Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
Die Kombination verschiedenartiger Materialien zu einem Werkstoffverbund hat viele technische Bereiche revolutioniert. Insbesondere durch den Einsatz moderner Faserverbundwerkstoffe bestehend aus in einer flüssigen Reaktionsharzmasse eingebetteten Verstärkungsfasern, die beim Aushärten in dem so entstehenden Formstoff verankert sind, können durch die hervorragenden Werkstoffeigenschaften niedrige Strukturgewichte und somit wesentliche Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen erzielt werden.
Da ein Faserverbundwerkstoff erst durch das Zusammenfügen von Harzmischung und Verstärkungsgewebe entsteht, ist für die Eigenschaften des Endprodukts eine sorgfältige Verarbeitung durch den Anwender, insbesondere eine gute Durchtränkung der Verstärkungsfasern und ein optimaler Faservolumenanteil von entscheidender Bedeutung. Die Festigkeit des Faserverbundwerkstoffs wird dabei im Wesentlichen durch die Verstärkungsfasern bestimmt, somit ist der Faservolumenanteil für ein gewichtsoptimiertes Bauteil möglichst hoch zu wählen.
Aus diesen Gründen werden für eine Vielzahl von Anwendungen der Luft- und Raumfahrttechnik, im Fahrzeugbau und anderen Bereichen bereits vorimprägnierte, auch als Prepreg bezeichnete Faserverbundwerkstoffe bestehend aus mit einer Harzmischung, unter Einhaltung eines definierten Faservolumengehalts, getränktem Verstärkungsgewebe verwendet .
Zur Herstellung von vorimprägnierten Faserverbundwerkstoffen ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, eine Harzmischung durch Zusatz von Lösungsmitteln auf die erforderliche Tränkviskosität zu verdünnen und das zu imprägnierende Material über eine Rollenführung in ein Harzbad zu tauchen, wobei der Faservolumenanteil über eine Quetscheinrichtung d.h. durch Herauspressen der überschüssigen Harzmischungsmenge einstellbar ist. Nachteilig bei diesem Imprägnierverfahren sind die zusätzlich benötigten Anlagenkomponenten zur Lösungsmittelentsorgung und/oder -wiederaufbearbeitung und die dadurch verursachten hohen Betriebskosten.
Weiterhin ist aus dem allgemeinen Stand der Technik ein Imprägnierverfahren bekannt, bei dem eine erwärmte Harzmischung mit einem Rakel über Rollen oder Walzen mit einem definierten Spalt auf ein Trennpapier aufgetragen wird. Der erzeugte Harzfilm wird mit dem zu imprägnierenden Gewebe zusammengeführt und mittels einer nachfolgenden Heiz- und Walzstrecke die Viskosität gesteuert, um den gewünschten Grad der Durchtränkung und eine Vorpolymerisation des Prepregs zu erreichen.
Es zeigte sich, dass aufgrund der für eine gleichmäßige Prepregqualität benötigten, komplexen Temperatur- und
Druckeinstellungen lange Rüstzeiten bei der Umstellung
auf Harzsysteme mit anderen Verfahrensparametern erforderlich sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen auf einer Trägerbahn oder einem Verstärkungsgewebe zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen eine weitgehend automatisierbare Fertigung bei verringertem vorrichtungstechnischem Aufwand ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung von Harzbeschichtungen durch die Merkmale des Patentanspruchs 15 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen auf einer Trägerbahn oder einem Verstärkungsgewebe verwendet einen in Abhängigkeit von Steuersignalen einer programmierbaren Steuereinrichtung entlang von zumindest zwei Linearführungen verfahrbaren Auftragskopf, der über ein nach dem Harzauftrag vollständig austauschbares Zuführungssystem mit einer Harzmischung versorgbar ist.
