WO2018177985A1 - Infusionsvorrichtung und verfahren zur herstellung von faserverstärkten verbundbauteilen - Google Patents

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WO2018177985A1
WO2018177985A1 PCT/EP2018/057600 EP2018057600W WO2018177985A1 WO 2018177985 A1 WO2018177985 A1 WO 2018177985A1 EP 2018057600 W EP2018057600 W EP 2018057600W WO 2018177985 A1 WO2018177985 A1 WO 2018177985A1
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drying
infusion device
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Andreas Frahm
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Covestro Deutschland Ag
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an infusion device and a method by means of which fiber-reinforced composite components can be produced.
  • EP 2 886 322 A1 discloses a method for producing fiber-reinforced composite components by a vacuum-assisted infusion method. Here are introduced in a form
  • an infusion device for producing fiber-reinforced composite components is provided with a frame defining an interior frame profile for limiting the shape of the composite component to be produced in the interior, a supply channel for supplying resin into the interior of the frame profile, wherein the feed channel with the
  • the interior of the frame profile communicating feed opening, a drying channel for introducing a drying gas for dehumidifying the composite component to be produced, wherein the drying channel having a communicating with the interior of the frame profile inlet opening, the frame profile, the feed opening of the feed channel and the inlet opening of the drying channel gas-tight enclosing vacuum film and a gas permeable separation membrane disposed between the vacuum film and the frame profile for retaining resin in the interior of the frame profile, wherein the drying gas introduction opening is interposed between the vacuum film and the separation membrane, and the separation membrane includes the frame profile and a suction opening for sucking the drying gas arranged on the frame profile ,
  • the drying gas When the drying gas flows through the infusion device, it must first pass through the separation membrane from the point of introduction before it can absorb and remove moisture, especially water contained in fibers, in the interior of the frame profile.
  • the interior of the frame profile can be dried at comparable temperatures, comparable drying time and comparable mass flow of the drying gas stronger.
  • the lower mass fraction of water in the interior of the frame profile which has been introduced, for example, via the fibers of the fiber-reinforced composite component to be produced inside the frame profile, reactions of substances remaining in the infusion device are present
  • the infusion device and / or a method for producing fiber-reinforced composite components may be embodied and developed as described in EP 2 886 322 A1, the contents of which are hereby incorporated by reference.
  • the drying gas for example, an inert gas, in particular N 2, can be used, which can be supplied, for example, with a volume flow of 5 Nl / min ⁇ 0.5 Nl / min.
  • a pressure p of, for example, 20 mbar ⁇ p ⁇ 100 mbar, in particular 35 mbar ⁇ p ⁇ 80 mbar and preferably 45 mbar ⁇ p ⁇ 60 mbar can be set.
  • a pressure loss ⁇ for the drying gas between the inlet opening and the interior of the frame profile can for example, 100 mbar ⁇ ⁇ 900 mbar, in particular 250 mbar ⁇ ⁇ 600 mbar and preferably 350 mbar ⁇ ⁇ 450 mbar.
  • Drying time t over the period of which the drying gas is supplied, of 30 min ⁇ t ⁇ 240 min, especially 60 min ⁇ t ⁇ 180 min and preferably 90 min ⁇ t ⁇ 120 min sufficient to achieve such a strong drying of the fibers, that essentially no water remains which could react with the resin.
  • the temperature and / or the pressure and / or the volumetric flow over the drying time is substantially constant, wherein basically a time-variable temperature profile and / or a time-variable pressure profile and / or a time-variable volumetric flow profile of the drying gas is possible over the drying time.
  • the resin may in particular predominantly or completely consist of PUR.
  • the composite, in particular of several profile parts frame profile may preferably be made of a steel.
  • Heat source such as a heater, thermally coupled to set a certain temperature in the interior of the frame profile, which is optionally regulated.
  • a gas distance between the vacuum film and the separation membrane for distributing the drying gas over the interior of the frame profile is arranged, wherein in particular the introduction opening for the drying gas between the vacuum film and the gas distance layer is arranged.
  • the gas distance layer may be of sufficient material thickness and sufficiently permeable to the drying gas that the drying gas may readily distribute within the gas distance layer.
  • the still dry drying gas can enter the interior through a correspondingly large area through the separation membrane and discharge water and / or water vapor
  • the gas distance can be formed, for example, by a fleece and / or another sufficiently porous body.
  • the suction opening is formed by the feed channel.
  • the resin is supplied only when previously completed a drying with the aid of the drying gas.
  • the same feed channel both for supplying the resin via the feed opening and for sucking off the
  • Drying gas can be used via the suction opening.
  • the feed opening and the suction opening are through an identical opening of the feed channel formed so that the supply port and the suction port coincide to a common identical component.
  • the feed opening can be the suction opening at the same time, at least part of which is flowed through in the opposite direction for supplying the resin to the feed channel in one direction and for sucking off the drying gas of the feed channel.
  • the number of components can be kept low. Accordingly, it is basically possible to remove excess resin via the drying channel provided for introducing the drying gas, in particular via the inlet opening.
  • the frame profile has an inlet profile, on the side of the feed opening of the feed channel is arranged, and a counter profile opposite the input profile, on whose side the inlet opening of the drying channel is arranged on.
  • the drying gas is introduced at the counter profile and is to be sucked off via the feed channel, the drying gas must flow over the entire width of the counter profile to the input profile, so that over the residence time of the drying gas in the interior of the frame profile, a particularly high loading of the drying gas can be done with water ,
  • the supply opening and the inlet opening are arranged at areas of the frame profile, at which the extent of the interior is approximately maximum.
