WO2021144743A1

WO2021144743A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen und zuleiten von kunststoff zur vakuum-infusion in eine form

Info

Publication number: WO2021144743A1
Application number: PCT/IB2021/050282
Authority: WO
Inventors: Udo Tartler
Original assignee: Udo Tartler
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-07-22
Also published as: DE102020100814A1; EP4090508A1; CN114945453A; US20230062758A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Kunststoff aus flüssigen Komponenten in einem Mischer (8) und zum Fördern durch eine Leitung (10), insbesondere zur Vakuum-Infusion, in eine Form (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten aus je einem Komponentenbehälter (22) von einer Pumpe (24) in einen Mischer (8) gepumpt und dort gemischt werden, dass von einer Steuerung (26) diese Volumenströme so geregelt werden, dass sie die Komponenten dem Mischer (8) in einem bestimmten Verhältnis zuleiten, dass der Druckverlust in der Leitung (10), zwischen einem Drucksensor in einer der Komponentenzuleitungen (32) zum Mischer (8) und der Form (12) bestimmt wird, und dass der Druck von dem Drucksensor gemessen und einer Steuerung (26) zugeleitet wird, die die Volumenströme unter Berücksichtigung des bestimmten Druckverlusts so regelt, dass die Pumpen (24) die Komponenten dem Mischer (8) in einem Druck zuleiten, der höchstens um den Druckverlust größer ist als Umgebungsdruck oder als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form (12) nicht überschritten werden soll.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Zuleiten von Kunst- stoff zur Vakuum-Infusion in eine Form

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die technische Verbesserung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Mi schen von Kunststoff (insbesondere Duroplast) aus flüssigen Komponenten in einem Mischer und zum Fördern durch eine Lei tung in eine Form, insbesondere zur Vakuum-Infusion, mit ei nem Druck unterhalb von Umgebungsdruck (oder unterhalb von einem anderen bestimmten Maximaldruck in der Form).

Nur zum Beispiel aber nicht zuletzt für die Herstellung von Windflügeln für Windkraftanlagen ist ein Herstellungsverfah ren bekannt, das sogenannte Vakuum-Infusionsverfahren oder Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding (VARTM), bei dem ein duroplastischer Kunststoff noch flüssig auf eine starre Form aufgetragen wird, die einer Außenseite, bei Windflügeln also zum Beispiel deren Vorder- oder Rückseite, des Bauteils kom plementär entspricht. Dort durchtränkt der Kunststoff Faser lagen insbesondere aus Glas, so dass nach der Aushärtung des Duroplasten in der Form das Bauteil, insbesondere eine Bau teilschale, aus faserverstärktem Kunststoff entsteht. Der Kunststoff wird auf die starre Formfläche unter einer Folie aufgetragen, wo der Zwischenraum unter „Vakuum" gesetzt, also mit Unterdrück beaufschlagt ist. Unter anderem sorgt dieser Unterdrück für Freiheit von Lufteinschlüssen im Kunststoff - die nach dessen Aushärtung Schwachstellen wären, sogar Soll bruchstellen des Bauteils sein könnten.

Besonders bei großflächigen Bauteilen wie zum Beispiel Wind flügeln sind in diesem Verfahren verschiedene technische Probleme zu bewältigen. So erfordert zum Beispiel das Fließen des noch flüssigen Kunststoffs, insbesondere als Duroplast aus (mindestens) zwei flüssigen Komponenten gemischt, selbst verständlich ein Druckgefälle vom Mischer zur Form. In der Form im Zwischenraum unter der „Vakuumfolie" darf der Druck aber Umgebungsdruck nicht übersteigen, nicht zuletzt auch, weil sonst die Form „aufgeblasen" werden würde. Um dies zu überwachen, ist es bekannt und verbreitet, Drucksensoren in den KunststoffZuleitungen und/oder an der Form vorzusehen. Diese allerdings messgenau zu halten, also insbesondere auch regelmäßig zu reinigen, stellt angesichts des gemischten - bereits reagierenden, in exothermer Reaktion, also unter Hit zeentwicklung aushärtenden - Kunststoffs als verunreinigender Flüssigkeit eine erhebliche Herausforderung dar: Regelmäßig müssen die Sensoren gereinigt und/oder ausgetauscht werden, weil sie durch gehärteten Kunststoff an den empfindlichen Messstellen ungenau und unbrauchbar geworden sind. Aber auch schon im funktionierenden Betrieb sind diese Sensoren nicht zuletzt auch in Ihrer erforderlichen Vielzahl nachteilig, denn, an jeder der mehreren KunststoffZuleitungen und insbe sondere den Einleitungsstellen in die Form eingesetzt, sind sie dort jeweils eine Herausforderung nur zum Beispiel be treffend Dichtigkeit und auch Zugänglichkeit, denn jeder die ser Sensoren muss über erhebliche Strecken verkabelt werden.

