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WO2019077017A1 - Verfahren und vorrichtung zum konsolidieren von faserverbundstrukturen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum konsolidieren von faserverbundstrukturen Download PDF

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WO2019077017A1
WO2019077017A1 PCT/EP2018/078481 EP2018078481W WO2019077017A1 WO 2019077017 A1 WO2019077017 A1 WO 2019077017A1 EP 2018078481 W EP2018078481 W EP 2018078481W WO 2019077017 A1 WO2019077017 A1 WO 2019077017A1
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WO
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cover
chamber
fiber composite
composite structure
pad
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PCT/EP2018/078481
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French (fr)
Inventor
Matthias Graf
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Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Original Assignee
Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
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Publication date
Application filed by Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau filed Critical Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
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    • B29C2035/0855—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using microwave

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for the
  • fiber reinforced components are now predominantly textile fiber semi-finished products such as fiber or fiber fabric, which are partially or completely impregnated with a matrix.
  • fiber webs can also be infiltrated with powdered plastic or produced from a blended yarn with a proportion of thermoplastic fibers whose thermoplastic fraction is melted during further processing and forms the matrix.
  • the matrix of fiber-reinforced plastics has the task of high-strength fibers
  • On matrix materials can basically materials from the groups of Thermoplastics and possibly additional elasticizing components, such as elastomers, are used, which vary in the strength, the maximum elongation, the
  • blanks are produced, for example, in a cutting process, which usually fully lined the formed component.
  • continuous fiber-reinforced components can also be processed using fiber or tape-laying methods that have become known in a much lower-waste or
  • tape in the context is preferably meant any type of web-shaped material, in particular a prepreg material having, for example, a width between 30 and 200 mm, which is suitable for being deposited by means of a tape-laying device Yarns (rovings), fiber fabrics and / or fiber fabrics, which are impregnated with a matrix, for example a thermoplastic matrix, partially or completely impregnated, in particular preimpregnated.
  • a prepreg material having, for example, a width between 30 and 200 mm, which is suitable for being deposited by means of a tape-laying device Yarns (rovings), fiber fabrics and / or fiber fabrics, which are impregnated with a matrix, for example a thermoplastic matrix, partially or completely impregnated, in particular preimpregnated.
  • Fibers are, in particular, carbon fibers, but are equally applicable to glass fibers or other, in particular artificially produced, fibers or also natural fibers
  • tape-laying devices in particular so-called fiber-placement devices peel off a bobbin or roll, cut to length and place on a laying table or a tapestry already laid on the laying table.With the laying of a tape strip this is connected pointwise with the underlying tape layer over a number of ultrasonic welding heads
  • Tapelegevorraumen are for example from the
  • FIG. 1 An exemplary method for consolidating fiber composite structures with thermoplastic and / or thermoelastic polymers is known from the document DE 10 2014 004 053 A1.
  • a fiber composite structure 1 to be consolidated on a rigid base 2, as well as to place a rigid cover 3 on the fiber composite structure 1 so that the fiber composite structure 1 is in a space between the base 2 and the cover 3 is located.
  • the side is the
  • radiation sources 4 are provided, which are arranged above or below the cover 3 and the base 2 and which generate electromagnetic radiation, in particular infrared radiation.
  • the cover 3 and the base 2 are permeable to the electromagnetic radiation generated by the radiation sources 4, so that the electromagnetic radiation can be coupled through the base 2 and the cover 3 into the fiber composite structure 1.
  • the fiber composite structure 1 is irradiated by the underlay 2 and the cover 3 with the electromagnetic radiation in order to convert the impregnating polymer in a plasticized, molten state.
  • the space between the pad 2 and the cover 3 by means of a merging into a gap in the space
  • Pipe socket 6 connected vacuum pump (not shown), evacuated, so that as a result of the top of the cover 3 (or at least partially from below on the pad 2) acting ambient pressure, the fiber composite structure
  • An advantage of this method is the low required technical equipment effort, in particular the renunciation of pressing tools or the like, so that the process can be implemented easily and inexpensively.
  • the method allows direct heating of the fiber composite structure 1, without it being necessary, for example, to heat large pressing tools, which makes the method very energy-efficient and therefore cost-effective in operation.
  • this method has the potential for air pockets when closing the cover and backing, or air pockets forming during the compression and consolidation within the fiber composite structure, resulting in the formation of voids in the consolidated laminate.
  • Fiber composite structure provided, but since the fiber composite structure between the pad and the cover is pressed, it may happen that a
  • Air entrainment and / or pores to consolidate a laminate thus making it possible to form a laminate with a perfect, homogeneous surface and with.