  • a negative pressure in particular a vacuum pressure
  • a vacuum pressure can be applied in the interior, in particular via the suction opening.
  • the feed opening of the feed channel and / or the inlet opening of the drying channel is arranged on a side facing away from the interior of the frame profile side of the frame profile.
  • the flow of the drying gas and / or the resin can be done from the outside of the frame profile, for example via an upwardly open opening of the frame profile in the interior of the frame profile.
  • an impairment of the shape of the composite component to be produced can be avoided by a feed channel and / or drying channel projecting into the interior of the frame profile.
  • the infusion device can be easily adapted by replacing the frame profile for different shapes of the composite component to be produced.
  • the resin spacer layer is provided for distributing the resin along the interior of the frame profile, in particular the resin spacer layer to the inlet opening of the drying channel and / or to the counter-profile, which is partially open, in particular substantially L-shaped.
  • the resin spacer may be of sufficient material thickness and sufficiently permeable to the resin that the resin can readily disperse within the resin spacer.
  • the resin over the resin spacer layer laterally at the edge of the interior of the Frame profiles flow into a floor area where the resin can be spread evenly over the entire floor of the interior evenly.
  • the inflowing resin may then flow upwardly from below from the resin spacer into the interior and fill the interior until the resin is retained by the separation membrane in the interior. Air remaining in the interior space can easily escape from the rising liquid level of the room
  • the resin spacer layer can be formed, for example, by a fleece and / or another sufficiently porous body.
  • a the inner space of the frame profile partially, in particular substantially U-shaped, limiting perforated foil is provided for the exchange of resin along the interior of the frame profile, in particular, the perforated foil is formed open to the inlet opening of the drying channel and / or the counter profile.
  • the perforated foil may in particular be arranged on the side of the resin spacer layer facing the interior.
  • the perforated foil can allow the resin to pass into the interior and allow excess resin to escape from the interior, but on the other hand also provide a sufficiently high flow resistance for the resin so that the supplied resin can be distributed as uniformly as possible on the side of the perforated foil facing away from the interior , Since the resin needs to flow only over a side region in the bottom region of the interior, it is not necessary to provide the perforated film on the opposite side in the region of the counter-profile, so that the drying gas does not have to flow through the perforated film into the interior of the frame profile. An unnecessary flow resistance for the drying gas is thereby avoided and the material used for the perforated film kept low.
  • a, in particular plate-shaped, bottom part is provided for supporting the frame profile, wherein in particular the frame profile and / or the vacuum film is directly or indirectly connected to the bottom part.
  • the bottom part can remove occurring weight forces and allow sufficient tightness with the vacuum film and / or with the separation membrane.
  • a matching fabric for wrapping the composite component to be produced is provided in the interior of the frame profile, wherein the adjustment fabric forms a resin permeable flow resistance, wherein the flow resistance of the adjustment fabric is greater than the flow resistance of the resin spacer and / or greater than the flow resistance of the perforated film.
  • the matching fabric can in particular the Define final shape of the composite component to be produced and / or facilitate removal of the composite component from the frame profile.
  • the balance fabric can hold back the fibers and the not yet solidified resin somewhat, whereby curing of the composite component to be produced is facilitated.
  • the adjustment fabric is made of a, in particular woven and / or laid and / or knitted, polyamide, in particular nylon.
  • the invention further relates to a method for producing a composite component, in which an infusion device, which can be formed and developed as described above, is provided, fibers are introduced into the interior of the frame profile, a drying gas through the separation membrane into the interior of the frame profile is fed to dry the fibers, the drying gas is sucked below the separation membrane and after drying of the fibers, a resin in the interior of the frame profile is supplied below the separation membrane to soak the fibers arranged in the interior.
  • the method can in particular be explained and developed further as explained above with reference to the infusion device.
  • Separating membrane extracted drying gas can be achieved in the interior of the frame profile a promoting the evaporation of water particularly low pressure, so that a low risk of voids in fiber reinforced composite components is possible.
  • the suction of the drying gas and the supply of the resin takes place on the same side of the frame profile and / or via the same feed opening.
  • the same supply channel can be used both for supplying the resin via the feed opening and for sucking the drying gas through the suction opening.
  • the feed opening and the suction opening are formed by an identical opening of the feed channel, so that the feed opening and the
  • Suction opening coincide to a common identical component.
  • the feed opening can be the suction opening at the same time, at least part of which is flowed through in the opposite direction for supplying the resin to the feed channel in one direction and for sucking off the drying gas of the feed channel.
  • the number of components can be kept low. Accordingly, it is basically possible to remove excess resin via the drying channel provided for introducing the drying gas, in particular via the inlet opening.
  • a flow path of the drying gas and a flow path of the resin are countercurrently oriented. Apart from transverse flows to distribute the drying gas and / or the resin over a larger area, the flow paths of the drying gas and the
  • the drying gas may be from the inlet opening of the Drying channel to flow to the resin provided supply port of the feed channel, while the resin from the supply port of the feed channel can flow towards the inlet opening of the drying channel.
  • the infusion device can thereby be operated offset in time countercurrent principle.
  • Fig. 1 a schematic sectional view of an infusion device.
  • the infusion device 10 shown in FIG. 1 has a frame profile 12, which is adhesively bonded via adhesive strips 14 to a flat bottom part 16.
  • the frame profile 12 defines an interior 18, in which a fiber, such as glass fibers, exhibiting composite component 20 can be produced.
  • the composite component 20 may be surrounded by a matching fabric 22.
  • the frame profile 12 has an inlet profile 24, at its side facing away from the interior 18 outside a feed opening 26 of a
  • Feeding channel is arranged, can get over the resin into the interior 18.