Auf einen bekannten Stand der Technik für ein solches Her stellungsverfahren richtet sich die EP2656991A2. Der Duro plast wird in einem Mischkopf aus seinen Flüssigkomponenten gemischt und in einen Sammelbehälter mit elastischer Wandung gefördert. Dies ist eine Weiterentwicklung gegenüber dem so genannten „Open-Bucket"-Verfahren, bei dem der gemischte Duroplast in einem offenen Behälter bevorratet wird - mit dem zusätzlichen Nachteil zum Beispiel, darin Umgebungsluft aus gesetzt zu sein, was möglicherweise zuvor durchgeführter Ent gasung der Komponenten entgegen wirkt, weil das Gemisch er neut Luft und Luftfeuchtigkeit aufnimmt. Der so vorprodu zierte, noch flüssig bevorratete Duroplast im Sammelbehälter steht also im Stand der Technik jedenfalls unter Umgebungs druck - und das für das Fließen von dort zur Form erforderli che Druckgefälle benötigt einen - erheblichen - Unterdrück im Zwischenraum der Form, der nämlich sowohl Reibungs- Druckverlust in der (möglicherweise erheblich langen, nämlich zum Beispiel bei Windflügeln durchaus viele zig Meter messen den) Leitung als auch hydrostatischen Druck aufgrund von Ni veau-Unterschied zwischen dem Vorratsbehälter und der Form kompensiert. Eine weitere Herausforderung dieser verbreiteten Technologie ist es, den bereits gemischten Kunststoff fließ fähig zu halten - was das Verfahren verlangsamt: weil es zum Beispiel verbietet, schnell härtenden Duroplasten zu verwen den. Oder, anders gesagt, erfordert es, den Duroplast so „einzustellen", dass seine Aushärtung derart verzögert ist, dass die Härtung sicher erst in der Form stattfindet, und nicht schon auf dem Fließweg dorthin. Diese Herausforderung ist besonders groß mit Blick auf den erwähnten, verbreiteten Vorratsbehälter des Standes der Technik (und zwar sowohl als „Open-Bucket" wie auch gemäß EP2656991A2):der darin gemischte Kunststoff in seinem kompakten Massevorrat stellt durch lokal konzentrierte thermische, nämlich exotherme Reaktion ein er hebliches Sicherheitsrisiko aufgrund von Hitze, giftiger Rau chentwicklung und Brand für Arbeiter und Umgebung dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung dafür zu schaffen, Kunststoff, insbesondere Duroplast-Komponenten, zu mischen und mit einem bestimmten Druck, insbesondere für Vakuum-Infusion unterhalb von Umgebungsdruck, in eine Form zu bringen - bei dem dessen Effizienz verbessert ist. Diese Aufgabe wird von einem Ver fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrich tung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren, das zum Beispiel ohne jeg liche Bevorratung von bereits gemischtem Kunststoff auskommen kann - das Mischen also sozusagen „on-demand" ermöglicht. Es ist ein Verfahren zum Mischen von Kunststoff (insbesondere von Duroplast) aus flüssigen Komponenten (insbesondere zwei oder mehreren - „Multi" - Komponenten) in einem Mischer sowie zum Fördern durch eine Leitung insbesondere zur Vakuum- Infusion in eine Form mit einem Druck unterhalb von Umge bungsdruck (oder, zum Beispiel für ein anderes als das VARTM- Verfahren, nicht größer als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll). Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Vakuum-Infusionsverfahren wurde einleitend bereits bei spielhaft beschrieben: der Kunststoff wird noch flüssig auf eine starre Form aufge tragen, die einer Außenseite des Bauteils komplementär ent spricht. Der Kunststoff wird auf die starre Formfläche unter einer Folie aufgetragen, wo der Zwischenraum unter „Vakuum" gesetzt, also mit Unterdrück beaufschlagt ist. In diesem Zwi schenraum durchtränkt der Kunststoff Faserlagen (zum Beispiel Gewebe und/oder Gelege, insbesondere aus Glas, aber auch zum Beispiel aus Kohlenstoff oder anderen Fasern), so dass nach der Aushärtung des Kunststoffs das Bauteil aus faserverstärk tem Kunststoff entsteht - und zwar insbesondere eine Bauteil schale (oder Halbschale), da nur die von der starren Form ge bildete Seite reproduzierbar maßgenau ist und nicht die Foli enseite. Das Vakuum in der Form sorgt dabei für das Absaugen von Luft als sonst später möglicherweise Schwachstellen bil denden Einschlüssen - und insbesondere auch für das Hinein ziehen des flüssigen Kunststoffs in die Faserlagen als Mat rix. In der Form im Zwischenraum unter der „Vakuumfolie" darf der Druck aber Umgebungsdruck nicht übersteigen, nicht zu letzt auch, weil sonst die Folienseite der Form „aufgeblasen" werden würde.

Erfindungsgemäß nun umfasst das Verfahren die Schritte, die Komponenten aus je einem Komponentenbehälter, insbesondere mittels einer Pumpe, in einen Mischer zu pumpen und dort zu mischen. Mittels einer (insbesondere speicherprogrammierba ren) Steuerung werden diese Volumenströme, insbesondere die (jeweilige) Pumpe, so geregelt, dass die Komponenten dem Mi scher in einem bestimmten (Volumenstrom-)Verhältnis zugelei- tet werden - vorzugsweise in dem Verhältnis, das der herzu stellende Kunststoff erfordert. Vorzugsweise werden die Volu menströme, insbesondere jeweils, von einem Volumenstromzähler oder Massestromzähler insbesondere in einem Leitungsabschnitt zwischen Komponentenbehälter und Mischer gemessen und die Messwerte der Steuerung zugeleitet. Dabei wird von einer (insbesondere speicherprogrammierbaren) Steuerung der Volu menstrom (insbesondere wiederum die (jeweilige) Pumpe) - durch Messung des Drucks in mindestens einer der Komponenten zuleitungen - erfindungsgemäß zudem so geregelt, dass die Komponenten schließlich in die Form mit einem Druck eingelei tet werden, der kleiner ist als Umgebungsdruck (um, wie oben beschrieben, die Form nicht „aufzublasen" - oder mit einem Druck kleiner als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll, zum Beispiel für ein anderes als das VARTM-Verfahren). Das heißt also, dass erfin dungsgemäß so geregelt wird, dass der Druck im Drucksensor (erfindungsgemäß in der Materialzuführung des Mischers insbe sondere im Mischkopf) sich so einstellt, dass er höchstens um den Druckverlust in der Leitung größer ist als der Druck (zum Beispiel Umgebungsdruck), der in der Form nicht überschritten werden soll - und zwar um den Druckverlust in derjenigen Lei tung (oder einem Abschnitt davon - dazu später), die vom Drucksensor bis zur Form führt.