  • thermoelastic polymer comprising arranging the
  • Composite structure between a plate-shaped pad and a plate-shaped cover wherein the cover is sealed by a sealing element with respect to the pad displaceable against the pad, creating a negative pressure in the space between the pad and the cover, and heating the fiber composite structure by electromagnetic radiation at least up to the range of the melting temperature of the at least a thermoplastic and / or thermoelastic polymer, wherein the fiber composite structure is pressed between the cover and the substrate under the effect of the ambient pressure pressing the cover against the substrate.
  • the method further comprises: inserting the cover and pad assembly with the fiber composite structure therebetween into a vacuum chamber means, the vacuum chamber means forming at least one chamber which at least partially seals the cover and / or pad against the environment, creating a negative pressure in the at least one a chamber before and / or simultaneously with generating the negative pressure in the space after the negative pressure in the space has reached a target pressure, reducing the negative pressure in the at least one chamber while maintaining the negative pressure in the gap, and after reducing the negative pressure in the at least one chamber, removing the arrangement of cover and pad with the arranged therebetween
  • Fiber composite structure from the vacuum chamber device Fiber composite structure from the vacuum chamber device.
  • the pressing and consolidating takes place
  • Fiber composite structure therefore not simultaneously with the evacuation of the gap, as is done for example in the explained with reference to FIG. 1 method. Rather, the gap can first be evacuated without any compression of the fiber composite structure. This is achieved by the arrangement of cover and pad is placed with the interposed fiber composite structure in the vacuum chamber means, and of the
  • Vacuum chamber device formed (s) chamber (s) are also evacuated, namely zeitgeich with or (partially) in time before the evacuation of the gap. Due to the resulting negative pressure state in the / the chamber (s) of the vacuum device is prevented so that a pressure difference at the
  • Fiber composite structure trapped air can thus easier from the
  • Fiber composite structure was vented, the negative pressure in / in the
  • Chamber (s) of the vacuum chamber device degraded for example, by air from the environment with the prevailing ambient pressure in the chamber (s) of the vacuum chamber device is flowed, while maintaining the prevailing in the space vacuum state is maintained.
  • the cover and pad assembly may be removed from the vacuum chamber assembly while still maintaining vacuum in the space to be placed in the range of radiation sources for heating the fiber composite structure where the fiber composite structure is heated to the melting temperature of the polymer under the action of the cover pressing against the pad
  • Vacuum chamber device is made to allow the simplest possible handling of the process. Alternatively, it is also conceivable to heat the
  • the cover is initially spaced above the vacuum chamber means.
  • Fiber composite structure positioned.
  • the cover and / or the base are preferably designed as a radiation-transparent element or comprise these, in particular formed as a glass plate or a glass ceramic plate or include these.
  • the cover and / or the underlay should in particular be designed to be transparent for UV radiation, infrared radiation, laser radiation and / or microwave radiation.
  • the vacuum chamber means may preferably comprise a first chamber cover on which the pad may be positioned such that the first vacuum chamber cover extends below the pad, forming a first chamber between the first chamber cover and the pad, further comprising a seal between the first chamber cover and the pad is provided, in particular a sealing element to seal the first chamber to the environment, and more preferably a passage is provided, in particular a pipe section, which allows to connect the chamber with a vacuum pump for generating the negative pressure in the first Chamber.
  • the sealing element provided between the base and the cover encloses a first active area
  • the sealing element provided between the first chamber cover and the cover encloses a second active area
  • the second effective area is larger than the first effective area.
  • the vacuum chamber device a second
  • a chamber cover which can be positioned on the cover, so that the second chamber cover extends above the cover, wherein a second chamber between the second chamber cover and the cover is formed, wherein further a seal between the second Kammerabd corner and the cover is provided, in particular a
  • Sealing element to seal the second chamber to the environment, and more preferably a passage is provided, in particular a
  • Pipe section which allows to connect the chamber with a vacuum pump for generating the negative pressure in the second chamber.
  • the sealing element provided between the base and the cover encloses a first active area
  • the sealing element provided between the first chamber cover and the base encloses a second active area
  • the second effective area is larger than the first
  • Effective area is. Particularly preferably, it can be provided that the second active area is greater than the first effective area by an amount that is dimensioned for a given pressure state upon partial or complete evacuation of the gap and the chamber formed between the first chamber cover and the pad is, results in a resultant force, which is preferably directed away from the fiber composite structure.
  • the sealing element provided between the base and the cover encloses a first active area
  • the sealing element provided between the second chamber cover and the cover encloses a second active area
  • the second effective area is larger than the first effective area.
  • the second effective area is greater than the first effective area by an amount which is such that for a given pressure state upon partial or complete evacuation of the gap and the chamber formed between the second chamber cover and the cover is a resultant force which compensates for the weight force exerted by the cover.