  • the frame profile 12 on a counter-profile 28 at its facing away from the interior 18 outside an inlet opening 30 of a drying channel is arranged, via which a drying gas can be introduced into the interior 18.
  • the introduction port 30 for the drying gas is provided below the vacuum film 32.
  • the drying gas flowing in via the introduction opening 30 can arrive at a separating membrane 36 covering the upper side of the inner space 18 via a gas distance layer 34 which follows the inner space 18.
  • the separation membrane 36 is permeable to the drying gas so that the drying gas, after overcoming a flow resistance provided by the gas separation layer 34 and the separation membrane 36, can enter the interior 18 to receive water and water vapor from the fibers.
  • the moist drying gas can be sucked off with a very low flow resistance via the feed opening 26 actually intended for the supply of resin, so that at a particularly low pressure in the
  • the feed opening 26 is arranged below the separating membrane 36.
  • the feed opening 26 simultaneously forms a suction opening for sucking off the drying gas in the illustrated embodiment.
  • the suction opening for the drying gas may be provided separately from the supply channel below the separation membrane 36.
  • a resin can be supplied via the feed opening 26, with which the fibers are to be impregnated to form the composite component 20.
  • the resin can flow through a resin spacer layer 38 which follows the interior space 18 on an inner side of the entrance profile 24 facing the interior 18 underneath the composite component 20 to be produced and through a perforated film 40 and the matching fabric 22 therethrough
  • the resin spacer layer 38 and the perforated film 40 can be configured open towards the counter-profile 28, since the area spanned by the resin spacer layer 38 and the perforated film 40 below the composite component 20 to be produced is sufficient for the resin to fill the composite component 20 to be produced from the bottom to the top.
  • the infusion device and the method according to the invention can be advantageously used for the production of large composite components, e.g. for the production of wind rotor blades from resins based on polyurethane, hybrid, unsaturated polyester, vinyl ester and / or epoxy polymers.

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Abstract

Es ist eine Infusionsvorrichtung (10) zur Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen (20) vorgesehen mit einem einen Innenraum (18) begrenzenden Rahmenprofil (12), einem Zuführkanal zum Zuführen von Harz in den Innenraum (18), wobei der Zuführkanal eine mit dem Innenraum (18) kommunizierende Zuführöffnung (26) aufweist, einem Trocknungskanal zum Einleiten eines Trocknungsgases, wobei der Trocknungskanal eine mit dem Innenraum (18) kommunizierende Einleitungsöffnung (30) aufweist, einer das Rahmenprofil (12), die Zuführöffnung (26) und die Einleitungsöffnung (30) gasdicht einschließende Vakuumfolie (32) und einer zwischen der Vakuumfolie (32) und dem Rahmenprofil (12) angeordnete gasdurchlässige Trennmembran (36) zum Zurückhalten von Harz in dem Innenraum (18), wobei die Einleitungsöffnung (30) für das Trocknungsgases zwischen der Vakuumfolie (32) und der Trennmembran (36) angeordnet ist und die Trennmembran (36) das Rahmenprofil (12) und eine an dem Rahmenprofil (12) angeordnete Absaugöffnung zum Absaugen des Trocknungsgases einschließt. Durch das außerhalb der Trennmembran (36) zugeführte und innerhalb der Trennmembran (36) abgesaugte Trocknungsgas kann im Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) ein das Verdampfen von Wasser befördernder besonders geringer Druck erreicht werden, so dass ein geringes Risiko an Hohlräumen in faserverstärkten Verbundbauteilen (20) ermöglicht ist.

Description

Infusionsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infusionsvorrichtung und ein Verfahren, mit deren Hilfe faserverstärkte Verbundbauteile hergestellt werden können.
Aus EP 2 886 322 AI ist ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Verbundbauteile nach einem vakuumunterstützen Infusionsverfahren bekannt. Hierbei werden in einer Form eingebrachte
Fasern zum Entzug von Wasser getrocknet und nachfolgend von einem Harz getränkt, damit bei einem Einsatz wasserempfindlicher Harze in den Faser verbliebenes Wasser möglichst keine Hohlräume in dem faserverstärkten Verbundbauteil verursachen.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis Hohlräume in faserverstärkten Verbundbauteilen zu vermeiden. Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein geringes Risiko an Hohlräumen in faserverstärkten Verbundbauteilen ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Infusionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist eine Infusionsvorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen vorgesehen mit einem einen Innenraum begrenzenden Rahmenprofil zur Begrenzung der Form des in dem Innenraum herzustellenden Verbundbauteils, einem Zuführkanal zum Zuführen von Harz in den Innenraum des Rahmenprofils, wobei der Zuführkanal eine mit dem
Innenraum des Rahmenprofils kommunizierende Zuführöffnung aufweist, einem Trocknungskanal zum Einleiten eines Trocknungsgases zur Entfeuchtung des herzustellenden Verbundbauteils, wobei der Trocknungskanal eine mit dem Innenraum des Rahmenprofils kommunizierende Einleitungsöffnung aufweist, einer das Rahmenprofil, die Zuführöffnung des Zuführkanals und die Einleitungsöffnung des Trocknungskanals gasdicht einschließende Vakuumfolie und einer zwischen der Vakuumfolie und dem Rahmenprofil angeordnete gasdurchlässige Trennmembran zum Zurückhalten von Harz in dem Innenraum des Rahmenprofils, wobei die Einleitungsöffnung für das Trocknungsgases zwischen der Vakuumfolie und der Trennmembran angeordnet ist und die Trennmembran das Rahmenprofil und eine an dem Rahmenprofil angeordnete Absaugöffnung zum Absaugen des Trocknungsgases einschließt.
