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Die Erfindung betrifft eine vorkonfektionierte mehrlagige Deckanordnung zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils in einem unterdruckunterstützten Injektionsverfahren, die Deckanordnung aufweisend eine Dichtlage und eine Membranlage. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils aus wenigstens einem trockenen Faserhalbzeug und einem Matrixmaterial in einem unterdruckunterstützten Injektionsverfahren.
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Aus der
DE 100 13 409 C1 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen aus trockenen Faserverbund-Halbzeugen mittels eines Injektionsverfahrens zur Injektion von Matrix-Material mit den Schritten: Anordnen des Faserverbund-Halbzeugs auf einem Werkzeug, wobei an einer Oberfläche des Halbzeugs eine Fließhilfe angeordnet ist, Bildung eines ersten Raums mittels einer gasdurchlässigen und matrixmaterialundurchlässigen Membran zumindest einseitig um das Halbzeug herum, wobei in den ersten Raum Matrix-Material einführbar ist, Bildung eines am ersten Raum anliegenden zweiten Raums, der von der Umgebung mittels einer gas- und matrixmaterialundurchlässigen, gegenüber dem Werkzeug abgedichteten Folie abgegrenzt ist, Absaugen von Luft aus dem zweiten Raum, wodurch Matrix-Material aus dem Vorratsbehälter in den evakuierten ersten Raum gesaugt wird und die Fließhilfe eine Verteilung des Matrixmaterials über der dieser zugewandten Oberfläche des Halbzeugs und ein Eindringen desselben senkrecht in das Halbzeug bewirkt.
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Aus der
DE 201 02 569 U1 ist eine Anordnung bekannt zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff mittels Harzimprägnierung eines Faserhalbzeugs, umfassend eine Form; eine Vakuumfolie, mittels welcher ein Vakuumraum herstellbar ist, in welchem das Faserhalbzeug auf der Form positionierbar ist, wobei der Vakuumraum mit Unterdruck beaufschlagbar ist und eine Zuführungsvorrichtung für flüssiges Harz zu dem Faserhalbzeug, bei der Unterdruckbeaufschlagung und Temperatur bei der Harzimprägnierung so steuerbar und/oder regelbar sind, dass bezogen auf das flüssige Harz die Siedepunktkurve nicht überschritten wird.
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Aus der am 08.08.2014 angemeldeten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2014 111 358 6 ist eine mehrteilige Vakuumhaube bekannt zur Abdeckung von Fasermaterial bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils, wobei die Vakuumhaube aus einem flexiblen Material besteht oder ein flexibles Material aufweist und eine Mehrzahl von separaten Vakuumhaubensegmenten hat, die zusammengesetzt die mehrteilige Vakuumhaube zur Abdeckung des Fasermaterials bilden, wobei die Vakuumhaubensegmente zum miteinander lösbaren Verbinden in an den Vakuumhaubensegmenten vorgesehenen Verbindungsbereichen zur Bildung der zusammengesetzten, mehrteiligen Vakuumhaube ausgebildet sind.
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Aus der am 18.11.2014 angemeldeten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2014 116 848.8 ist ein Verfahren bekannt zum automatisierten Herstellen eines Vakuumaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils, welches durch Aushärten eines in ein Fasermaterial infundiertes Matrixmaterials unter Verwendung eines Vakuumaufbaus hergestellt wird, wobei eine Mehrzahl von unkonfektionierten Materiallagen für den Vakuumaufbau durch eine Materialbereitstellungseinrichtung bereitgestellt werden, wobei die Materiallagen automatisiert durch eine Fügevorrichtung zu einem vorkonfektionierten Vakuumaufbau lagenweise zusammengefügt werden, wobei vor, während oder nach dem Zusammenfügen die Materiallagen durch eine Schneidvorrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Geometriedaten konfektioniert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Deckanordnung baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer vorkonfektionierten mehrlagigen Deckanordnung zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils in einem unterdruckunterstützten Injektionsverfahren, die Deckanordnung aufweisend eine Dichtlage und eine Membranlage, bei der die Dichtlage und die Membranlage miteinander dicht verbunden sind und wenigstens einen Druckraum begrenzen.