  • first chamber cover and the second chamber cover are kept at a predefined distance from one another during the generation of a negative pressure in the chambers. This can be particularly preferably carried out by appropriately sized bolts or spacers formed and between the first
  • Chamber cover and the second chamber cover are arranged, which support the second chamber cover on and opposite the first chamber cover.
  • retaining elements may be provided which respectively hold the first and second chamber covers in a predetermined position relative to, for example, a device frame and indirectly hold the first and second chamber covers relative to each other in position and at a predetermined distance.
  • the vacuum chamber means may be formed as a vacuum housing into which the cover and pad assembly with the fiber composite structure interposed therebetween may be inserted, the vacuum housing forming a chamber surrounding the inserted cover and pad assembly with the fiber composite structure therebetween. wherein more preferably a passage is provided, in particular a pipe section, which allows to connect the chamber with a vacuum pump for generating the negative pressure in the chamber.
  • the seal can be carried out in each case by means of a sealing element, in particular an elastic ring seal.
  • the intermediate space and the at least one chamber can each be connected to a same vacuum pump.
  • separate vacuum pumps may be provided for the intermediate space and the at least one chamber, more preferably the vacuum pumps being controlled and / or operated such that the pressure in the at least one chamber is less than the pressure in the intermediate space, in particular at least 1 mbar. 2 mbar, 5 mbar or 10 mbar is less than the pressure in the intermediate space.
  • thermoelastic polymer comprising a plate-shaped pad; a plate-shaped cover; a sealing member for displaceably sealing the cover with respect to the pad; at least one radiation source for Generation of electromagnetic radiation for heating the
  • Fiber composite structure by means of electromagnetic radiation at least up to the range of the melting temperature of the at least one thermoplastic and / or thermoelastic polymer; and a vacuum pump for generating a
  • the apparatus further comprises a vacuum chamber device into which the cover and pad assembly with the fiber composite structure interposed therebetween may be inserted, the vacuum chamber device forming at least one chamber sealing the cover and / or pad against the environment, the device being operable is in the at least one chamber before and / or simultaneously with the generation of the negative pressure in the
  • the device may preferably be suitable for carrying out a method as described above.
  • Fiber composite structure occupied record or the base to
  • the cover and pad assembly with the fiber composite structure interposed therebetween into the vacuum chamber means to introduce, in the at least one chamber and in the intermediate space to generate the negative pressure, after reaching a Ziei umans in the intermediate space, the negative pressure in the at least one chamber below
  • To move vacuum chamber means to move the base and the cover with the interposed fiber composite structure to the heating station, in the heating station, the fiber composite structure by means of the at least one radiation source at least up to the range of the melting temperature of the at least one
  • thermoplastic and / or thermoelastic polymer wherein the vacuum in the space consolidates the softened fiber composite structure between the cover and the substrate; after consolidation, the underlay and the cover with the more consolidated one placed between them
  • the cooling station can have a first and a second cooling plate, wherein for cooling the arrangement of base, cover and the fiber composite structure placed therebetween can be arranged on the first cooling plate and the second cooling plate can be lowered onto the arrangement of base, cover and the interposed fiber composite structure can. Due to the direct contact with the cooling plates can be a good heat conduction and thus an efficient
  • the first and the second cooling plate can work as press plates of a press, in this way, a predetermined pressing pressure on the arrangement of pad, cover and placed therebetween
  • Said system is preferably arranged to carry out a method as described above.
  • Fig. 1 shows a method for consolidating a
  • FIGS. 2A to 2D show an apparatus and method for consolidating a fiber composite structure according to a first embodiment
  • Fig. 3 shows an apparatus for consolidating a
  • Fiber composite structure according to a second embodiment
  • Fig. 4 shows an apparatus for consolidating a
  • Figs. 5A to 5B are explanatory of the effect of different ones of Figs.
  • FIGS. 2A to 2D a method for consolidating a fiber composite structure 10 according to a first preferred embodiment will be described
  • a fiber composite structure 10 pre-impregnated with thermoplastic or thermoelastic polymers or staggered with such polymers in the solid, dissolved or deposited state is formed on one
  • a plate-shaped pad 20 is arranged.
  • the pad 20 and the cover 30 are each formed of a permeable to electromagnetic radiation, in particular infrared radiation, and heat-resistant material.
  • the base 20 and the cover 30 are each formed as plates made of glass or a glass ceramic.
  • the cover 30 and the pad 20 may each be formed as rectangular glass plates having a width of 500 mm, 1000 mm, 1500 mm, 2000 mm or more, and a length of 1000 mm, 1500 mm, 2000 mm, 2500 mm or more ,
  • the thickness of the glass plate may be, for example, 2 mm, 3 mm, 5 mm or more.
  • FIG. 2A shows by way of example that two support frame elements 21 and 31 are respectively arranged on the cover 30 and the base 20.