Über eine schlauchartige Zuführleitung, bspw. einen Silikonschlauch, wird die flüssige Harzmischung dem Auftragskopf aus einem Vorratsbehälter zugeführt und auf die Trägerbahn oder das Verstärkungsgewebe mittels zumindest einer Auslassdüse aufgetragen. Die Zuführleitung kann aufgrund ihrer Elastizität Druckschwankungen der Harzmischung verringern und dadurch die Kontinuität des Harzauftrages verbessern. Die Auslassdüsen und/oder die Zuführleitung können zur Beeinflussung der Viskosität der Harzmischung beheizbar
ausgeführt sein. Hierzu kann beispielsweise ein Warmwasserheizkreislauf vorgesehen sein, wobei ein Warmwasserschlauch mit der Zuführleitung in einer gemeinsamen Isolierung angeordnet ist und diese beheizt.
Der Strömungsquerschnitt der Zuführleitung kann durch eine Klemmanordnung in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Steuereinrichtung verändert werden und ist derart ausgelegt, dass ein gleichmäßiger Auftrag der Harzmischung und ein definierter Faservolumenanteil erreicht werden.
Eine derartige Harzbeschichtungsvorrichtung kann beispielsweise in eine Produktionsanlage zur Herstellung von vorimprägnierten Faserverbundwerkstoffen integriert sein, hierzu wird die Trägerbahn oder ein Trennpapier von einer Abwicklungsstation über Rollenpaare zur Steuerung einer gleichmäßigen Zugspannung auf ein Maschinenbett der Beschichtungsanlage und zur erfindungsgemäßen Harzbeschichtungsvorrichtung geführt.
Je nach Produktausführung kann die Zuführung des Verstärkungsgewebes vor oder nach der Harzbeschichtungsvorrichtung erfolgen, d.h. die Beschichtung mit Harzmischung kann entweder auf die Trägerbahn oder direkt auf das Verstärkungsgewebe erfolgen.
Für die Herstellung von Produkten mit unidirektionaler Faserverstärkung ist eine zusätzliche Zuführung von
Rovings bzw. Bändern von einem Spulenbaum möglich.
Nach der Imprägnierung durchläuft das Verstärkungsgewebe eine Heiz- und Kühlstrecke, um einen definierten Grad der Durchtränkung und eine Vorpolymerisation des Prepregs zu erreichen und wird anschließend von einem Hauptantrieb,
bestehend aus zwei Antriebsrollen, mit einer definierten Bahngeschwindigkeit zu einer Materialaufwicklung geführt.
In Abhängigkeit von den Produktionsanforderungen wird eine zusätzliche Lage Trennpapier vor dem Hauptantrieb auf die vorimprägnierte Gewebebahn aufgebracht und unmittelbar danach wieder aufgewickelt, um das Verkleben und ein Verschmutzen der Antriebsrollen zu verhindern. Vor der Materialaufwicklung kann beidseitig eine Schutzfolie auf die vorimprägnierte Gewebebahn aufgebracht werden, die in der Prepregrolle verbleibt und die spätere Lagerung und Verarbeitung erleichtert .
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der verfahrbare Auftragskopf zum Auftrag der Harzmischung an einem Portalsystem mit Linearachsen in x- und y-Richtung angeordnet, um eine programmierbare Teilfläche entsprechend einer gewünschten Bauteilkontur mit der Harzmischung zu beschichten. Hierzu wird die Trägerbahn oder das auf einem Trennpapier aufliegende
Verstärkungsgewebe auf dem Maschinenbett unter der Harzbeschichtungseinheit mittels der Antriebsrollen hindurchgeführt und vom Auftragskopf über zumindest eine Auslassdüse mit flüssiger Harzmischung beschichtet.
Der vom Auftragskopf durchgeführte Harzauftrag kann dabei in einer punkt- oder linienförmigen Anordnung oder anderen mittels der Steuereinrichtung programmierbaren geometrischen Mustern erfolgen.
Das Portalsystem besitzt vorzugsweise drei Linearführungen in einer H-Anordnung, wodurch sich die Steifigkeit der Vorrichtung erheblich verbessert.
Die Zuführleitung der Harzmischung und die für Betrieb und Steuerung des Auftragskopfs erforderlichen
pneumatischen und elektrischen Leitungen werden von zumindest einer am PortalSystem angeordneten Führungskette gelagert. Vorzugsweise sind für die Zuführleitung der Harzmischung und die pneumatischen/elektrischen Leitungen zwei getrennte Führungsketten vorgesehen, wobei sich die Montage durch Komponententrennung vereinfacht .