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Die Deckanordnung kann dazu dienen, mit einem offenen Formwerkzeug einen Formraum zu begrenzen. Das Formwerkzeug kann eine Formfläche aufweisen. Die Formfläche kann gekrümmt sein. Die Formfläche kann zweidimensional gekrümmt sein. Die Formfläche kann dreidimensional gekrümmt sein. Die Formfläche kann mehrfach gekrümmt sein. Die Formfläche kann zumindest abschnittsweise positiv gekrümmt sein. Die Formfläche kann zumindest abschnittsweise negativ gekrümmt sein.
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Mithilfe der Deckanordnung können eine Formfläche des offenen Formwerkzeugs und ein daran abgelegtes trockenes Faserhalbzeug abdeckbar sein. Das Faserhalbzeug kann als Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Nähgewirke vorliegen. Das Faserhalbzeug kann organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Fasern können Filamente aufweisen. Die Filamente können zu Rovings zusammengefasst sein. Das Faserhalbzeug kann eine Textilie sein. Das Faserhalbzeug kann biegeschlaff sein. Das Faserhalbzeug kann konfektioniert sein. Ein Konfektionieren kann ein Zuschneiden, Zusammensetzen und/oder Fügen, wie Kleben, Schweißen und/oder Nähen, umfassen. Das Faserhalbzeug kann eine oder mehrere Lagen aufweisen. Das Faserhalbzeug kann mit einem Matrixmaterial infiltrierbar sein.
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Die Deckanordnung kann mit einem offenen Formwerkzeug dicht verbindbar sein, um einen Formraum zu bilden. Der Formraum kann mit einem Matrixmaterial befüllbar sein. Der Formraum kann unter Einwirkung von Überdruck und/oder von Unterdruck befüllbar sein. Das Befüllen des Formraums mit dem Matrixmaterial kann auch als Injizieren bezeichnet werden. Das Matrixmaterial kann thermoplastisch sein. Das Matrixmaterial kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Das Matrixmaterial kann duroplastisch sein. Das Matrixmaterial kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen. Das Matrixmaterial kann Benzoxaine aufweisen. Aus dem Formraum kann Gas, wie Luft und/oder Reaktionsgas, evakuierbar sein. Der Formraum kann über die Membranlage der Deckanordnung evakuierbar sein.
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Die Deckanordnung kann zur unmittelbaren Verwendung vorkonfektioniert sein. Die Deckanordnung kann zum Transport und/oder zur Lagerung und zur späteren Verwendung vorkonfektioniert sein. Die Deckanordnung kann endkonturnah vorkonfektioniert sein. Die Deckanordnung kann ablagegeometrienah vorkonfektioniert sein.
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Die Dichtlage kann gasdicht und matrixmaterialdicht sein. Die Membranlage kann bedingt gasdurchlässig und matrixmaterialdicht sein. Die Membranlage kann einen erhöhten Durchgangswiderstand für Gas aufweisen. Die Membranlage kann einen derartigen Durchgangswiderstand für Gas aufweisen, dass der wenigstens eine Druckraum mit einem Gas, insbesondere mit Luft, befüllt werden kann, um die Deckanordnung räumlich in eine vorbestimmte Form zu bringen und zumindest für eine vorgegebene Zeitdauer zu stabilisieren. Die Membranlage kann einen derartigen Durchgangswiderstand für Gas aufweisen, dass ein Gas, insbesondere Luft und/oder Reaktionsgas, aus einem zwischen einem Formwerkzeug und der Deckanordnung gebildeten Formraum evakuiert werden kann.
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Die Dichtlage kann einen Randabschnitt und einen Flächenabschnitt aufweisen. Die Membranlage kann einen Randabschnitt und einen Flächenabschnitt aufweisen. Die Dichtlage und die Membranlage können an ihren Randabschnitten miteinander dicht verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können an ihren Flächenabschnitten miteinander dicht verbunden sein.