  • lateral projections, recesses or the like may be provided on the support frame 31, which allow corresponding hooks or other holding elements (not shown) Support frame 31, and thus the
  • Cover 30 can engage. If a glass plate is used in each case for the cover 30 and / or the base 20, the glass plate can be firmly connected, for example, by gluing to the corresponding support elements 21, 31. Other types of attachment, such as screwing, or terminals in a groove, which is provided in a support member 21, 31, and which includes the glass plate on both sides and jammed, are also conceivable.
  • Fig. 2A also designed as a pipe section 61 passage is shown, which extends through the support member 31 therethrough.
  • this pipe section 61 can, as described in more detail below, the
  • the cover 30 can be placed directly on the base 20, or arranged on the base 20 fiber composite structure 10. However, preference may be given Support elements (not shown) are provided, for example in the form of elastically compressible spacers, as dimensioned accordingly
  • the assembly of pad 20, cover 30, and fiber composite structure 10 disposed therebetween may be placed in a vacuum chamber as shown with reference to FIG. 2B.
  • the vacuum chamber device is formed by a first chamber cover 40 and a second chamber cover 50.
  • the first chamber cover 40 extends below the base 20, wherein the base 20 and the support frame member 21 of the pad 20 rests on the first chamber cover 40, so that a first chamber K1 between the first chamber cover 40 and the pad 20 is formed.
  • Sealing element 41 is provided, which is arranged between the first chamber cover 40 and the base 20 and the support frame member 21 of the base 20 to seal the first chamber K1 from the environment.
  • the second chamber cover 50 extends above the cover 30, with the second chamber cover 50 resting on the cover 30 and the support frame member 31 of the cover 30, respectively, so that a second chamber K2 is formed between the second chamber cover 50 and the cover 30.
  • Sealing member 51 is provided, which is disposed between the second chamber cover 50 and the cover 30 and the support frame member 31 of the cover 30 to seal the second chamber K2 from the environment.
  • the first and second chamber covers 40, 50 may each be formed as steel or aluminum plates.
  • Spacer elements are provided, which may be formed, for example, as appropriately sized bolts or spacers and arranged along the lateral periphery of the chamber cover 50, which support the second chamber cover 50 and against the first chamber cover 40. Other forms of support and / or retention of the chamber cover 50 with respect to the chamber cover 40 are also possible.
  • the pipe section 61 is connected to a vacuum pump 65 via a valve V1 and via another pipe section 64.
  • a valve V1 Through the first and second chamber covers 40, 50 through passages are also formed as a pipe sections 62, 63, which are also connected via respective valves V2, V3 to the pipe section 64 and via this with the vacuum pump 65.
  • the pipe sections 62, 63 can each be brought into communication with the ambient air via further valves V4, V5.
  • valves V4, V5 are or are closed at this stage, and the valves V1 to V3 are closed to evacuate and exhaust the air contained in the space Z and those in the chambers K1 and K2 through the vacuum pump 65, respectively.
  • the valves V1 to V3 are closed to evacuate and exhaust the air contained in the space Z and those in the chambers K1 and K2 through the vacuum pump 65, respectively.
  • Gap Z is generated in this way a negative pressure state.
  • the chamber covers 40, 50 Due to the stable design of the chamber covers 40, 50 as steel or aluminum plates, these can withstand the outside pressure alone attacking ambient, without deforming.
  • the support and / or support of the second chamber cover 50 with respect to the first chamber cover 40 further prevents the second chamber cover 50 is moved relative to the first chamber cover 40 and pressed onto it. It therefore does not come to one
  • Pipe sections 61, 62, 63, 64 is in communication with the chambers K1 and K2, is formed in the intermediate space Z and in the chambers K1 and K2 each a negative pressure state with substantially the same pressure. It will therefore not be one of the chamber K1 in the direction of the fiber composite structure 10 directed surface pressure is exerted on the substrate 20, and there is no directed from the chamber K2 in the direction of the fiber composite structure 10 surface pressure on the cover 30 is applied.
  • Essentially non-porous laminate can be consolidated.
  • a desired negative pressure state for example a desired target pressure of 10 mbar or 5 mbar
  • the valves V2 and V3 are closed, so that the pipe sections 62, 63 are separated from the vacuum pump 65.
  • the valves V4, V5 are opened to allow air from the environment to flow into the chambers K1 and K2. Consequently, in the chambers K1 and K2, a pressure level is established which corresponds to the atmospheric pressure of the environment, and a corresponding pressure difference results to the intermediate space Z, which is still in negative pressure.
  • the air pressure prevailing in the chamber K1 exerts a force on the base 20 and the air pressure prevailing in the chamber K2 exerts a force on the cover 30, so that the cover 30 is moved relative to the base 20 and the
  • Fiber composite structure 10 between the cover 30 and the pad 20 is pressed and compressed, as symbolized in Fig. 2C.