Wenn das Trocknungsgas durch die Infusionsvorrichtung strömt, muss es vom Einleitungspunkt zunächst durch die Trennmembran hindurch gelangen, bevor es im Innenraum des Rahmenprofils Feuchtigkeit, insbesondere in Fasern enthaltenes Wasser, aufnehmen und abführen kann. Die Trennmembran stellt hierbei einen signifikanten Strömungswiderstand für das Trocknungsgas dar. Da die Einleitungsöffnung für das Trocknungsgas bezogen auf den Innenraum des Rahmenprofils außerhalb der Trennmembran liegt und die Absaugöffnung innerhalb der Trennmembran liegt, braucht das Trocknungsgas den Strömungswiderstand der Trennmembran nur einmal zu überwinden. Dadurch kann auch eine Rückvermischung von bereits feuchtem Trocknungsgas mit frisch zugeführten trockenen Trocknungsgas vermieden werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass im Vergleich zu einer gegenteiligen Strömungsrichtung für das Trocknungsgas, also von der Absaugöffnung zur Einleitungsöffnung, der Druck im Innenraum des Rahmenprofils sowie im Inneren des herzustellenden Verbundbauteils gesenkt werden kann. Dies erleichtert ein Verdampfen von Wasser, so dass ein Trocknen schneller und mit einer höheren Trocknungsgüte erfolgen kann.
Das Innere des Rahmenprofils kann bei vergleichbaren Temperaturen, vergleichbarer Trocknungszeit und vergleichbarem Massenstrom des Trocknungsgases stärker getrocknet werden. Durch den geringeren Massenanteil an Wasser im Inneren des Rahmenprofils, das beispielsweise über die im Inneren des Rahmenprofils angeordneten Fasern des herzustellenden faserverstärkten Verbundbauteils eingebracht wurde, sind Reaktionen von in der Infusionsvorrichtung verbliebenem
Wasser mit dem zugeführten Harz, bei denen gasförmige Reaktionsprodukte wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid in dem Verbundbauteil Hohlräume verursachen können, vermieden oder zumindest reduziert. Insbesondere wenn an der Absaugöffnung ein Vakuum und/oder ein Unterdruck angelegt wird, kann dieser sehr geringe Druck über einen minimalen Strömungswiderstand an dem Innenraum des Rahmenprofils anliegen. Wenn dieser sehr geringe
Druck bei einer gegenteiligen Strömungsrichtung für das Trocknungsgas an der Einleitungsöffnung angelegt worden wäre, würde dieser sehr geringe Druck an der Trennmembran anliegen, wodurch im Innenraum des Rahmenprofils aufgrund des durch die Trennmembran verursachten Strömungswiderstands ein entsprechend höherer Druck vorherrschen würde. Durch das außerhalb der Trennmembran zugeführte und innerhalb der Trennmembran abgesaugte Trocknungsgas kann im Innenraum des Rahmenprofils ein das Verdampfen von Wasser befördernder besonders geringer Druck erreicht werden, so dass ein geringes Risiko an Hohlräumen in faserverstärkten Verbundbauteilen ermöglicht ist.
Die Infusionsvorrichtung und/oder ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen, insbesondere mit Hilfe einer derartigen Infusionsvorrichtung, kann im Übrigen wie in EP 2 886 322 AI beschrieben aus- und weitergebildet sein, auf deren Inhalt als Teil der Erfindung hiermit Bezug genommen wird. Als Trocknungsgas kann beispielsweise ein Inertgas, insbesondere N2, verwendet werden, das beispielsweise mit einem Volumenstrom von 5 Nl/min ± 0,5 Nl/min zugeführt werden kann. Im Innenraum des Rahmenprofils kann ein Druck p von beispielsweise 20 mbar < p < 100 mbar, insbesondere 35 mbar < p < 80 mbar und vorzugsweise von 45 mbar < p < 60 mbar eingestellt werden. Ein Druckverlust Δρ für das Trocknungsgas zwischen der Einleitungsöffnung und dem Innenraum des Rahmenprofils kann beispielsweise 100 mbar < Δρ < 900 mbar, insbesondere 250 mbar < Δρ < 600 mbar und vorzugsweise 350 mbar < Δρ < 450 mbar betragen. Die Temperatur T im Innenraum des Rahmenprofils während des Trocknens der Fasern kann über die Trocknungszeit durchschnittlich insbesondere 20°C < T < 90°C, vorzugsweise 25 °C < T < 70°C, weiter bevorzugt 30°C < T < 50°C und besonders bevorzugt T = 35°C ± 3K betragen. Bei derartigen Randbedingungen ist bereits eine
Trocknungszeit t, über deren Zeitraum das Trocknungsgas zugeführt wird, von 30 min < t < 240 min, insbesondere 60 min < t < 180 min und vorzugsweise 90 min < t < 120 min ausreichend, um eine so starke Trocknung der Fasern zu erreichen, dass im Wesentlichen kein Wasser verbleibt, das mit dem Harz reagieren könnte. Vorzugsweise ist die Temperatur und/oder der Druck und/oder der Volumenstrom über die Trocknungszeit im Wesentlichen konstant, wobei grundsätzlich auch über die Trocknungszeit ein zeitveränderliches Temperaturprofil und/oder ein zeitveränderliches Druckprofil und/oder ein zeitveränderliches Volumenstromprofil des Trocknungsgases möglich ist. Das Harz kann insbesondere überwiegend oder vollständig aus PUR bestehen. Das insbesondere aus mehreren Profilteilen zusammensetzbare Rahmenprofil kann vorzugsweise aus einem Stahl hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Rahmenprofil mit einer
Wärmequelle, beispielsweise einer Heizeinrichtung, thermisch gekoppelt, um im Innenraum des Rahmenprofils eine bestimmte Temperatur einzustellen, die gegebenenfalls geregelt wird.