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Die Dichtlage und die Membranlage können einen einzigen Druckraum begrenzen. Die Dichtlage und die Membranlage können mehrere Druckräume begrenzen. Mehrere Druckräume können voneinander gesondert sein. Mehrere Druckräume können miteinander kommunizierend verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können miteinander unmittelbar verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können miteinander mittelbar verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können miteinander mithilfe wenigstens eines Dichtelements verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können miteinander mithilfe eines Abdichtbands verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können stoffschlüssig verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können durch Kleben und/oder Schweißen verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können zumindest annähernd vollständig umlaufend verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können bis auf wenigstens einen Ein- /Auslasskanal vollständig umlaufend verbunden sein.
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Die Deckanordnung kann wenigstens einen Ein-/Auslasskanal zum Befüllen und/oder Evakuieren des wenigstens einen Druckraums aufweisen. Der wenigstens eine Ein-/Auslasskanal kann mithilfe eines Schlauchs gebildet sein.
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Die Dichtlage und/oder die Membranlage können/kann jeweils aus einem Teil oder aus mehreren miteinander verbundenen Teilen hergestellt sein. Wenigstens ein Teil der Dichtlage und/oder der Membranlage kann wenigstens einen Einschnitt oder wenigstens eine Falte aufweisen. Die Dichtlage und/oder die Membranlage können/kann wenigstens einen Fügeabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Fügeabschnitt kann dazu dienen, Teile der Dichtlage und/oder der Membranlage miteinander zu verbinden, wenigstens einen Einschnitt eines Teils der Dichtlage und/oder der Membranlage zu schließen und/oder wenigstens eine Falte eines Teils der Dichtlage und/oder der Membranlage festzulegen. An dem wenigstens einen Fügeabschnitt kann eine dichte Verbindung vorliegen. An dem wenigstens einen Fügeabschnitt kann eine stoffschlüssige Verbindung vorliegen. An dem wenigstens einen Fügeabschnitt kann eine Klebe- und/oder Schweißverbindung vorliegen. Die Dichtlage und die Membranlage können an dem wenigstens einen Fügeabschnitt miteinander verbunden sein. Die Dichtlage und die Membranlage können an dem wenigstens einen Fügeabschnitt miteinander unmittelbar oder mittelbar verbunden sein.
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Zwischen der Dichtlage und der Membranlage kann wenigstens ein Zugelement angeordnet sein. Das wenigstens eine Zugelement kann eine vorbestimme Länge aufweisen. Das wenigstens eine Zugelement kann an einer vorbestimmen Position angeordnet sein. Das wenigstens eine Zugelement kann an einem Fügeabschnitt angeordnet sein. Das wenigstens eine Zugelement kann zwischen Fügeabschnitten angeordnet sein. Zwischen der Dichtlage und der Membranlage können mehrere Zugelemente angeordnet sein. Die mehreren Zugelemente können jeweils eine vorbestimme Länge aufweisen. Die mehreren Zugelemente können jeweils an einer vorbestimmen Position angeordnet sein. Das wenigstens eine Zugelement kann biegeschlaff sein. Das wenigstens eine Zugelement kann ein Seil sein. Das wenigstens eine Zugelement kann ein Steg sein.
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Das wenigstens eine Zugelement kann zur Krafteinleitung bei einem Entfernen der Deckanordnung angeordnet sein. Das wenigstens eine Zugelement kann außenseitig über die Dichtlage heraus geführt sein. Mehrere Zugelemente können außenseitig der Dichtlage miteinander verbunden sein.
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Außenseitig der Membranlage kann wenigstens eine erste Hilfslage angeordnet sein. Die wenigstens eine erste Hilfslage kann zum Verteilen eines plastischen Matrixmaterials dienen. Das wenigstens eine Zugelement kann mit der wenigstens einen ersten Hilfslage zugkraftübertragend verbunden sein.