  • the arrangement of the base 20, cover 30 and fiber composite structure 10 arranged therebetween can, while the negative pressure in the space Z continues to exist, escape from the
  • Vacuum chamber means are removed and arranged in the region of radiation sources 14 for heating the fiber composite structure 10, as shown in Fig. 2D.
  • radiation sources 14 may be provided, which are arranged above the cover 30 and below the base 20, and which are adapted to electromagnetic radiation for heating the
  • the radiation sources 14 are preferably designed as infrared light sources.
  • the radiation source 14 arranged below the base 20 may optionally also be arranged in the support structure (not shown) for the base 20.
  • the radiation sources 14 are designed as area radiators, which irradiate the cover 30 and / or the base 20 substantially over the whole area and with substantially the same area-related radiation density.
  • the polymer contained in the fiber composite structure 10 is now molten and can, under the influence of the compressive pressure of the cover 30 and pad 20, flow into any remaining cavities and fill them. After compressed in this way, the fiber composite structure 10 and a
  • Laminate also referred to as Tailored Blank
  • the cover 30 can be opened. This can be done easily by the vacuum or the negative pressure in the
  • the method may preferably be carried out in a plant (not shown) for consolidating a fiber composite structure 10 having a loading / unloading station, a heating station and a cooling station.
  • the underlay 20 can be made accessible, for example, to an operator so that the operator can place a fiber composite structure 10, such as a tape-laying tape laying method, on the underlay 20.
  • the cover 30 is placed on or above the support 20 via a support provided in the system, which can engage the support frame of the cover 30, for example, so that the fiber composite structure 10 as described above with reference to FIG. 2A continues to be described by means of the sealing device 15 sealed gap Z is located.
  • the backing 20 may then be moved, together with the fiber composite structure 10 thereon and the cover 30 also disposed above, to the heating station where the fiber composite structure 10 of FIG
  • Radiation sources 14 is irradiated and heated, for example, to a temperature in the range between 200 and 400 ° C, depending on the impregnating polymer until the core of the fiber composite structure 10 is molten.
  • a lifting table is arranged, which is preferably formed with a flat table surface to lift the pad 20 from a (not shown) conveyor, which ensures the transport in the system, and so in a well-defined To spend position.
  • Fiber composite structure 10 moves to the cooling station.
  • a first cooling plate for example in the form of a cooling table, can be provided, on which the base 20 is deposited, or which can be lifted to be brought into contact with the base 20.
  • a second cooling plate may be provided, which from above in contact with the
  • the first cooling plate or cooling table may lift the pad 20 until the cover 30 is brought into contact with the second cooling plate.
  • the cover 30 and the base 20, and indirectly the fiber composite structure 10 are cooled, for example, until the fiber composite structure 10 is cooled in the core to a temperature below 150 ° C, preferably below 100 C and the impregnating polymer solidifies.
  • the first and the second cooling plate can work as press plates of a press, in such a way to exert a predetermined pressing pressure on the arrangement of base 20, cover 30 and the fiber composite structure 10 placed therebetween.
  • a press in such a way to exert a predetermined pressing pressure on the arrangement of base 20, cover 30 and the fiber composite structure 10 placed therebetween.
  • the entirety of the base 20, cover 30 and fiber composite structure 10 pressed therebetween can be moved to the loading / unloading station, in which the cover 30 can be lifted and the operator can remove the fiber composite structure 10 that has been finished to form the laminate.
  • stop pieces (not shown) between the cover 30 and the pad 20 and / or between the corresponding
  • the stop pieces are sized in height according to the target thickness of the consolidated fiber composite structure 10.
  • the stop pieces can be made for example of a metal.
  • the stop pieces are preferably formed from a temperature-resistant plastic material, in particular with low specific heat capacity. This has the advantage that these stop pieces also cool rapidly when cooling the fiber composite structure 10 and it does not come to an effect that the
  • the sealing elements 41, 51 which seal the chambers K1, K2, are placed further outward than the sealing element 15, which seals the gap Z.
  • the pressure state prevailing in the intermediate space Z acts on a relatively smaller area, namely the area delimited by the sealing element 15 lying further inside, than the pressure state prevailing in the chambers K1, K2 (in particular with the same pressure) each acts on the surface which acts from the further outwardly disposed sealing elements 41, 51.
  • On the respective outer surface of the sealing elements 15, 41, 51 acts according to the ambient pressure. This will be explained in more detail with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • FIGS. 5A and 5B schematically show a sealing member 51 positioned on the cover 30 (more specifically, between the cover 30 and the second chamber cover 50, not shown in FIGS. 5A, 5B) to provide a circumferential seal.
  • FIG. 5A shows a schematic view from the side
  • Fig. 5B is a schematic top view.
