verschließbare Leitung stattfinden, die in einen Behälter mit katalysiertem Harz eintaucht. Der Erfolg der Tränkung ist nämlich dadurch bedingt, dass zu keinem Zeitpunkt Luft in die dichte Kammer eintreten kann, in der sich die zu tränkenden Faserschichten befinden. Man kann nun darauf achten, dass der Versorgungsbehälter den Eintritt in das Versorgungsrohr weit abdeckt. Vorzugsweise besitzt der Behälter 6, wie in 2 zu sehen ist, Mittel zur Verteilung des Harzes vom Typ Zacken, die eine regelmäßigere Verteilung des Harzes auf dem oberen Teil der von den einzelnen Faserschichten 5a gebildeten Einheit gestatten. Eine ausführlichere Beschreibung dieser Zacken ist in der Schrift W.H. Seemann US 5.439.635 zu finden. Eine Alternative kann darin bestehen, dass man über einen glatten Behälter, der die Dichtungsfunktion gewährleistet, und über ein Drainagematerial verfügt, das zwischen dem Behälter und den trockenen Geweben (Faservorform) positioniert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist der Anauganschluss 3 gegenüber der Einheit 5 von Faserschichten 5a gelegen, wobei diese beiden Elemente über den Rost 4 voneinander getrennt sind. Die Kontaktfläche zwischen dem Ansauganschluss 3 und der Unterseite 4b des Rostes 4 ist mindestens im Wesentlichen gleich der Fläche der Projektion der Einheit 5 auf diese Oberseite 4a des Rostes 4. Mit anderen Worten, der Ansauganschluss 3 ist so ausgeführt, dass seine Oberfläche auf Höhe des Rostes 4 groß genug ist, um einen vollkommen homogenen Unterdruck an jeder Stelle des Werkstücks anzulegen. Dies äußerst sich beispielsweise bei einem parallelepipedförmigen Verbund in einer Fläche des Schnitts des Ansauganschlusses, die mindestens gleich der Fläche des Querschnitts der Verbundstruktur ist. Es ist zu bemerken, dass der Schnitt des Anauganschlusse von konstanter Fläche auf einer ziemlich großen Länge ist, die die Dicke der Vorform überschreiten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Trennfolie 8 vom Typ Abreißgewebe zwischen die Oberseite 4a des Rostes 4 und die von den Gewebeschichten gebildete Einheit 5 eingesetzt sein. Dieser Zusatz ist für die Herstellung der Struktur selbst nicht erforderlich, aber hat die Aufgabe, die Reinigung des Rostes 4 sehr zu erleichtern. Eine dünne Schicht Harzvorrat 14 erscheint nun während der Phase der Ansaugung des Harzes zwischen dem Rost 4 und der Folie B. Auf dieselbe Weise kann eine zweite Trennfolie 9 auch zwischen der Oberseite der Einheit 5 und den Mitteln vom Typ Behälter 6 verwendet werden; nach dem Starten des Eintritts des Harzes erscheint nun ein zweiter Harzvorrat 13 in der Form einer dünnen Schicht, die zwischen der Trennfolie 9 und dem Behälter 6 liegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst vorzugsweise einen Rost 4, der die Erfüllung einer doppelten Funktion gestattet; es handelt sich um die Ansaugung des Harzes mit Hilfe von verschiedenen Perforationen des Rostes sowie um die Formung des Verbundwerkstücks. Die Tatsache nämlich, dass auf der Oberseite 4a des Rostes 4 eine besondere Form hergestellt wird, gestattet es, die zu der Form des Rostes ergänzende Form auf der Seite der Einheit 5 zu erhalten, die mit diesem Rost 4 in Kontakt ist. Es ist zu bemerken, dass der Rost 4 auf einer mit einer Pumpe verbundenen Wanne (nicht dargestellt) aufliegt, die so beschaffen ist, dass verschiedene Rostgeometrien adaptiert werden können, die so die Herstellung von ebensoviel Geometrien von Werkstücken gestatten.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:
Zunächst wird die Positionierung des Rostes 4 auf dem hohlen Kasten 2 vorgenommen, indem gleichzeitig die Abdichtung der Elastomerdichtung 12 (falls diese vorhanden ist) überprüft wird. Dann legt man die Abreiß-Trennfolie 8 auf. Man installiert dann die einzelnen Gewebeschichten 5a, indem man sie genau positioniert, um die Randeffekte zu vermeiden, die infolge einer schlechten Manipulation der Fasern auftreten können.