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Zwischen der Dichtlage und der Membranlage kann wenigstens eine zweite Hilfslage angeordnet sein. Die wenigstens eine zweite Hilfslage kann zur Luftverteilung dienen.
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Zwischen der Dichtlage und der Membranlage kann wenigstens ein Messaufnehmer angeordnet sein. Zwischen der Dichtlage und der Membranlage kann wenigstens eine Signalleitung, insbesondere Signalkabel, angeordnet sein. Der wenigstens eine Messaufnehmer und/oder die wenigstens eine Signalleitung können mit dem wenigstens einen Zugelement angeordnet sein.
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Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils aus wenigstens einem trockenen Faserhalbzeug und einem Matrixmaterial in einem unterdruckunterstützten Injektionsverfahren, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: Ablegen des wenigstens einen Faserhalbzeugs an einer Formfläche eines offenen Formwerkzeugs; Befüllen des wenigstens einen Druckraums einer derartigen Deckanordnung, um die Deckanordnung räumlich in eine vorbestimmte Form zu bringen und zu stabilisieren; Ablegen der in Form gebrachten und stabilisierten Deckanordnung an der Formfläche des Formwerkzeugs und dem daran abgelegten wenigstens einen Faserhalbzeug; dichtes Verbinden der Deckanordnung und des Formwerkzeugs, um einen Formraum zu bilden; Befüllen des Formraums mit dem Matrixmaterial.
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Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Raumfahrzeug sein. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein großflächiges Bauteil sein. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Rumpfteil eines Luftfahrzeugs sein. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Flügelteil eines Luftfahrzeugs sein.
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Das Verfahren kann zumindest teilweise automatisiert durchgeführt werden. Ein unterdruckunterstütztes Injektionsverfahren kann ein Verfahren sein, in dem Matrixmaterial mit Unterstützung eines Differenzdrucks in einen Formraum eingebracht wird. Dabei kann ein Unterdruck eine Saugwirkung und/oder ein Überdruck eine Schubwirkung bewirken.
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Das wenigstens eine Faserhalbzeug kann vor einem Ablegen an der Formfläche des Formwerkzeugs konfektioniert werden. Es können mehrere Faserhalbzeuge abgelegt werden. Mehrere Faserhalbzeuge können nacheinander abgelegt werden. Mehrere Faserhalbzeuge können nebeneinander abgelegt werden. Mehrere Faserhalbzeuge können zumindest abschnittsweise übereinander abgelegt werden. Mehrere Faserhalbzeuge können lagenweise abgelegt werden. Das wenigstens eine Faserhalbzeug kann in vorbestimmter Anordnung abgelegt werden.
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Die Deckanordnung kann unmittelbar nach ihrer Vorkonfektionierung zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils verwendet werden. Die Deckanordnung kann nach ihrer Vorkonfektionierung zunächst transportiert und/oder gelagert werden. Vor einem Transport und/oder vor einer Lagerung kann der wenigstens eine Druckraum der Deckanordnung evakuiert werden.
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Der Druckraum der Deckanordnung kann über den wenigstens einen Ein- /Auslasskanal befüllt werden. Der Druckraum der Deckanordnung kann zum Befüllen mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Der Druckraum der Deckanordnung kann zum Befüllen mit einem vorbestimmten Überdruck beaufschlagt werden. Der Druckraum der Deckanordnung kann nach dem Befüllen geschlossen werden. Der Druckraum der Deckanordnung kann „aufgeblasen” werden. Die vorbestimmte Form kann eine ablagegeometrienahe Form sein. Die Ablagegeometrie kann die Formfläche des Formwerkzeugs sein. Die vorbestimmte Form kann eine endkonturnahe Form sein. Die Endkontur kann eine Kontur eines fertigen Faserverbundwerkstoff-Bauteils sein. Die Deckanordnung kann zumindest soweit stabilisiert werden, dass ein prozesssicheres Ablegen ermöglicht ist.