  • the enclosed by the sealing element 51 surface should be referred to here as the effective area W2.
  • Effective area W2 corresponds to the areal extent of the chamber K2 in which the reduced pressure P R prevails during evacuation.
  • the effective area W2 is the area over which the reduced pressure P R in the chamber K2 acts on the cover 30.
  • a sealing member 15 positioned below the cover 30 (more specifically, between the cover 30 and the backing 20, not shown in Figs. 5A, 5B) to provide a circumferential seal.
  • the enclosed by the sealing element 15 surface should be referred to here as the effective area WZ.
  • This effective area WZ corresponds to the areal extent of the
  • the effective area WZ is the area over which the reduced pressure P R in the gap Z acts on the cover 30.
  • F res F G + W 2 * P R + (A-W 2) * Pu - WZ * P R - (A-WZ) * Pu
  • the resulting force F res is thus determined only by the area difference of the active surfaces. If the difference W2-WZ as AW and the difference between
  • AW can be determined as:
  • Cover 30 is pressed away from the fiber composite structure 10 away.
  • a corresponding embodiment can advantageously according to also be provided with respect to the sealing element 41 between the first chamber cover 40 and the pad 20.
  • Effective area difference AW it can be achieved that acts on the cover 30 and the pad 20 respectively due to the different surface pressure forces a resultant force F res , which pushes the cover 30 and the pad 20 respectively away from the fiber composite structure 10 and thus additionally counteracts compression , This is advantageous because this way an improved
  • Extraction of trapped air from the fiber composite structure 10 can be achieved.
  • vacuum pump 65 which is connected to the
  • Gap Z is connected and this sucks, and a second vacuum pump 65, which is connected to the chambers K1 and K2 and sucks them together. It is also conceivable to provide a separate vacuum pump 65 for each of the chambers K1, K2.
  • the different vacuum pumps 65 can now advantageously be operated, in particular controlled and / or regulated, so that different pressure states occur in the intermediate space Z and the chambers K1, K2. In particular, it can be specified, for example, that the pressure in the intermediate space Z is at least 1 mbar, 2 mbar, 5 mbar or 10 mbar greater than the pressure in the chambers K1, K2.
  • the underlay 20 can preferably be formed with a greater material thickness, for example at least twice as thick as the cover 30, and / or with a minimum thickness depending on the material used and the surface of the underlay 20, with sufficient rigidity against bending to achieve due to the vacuum to be produced in the intermediate space Z.
  • provision may be made to provide a vacuum housing 67 into which the pad 20 and the cover 30 are completely inserted such that the vacuum housing 67 is the cover 30, pad 20 assembly and interposed fiber composite structure 10 completely enveloped.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur (10) mit zumindest einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer angegeben, umfassend Anordnen der Faserverbundstruktur (10) zwischen einer plattenförmigen Unterlage (20) und einer plattenförmigen Abdeckung (30), Erwärmen der Faserverbundstruktur (10) bis in den Bereich der Schmelztemperatur des Polymers, und Erzeugen eines Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) zwischen der Unterlage (20) und der Abdeckung (30), so dass der Umgebungsdruck die Abdeckung (30) gegen die Unterlage (20) drückt und die Faserverbundstruktur (10) zwischen der Abdeckung (30) und der Unterlage (20) verpresst wird. Das Verfahren umfasst weiter die Schritte: Einbringen der Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) in eine Vakuumkammereinrichtung, welche zumindest eine Kammer (K1, K2, K3) ausbildet, Erzeugen eines Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1, K2, K3) vor und/oder gleichzeitig mit dem Erzeugen des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z), nachdem Erreichen eines Solldrucks im Zwischenraum (Z), Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1, K2, K3) unter Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) und Entnehmen der Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) aus der Vakuumkammereinrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Konsolidieren von Faserverbundstrukturen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Konsolidieren von Faserverbundstrukturen für beispielsweise Automobiibauteile.
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der
Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes
Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium. Die automatisierbare Herstellung der P reform stellt eine Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur
Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteiiquaiität dar. Aber auch bei sogenannten Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser-Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende
Produktivität erreicht werden soll.
Zur Hersteilung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Faser-Halbzeuge wie Fasergewebe oder Fasergelege, welche mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägniert sind. Ferner können Fasergewebe auch mit pulverförmigen Kunststoff infiltriert werden oder aus einem Mischgarn mit einem Anteil an thermoplastischen Fasern hergestellt werden, deren thermoplastischer Anteil bei der weiteren Verarbeitung aufgeschmolzen wird und die Matrix bildet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern
einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen
(Sperrfunktion).
An Matrix-Werkstoffe können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste und ggf. zusätzlicher elastifizierender Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der
Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der
Chemikalienbeständigkeit unterscheiden.