Wie dies erfindungsgemäß ermöglicht ist, dazu sogleich, zu nächst aber schon sei ein erfindungsgemäß erreichter wesent licher Vorteil beispielhaft erwähnt: durch die Druck- Kompensations-Steuerung kann der gemischte Kunststoff der Form mit größtmöglichem Druck zugeleitet werden, weil auch der Druckverlust der Schlauchlänge vom Mischer zur Form be rücksichtigt wird.

Der Druck im flüssigen Kunststoff wird erfindungsgemäß vor dem Mischen gemessen, vorzugsweise von einem Drucksensor in (mindestens) einer der Komponentenzuleitungen zum Mischer (also im Materialzugang der einzelnen Komponenten zum Mi- scher, vorzugsweise gleich vor dem Mischer), möglicherweise direkt im sogenannten Mischkopf (dazu im Einzelnen später).

So ist der Drucksensor - ein weiterer erfindungsgemäßer Vor teil - nur einer der harmloseren noch nicht gemischten Flüs sigkomponenten des Kunststoffs ausgesetzt, und nicht, wie im Stand der Technik dem bereits gemischten, bereits reagieren den, aushärtenden Kunststoff, der die Sensoren an den emp findlichen Messstellen regelmäßig ungenau und unbrauchbar macht.

Erfindungsgemäß regelt die Steuerung nach Eingabe und/oder Datenzuleitung des Leitungs-Druckverlusts die Komponenten- Volumenströme - und insbesondere den Volumenstrom in der Kom ponentenzuleitung mit dem Drucksensor, wenn nur in einer der Komponentenzuleitungen (mindestens) ein Drucksensor angeord net ist - also insbesondere so, dass die Komponente(n) dem Drucksensor (und danach mit möglicherweise schon etwas ab weichendem Druck dem Mischer) in einem Druck zugeleitet wer den, der um höchstens den Leitungs-Druckverlust zwischen dem Drucksensor und der Form größer ist als Umgebungsdruck (oder als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form nicht über schritten werden soll). So kann zum Beispiel im VARTM- Verfahren erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass die Fo lienseite der Form nicht aufgeblasen wird, auch ohne den Druck in der Form, wie im Stand der Technik möglicherweise aufwändig an mehreren Stellen und insbesondere überhaupt ir gendwo im bereits gemischten noch flüssigen Kunststoff messen zu müssen.

Wenn in beiden (oder mehreren) Komponentenzuleitungen ein Drucksensor (jeweils in Flussrichtung vorzugsweise gleich vor dem Mischer) angeordnet ist, werden diese bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens den gleichen Druck messen. Um zum Beispiel bei Ausfall eines Drucksensors das erfin dungsgemäße Verfahren nicht abbrechen zu müssen, ist es aber besonders bevorzugt, einen zweiten Drucksensor nicht in der anderen (als der erfindungsgemäß mindestens einen) Komponen tenzuleitung (wie soeben beschrieben), sondern zum Beispiel mittels eines (Leitungs-T-Stücks) in derselben Komponentenzu leitung anzuordnen (insbesondere als Ersatz nur zur Bereit schaft).

Für das erfindungsgemäße Regelungsziel kann eine schnelle Re gelung erforderlich sein, denn die Druckverhältnisse in ins besondere in einer VARTM-können sich schnell ändern. Dazu hat sich zum Beispiel eine PID-Regelung (aber auch andere schnel le Reglungen) als Bestandteil der erfindungsgemäßen Regelung vorteilhaft erwiesen.

Der Druckverlust in der Leitung zwischen dem Drucksensor und der Form (oder in einem bestimmten, insbesondere einem für den Druckverlust wesentlichen Abschnitt der Leitung) kann er findungsgemäß gemessen (insbesondere offline, also zum Bei spiel in einem Vorversuch bestimmt), insbesondere aber (auch) berechnet werden. Der Druckverlust entsteht aufgrund von be kannten strömungsmechanischen Gesetzmäßigkeiten, so dass des sen Messung und Berechnung möglich und objektiv sind, und insbesondere nicht irgendeinem menschlichen Ermessen unter liegen. Dabei werden erfindungsgemäß rheologische Effekte, dynamische Druckverluste, aufgrund zum Beispiel und insbeson dere von Fluidviskosität und Flüssigkeitsreibung in der Lei tung auch im Mischer berücksichtigt (möglicherweise auch in ihrer Temperaturabhängigkeit - insbesondere dann wird vor zugsweise auch die Temperatur während des Verfahrens von ge eigneter Sensorik in der Umgebung und/oder in und/oder an den Leitungen gemessen, möglicherweise auch geregelt und/oder von der jeweiligen Steuerung berücksichtigt), aber besonders be vorzugt auch die hydrostatischen Verhältnisse, also Druckver lust (oder -Zunahme) aufgrund der Höhe des Anstiegs (oder Ge fälles) zwischen Druckmessstelle und Form.