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Die in Form gebrachte und stabilisierte Deckanordnung kann an der Formfläche des Formwerkzeugs und dem daran abgelegten wenigstens einen Faserhalbzeug abgelegt werden, ohne dass eine vorbestimmte Ablageanordnung des wenigstens einen Faserhalbzeugs gestört wird.
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Die Deckanordnung und das Formwerkzeug können miteinander mithilfe einer Dichtung verbunden werden. Die Deckanordnung und das Formwerkzeug können miteinander gasdicht und matrixmaterialdicht verbunden werden. Der Formraum kann wenigstens einen Einlass für Matrixmaterial aufweisen. Der Formraum kann wenigstens einen Auslass für Gas, wie Luft und/oder Reaktionsgas, aufweisen. Die Membranlage der Deckanordnung kann als Auslass dienen.
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Zum Befüllen des Formraums mit dem Matrixmaterial kann der Druckraum der Deckanordnung evakuiert werden. Über die Membranlage kann der Formraum evakuiert werden. Plastisches Matrixmaterial kann in den Formraum einströmen. Die Membranlage kann plastisches Matrixmaterial in dem Formraum zurückhalten. Luft und/oder Reaktionsgase können durch die Membranlage aus dem Formraum entweichen. Die Evakuierung kann solange erfolgen, bis das Faserhalbzeug zumindest annähernd vollständig mit Matrixmaterial infiltriert ist. Nach dem Befüllen des Formraums mit dem Matrixmaterial kann abgewartet werden, bis das Matrixmaterial verfestigt ist.
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Außerdem kann folgender Schritt durchgeführt werden: Messen wenigstens einer Messgröße während eines Herstellens des Faserverbundwerkstoff-Bauteils. Während eines Herstellens des Faserverbundwerkstoff-Bauteils kann ein Druck gemessen werden. Während eines Herstellens des Faserverbundwerkstoff-Bauteils kann eine Temperatur gemessen werden.
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Außerdem kann folgender Schritt durchgeführt werden: Einleiten einer Kraft in das wenigstens eine Zugelement, um die Deckanordnung zu entfernen. Nachfolgend kann das Faserverbundwerkstoff-Bauteil entnommen werden.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein produktionstechnisch optimierter, vorkonfektionierter Vakuumaufbau für CFK-Bauteile.
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Zur Infiltration/Herstellung der CFK-Bauteile kann ein Raum (Hilfsstoffe und Preform) unterhalb einer Vakuumfolie zu einer Werkzeugform evakuiert werden, somit auch zwischen Vakuumfolie und einer Membran. Durch spezielle Vorkonfektion bestehender Materialien kann eine Ablage deutlich erleichtert werden ohne prozessrelevante Funktionen zu beeinträchtigen. Die Hilfsstoffe Vakuumfolie und Membran können mit einem zusätzlichen Abdichtband geschickt gefügt werden, sodass zwischen beiden nicht nur evakuiert sondern auch bedruckt werden kann. Folie und Membran können als dicht gefügt und aktives bedruckt werden, sodass sich der Verbund aufweiten bzw. aufblähen kann. Zwei dicht gefügte Flächen können Zwischenfixierungen zur Regulierung einer Dicke eines entstehenden aufgeblähten Polsters aufweisen und Seilzüge zur räumlichen 3D-Formgebung, eine aktive Bedruckung kann über einen später benötigten Schlauchkanal erfolgen. Ein bedrucktes Lagenpaket kann somit formstabil sein und kann stabil gehandelt werden und ein präzises und positioniertes Ablegen kann ermöglicht sein. Vor der Bedruckung kann es klein verpackt gelagert werden. Die Folie und Membran (inkl. einer Zwischenlage Vakuumverteiler) können vorkonfektioniert werden, um eine Ablagegeometrie oder endkonturnahe 3D-Formgebung zu erreichen. Die Vorkonfektion kann flächig verteilt Fügestellen zwischen Folie und Membran beinhalten, sodass das Aufblähen durch Bedruckung definiert ist und Seilzüge, welche mit definierter Länge die 3D-Formung bestimmen. Die Vorkonfektion kann eine formstabile Ablage eines Hilfsstoffpakets ermöglichen, wodurch eine Ablagegenauigkeit- und -dauer und eine Werkzeugformbelegzeit stark reduziert werden. Die Vorteile können mit der Größe der Bauteile und der erschwerten Erreichbarkeit verstärkt wiegen. Bei der Vorkonfektion des Hilfsstoffpaketes können die Seilzüge so in die Hilfsstoffe integriert werden, dass sie des Weiteren bei einer späteren Entformung der Bauteile hilfreiche Lasteinleitung bieten. Dadurch kann das Bauteil einfacher und mit definierter Lasteinleitung entformt werden ohne Beschädigung der Bauteile. Des Weiteren können mit oder zu den Seilzügen weitere Funktionen integriert werden, beispielsweise indem Sensorik (Kabel, Sensoren, ...) in die Lagenpakete integriert werden. Somit kann eine positionierte Online-Qualitätsüberwachung und Sensorik während der Ablage, Infiltration und Aushärtung ermöglicht werden.