Für eine Harzbeschichtung mit engen Toleranzanforderungen an das Faservolumengehalt ist es notwendig, eine definierte Auftragsmenge der Harzmischung einzuhalten. Die für einen definierten Harzauftrag benötigte Durchflussmenge der Harzmischung wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel über eine proportional verstellbare, auf die Zuführleitung einwirkende Klemmanordnung mit proportionaler Ansteuerung beispielsweise über ein proportionales Druckluftventil und einen Pneumatikzylinder gesteuert, - mit anderen Worten - der Kolben des Pneumatikzylinders wird in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung gegen die Zuführleitung und ein Gegenstück gedrückt und diese bis auf die gewünschte, noch verbleibende Spaltgröße beispielsweise 0,6 - 0,7 mm zugequetscht. Alternativ zu der Klemmanordnung mit Pneumatikzylinder, kann diese zur Einstellung des Volumenstromes mit einem pneumatischen Quetschventil versehen sein. Bei derartigen Quetschventilen wird die Zuführleitung von einer in dem Ventilgehäuse des Quetschventils angeordneten schlauchartigen Membran umgriffen, die mit dem Ventilgehäuse einen gemeinsamen Ringraum ausbildet. Dieser kann durch eine Gehäusebohrung mit Druckluft versorgt werden, wobei sich die Membran ausdehnt und ihre lichte Weite, d.h. ihren Innendurchmesser verringert. Dadurch wird die Zuführleitung über die Membran des Quetschventils auf die gewünschte Spaltgröße zugequetscht. Mittels einer derartigen Klemmanordnung ist
die Spaltgröße in der Zuführleitung und damit die Durchflussmenge mit hoher Genauigkeit in Abhängigkeit von Steuerparametern der Steuereinrichtung einstellbar.
Die Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen weist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zumindest eine auf die Zuführleitung einwirkende Unterbrecheranordnung zur Unterbrechung des Durchflusses der Harzmischung bspw. bei einer Bewegungsänderung des Auftragskopfes auf.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungs- gegenstandes besteht darin, den Durchfluss der Harzmischung mit zumindest einer auf die Zuführleitung einwirkenden Schließklemme im stromlosen Zustand der Harzbeschichtungsvorrichtung zu unterbrechen. Die Durchflussunterbrechung wird insbesondere nach Betriebsende und im Gefahrenfall als Notstop-Funktion benötigt und verhindert ein unkontrolliertes Austreten der Harzmischung.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist die Funktion der Unterbrecheranordnung und der Schließklemme in ein gemeinsames Ventil, beispielsweise ein mechanisches Klemmventil integriert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein vollständiges Austauschen der ventillosen Zuführleitung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Auftragskopf ohne Demontage der Klemmanordnungen, da eine klare Trennung von Klemmanordnung und Zuführleitung vorliegt. Durch diesen Aufbau wird eine Kontamination durch Harzreste bspw. bei der Verwendung unterschiedlicher Harzsysteme verhindert und die Wartungszeiten wesentlich verringert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Harzförderung aus einem mit Druckluft beaufschlagten Vorratsbehälter erfolgt, hierzu ist der Vorratsbehälter in einem Druckbehälter angeordnet und mit der Zuführleitung verbunden, wobei die benötigte Druckluftzufuhr des Druckbehälters vorzugsweise von einer Druckregelanordnung bestehend aus jeweils zumindest einem Drucksensor, einem Druckregler und einem Proportionalventil gebildet wird.
Ein zwischen Vorratsbehälter und Proportionalventil an der Zuführleitung angeordneter Drucksensor misst dabei ständig den Ausgangsdruck und vergleicht ihn mit einem Eingangssignal der Steuereinrichtung. Weicht das Eingangs- vom Rückmeldesignal ab, wird über das Proportionalventil der Ausgangsdruck erhöht oder verringert, bis der gewünschte Ausgangsdruck wieder erreicht ist. Die Druckregelanordnung ist somit ein geschlossener Regelkreis und bietet die Möglichkeit, den Ausgangsdruck im Bereich von bspw. 1,5 bis 2 bar stufenlos anzusteuern und den angesteuerten Druck konstant zu halten.