Nochmals zusammengefasst, kann erfindungsgemäß somit zum Bei spiel eine Form, die unter Vakuum steht, in kürzester Zeit so gefüllt werden, dass dennoch der Druck in der Form nicht auf oder insbesondere über Atmosphärendruck ansteigt - und dies, ohne den Druck in der Form zu messen oder anderswo im bereits gemischten Kunststoff. Erfindungsgemäß kann das Einbringen der Komponenten dabei so geregelt werden, dass Druckverände rungen, die zum Beispiel entstehen können durch Füllgrad der Form oder Dichte- oder Temperatur-Änderungen oder Änderungen am Applikationsschlauch „ausgeregelt" werden: erfindungsgemäß kann so die Form immer mit hoher Geschwindigkeit gefüllt wer den, ohne nämlich den gewünschten Druck (unterhalb Umgebungs druck) zu überschreiten.

Dazu kann erfindungsgemäß in der Dosieranlage der Druck der Komponenten gemessen werden, und über eine Kompensationsrech nung kann der Messpunkt des Drucksensors so „verschoben" wer den, als wäre der Drucksensor direkt an der Form angeschlos sen. So kann die Anlage den maximal möglichen Ausstoß regeln, der in dieser Vorrichtungsanordnung möglich ist.

In dieser Rechnung können insbesondere die Parameter Materi aldaten, Materialtemperatur, Ausstoßleistung der gemischten Komponenten, Art, Aufbau und Länge des Applikationsschlauches berücksichtigt werden.

Erfindungsgemäß ist wie gesagt auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, also zum Mischen von Kunst stoff aus flüssigen Komponenten in einem Mischer und zum För dern durch eine Leitung in eine Form insbesondere zur Vakuum- Infusion mit einem Druck unterhalb von Umgebungsdruck (oder einem anderen bestimmten Druck, der in der Form nicht über schritten werden soll). Die erfindungsgemäße Vorrichtung um fasst dem entsprechend:

- mindestens eine Pumpe, die eingerichtet ist, die Kom ponenten aus je einem Komponentenbehälter in einen Mi scher zu pumpen, der eingerichtet ist, die Komponenten zu mischen, und - eine (insbesondere speicherprogrammierbare) Steuerung, die eingerichtet ist, diese Volumenströme so zu re geln, dass die Komponenten dem Mischer in einem be stimmten Verhältnis zugeleitet werden und

- eine Eingabe- und/oder Messeinrichtung des Druckver- lusts in (mindestens einem bestimmten Abschnitt) der Leitung zwischen einem Drucksensor in (mindestens) ei ner der Komponentenzuleitungen zum Mischer (also im Materialeingang zum Mischer) und der Form (nämlich insbesondere aufgrund von Reibung und unter Berück sichtigung der hydrostatischen Verhältnisse) und durch

- eine (insbesondere speicherprogrammierbare) Steuerung, die eingerichtet ist, unter Berücksichtigung eines bestimmten Druckverlusts den Volumenstrom in der Kom ponentenzuleitung des Drucksensors so zu regeln, dass diese Komponente dem Drucksensor (und von dort dem Mi scher) in einem vom Drucksensor gemessenen Druck zuge leitet wird, der höchstens um den Druckverlust größer ist als Umgebungsdruck oder als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll.

Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, dass der mindes tens eine Drucksensor unmittelbar vor dem Mischer in einer der Komponentenzuleitungen angeordnet ist, und zwar möglich erweise in einer Mischkopf-Baugruppe möglicherweise mit einer Antriebseinrichtung für einen dynamischen Mischereinsatz als Mischer (dazu später).

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Leitung einen Lei tungsabschnitt oder Haupt-Leitungsstrang von der Messtelle oder von dem Mischer zu einem Leitungsverteiler aufweist so wie mehrere (auch unterschiedlich lange) Lokal-Leitungen, die von dort in die Form führen. So kann der gemischte Kunststoff vom Mischer durch den Haupt-Leitungsstrang zum Verteiler ge leitet werden, um von dort verzweigt an mehreren Stellen un ter die Folie in die Form eingeleitet zu werden. Als Druck- verlust-Anteil in den Lokalleitungen wird dann vorzugsweise der Druckverlust-Anteil in der am schwächsten mit Druckver lust-behafteten Lokalleitung (zumeist, unter anderem bei gleichen Querschnitten, die kürzeste Leitung) bestimmt (näm lich gemessen und/oder berechnet) und der Steuerung beim Re geln zur Berücksichtigung zugeleitet. Da diese Lokalleitungen vom Verteiler parallel zueinander in die Form verlaufen, sorgt die Berücksichtigung nur einer der Lokalleitungen und insbesondere der mit dem schwächsten Druckverlust denk logisch sicher dafür, dass die erfindungsgemäße Druckbilanz in jeder der Einleitungsstellenaus den Lokalleitungen in die Form zu einem Leitungsdruck führt, der geringer ist als Umge bungsdruck. Selbst das Berücksichtigen des Druckverlusts überhaupt nur in einem Leitungsabschnitt, zum Beispiel nur in dem Haupt-Leitungsstrang wird erfindungsgemäß sicher dafür sorgen. Denn in dem Leitungsabschnitt wird - wegen seiner lo gischerweise geringeren Länge als der Gesamtleitung auch ein geringerer Druckverlust bestimmt (insbesondere berechnet und/oder gemessen) werden. Da nun erfindungsgemäß der Volu menstrom so geregelt wird, dass der Druck stromaufwärts vom Mischer dort bei dem Drucksensor (höchstens) um den Druckver lust höher ist als Umgebungsdruck, wird (bei dann ja tatsäch lich noch höherem Gesamtleitungsdruckverlust) der Eintritts- Flüssigkeitsdruck in die Form entsprechend deutlicher unter Umgebungsdruck (oder einem anderen bestimmten Maximaldruck) sein.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung kann, wie bereits erwähnt, ein herkömmlicher sogenannter Mischkopf mit dynamischer oder auch statischer Vermischung zum Einsatz kommen:

Auch zum Herstellen von Kunststoff vor seiner weiteren Verar beitung wie auch nur zum Beispiel vor dem Einleiten in den Anguss einer Spritzgussform werden bei vielen Kunststoffen und insbesondere bei Duroplasten wie zum Beispiel Epoxy min destens zwei flüssige Komponenten so mit einander vermischt, dass sich das entstandene insbesondere flüssige (oder auch zähflüssige, pastöse) Gemisch vernetzt. Das Weiterleiten zur Verarbeitung der Komponentenmischung erfolgt verbreitet durch eine rohrförmige Durchleitung, den - statischen - Mischein satz, mit Verwirbelungselementen in ihrem Innenraum, die hin durchströmendes Fluid umlenken, ablenken, lokal stauen, Tur bulenzen erzeugen und/oder verwirbeln und somit durchmischen, und zwar möglicherweise lokal unmittelbar vor der Verarbei tung des Kunststoffs. In diesen Mischer hinein führen be kanntlich Zuleitungen insbesondere in der Anzahl der flüssi gen Komponenten. In mindestens einer der Zuleitungen ist oft mals ein Drucksensor angeordnet, der den Fluiddruck in der noch ungemischten, also noch nicht reagierenden Komponente misst.

Erfindungsgemäß nun findet die Mischung lokal deutlich beab- standet von der Verarbeitung des Kunststoffs, insbesondere seiner Vakuum-Injektion in den Zwischenraum zwischen Form und Folie, statt. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfah rens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich allerdings auch ein derartiger herkömmlicher Mischkopf als Mischer im Sinne der Erfindung und gegebenenfalls sein (min destens einer) Drucksensor als Sensor im Sinne der Erfindung. Dies gilt auch für den sogenannten dynamischen Mischer:

Zum möglichst gleichmäßigen, vollständigen Durchmischen der Komponenten hat es sich als vorteilhaft erwiesen und durchge setzt, die Verwirbelungselemente in der rohrförmigen Durch leitung drehend auszugestalten. Bekannte Mischköpfe haben dann mindestens zwei Komponenten-Zuleitungen sowie einen Drehantrieb mit einer Antriebswelle. Eine solche Vorrichtung oder Mischmaschine ist dann angepasst, das rohrförmige Durch leitungselement (Mischerrohr) in fluiddichte Leitungsverbin dung mit den Komponenten-Zuleitungen zu setzen, und eine Drehantrieb-Verbindungsstruktur mit einem Mischereinsatz (der üblicherweise eine Anzahl von Verwirbelungselementen aufweist und der zum Einsatz in das Durchleitungselement angepasst ist) in Drehantriebsverbindung zu setzen, wenn der Mischer einsatz in das Durchleitungselement eingesetzt und das Durch leitungselement in die Leitungsverbindung mit den Komponen- ten-Zuleitungen gesetzt ist. Eine solche Drehantrieb- Verbindungsstruktur an bekannten Mischereinsätzen ist in al ler Regel eine im Wesentlichen radial zur Drehachse liegende Öffnung, in die ein Haken am Ende der Antriebswelle eingehakt wird, um die Antriebsverbindung herzustellen, oder zum Bei spiel ein selbstschneidendes Gewinde am Ende der Antriebswel le, das sich in eine passende Axialbohrung an einem Ende des Mischereinsatzes hineinschneiden kann. Mischerrohr und Mi schereinsatz, die zusammen auch Mischer genannt werden, aber auch die oben beschriebenen statischen Mischer, können (auch erfindungsgemäß) Einmal- oder Wegwerfartikel sein.

In den Komponentenbehältern kann ein Rührwerk (zum Beispiel zur Homogenisierung der Komponente) und/oder eine Heizung (zum Beispiel zum konstant Halten der Komponenten-Temperatur, die in der erfindungsgemäß Regelung berücksichtigt werden kann) vorgesehen sein. Die Komponentenbehälter können unter Vakuum stehen. Vor dem und schließlich bis zum Eintritt in die Form brauchen die Komponenten und der gemischte flüssige Kunststoff im erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr einer gasförmigen Atmosphäre ausgesetzt zu sein, sondern wenn über haupt einem nicht mit Flüssigkeit gefüllten, angrenzenden Hohlraum, dann unter Vakuum.

Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Details der Erfindung werden im Folgenden in der Beschreibung von Ausführungsbei spielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsge mäßen Verfahrens mit Elementen eines erfindungsge mäßen Vorrichtungssystems und Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Mischkopfes eines erfindungsgemäßen Vorrichtungssystems.

Gemäß Figur 1 ist ein Ablaufplan 2 eines Verfahrens zum Mi schen eines duroplastischen Kunststoffs aus zwei flüssigen Komponenten 4, 6 in einem Mischer 8 sowie zum Fördern durch eine Leitung 10 zur Vakuum-Infusion in eine Form 12 mit einem Druck unterhalb von Umgebungsdruck.