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Die Erfindung kann sich insbesondere durch folgende Merkmale auszeichnen: Vorkonfektionieren (luftdicht Fügen mit Abdichtband) von den Lagen Vakuumfolie und Membran (inkl. dazwischenliegendem Vakuumverteilermedium und Schlauchkanal) sodass Bedruckung möglich ist und ein formstabiles bedrucktes Hilfsstoffpaket entsteht; flächig verteilte Fügestellen, sodass die Bedruckung ein definiertes Aufblähen der zwei Lagen erreicht; Abgelängte Seilzüge für die konturnahe 3D-Formgebung bei der Bedruckung; Seilzüge, welche bis in ein Harzverteilermedium integriert sind für eine spätere zusätzliche Funktion als Lasteinleitung bei der Entformung; Integration von Sensorik/Leitungen beim Vorkonfektionieren mit den Seilzügen.
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Mit der Erfindung wird ein Ablegen insbesondere einer großflächigen Deckanordnung erleichtert. Ein unbeabsichtigtes Verschieben eines bereits positionsgenau abgelegten Faserhalbzeugs wird vermieden. Eine Automatisierbarkeit wird verbessert oder ermöglicht. Ein Aufwand wird reduziert. Ein Infrastrukturaufwand wird reduziert. Eine Bauteilqualität wird erhöht. Eine Prozesssicherheit wird erhöht. Ein manueller Arbeitsanteil ist reduzierbar. Ein Entfernen einer Deckanordnung wird erleichtert. Ein Transport der Deckanordnung wird erleichtert. Ein Lagern der Deckanordnung wird erleichtert.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
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1 zeigt schematisch und beispielhaft ein Formwerkzeug und eine vorkonfektionierte mehrlagige Deckanordnung zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils in einem unterdruckunterstützten Injektionsverfahren.
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Das Formwerkzeug 100 weist vorliegend eine nach oben offene schalenartige Form mit einer Formfläche 102 auf.
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Die Deckanordnung 104 weist eine Dichtlage 106, eine Hilfslage 108, eine Membranlage 110 und eine Hilfslage 112 auf. Die Membranlage 110 ist dem Formwerkzeug 100 zugewandt. Die Dichtlage 106 ist von dem Formwerkzeug 100 abgewandt. Die Deckanordnung 104 weist einen umlaufenden Randabschnitt 114 und einen innenseitig des Randabschnitts 114 liegenden Flächenabschnitt 116 auf.
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Die Dichtlage 106 und die Membranlage 110 sind miteinander an dem Randabschnitt 114 dicht verbunden und begrenzen einen Druckraum 118. Die Dichtlage 106 und die Membranlage 110 können miteinander unmittelbar oder mittelbar mithilfe einer Dichtung 120 verbunden sein.
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Die Deckanordnung weist einen schlauchartigen Ein-/Auslasskanal 122 zum Befüllen und/oder Evakuieren des Druckraums 118 auf. Der Ein-/Auslasskanal 122 ist vorliegend durch die Dichtung 120 hindurch geführt.