Zusätzlich kann die Temperatur der Harzmischung mittels einer Heizung zum Beheizen des Vorratsbehälters und/oder des Druckbehälters z.B. durch Anordnung des Druckbehälters in einer beheizten Kammer oder Einbringen eines Heizstabes in den Vorratsbehälter beeinflusst werden.
Aus Sicherheitsgründen ist es vorteilhaft wenn der Druckbehälter ein Überdruckventil aufweist um einen evtl . entstehenden kritischen Druck abzubauen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die pneumatisch mittels dem im Druckbehälter anliegenden
Druck geförderte Harzmenge (Volumenstrom) durch Gewichtsmessung bestimmt, hierzu ist an einer Aufhängung des Druckbehälters zumindest eine Kraftmessvorrichtung bspw. eine Kraftmessdose oder ein Dehnmessstreifen zur Messung der auftretenden Zugspannung angebracht . Die fortlaufend von der Kraftmessdose in Abhängigkeit von der Zeit ermittelten Gewichtsdaten werden von der Steuereinrichtung erfasst und die Durchflussmenge berechnet. Weicht die berechnete Durchflussmenge von der Soll-Durchflussmenge ab, wird über die Druckregel- anordnung der Ausgangsdruck erhöht oder verringert, bis die gewünschte Durchflussmenge wieder erreicht ist . Natürlich kann neben der Durchflussmenge auch der Füllstand des Vorratsbehälters durch die vorbeschriebene Anordnung ermittelt werden.
Alternativ zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel kann der Volumenstrom der geförderten Harzmischung über einen Durchflussmesser ermittelt werden. Dieser kann berührungslos außerhalb der Zuführleitung oder unter
Berührung der Harzmischung in der Zuführleitung angeordnet sein. Bei den verwendeten Durchflussmessern handelt es sich beispielsweise um Ovalrad-, Ultraschall-, Magnetisch-Induktive- oder Coriolis-Durchflussmesser. Die Durchflussmessung ist jedoch nicht auf die genannten Durchflussmesser beschränkt, vielmehr kann jeder aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Volumenstrommesser Verwendung finden.
Für die Herstellung bauteilgerechter Zuschnitte ist die
Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen vorzugsweise mit einer Zuschneideinrichtung versehen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen auf eine Trägerbahn oder ein Verstärkungsgewebe erfolgt mit den Schritten:
Förderung der flüssigen Harzmischung aus einem Vorratsbehälter über eine flexible Zuführleitung zu einem Auftragskopf;
Verfahren des Auftragskopfes entlang von zumindest zwei Linearführungen zum Auftragen der Harzmischung mit einem vorbestimmten Flächengewicht in einem programmierbaren Flächenmuster.
Das Flächenmuster wird vorteilhafterweise entsprechend der herzustellenden Bauteilkontur aufgebracht . Der Zuschnitt auf die vorbestimmte Bauteilkontur erfolgt vorzugsweise nachdem die Harzmischung entsprechend der Bauteilkontur aufgetragen wurde.
Der erfindungsgemäße Gegenstand ist nicht auf die beschriebene pneumatische Harzfδrderung beschränkt, vielmehr kann jede aus dem Stand der Technik bekannte Pumpenanordnung, insbesondere auch eine Schlauchpumpe Verwendung finden.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche .
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage zur Herstellung von vorimprägnierten Faserverbundwerkstoffen;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Harzbeschichtungsvorrichtung;
Figur 3 ein schematisches Schaltbild der Harzbeschichtungsvorrichtung;
Figur 4 einen Bewegungsablauf zur Erzeugung eines gleichförmigen, kontinuierlichen Harzfilmes;
Figur 5 einen Bewegungsablauf zur Erzeugung eines Streifenmusters;
Figur 6 einen Bewegungsablauf für eine örtlich begrenzte BeSchichtung und
Figur 7 ein Auftragsmuster der Harzbeschichtung.