Der Kunststoff wird, noch flüssig, auf die starre Form 12 aufgetragen, die einer Außenseite des Bauteils, gemäß Figur 1 einer Seite eines Windkraftanlagen-Flügels (nicht darge stellt) komplementär entspricht. Der Kunststoff wird auf die starre Formfläche 14 unter einer Folie 16 aufgetragen, wo der Zwischenraum 18 unter „Vakuum" gesetzt, also mit Unterdrück 20 beaufschlagt ist. In diesem Zwischenraum 18 durchtränkt der Kunststoff Faserlagen (nicht dargestellt; zum Beispiel Gewebe und/oder Gelege, insbesondere aus Glas), so dass nach der Aushärtung des Kunststoffs das Bauteil aus faserverstärk tem Kunststoff entsteht (und zwar gemäß Figur 1 eine Windflü- gel-Halbschale), da nur die von der starren Form 12, 14 ge bildete Seite als Außenseite des zukünftigen Windflügels re produzierbar maßgenau ist, und nicht die Folienseite. Das Va kuum 20 im Zwischenraum 18 in der Form sorgt dabei für das Absaugen von Luft als sonst späteren Schwachstellen bildenden Einschlüssen - und insbesondere auch für das Hineinziehen des flüssigen Kunststoffs in die Faserlagen als Matrix. In der Form im Zwischenraum 18 unter der „Vakuumfolie" 16 darf der Druck aber Umgebungsdruck nicht übersteigen, nicht zuletzt auch, weil sonst die Folienseite 16 der Form „aufgeblasen" werden würde.

Das Verfahren nun umfasst die Schritte, die Komponenten aus je einem Komponentenbehälter 22, mittels je einer Pumpe 24 im jeweiligen Komponentenbehälter 22, in den Mischer 8 zu pumpen und dort zu mischen. Mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung 26 werden diese Volumenströme (gemessen in Volumen- Stromzählern 25, durch Regelung der Pumpen 24 - Signalleitun gen sind gestrichelt dargestellt) so geregelt, dass die Kom ponenten 4, 6 dem Mischer 8 in dem Verhältnis zugeleitet wer den, das zum Herstellen des Duroplasten erforderlich ist. Da bei werden von der Steuerung 26 die Volumenströme (wiederum durch Regelung der Pumpen 24, und zwar in einer Priorisierung unterhalb der Regelung des Mischungsverhältnisses) zudem so geregelt, dass die Komponenten 4,6 dem Mischer 8 in einem Druck zugeleitet werden, der größer ist als Umgebungsdruck - und zwar größer höchstens um den Druckverlust in der Leitung vom Mischer 8 zur Form 12.

Der Druck im gemischten, flüssigen Kunststoff wird vor dem Mischen im Mischer 8 gemessen, von einem Drucksensor 30 in einer der beiden Komponentenzuleitungen 32 zum Mischer 8 (al so bezüglich der Komponentenfließrichtung vor dem Mischer 8) im Mischkopf 28 (Figur 2; dazu im Einzelnen später). So ist der Drucksensor 30 nur einer der harmloseren, noch nicht ge mischten Flüssigkomponente 4 ausgesetzt, und nicht, wie im Stand der Technik, dem bereits gemischten, bereits reagieren den, aushärtenden Kunststoff, der die Sensoren an den emp findlichen Messstellen regelmäßig ungenau und unbrauchbar macht. Der Druck beim Sensor 30 in der Komponentenzuleitung 32 der Komponente 4 unmittelbar vor dem Mischer 8 im Misch kopf 28 wird der Steuerung 26 zugeleitet. Aufbau des Misch kopfs 28 und Anordnung seiner Komponenten einschließlich Sen sor 30 ergibt sich im abgebildeten Beispiel aus seiner Kon struktion für auch andere Verfahren zur Mischung von 2- Komponenten-Kunststoffen .

Der Druckverlust in der Leitung zwischen dem Drucksensor 30 und der Form 12 (oder zum Beispiel in einem für den Druckver lust wesentlichen Abschnitt 34 der Leitung 10, gemäß Figur 1 bis zu einem Verteiler 34; dazu sogleich) kann vor Durchfüh rung des eigentlichen Herstellungsverfahrens gemessen (also offline, zum Beispiel in einem Vorversuch bestimmt), insbe sondere aber auch berechnet werden. Der Druckverlust entsteht aufgrund von bekannten strömungsmechanischen Gesetzmäßigkei ten, so dass dessen Messung und insbesondere auch die Berech nung möglich und objektiv sind, und insbesondere nicht ir gendeinem menschlichen Ermessen unterliegen. Im Verfahren werden bei der Berechnung zum Beispiel rheologische, dynami sche Druckverluste, etwa aufgrund von Fluidviskosität, Lei tungsgeometrie und Flüssigkeitsreibung, in der Leitung be rücksichtigt, aber insbesondere auch die hydrostatischen Ver hältnisse, also Druckverlust (oder -Zunahme) aufgrund der Hö he des Anstiegs (oder Gefälles) zwischen Druckmessstellen 30 und Form 12.

Nach Eingabe in eine Eingabevorrichtung 35 (und/oder Datenzu leitung) des Leitungs-Druckverlusts regelt die Steuerung 26 die Komponenten-Volumenströme in den Leitungen 32 also insbe sondere so, dass die Komponenten 4, 6 dem Mischer 8 in einem Druck zugeleitet werden, der um höchstens den Leitungs- Druckverlust zwischen den Drucksensoren 30 und der Form 12 größer ist als Umgebungsdruck. So ist erfindungsgemäß sicher gestellt, dass die Folienseite 16 der Form 12 nicht aufgebla sen wird - und zwar auch ohne den Druck im Zwischenraum 18 der Form und insbesondere überhaupt irgendwo im bereits ge mischten noch flüssigen Kunststoff messen zu müssen (etwa an den Einleitungsstellen 36 in die Form 12, wie gemäß dem Stand der Technik; nicht dargestellt).