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An dem Flächenabschnitt 116 erstrecken sich zwischen der Dichtlage 106 und der Membranlage 110 Zugelemente, wie 124. Die Zugelemente 124 sind jeweils einerseits mit der Dichtlage 106 und andererseits mit der Membranlage 110 zugfest verbunden, sind jeweils an vorbestimmen Position angeordnet und weisen jeweils eine vorbestimme Länge zwischen der Dichtlage 106 und der Membranlage 110 auf. Vorliegend dienen als Zugelemente 124 Stege, wie 126, sowie Seile, wie 128. Die Stege 126 sind beispielsweise aus dem Material der Dichtlage 106 oder dem Material der Membranlage 110 hergestellt. Die Stege 126 sind perforiert, um für Luft und/oder Reaktionsgase durchlässig zu sein.
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Die Hilfslage 108 ist zwischen der Dichtlage 106 und der Membranlage 110 in dem Druckraum 118 angeordnet und dient zur Luftverteilung. Die Hilfslage 108 unterstützt eine flächige Verteilung von über den Ein-/Auslasskanal 122 einströmender und/oder aus dem Ein-/Auslasskanal 122 ausströmender Luft über die Membranlage 110.
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Die Hilfslage 112 ist außenseitig der Membranlage 110 dem Formwerkzeug 100 zugewandt angeordnet. Die Hilfslage 112 dient zum Verteilen eines plastischen Matrixmaterials. Die Seile 128 sind mit ihren Enden durch die Membranlage 110 hindurch zur Hilfslage 112 geführt und mit der Hilfslage 112 zugfest verbunden. Die anderen Enden der Seile 128 sind durch die Dichtlage hindurch nach außen geführt und vorliegend miteinander verbunden.
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Zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils werden an der Formfläche 102 des Formwerkzeugs 100 mehrere Lagen eines konfektionierten trockenen Faserhalbzeugs 130 abgelegt. Der Druckraum 118 der Deckanordnung 104 wird befüllt, um die Deckanordnung 104 räumlich in Form zu bringen und zu stabilisieren. Dabei werden die Dichtlage 106 und die Membranlage 110 aufgespannt und die Zugelemente 124 begrenzen an ihren jeweiligen Positionen unter Zugbeanspruchung einen maximalen Abstand zwischen Dichtlage 106 und Membranlage 110. Nachfolgend wird die in Form gebrachte und stabilisierte Deckanordnung 104 an der Formfläche 102 des Formwerkzeugs 100 und dem daran abgelegten Faserhalbzeug 130 abgelegt und die Deckanordnung 104 wird mit dem Formwerkzeug 100 dicht verbunden, wobei ein Formraum 132 gebildet wird. Nachfolgend wird der Druckraum 118 der Deckanordnung 104 evakuiert. Damit wird aufgrund der Gasdurchlässigkeit der Membranlage 110 auch der Formraum 132 mit Unterdruck beaufschlagt und plastisches Matrixmaterial strömt in den Formraum 132 ein. Nach einer vollständigen Infiltration des Faserhalbzeugs 130 mit Matrixmaterial und einer ausreichenden Verfestigung wird die Deckanordnung 104 entfernt. Dabei wirkt eine Zugkraft über die Seile 128 auf die Hilfslage 112. Nachfolgend wird das Faserverbundwerkstoff-Bauteil entnommen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Formwerkzeug
- 102
- Formfläche
- 104
- Deckanordnung
- 106
- Dichtlage
- 108
- Hilfslage
- 110
- Membranlage
- 112
- Hilfslage
- 114
- Randabschnitt
- 116
- Flächenabschnitt
- 118
- Druckraum
- 120
- Dichtung
- 122
- Ein-/Auslasskanal
- 124
- Zugelement
- 126
- Steg
- 128
- Seil
- 130
- Faserhalbzeug
- 132
- Formraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10013409 C1 [0002]
- DE 20102569 U1 [0003]
- DE 1020141113586 [0004]
- DE 102014116848 [0005]