Es sei bemerkt, dass man im Fall einer Sandwichstruktur oder der Positionierung von Einlagen durch den Kern oder durch die Einlage eine Bohrung herstellen kann, um das Wandern des Harzflusses zu beiden Seiten des Hindernisses zu begünstigen.
Nach Ausführung der folgenden Schritte installiert man die Trennfolie 9 sowie den Behälter 6 und nimmt dann dessen Evakuierung vor. Nach Starten des Harzeintritts nimmt man nun eine Steuerung der Tränkung vor, indem man den in der Kammer hergestellten Unterdruck sich ändern lässt. Schließlich ist es wichtig, zu erwähnen, dass man, wie es sich herausgestellt hat, vorzugsweise eine Aufrechterhaltung der Verdichtung während der Gelphase vornimmt.
Dieses Form/Rost-Konzept, das oben beschrieben wurde, kann auch auf den Spritzguss von Harz, den gleichzeitigen Spritzguss von Fasern/Harz oder auf das Zentrifugieren (Formungsrotor) angewandt werden.
Natürlich können durch den Fachmann an der oben ausschließlich als nicht begrenzendes Beispiel beschriebenen Tränkvorrichtung zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzrahmen zu verlassen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen, umfassend einen hohlen Kasten (2), der mit einem Anschluss (3) zum Ansaugen des Harzes versehen ist, der unter einem perforierten Element (4) gelegen ist, das eine Unterseite (4b) sowie eine Oberseite (4a) besitzt und in der Lage ist, auf dem hohlen Kasten (2) über die Unterseite (4b) aufzuliegen, wobei die Vorrichtung (1) ferner Mittel (6) umfasst, die die Einheit (5) der Faserschichten bedecken und mit diesem hohlen Kasten (2) eine dichte Kammer bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen dem Ansauganschluss (3) und der Unterseite (4b) des perforierten Elements (4), das gegenüber der von den Faserschichten (5a) gebildeten Einheit (5) gelegen ist, mindestens gleich der Fläche der Projektion der von diesen Faserschichten (5a) gebildeten Einheit (5) auf ebendiese Unterseite (4b) des perforierten Elements (4) ist und dass das perforierte Element (4) in der Lage ist, auf seinem oberen Teil (4a) eine Einheit (5) zu tragen, die aus einer oder mehreren Faserschichten (5a) besteht, die übereinander gestapelt sind und dazu bestimmt sind, eine Struktur aus Verbundwerkstoffen zu bilden, und dass die die Einheit (5) der Faserschichten bedeckenden Mittel (6) Mittel (7) für den Eintritt des Harzes umfassen.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach Anspruch 1, bei der die Oberseite (4a) des perforierten Elements (4) eine zur Form des herzustellenden Werkstücks komplementäre Form hat.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der zwischen der Oberseite (4a) des perforierten Elements (4) und der Einheit (5) von Faserschichten (5a) eine Trennfolie (8) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Einheit (5) von Faserschichten (5a) und den die Einheit der Faserschichten bedeckenden Mitteln (6) eine Trennfolie (9) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das perforierte Element (4) eine Versteifung umfasst, die in der Lage ist, auf dem hohlen Kasten (2) aufzuliegen.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das perforierte Element (4) eine perforierte Metallplatte oder ein starrer Rost ist.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdichtung zwischen dem hohlen Kasten (2) und dem Ansauganschluss (3) auf Höhe des unteren Teils dieses hohlen Kastens (2) über eine Elastomerdichtung hergestellt ist.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die die Einheit der Faserschichten bedeckenden Mittel (6) in dem die Oberseite der Einheit (5) bedeckenden Teil Mittel (10) zur Verteilung des Harzes umfassen.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die die Einheit der Faserschichten bedeckenden Mittel (6) aus einem Gehäuse bestehen und die Befestigung des Gehäuses (6) durch Ansaugung mit Hilfe eines Befestigungsvakuumkanals (11) stattfindet.
Vorrichtung (1) zum Tränken von Fasern mit Harz für die Herstellung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ansaugung des Harzes über eine Leitung für katalysiertes Harz stattfindet.