Die Leitung 10 hat, wie schon angedeutet, einen Leitungsab schnitt 34 oder Haupt-Leitungsstrang 34 von den Messtellen 30 zu einem Leitungsverteiler 38 sowie mehrere (unterschiedlich lange) Lokal-Leitungen 40, die vom Leitungsverteiler 38 in die Form 18 führen. So kann der gemischte Kunststoff vom Mi scher 8 durch den Haupt-Leitungsstrang 34 zum Verteiler 38 geleitet werden, um von dort verzweigt an mehreren Stellen 36 unter die Folie 16 in den Zwischenraum 18 der Form 12 einge leitet zu werden. Als Druckverlust-Anteil in den Lokalleitun gen 40 wird dann vorzugsweise der Druckverlust-Anteil in der am schwächsten mit Druckverlust behafteten Lokalleitung be- stimmt (nämlich gemessen und/oder berechnet) und der Steue rung 26 beim Regeln der Volumenströme zur Berücksichtigung zugeleitet. Da diese Lokalleitungen vom Verteiler 38 struktu rell parallel zueinander in die Form 12 verlaufen, sorgt die Berücksichtigung nur einer der Lokalleitungen und insbesonde re der mit dem schwächsten Druckverlust denk-logisch sicher dafür, dass die Druckbilanz in jeder der Einleitungsstellen 36 aus den Lokalleitungen 40 in die Form 12 einen Druck ergibt, der geringer ist als Umgebungsdruck. Selbst das Be rücksichtigen des Druckverlusts überhaupt nur in einem Lei tungsabschnitt, zum Beispiel nur in dem Haupt-Leitungsstrang 34 wird erfindungsgemäß sicher dafür sorgen. Denn in dem Lei tungsabschnitt 34 wird - wegen seiner logischerweise geringe ren Länge als der Gesamtleitung 10 auch ein geringerer Druck verlust bestimmt (insbesondere berechnet und/oder gemessen) werden. Da nun erfindungsgemäß der Volumenstrom so geregelt wird, dass der Druck stromaufwärts vom Mischer 8 an den Sen soren 30 gemessen (höchstens) um den Druckverlust höher ist als Umgebungsdruck, wird, bei dann ja tatsächlich noch höhe rem Gesamtleitungsdruckverlust, der Flüssigkeitsdruck an den Eintritten 36 in die Form 12, 18 entsprechend mehr unter Um gebungsdruck sein.

Im dargestellten Verfahren 2 mittels der dargestellten Vor richtung kommt, wie bereits erwähnt, ein herkömmlicher soge nannter Mischkopf 28 zum Einsatz, wie er für auch andere Ver fahren zur Mischung von 2-Komponenten-Kunststoffen Verwendung findet:

Auch zum Herstellen von Kunststoff vor seiner weiteren Verar beitung wie auch nur zum Beispiel vor dem Einleiten in den Anguss einer Spritzgussform werden bei vielen Kunststoffen und insbesondere bei Duroplasten wie zum Beispiel Epoxy auch im Stand der Technik üblicherweise mindestens zwei flüssige Komponenten so mit einander vermischt, dass sich das entstan dene insbesondere flüssige (oder auch zähflüssige, pastöse) Gemisch vernetzt. Das Weiterleiten zur Verarbeitung der Kom- ponentenmischung erfolgt verbreitet durch eine rohrförmige Durchleitung (nicht dargestellt), den - statischen - Misch einsatz, mit Verwirbelungselementen in ihrem Innenraum, die hindurchströmendes Fluid umlenken, ablenken, lokal stauen, Turbulenzen erzeugen und/oder verwirbeln und somit durchmi schen, und zwar möglicherweise lokal unmittelbar vor der Ver arbeitung des Kunststoffs. In diesen Mischer hinein führen bekanntlich Zuleitungen insbesondere in der Anzahl der flüs sigen Komponenten. In mindestens einer der Zuleitungen ist zumeist ein Drucksensor angeordnet, der den Fluiddruck in der noch ungemischten, also noch nicht reagierenden Komponente misst.

Im Verfahren 2 nun findet die Herstellung (Mischung der Kom ponenten 4, 6) lokal deutlich beabstandet von der Verarbei tung des Kunststoffs, seiner Vakuum-Injektion in den Zwi schenraum 18 zwischen Form 14 und Folie 16, statt. Im Verfah ren 2 eignet sich allerdings auch ein derartiger herkömmli cher Mischkopf als Mischer im Sinne der Erfindung und gegebe nenfalls sein (mindestens einer) Drucksensor 30 als Sensor im Sinne der Erfindung. Dies gilt auch für den (in Figur 2 abge bildeten) sogenannten dynamischen Mischer 8 und Mischkopf 28:

Zum möglichst gleichmäßigen, vollständigen Durchmischen der Komponenten 4, 6 hat es sich als vorteilhaft erwiesen und durchgesetzt, die Verwirbelungselemente 42 in der rohrförmi gen Durchleitung 44 drehend auszugestalten. Mischköpfe 28 ha ben dann mindestens zwei Komponenten-Zuleitungen 32 sowie ei nen Drehantrieb 46 mit einer Antriebswelle 47. Eine solche Vorrichtung 28 ist dann angepasst, das rohrförmige Durchlei tungselement 44 (Mischerrohr) in fluiddichte Leitungsverbin dung mit den Komponenten-Zuleitungen 32 zu setzen, und eine Drehantrieb-Verbindungsstruktur 48 mit einem Mischereinsatz 50 (der üblicherweise eine Anzahl von Verwirbelungselementen 42 aufweist und der zum Einsatz in das Durchleitungselement 44 angepasst ist) in Drehantriebsverbindung 48 zu setzen, wenn der Mischereinsatz 50 in das Durchleitungselement 44 eingesetzt und das Durchleitungselement in die Leitungsver bindung mit den Komponenten-Zuleitungen gesetzt ist. Eine solche Drehantrieb-Verbindungsstruktur an bekannten Mischer einsätzen 50 ist oft eine im Wesentlichen radial zur Drehach se liegende Öffnung (nicht dargestellt), in die ein Haken (nicht dargestellt) am Ende der Antriebswelle eingehakt wird, um die Antriebsverbindung herzustellen - abgebildet ist aber ein selbstschneidendes Gewinde 48 am Ende der Antriebswelle 47 in einer Bohrung 48 am Anfang des Mischereinsatzes 50. Mischerrohr 44 und Mischereinsatz 50, die zusammen auch Mi scher 8 genannt werden, und auch die oben beschriebenen sta tischen Mischer (nicht dargestellt), können (auch erfindungs gemäß) Einmal- oder Wegwerfartikel sein.