Figur 1 zeigt eine Produktionsanlage 1 zur Herstellung von vorimprägnierten Faserverbundwerkstoffen 2 mit einer integrierten Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen 4, im Folgenden Harzbeschichtungs- Vorrichtung genannt. Eine Trägerbahn 6 oder ein
Trennpapier 8 wird von einer Abwicklungsstation 10 über eine Rollenanordnung 12 zur Steuerung einer gleichmäßigen Zugspannung auf ein Maschinenbett 14 der Produktionsanlage 1 und zur Harzbeschichtungsvorrichtung 4 geführt.
Je nach Produktausführung erfolgt die Zuführung eines Verstärkungsgewebes 16 vor oder nach der Harzbeschichtungsvorrichtung 4 von einer Trägerrolle 18 bzw. einer gestrichelt angedeuteten Trägerrolle 20 aus, die Beschichtung mit einer Harzmischung 22 (siehe Figur 3) kann entweder auf die Trägerbahn 6 bzw. auf das Trennpapier 8 oder direkt auf das Verstärkungsgewebe 16 erfolgen. Für die Herstellung von unidirek ionalen Faserverstärkungen ist eine zusätzliche Zuführung von
Rovings 24 von einem Spulenbaum 26 in die Produktionsanlage 1 integriert.
Das Verstärkungsgewebe 16 durchläuft nach der Imprägnierung mit der Harzmischung 22 eine Heiz- und Kühlstrecke 28, um einen definierten Vorpolymerisationsgrad des Prepregs 2 zu erreichen und wird anschließend von einem nicht dargestellten Hauptantrieb mit zwei Antriebsrollen 30, 32, zu einer Materialaufwicklung 34 geführt.
Vor den Hauptantriebsrollen 30, 32 wird eine zusätzliche Lage Trennpapier 8 zugeführt und unmittelbar danach wieder aufgewickelt .
Weiterhin wird vor der Materialaufwicklung 34 beidseitig eine Schutzfolie 36 auf das vorimprägnierte Verstärkungsgewebe 2 aufgebracht, die in der Prepregrolle 38 verbleibt und die spätere Lagerung und Verarbeitung erleichtert.
Gemäß Figur 2 weist die Harzbeschichtungsvorrichtung 4 einen mit einer Zuführleitung 40 verbundenen Auftragskopf 42 zum Auftrag der Harzmischung 22 auf, der an einem Portalsystem 44 entlang von drei Linearführungen 46, 48, 50 in X- und Y-Richtung, wie durch Pfeile angedeutet, verfahrbar ist, um eine programmierbare Teilfläche entsprechend einer gewünschten Bauteilkontur mit der Harzmischung 22 zu beschichten. Die Trägerbahn 6 oder das auf einem Trennpapier 8 aufliegende Verstärkungsgewebe 16 wird auf dem Maschinenbett 14 unter der Harzbeschichtungsvorrichtung 4 mittels der nicht dargestellten Antriebsrollen 30, 32 in die durch einen Pfeil angedeutete Richtung hindurchgeführt und vom Auftragskopf 42 beschichtet.
Die Zuführleitung 40 (z.B. ein Silikonschlauch) der Harzmischung 22 und die für Betrieb und Steuerung des Auftragskopfs 42 erforderlichen pneumatischen und elektrischen Leitungen werden von einer am Portalsystem 44 angeordneten Führungskette 52 gelagert.
Wie insbesondere Figur 3 zu entnehmen ist, wird dem Auftragskopf 42 über die Zuführleitung 40 aus einem Vorratsbehälter 54 eine flüssige Harzmischung 22 zugeführt und auf die Trägerbahn 6 oder das Verstärkungsgewebe 16 (siehe Figur 2) mittels einer Auslassdüse 56 aufgetragen. Die Auslassdüse 56 und die Zuführleitung 40 sind zur Beeinflussung der Viskosität der Harzmischung 22 beheizbar ausgeführt. Zur Beheizung der Zuführleitung 40 ist diese und ein mit einem Warmwasserheizkreislauf verbundener Warmwasserschlauch in einer gemeinsamen Isolierung angeordnet (nicht dargestellt) . Durch Wärmeübertragung zwischen dem Warmwasserschlauch und der Zuführleitung 40 kann die Harzmischung 22 erwärmt und die Viskosität eingestellt werden.