Insbesondere ist zwischen der Vakuumfolie und der Trennmembran eine Gasdistanzlage zur Verteilung des Trocknungsgases über den Innenraum des Rahmenprofils angeordnet, wobei insbesondere die Einleitungsöffnung für das Trocknungsgases zwischen der Vakuumfolie und der Gasdistanzlage angeordnet ist. Die auch als „Breather" bezeichnete Gasdistanzlage kann eine hinreichende Materialdicke aufweisen und für das Trocknungsgas hinreichend durchlässig sein, dass sich das Trocknungsgas leicht innerhalb der Gasdistanzlage verteilen kann. Dadurch ist es möglich, dass sich das Trocknungsgas im Wesentlichen über die gesamte den Innenraum des Rahmenprofils abdeckende Oberfläche der Trennmembran verteilen kann. Dadurch kann das noch trockene Trocknungsgas über eine entsprechend große Fläche durch die Trennmembran hindurch in den Innenraum eintreten und Wasser und/oder Wasserdampf austragen. Die Gasdistanzlage kann zum Strömungswiderstand für das Trocknungsgas beitragen, wobei der Strömungswiderstand der Gasdistanzlage deutlich geringer als der Strömungswiderstand der Trennmembran sein kann. Die Gasdistanzlage kann beispielsweise durch ein Vlies und/oder einen sonstigen hinreichend porösen Körper ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Absaugöffnung durch den Zuführkanal ausgebildet. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass zweckmäßigerweise das Harz erst dann zugeführt wird, wenn zuvor eine Trocknung mit Hilfe des Trocknungsgases abgeschlossen ist. Dadurch kann derselbe Zuführkanal sowohl zur Zufuhr des Harzes über die Zuführöffnung als auch zum Absaugen des
Trocknungsgases über die Absaugöffnung verwendet werden. Vorzugsweise sind die Zuführöffnung und die Absaugöffnung durch eine identische Öffnung des Zuführkanals ausgebildet, so dass die Zuführöffnung und die Absaugöffnung zu einem gemeinsamen identischen Bauteil zusammenfallen. Die Zuführöffnung kann dadurch gleichzeitig die Absaugöffnung sein, wobei zur Zufuhr des Harzes der Zuführkanals in die eine Richtung und zum Absaugen des Trocknungsgases der Zuführkanals in die entgegengesetzte Richtung zumindest teilweise durchströmt wird. Die Bauteileanzahl kann dadurch gering gehalten werden. Entsprechend ist es grundsätzlich möglich überschüssiges Harz über den zum Einleiten des Trocknungsgases vorgesehenen Trocknungskanal abzuführen, insbesondere über die Einleitungsöffnung.
Besonders bevorzugt weist das Rahmenprofil ein Eingangsprofil, an dessen Seite die Zuführöffnung des Zuführkanals angeordnet ist, und ein zum Eingangsprofil gegenüberliegendes Gegenprofil, an dessen Seite die Einleitungsöffnung des Trocknungskanals angeordnet ist, auf.
Wenn das Trockungsgas am Gegenprofil eingeleitet wird und über den Zuführkanal abgesaugt werden soll, muss das Trocknungsgas über die gesamte Breite von dem Gegenprofil zum Eingangsprofil strömen, so dass über die Verweilzeit des Trocknungsgases im Innenraum des Rahmenprofils eine besonders hohe Beladung des Trocknungsgases mit Wasser erfolgen kann. Vorzugsweise sind die Zufuhröffnung und die Einleitungsöffnung an Bereichen des Rahmenprofils angeordnet, an denen die Erstreckung des Innenraums annähernd maximal ist.
Insbesondere ist insbesondere über die Absaugöffnung ein Unterdruck, insbesondere ein Vakuumdruck, in dem Innenraum anlegbar. Dies ermöglicht einen besonders geringen Druck im Innenraum des Rahmenprofils, wodurch das Verdampfen von Wasser gefördert wird. Vorzugsweise ist die Zuführöffnung des Zuführkanals und/oder die Einleitungsöffnung des Trocknungskanals an einer von dem Innenraum des Rahmenprofils weg weisenden Seite des Rahmenprofils angeordnet. Die Strömung des Trocknungsgases und/oder des Harzes kann von der Außenseite des Rahmenprofils, beispielsweise über eine nach oben offene Öffnung des Rahmenprofils in das Innere des Rahmenprofils erfolgen. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Form des herzustellenden Verbundbauteils durch einen in das Innere des Rahmenprofils hineinragenden Zuführkanal und/oder Trocknungskanal vermieden werden. Zudem kann die Infusionsvorrichtung leicht durch einen Austausch des Rahmenprofils für unterschiedliche Formgestaltungen des herzustellenden Verbundbauteils angepasst werden.