In den Komponentenbehältern 22 kann ein Rührwerk 52 (zum Bei spiel zur Homogenisierung der Komponente) und/oder eine Hei zung 54 (zum Beispiel zum konstant Halten der Temperatur der Komponente) vorgesehen sein.

Bezugs zeichenliste

Ablaufplan 2 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von Kunststoff

Zwei flüssige Komponenten 4, 6

Mischer 8

Förderleitung 10

Form 12

Formfläche 14

Folie 16

Zwischenraum 18

„Vakuum"; Unterdrück 20 Komponentenbehälter 22 Pumpe 24

Volumenstromzähler 25

Speicherprogrammierbare Steuerung 26 Mischkopf 28

Drucksensoren 30

Komponentenzuleitungen 32 zum Mischer 8 im Mischkopf 28

Für den Druckverlust wesentlicher Abschnitt; Haupt- Leitungsstrang 34 der Leitung 10 Eingabe (Vorrichtung) 35 des Leitungs-Druckverlusts

Einleitungsstellen 36 in die Form 12 Leitungsverteiler 38 Lokal-Leitungen 40 Verwirbelungselemente 42 rohrförmige Durchleitung; Mischerrohr 44

Drehantrieb 46

Antriebswelle 47

Drehantrieb-VerbindungsStruktur 48

Mischereinsatz 50

Rührwerk 52

Heizung 54

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Mischen von Kunststoff aus flüssigen Kompo nenten (4, 6) in einem Mischer (8) und zum Fördern durch eine Leitung (10), insbesondere zur Vakuum-Infusion, in eine Form (12) mit einem Druck unterhalb von Umgebungs druck oder einem anderen bestimmten Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll, dadurch gekenn zeichnet, dass

- die Komponenten aus je einem Komponentenbehälter (22) von einer Pumpe (24) in einen Mischer (8) gepumpt und dort gemischt werden und dass

- von einer Steuerung (26) diese Volumenströme so gere gelt werden, dass sie die Komponenten dem Mischer (8) in einem bestimmten Verhältnis zuleiten, und dass

- der Druckverlust in der Leitung (10), zwischen einem Drucksensor (30) in einer der Komponentenzuleitungen (32) zum Mischer (8) und der Form (12), bestimmt wird und dass

- der Druck in der Komponentenzuleitung (32) von dem Drucksensor (30) gemessen und einer Steuerung (26) zu geleitet wird, die unter Berücksichtigung des bestimm ten Druckverlusts den Volumenstrom in der Komponenten zuleitung (32) des Drucksensors so regelt, dass die Pumpe (24) diese Komponente dem Drucksensor (30) in einem Druck zuleitet, der höchstens um den Druckver lust größer ist als Umgebungsdruck oder als ein ande rer bestimmter Druck, der in der Form nicht über schritten werden soll.

2. Vorrichtung zum Mischen von Kunststoff aus flüssigen Kom ponenten (4, 6) in einem Mischer (8) und zum Fördern durch eine Leitung (10), insbesondere zur Vakuum- Infusion, in eine Form (12) mit einem Druck unterhalb von Umgebungsdruck oder einem anderen bestimmten Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll, gekennzeich net durch - mindestens eine Pumpe (24), die eingerichtet ist, die Komponenten aus je einem Komponentenbehälter (22) in einen Mischer (8) zu pumpen, der eingerichtet ist, die Komponenten zu mischen, und durch

- eine Steuerung (26), die eingerichtet ist, diese Volu menströme so zu regeln, dass sie die Komponenten dem Mischer (8) in einem bestimmten Verhältnis zuleiten und durch

- eine Eingabe- und/oder Messeinrichtung des Druckver- lusts, zwischen einem Drucksensor (30) in einer der Komponentenzuleitungen (32) zum Mischer (8) und der Form (12), in der Leitung (10) und durch

- eine Steuerung (26), die eingerichtet ist, unter Be rücksichtigung des bestimmten Druckverlusts den Volu menstrom in der Komponentenzuleitung (32) des Druck sensors so zu regeln, dass diese Komponente dem Druck sensor (und von dort dem Mischer (8)) in einem vom Drucksensor (30) gemessenen Druck zugeleitet wird, der höchstens um den Druckverlust größer ist als Umge bungsdruck oder als ein anderer bestimmter Druck, der in der Form nicht überschritten werden soll.

3. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (10) einen Leitungsstrang (34) von dem Mischer (8) zu einem Leitungsverteiler (38) aufweist sowie mehrere Lokal- Leitungen (40), die von dort in die Form (12) führen.

4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckverlust- Anteil in den Lokalleitungen (40) der Druckverlust-Anteil in der am schwächsten mit Druckverlust-behafteten Lokal leitung bestimmt und beim Regeln der Pumpen (24) der Steuerung (26) zur Berücksichtigung gebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kompo- nenten (4, 6) im Komponentenbehälter (22) vor dem Durch führen des Verfahrens entgast wurde.

6. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (8) ein Mischkopf (28) mit einer Antriebseinrichtung (46) für einen dynamischen Mischereinsatz (50) ist.