Der Strömungsquerschnitt 58 der Zuführleitung 40 kann durch eine Klemmanordnung 60 in Abhängigkeit von einem Steuersignal einer Steuereinrichtung 61 verändert werden, so dass ein gleichmäßiger Auftrag der Harzmischung 22 auf die Trägerbahn 6 oder das Verst rkungsgewebe 16 und ein definierter Faservolumenanteil erreicht werden.
Die vorzugsweise proportional verstellbare Klemmanordnung
60 weist ein proportionales Druckluftventil 62 zur Ansteuerung eines Pneumatikzylinders 64 auf, wobei eine Kolbenanordnung 66 des Pneumatikzylinders 64 in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung 61 gegen die Zuführleitung 40 gedrückt wird und diese an einem Gegenstück 65 bis auf die gewünschte, noch
verbleibende Spaltgröße S zuquetscht. Über die Klemmanordnung 60 ist die Spaltgröße im Zuführschlauch 40 und damit die Durchflussmenge mit hoher Genauigkeit einstellbar. Das Material der Zuführleitung 40 ist derart gewählt, dass eine hinreichende Rückstellkraft nach der Betätigung durch die Klemmanordnung vorliegt und der Ausgangsquerschnitt der Zuführleitung 40 wieder erreicht wird.
Alternativ zu der Klemmanordnung 60 mit einem Pneumatikzylinder 64 kann diese zur Einstellung des Volumenstromes der Harzmischung 22 mit einem nicht dargestellten pneumatischen Quetschventil versehen sein. Bei derartigen Quetschventilen wird die Zuführleitung 40 von einer in dem Ventilgehäuse des Quetschventils angeordneten schlauchartigen Membran umgriffen, die mit dem Ventilgehäuse einen gemeinsamen Ringraum ausbildet. Dieser kann durch eine Gehäusebohrung mit Druckluft versorgt werden, wobei sich die Membran ausdehnt und ihre lichte Weite, d.h. ihren Innendurchmesser verringert.
Dadurch wird die Zuführleitung 40 über die Membran des Quetschventils auf die gewünschte Spaltgröße S zugequetscht. Mittels einer derartigen Klemmanordnung 60 ist die Spaltgröße S in der Zuführleitung 40 und damit die Durchflussmenge mit hoher Genauigkeit in Abhängigkeit von Steuerparametern der Steuereinrichtung 61 einstellbar.
Zur Unterbrechung des Durchflusses der Harzmischung, insbesondere bei einer Bewegungsänderung des
Auftragskopfes 40 an Umkehrpunkten, ist eine von der Steuereinrichtung angesteuerte, auf die Zuführleitung 40 und das Gegenstück 65 einwirkende Unterbrecheranordnung 68 mit einem Magnetklemmventil 69 an dem nicht dargestellten Portalsystem 44 angeordnet. Das
Magnetklemmventil 69 wird von Signalen der Steuereinrichtung geschlossen bzw. geöffnet.
Zusätzlich kann der Durchfluss der Harzmischung 22 mit zumindest einer auf die Zuführleitung 40 und das Gegenstück 65 einwirkenden Schließklemme 70 im stromlosen Zustand der Harzbeschichtungsvorrichtung 4 unterbrochen werden, wobei ein unkontrolliertes Austreten der Harzmischung 22 nach Betriebsende und im Gefahrenfall verhindert wird. Bei einer alternativen Variante der Erfindung, ist die Funktion der Unterbrecheranordnung 68 und der Schließklemme 70 in ein nicht dargestelltes pneumatisches Klemmventil integriert, dessen Aufbau im Wesentlichen dem der Klemmanordnung 60 entspricht.
Da die Zuführleitung 40 zwischen dem Vorratsbehälter 54 und dem Auftragskopf 42 ohne Demontage der Klemmanordnungen 60, 68, 70 vollständig austauschbar ist, wird eine Kontamination durch Harzreste bspw. bei der Verwendung unterschiedlicher Harzsysteme verhindert und die WartungsZeiten wesentlich verringert.