Besonders bevorzugt ist eine den Innenraum des Rahmenprofils teilweise, insbesondere im Wesentlichen L-förmig, begrenzenden Harzdistanzlage zur Verteilung des Harzes entlang des Innenraums des Rahmenprofils vorgesehen, wobei insbesondere die Harzdistanzlage zur Einleitungsöffnung des Trocknungskanals hin und/oder zum Gegenprofil hin geöffnet ausgeformt ist. Die Harzdistanzlage kann eine hinreichende Materialdicke aufweisen und für das Harz hinreichend durchlässig sein, dass sich das Harz leicht innerhalb der Harzdistanzlage verteilen kann. Insbesondere kann das Harz über die Harzdistanzlage seitlich am Rand des Innenraums des Rahmenprofils in einen Bodenbereich fließen, wo sich das Harz im Wesentlichen über den gesamten Boden des Innenraums gleichmäßig verteilen kann. Das nachfließende Harz kann dann allmählich von unten aus der Harzdistanzlage nach oben in den Innenraum fließen und den Innenraum ausfüllen bis das Harz von der Trennmembran in dem Innenraum zurückgehalten wird. In dem Innenraum verbleibende Luft kann leicht von dem ansteigenden Flüssigkeitsspiegel des
Harzes verdrängt und durch die Trennmembran gedrückt werden. Da das Harz nur über einen Seitenbereich in den Bodenbereich des Innenraums zu strömen braucht, ist es nicht erforderlich an der gegenüberliegenden Seite im Bereich des Gegenprofils die Harzdistanzlage vorzusehen, so dass das Trocknungsgas nicht durch die Harzdistanzlage hindurch in den Innenraum des Rahmenprofils strömen muss. Ein unnötiger Strömungswiderstand für das Trocknungsgas ist dadurch vermieden und der Materialeinsatz für die Harzdistanzlage gering gehalten. Die Harzdistanzlage kann beispielsweise durch ein Vlies und/oder einen sonstigen hinreichend porösen Körper ausgebildet sein.
Insbesondere ist eine den Innenraum des Rahmenprofils teilweise, insbesondere im Wesentlichen U-förmig, begrenzenden Lochfolie zum Austausch von Harz entlang des Innenraums des Rahmenprofils vorgesehen ist, wobei insbesondere die Lochfolie zur Einleitungsöffnung des Trocknungskanals hin und/oder zum Gegenprofil hin geöffnet ausgeformt ist. Die Lochfolie kann insbesondere an der zum Innenraum weisenden Seite der Harzdistanzlage angeordnet sein. Die Lochfolie kann einerseits einen Durchtritt des Harzes in den Innenraum sowie einen Austritt überschüssigen Harzes aus dem Innenraum zulassen aber anderseits auch einen hinreichend hohen Strömungswiderstand für das Harz bereitstellen, damit sich das zugeführte Harz an der vom Innenraum weg weisenden Seite der Lochfolie möglichst gleichmäßig verteilen kann. Da das Harz nur über einen Seitenbereich in den Bodenbereich des Innenraums zu strömen braucht, ist es nicht erforderlich an der gegenüberliegenden Seite im Bereich des Gegenprofils die Lochfolie vorzusehen, so dass das Trocknungsgas nicht durch die Lochfolie hindurch in den Innenraum des Rahmenprofils strömen muss. Ein unnötiger Strömungswiderstand für das Trocknungsgas ist dadurch vermieden und der Materialeinsatz für die Lochfolie gering gehalten.
Vorzugsweise ist ein, insbesondere plattenförmiges, Bodenteil zur Abstützung des Rahmenprofils vorgesehen, wobei insbesondere das Rahmenprofil und/oder die Vakuumfolie direkt oder indirekt mit dem Bodenteil verbunden ist. Das Bodenteil kann auftretende Gewichtskräfte abtragen und eine ausreichende Dichtheit mit der Vakuumfolie und/oder mit der Trennmembran ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist in dem Innenraum des Rahmenprofils ein Abgleichgewebe zum Einhüllen des herzustellenden Verbundbauteils vorgesehen, wobei das Abgleichgewebe einen für Harz durchlässigen Strömungswiderstand ausbildet, wobei der Strömungswiderstand des Abgleichgewebe insbesondere größer als der Strömungswiderstand der Harzdistanzlage und/oder größer als der Strömungswiderstand der Lochfolie ist. Das Abgleichgewebe kann insbesondere die endgültige Form des herzustellenden Verbundbauteils definieren und/oder ein Entformen des Verbundbauteils aus dem Rahmenprofil erleichtern. Zudem kann das Abgleichgewebe die Fasern und das noch nicht verfestigte Harz etwas zurückhalten, wodurch ein Aushärten des herzustellenden Verbundbauteils erleichtert wird. Insbesondere ist das Abgleichgewebe aus einem, insbesondere gewobenen und/oder gelegten und/oder gewirkten, Polyamid, insbesondere Nylon, hergestellt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, bei dem eine Infusionsvorrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bereitgestellt wird, Fasern in den Innenraum des Rahmenprofils eingebracht werden, ein Trocknungsgas durch die Trennmembran hindurch in den Innenraum des Rahmenprofils zugeführt wird, um die Fasern zu trocknen, wobei das Trocknungsgas unterhalb der Trennmembran abgesaugt wird und nach dem Trocknen der Fasern ein Harz in den Innenraum des Rahmenprofils unterhalb der Trennmembran zugeführt wird, um die in dem Innenraum angeordneten Fasern zu tränken. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Infusionsvorrichtung erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch das außerhalb der Trennmembran zugeführte und innerhalb der
Trennmembran abgesaugte Trocknungsgas kann im Innenraum des Rahmenprofils ein das Verdampfen von Wasser befördernder besonders geringer Druck erreicht werden, so dass ein geringes Risiko an Hohlräumen in faserverstärkten Verbundbauteilen ermöglicht ist.