Die Harzförderung erfolgt aus einem mit Druckluft beaufschlagten und mit der Harzmischung 22 gefüllten Vorratsbehälter 54, wobei der Vorratsbehälter 54 in einem Druckbehälter 72 angeordnet und mit der Zuführleitung 40 verbunden ist. Die Druckluftzufuhr 71 des Druckbehälters 72 weist eine Druckregelanordnung 74 mit einem Drucksensor 76, einem Druckregler 78 und einem Proportionalventil 80 auf.
Der zwischen dem Vorratsbehälter 54 und dem Proportionalventil 80 an der Zuführleitung 40 angeordnete Drucksensor 76 hat die Aufgabe, fortlaufend den Ausgangsdruck zu messen und mit einem Eingangssignal der Steuereinrichtung zu vergleichen. Weicht das Eingangs-
vom Rückmeldesignal ab, wird über das Proportionalventil 80 der Ausgangsdruck erhöht oder verringert, bis der für eine definierte Harzfδrderung notwendige Ausgangsdruck wieder erreicht ist.
Zusätzlich ist eine schematisch dargestellte Heizung 82 zum Beheizen der Harzmischung 22 unterhalb des Vorratsbehälters 54 angeordnet. Durch eine Temperaturerhöhung lässt sich die Viskosität der Harzmischung 22 verringern und damit die Imprägniereigenschaften verbessern.
Aus Sicherheitsgründen ist am Druckbehälter 72 ein Überdruckventil 84 angeordnet, um einen eventuell entstehenden kritischen Überdruck abzubauen.
Der Druckbehälter 72 ist an einer Aufhängung 86 in einer nicht dargestellten Kammer aufgehängt.
Um die geförderte Harzmenge pro Zeit (Volumenstrom) zu bestimmen, ist an der Aufhängung 86 des Druckbehälters 72 eine Kraftmessdose 88 zur Messung der auftretenden Zugspannung, die sich in Abhängigkeit von der Harzmenge ändert, angebracht. Die von der Kraftmessdose 88 in Abhängigkeit von der Zeit ermittelten Gewichtänderungen werden von der Steuereinrichtung erfasst und die Durchflussmenge, sowie der Füllstand berechnet. Bei Abweichungen von der Soll-Durchflussmenge, wird über die Steuereinrichtung 61 der Schlauchspalt der Klemmanordnung 60 vergrößert oder verkleinert, bis die gewünschte
Durchflussmenge wieder erreicht ist. Anstelle der Aufhängung 86 mit Kraftmessdose 88 kann die geförderte Harzmenge auch mittels einer nicht dargestellten Waage bestimmt werden, wobei der Druckbehälter bspw. direkt auf der Waage plaziert oder daran aufgehängt wird.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Gewichtsmessung kann der Volumenstrom der geförderten Harzmischung 22 über einen schematisch angedeuteten Durchflussmesser 90 ermittelt werden, der beispielsweise als Ovalrad- Durchflussmesser 92 ausgebildet und in die Zuführleitung 40 integriert ist.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen schematische Bewegungsabläufe des Auftragskopfes 42 (siehe Figur 2) zur Erzeugung der Harzbeschichtung auf der Trägerbahn 6 bzw. dem Verst rkungsgewebe 16. Die Bewegungsabläufe werden jeweils in Richtung der Pfeile 1 bis 4 beginnend mit Pfeil 1 durchlaufen.
Gemäß Figur 4, die einen Bewegungsablauf des Auftragskopfes 42 zur Erzeugung eines gleichförmigen, kontinuierlichen Harzfilmes über die gesamte Breite B der Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 zeigt, erfolgt die Auftragsbewegung des Auftragskopfes 42 in der durch einen Pfeil angedeuteten Bewegungsrichtung der
Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 jeweils in einem Neigungswinkel α zu der Y-Achse und entgegen der Bewegungsrichtung der Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 entlang der X-Achse. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag der Harzmischung 22 auf der Trägerbahn 6 bzw. dem Verstärkungsgewebe 16 ermöglicht.