Insbesondere erfolgt das Absaugen des Trocknungsgases und das Zuführen des Harzes an derselben Seite des Rahmenprofils und/oder über dieselbe Zuführöffnung. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das Harz erst dann zugeführt wird, wenn zuvor eine Trocknung mit Hilfe des Trocknungsgases abgeschlossen ist. Dadurch kann derselbe Zuführkanal sowohl zur Zufuhr des Harzes über die Zuführöffnung als auch zum Absaugen des Trocknungsgases über die Absaugöffnung verwendet werden. Vorzugsweise sind die Zuführöffnung und die Absaugöffnung durch eine identische Öffnung des Zuführkanals ausgebildet, so dass die Zuführöffnung und die
Absaugöffnung zu einem gemeinsamen identischen Bauteil zusammenfallen. Die Zuführöffnung kann dadurch gleichzeitig die Absaugöffnung sein, wobei zur Zufuhr des Harzes der Zuführkanals in die eine Richtung und zum Absaugen des Trocknungsgases der Zuführkanals in die entgegengesetzte Richtung zumindest teilweise durchströmt wird. Die Bauteileanzahl kann dadurch gering gehalten werden. Entsprechend ist es grundsätzlich möglich überschüssiges Harz über den zum Einleiten des Trocknungsgases vorgesehenen Trocknungskanal abzuführen, insbesondere über die Einleitungsöffnung.
Vorzugsweise sind ein Strömungsweg des Trocknungsgases und ein Strömungsweg des Harzes im Gegenstrom ausgerichtet. Abgesehen von Querströmungen, um das Trocknungsgas und/oder das harz über eine größere Fläche zu verteilen, sind die Strömungsweg des Trocknungsgases und des
Harzes entgegen gerichtet. Das Trocknungsgas kann von der Einleitungsöffnung des Trocknungskanals zu der für das Harz vorgesehenen Zuführöffnung des Zuführkanals strömen, während das Harz von der Zuführöffnung des Zuführkanals in Richtung auf die Einleitungsöffnung des Trocknungskanals zu strömen kann. Die Infusionsvorrichtung kann dadurch zeitlich versetzt im Gegenstromprinzip betrieben werden. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht einer Infusionsvorrichtung. Die in Fig. 1 dargestellte Infusionsvorrichtung 10 weist ein Rahmenprofil 12 auf, das über Klebestreifen 14 mit einem ebenen Bodenteil 16 dichtend verklebt ist. Das Rahmenprofil 12 begrenzt einen Innenraum 18, in dem ein Fasern, beispielsweise Glasfasern, aufweisendes Verbundbauteil 20 hergestellt werden kann. Das Verbundbauteil 20 kann von einem Abgleichgewebe 22 umgeben sein. Das Rahmenprofil 12 weist ein Eingangsprofil 24 auf, an dessen von dem Innenraum 18 weg weisenden Außenseite eine Zuführöffnung 26 eines
Zuführkanals angeordnet ist, über den Harz in den Innenraum 18 gelangen kann. Gegenüberliegend zum Eingangsprofil 24 weist das Rahmenprofil 12 ein Gegenprofil 28 auf, an dessen von dem Innenraum 18 weg weisenden Außenseite eine Einleitungsöffnung 30 eines Trocknungskanals angeordnet ist, über den ein Trocknungsgas in den Innenraum 18 eingeleitet werden kann. Eine mit dem Bodenteil 16 über Klebestreifen 14 gasdicht verbundene Vakuumfolie 32 kann die Infusions Vorrichtung 10 und insbesondere den Innenraum 18 gegenüber der Umgebung gasdicht abdichten. Unterhalb der Vakuumfolie 32 ist die Einleitungsöffnung 30 für das Trocknungsgas vorgesehen. Das über die Einleitungsöffnung 30 einströmende Trocknungsgas kann über eine zum Innenraum 18 hin nachfolgende Gasdistanzlage 34 an einer die Oberseite des Innenraums 18 abdeckende Trennmembran 36 ankommen. Die Trennmembran 36 ist für das Trocknungsgas durchlässig, so dass das Trocknungsgas nach Überwindung eines durch die Gasdistanzlage 34 und die Trennmembran 36 bereitgestellten Strömungswiderstand in den Innenraum 18 gelangen kann, um dort Wasser und Wasserdampf aus den Fasern aufzunehmen. Das feuchte Trocknungsgas kann mit einem sehr geringen Strömungswiderstand über die eigentlich für die Zufuhr von Harz vorgesehene Zuführöffnung 26 abgesaugt werden, so dass bei einem besonders geringen Druck im
Innenraum 18 möglichst viel Wasser und Feuchtigkeit ausgetragen werden kann. Hierzu ist die Zuführöffnung 26 unterhalb der Trennmembran 36 angeordnet. Die Zuführöffnung 26 bildet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig eine Absaugöffnung zum Absaugend des Trocknungsgases aus. Alternativ kann die Absaugöffnung für das Trocknungsgas separat zu dem Zuführkanal unterhalb der Trennmembran 36 vorgesehen sein. Nach dem Trocknen der Fasern kann über die Zuführöffnung 26 ein Harz zugeführt werden, mit dem die Fasern zur Ausbildung des Verbundbauteils 20 getränkt werden sollen. Das Harz kann über eine zum Innenraum 18 hin nachfolgende Harzdistanzlage 38 an einer zum Innenraum 18 weisenden Innenseite des Eingangsprofils 24 unterhalb des herzustellenden Verbundbauteils 20 fließen und durch eine Lochfolie 40 sowie das Abgleichgewebe 22 hindurch das herzustellende
Verbundbauteil 20 ausfüllen. Die Harzdistanzlage 38 und die Lochfolie 40 können zum Gegenprofil 28 hin geöffnet ausgestaltet sein, da der von der Harzdistanzlage 38 und der Lochfolie 40 überspannte Bereich unterhalb des herzustellenden Verbundbauteils 20 ausreicht, damit das Harz von unten nach oben das herzustellende Verbundbauteil 20 ausfüllt. Die Infusions Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können vorteilhaft zur Herstellung von großen Verbundbauteilen genutzt werden, z.B. zur Herstellung von Windrotorblättern aus Harzen basierend auf Polyurethan-, Hybrid-, ungesättigte Polyester-, Vinylester- und/oder Epoxy- Polymeren.

Claims

Patentansprüche
1. Infusionsvorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Verbundbauteilen (20), mit einem einen Innenraum (18) begrenzenden Rahmenprofil (12) zur Begrenzung der Form des in dem Innenraum (18) herzustellenden Verbundbauteils (20), einem Zuführkanal zum Zuführen von Harz in den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12), wobei der Zuführkanal eine mit dem Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) kommunizierende Zuführöffnung (26) aufweist, einem Trocknungskanal zum Einleiten eines Trocknungsgases zur Entfeuchtung des herzustellenden Verbundbauteils (20), wobei der Trocknungskanal eine mit dem Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) kommunizierende Einleitungsöffnung (30) aufweist, einer das Rahmenprofil (12), die Zuführöffnung (26) des Zuführkanals und die Einleitungsöffnung (30) des Trocknungskanals gasdicht einschließende Vakuumfolie (32) und einer zwischen der Vakuumfolie (32) und dem Rahmenprofil (12) angeordnete gasdurchlässige Trennmembran (36) zum Zurückhalten von Harz in dem Innenraum (18) des Rahmenprofils (12), wobei die Einleitungsöffnung (30) für das Trocknungsgas zwischen der
Vakuumfolie (32) und der Trennmembran (36) angeordnet ist und die Trennmembran (36) das Rahmenprofil (12) und eine an dem Rahmenprofil (12) angeordnete Absaugöffnung zum Absaugen des Trocknungsgases einschließt.
2. Infusionsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vakuumfolie (32) und der Trennmembran (36) eine Gasdistanzlage (34) zur Verteilung des Trocknungsgases über den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) angeordnet ist, wobei insbesondere die Einleitungsöffnung (30) für das Trocknungsgases zwischen der Vakuumfolie (32) und der Gasdistanzlage (34) angeordnet ist.
3. Infusionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnung durch den Zuführkanal ausgebildet ist.
4. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenprofil (12) ein Eingangsprofil (24), an dessen Seite die Zuführöffnung (36) des Zuführkanals angeordnet ist, und ein zum Eingangsprofil (24) gegenüberliegendes Gegenprofil (28), an dessen Seite die Einleitungsöffnung (30) des Trocknungskanals angeordnet ist, aufweist.
5. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere über die Absaugöffnung ein Unterdruck, insbesondere ein Vakuumdruck, in dem
Innenraum (18) anlegbar ist.
6. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführöffnung (26) des Zuführkanals und/oder die Einleitungsöffnung (30) des Trocknungskanals an einer von dem Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) weg weisenden Seite des Rahmenprofils
(12) angeordnet ist.
7. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) teilweise, insbesondere im Wesentlichen L-förmig, begrenzenden Harzdistanzlage (38) zur Verteilung des Harzes entlang des Innenraums (18) des
Rahmenprofils (12) vorgesehen ist, wobei insbesondere die Harzdistanzlage (38) zur Einleitungsöffnung (30) des Trocknungskanals hin und/oder zum Gegenprofil (28) hin geöffnet ausgeformt ist.
8. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) teilweise, insbesondere im Wesentlichen U-förmig, begrenzenden Lochfolie (40) zum Austausch von Harz entlang des Innenraums (18) des Rahmenprofils (12) vorgesehen ist, wobei insbesondere die Lochfolie (40) zur Einleitungsöffnung (30) des Trocknungskanals hin und/oder zum Gegenprofil (28) hin geöffnet ausgeformt ist.
9. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere plattenförmiges, Bodenteil (16) zur Abstützung des Rahmenprofils (12) vorgesehen ist, wobei insbesondere das Rahmenprofil (12) und/oder die Vakuumfolie (32) direkt oder indirekt mit dem Bodenteil (16) verbunden ist.
10. Infusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) ein Abgleichgewebe (22) zum Einhüllen des herzustellenden Verbundbauteils (20) vorgesehen ist, wobei das Abgleichgewebe (22) einen für Harz durchlässigen Strömungswiderstand ausbildet, wobei der Strömungswiderstand des Abgleichgewebe (22) insbesondere größer als der Strömungswiderstand der Harzdistanzlage (38) und/oder größer als der Strömungswiderstand der Lochfolie (40) ist.
11. Infusionsvorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgleichgewebe (22) aus einem, insbesondere gewobenen und/oder gelegten und/oder gewirkten, Polyamid, insbesondere Nylon, hergestellt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (20), bei dem eine Infusions Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bereitgestellt wird,
Fasern in den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) eingebracht werden, ein Trocknungsgas durch die Trennmembran (36) hindurch in den Innenraum (18) des
Rahmenprofils (12) zugeführt wird, um die Fasern zu trocknen, wobei das Trocknungsgas unterhalb der Trennmembran (36) abgesaugt wird und nach dem Trocknen der Fasern ein Harz in den Innenraum (18) des Rahmenprofils (12) unterhalb der Trennmembran (36) zugeführt wird, um die in dem Innenraum (18) angeordneten Fasern zu tränken.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Absaugen des Trocknungsgases und das Zuführen des Harzes an derselben Seite des Rahmenprofils (12) und/oder über dieselbe Zuführöffnung (26) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein Strömungsweg des Trocknungsgases und ein Strömungsweg des Harzes im Gegenstrom ausgerichtet sind.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 - 14, wobei das Verbundbauteil ein Windrotorblatt ist und das Harz Polyurethan-, ungesättigte Polyester-, Vinylester-, Hybrid-, und/oder Epoxyharze umfasst.
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