Figur 5 zeigt einen Bewegungsablauf des Auftragskopfes 42 zur Erzeugung eines Streifenmusters unter einem vorgewählten Winkel zu der Y-Achse. Hierzu wird der
Auftragskopf 42 in einem ersten Schritt mit einem Neigungswinkel ß zu der Y-Achse, d.h. quer zur Bewegungsrichtung der Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 verfahren. In den weiteren Schritten 2 und 4, erfolgt die Bewegung des Auftragskopfes 42 entgegen der Bewegungsrichtung der
Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 entlang der X-Achse . Die Schritte 2 und 4 werden über eine Bewegung (Schritt 3) des Auftragskopfes 42 im Wesentlichen entlang der Y-Achse verbunden.
Figur 6 zeigt einen Bewegungsablauf des Auftragskopfes 42 für eine örtlich begrenzte Beschichtung der Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 mit Harzmischung 22 auf einer Fläche 94, die zum Beispiel der vorgegebenen Bauteilkontur entspricht. Der Bewegungsablauf des Auftragskopfes 42 unterscheidet sich von dem in Figur 5 erläuterten im Wesentlichen durch die Auftragsbreite, die in Abhängigkeit der gewünschten zu beschichtenden Fläche 92 variiert wird. Dadurch wird eine Harzbeschichtung der Trägerbahn 6 bzw. des Verstärkungsgewebes 16 außerhalb der Bauteilkontur vermieden und die weitere Verwendung oder Entsorgung der Restabschnitte 96 vereinfacht.
Der vom Auftragskopf 42 durchgeführte Harzauftrag kann in einer punkt- oder linienförmigen Anordnung oder anderen mittels der Steuereinrichtung 61 (siehe Figur 3) programmierbaren geometrischen Auftragsmustern erfolgen. Die Programmierung der Verfahrensparameter erlaubt eine sehr flexible und reproduzierbare Auslegung der Produktausführungen, die in einem hohen Ausmaß für bestimmte Bauteile optimiert werden können.
Gemäß Figur 7, die ein Auftragsmuster 98 zeigt, kann in bestimmten Randbereichen 100, 102 oder an einem Bauteilausschnitt 102, beispielsweise zur Verbesserung der Krafteinleitung in das spätere Bauteil, die Auftragsdicke variiert werden. In dem gezeigten Auftragsmuster 98 wurden die Randbereiche 100, 102 mit einer vergrößerten Auftragsdicke als eine Fläche 106 ausgebildet und der Bauteilausschnitt 104 von der Beschichtung ausgenommen.
Offenbart sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen auf einer Trägerbahn 6 oder einem Verstärkungsgewebe 16, wobei über einen verfahrbaren Auftragskopf 42 eine flüssige Harzmischung 22 auftragbar ist. Erfindungsgemäß ist der Auftragskopf 42 in Abhängigkeit von Steuersignalen einer programmierbaren Steuereinrichtung 61 entlang von zumindest zwei Linearführungen 46, 48, 50 verfahrbar und über ein nach dem Harzauftrag vollständig austauschbares Zuführungssystem mit der Harzmischung 22 versorgbar.
Bezugszeichenliste
Produktionsanläge vorimprägnierter Faserverbundwerkstoff Harzbeschichtungsvorrichtung Trägerbahn Trennpapier Abwicklungsstation Rollenanordnung Maschinenbett Verst rkungsgewebe Trägerrolle Trägerrolle Harzmischung unidirektionale Faserverstärkung Spulenbaum Heiz- und Kühlstrecke Antriebsrolle Antriebsrolle Materialaufwicklung Schutzfolie Prepregrolle Zuführleitung Auftragskopf Portalsystem Linearführung Linearführung Linearführung Führungskette Vorratsbehälter Auslassdüse Strömungsquerschnitt Klemmanordnung Steuereinrichtung Druckluftventil Pneumatikzylinder
Gegenstück Kolbenanordnung Unterbrecheranordnung Magnetklemmventil Schließklemme Druckluftzufuhr Druckbehälter Druckregelanordnung Drucksensor Druckregler Proportionalventil Heizung Überdruckventil Aufhängung Kraftmessdose Durchflussmesser Ovalradzähler Fläche Restabschnitt Auftragsmuster Randbereich Randbereich Bauteilausschnitt Fläche