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden beispielsweise in einem Schneidprozess Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollfiächig auskleiden. Alternativ können endlosfaserverstärkte Bauteile auch über Faser- oder auch als Tape- Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw.
verschnittfrei und damit ressourceneffizienter hergestellt werden. Speziell die
Verwendung von Tapes aus thermoplastischen Endlosfasern erweist sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Mit einem„Tape" ist im Zusammenhang vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Material, insbesondere ein Prepregmaterial, das beispielsweise eine Breite zwischen 30 und 200 mm aufweist, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit„Prepegmaterial" sind vorliegend insbesondere Faser-Garne (Rovings), Faser-Gelege und/oder Faser- Gewebe gemeint, welche mit einer Matrix, beispielsweise einer Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind. Bei den
„Fasern" handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, ist aber in gleicher Weise auch für Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern oder auch Naturfasern anwendbar. Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese mittels Tapelegevorrichtungen, insbesondere auch sogenannte Fibre-Placement- Vorrichtungen, von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden. Beispielhafte Tapelegevorrichtungen sind beispielsweise aus den
Dokumenten WO 2014/083196 A1 und US 8,048,253 bekannt.
Nachdem so mittels Tapelegen von einzelnen Tapes, oder mittels Anordnen von großflächigen Zuschnitten, Faserverbundstrukturen mit einer gewünschten Form gelegt bzw. aufgebaut wurden, ist es erforderlich, die Faserverbundstrukturen in einem nachfolgenden Verfahrensschritt unter Einwirkung von Druck und Temperatur zu verpressen und so zu einem Laminat zu konsolidieren.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Konsolidieren von Faserverbundstrukturen mit thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren ist aus dem Dokument DE 10 2014 004 053 A1 bekannt. In diesem Dokument wird, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgeschlagen, eine zu konsolidierende Faserverbundstruktur 1 auf einer starren Unterlage 2 anzuordnen, sowie eine starre Abdeckung 3 auf der Faserverbundstruktur 1 zu platzieren, so dass sich die Faserverbundstruktur 1 in einem Zwischenraum zwischen der Unterlage 2 und der Abdeckung 3 befindet. Seitlich wird der
Zwischenraum von einer Ringdichtung 5 aus nachgiebigem Material abgedichtet. Weiter sind Strahlungsquellen 4 vorgesehen, die über bzw. unter der Abdeckung 3 und der Unterlage 2 angeordnet sind und die elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung erzeugen. Die Abdeckung 3 und die Unterlage 2 sind für die von den Strahlungsquellen 4 erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ausgebildet, so dass die elektromagnetische Strahlung durch die Unterlage 2 und die Abdeckung 3 hindurch in die Faserverbundstruktur 1 eingekoppelt werden kann. Um die
Faserverbundstruktur 1 zu konsolidieren, wird die Faserverbundstruktur 1 durch die Unterlage 2 und die Abdeckung 3 hindurch mit der elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, um das Imprägnierpolymer in einen plastifizierten, schmelzflüssigen Zustand zu überführen. Darüber hinaus wird der Zwischenraum zwischen der Unterlage 2 und der Abdeckung 3 mittels einer an einen in den Zwischenraum einmündenden
Rohrstutzen 6 angeschlossenen Vakuumpumpe (nicht gezeigt), evakuiert, so dass infolge des von oben auf die Abdeckung 3 (oder auch zumindest bereichsweise von unten auf die Unterlage 2) einwirkenden Umgebungsdruckes die Faserverbundstruktur
1 unter Kompression der Ringdichtung 5 zwischen der Abdeckung 3 und der Unterlage
2 verpresst wird.
Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist der geringe erforderliche anlagentechnische Aufwand, insbesondere der Verzicht auf Presswerkzeuge oder dergleichen, so dass sich das Verfahren einfach und kostengünstig realisieren lässt. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren eine direkte Erwärmung der Faserverbundstruktur 1 , ohne dass es erforderlich ist, z.B. große Presswerkzeuge zu heizen, was das Verfahren sehr energieeffizient und damit kostengünstig im Betrieb macht. Allerdings besteht bei diesem Verfahren die Möglichkeit, dass es beim Schließen von Abdeckung und Unterlage zu Lufteinschlüssen kommt, bzw. dass sich während des Verpressens und Konsolidierens innerhalb der Faserverbundstruktur Lufteinschlüsse bilden, und so zur Bildung von Poren in dem konsolidierten Laminat führen. Zwar wird durch den angewandten Unterdruck für eine gewisse Entlüftung der
Faserverbundstruktur gesorgt, da aber die Faserverbundstruktur zwischen der Unterlage und der Abdeckung eingepresst wird, mag es vorkommen, dass ein
Absaugen von Lufteinschlüssen vor allem in der Mitte der Faserverbundstruktur in einigen Fällen nur unzureichend erfolgt. Infolgedessen können sich vor allem in der Mitte der Faserverbundstruktur Poren bilden, die zu einem optisch unzulänglichen
Eindruck der Oberfläche des konsolidierten Laminats und/oder zu einem inhomogenen Laminat führen können. Diese Problematik besteht insbesondere bei großen
Formaten, wie beispielsweise bis zu 2.000 mm x 2.000 mm oder mehr. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur anzugeben, welche die vorstehenden Nachteile überwinden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur anzugeben, welche es ermöglichen, eine Faserverbundstruktur bei weitestehender Vermeidung der Ausbildung von
Lufteinschlüssen und/oder Poren zu einem Laminat zu konsolidieren, und es so ermöglicht, ein Laminat mit einer einwandfreien, homogenen Oberfläche sowie mit auszubilden.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden gelöst mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur wie in den
Ansprüchen 1 und 12 angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Als eine erste Lösung wird ein Verfahren zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur mit zumindest einem thermoplastischen und/oder
thermoelastischen Polymer angegeben, umfassend Anordnen der
Faserverbundstruktur zwischen einer plattenförmigen Unterlage und einer plattenförmigen Abdeckung, wobei die Abdeckung durch ein Dichtelement in Bezug auf die Unterlage verlagerbar gegen die Unterlage abgedichtet wird, Erzeugen eines Unterdrucks in dem Zwischenraum zwischen der Unterlage und der Abdeckung, und Erwärmen der Faserverbundstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung zumindest bis in den Bereich der Schmelztemperatur des zumindest einen thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymers, wobei unter Einwirkung des die Abdeckung gegen die Unterlage drückenden Umgebungsdrucks die Faserverbundstruktur zwischen der Abdeckung und der Unterlage verpresst wird. Das Verfahren umfasst weiter: Einbringen der Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur in eine Vakuumkammereinrichtung, wobei die Vakuumkammereinrichtung zumindest eine Kammer ausbildet, welche die Abdeckung und/oder die Unterlage gegenüber der Umgebung zumindest teilweise abdichtet, Erzeugen eines Unterdrucks in der zumindest einen Kammer vor und/oder gleichzeitig mit dem Erzeugen des Unterdrucks in dem Zwischenraum, nachdem der Unterdruck in dem Zwischenraum einen Solldruck erreicht hat, Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer unter Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum, und nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer, Entnehmen der Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten
Faserverbundstruktur aus der Vakuumkammereinrichtung.
Gemäß der Erfindung erfolgt das Verpressen und Konsolidieren der
Faserverbundstruktur daher nicht gleichzeitig mit dem Evakuieren des Zwischenraums, wie dies etwa beim mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Verfahren geschieht. Vielmehr kann zuerst der Zwischenraum evakuiert werden, ohne dass eine Komprimierung der Faserverbundstruktur erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur in die Vakuumkammereinrichtung eingebracht wird, und die von der
Vakuumkammereinrichtung gebildete(n) Kammer(n) ebenfalls evakuiert werden, nämlich zeitgieich mit oder (teilweise) zeitlich vor dem Evakuieren des Zwischenraums. Auf Grund des so entstehenden Unterdruckzustands in der/den Kammer(n) der Vakuumeinrichtung wird so verhindert, dass sich eine Druckdifferenz an der
Abdeckung und/oder der Unterlage ausbildet, welche Druckdifferenz bewirken würde, dass die Abdeckung und die Unterlage zusammengepresst werden, und dabei die dazwischen angeordnete Faserverbundstruktur vorzeitig komprimiert würde. Es wird so möglich, den Zwischenraum zu evakuieren, ohne dass dabei die Faserverbundstruktur bereits zu dieser Zeit zusammengepresst und kompaktifiziert wird. In der
Faserverbundstruktur eingeschlossene Luft kann somit einfacher aus der
Faserverbundstruktur heraus in den Zwischenraum entweichen und über die angeschlossene Vakuumpumpe abgezogen werden. Erst nachdem die
Faserverbundstruktur derart entlüftet wurde, wird der Unterdruck in der/in den
Kammer(n) der Vakuumkammereinrichtung abgebaut, beispielsweise indem Luft aus der Umgebung mit dem vorherrschenden Umgebungsdruck in die Kammer(n) der Vakuumkammereinrichtung einströmen gelassen wird, während gleichzeitig der im Zwischenraum herrschende Unterdruckzustand aufrecht erhalten wird. Es stellt sich somit nun eine Druckdifferenz an der Abdeckung und/oder der Unterlage ein, welche Druckdifferenz bewirkt, dass die Abdeckung und die Unterlage zusammengepresst werden, wobei gleichzeitig die dazwischen angeordnete Faserverbundstruktur zusammengepresst wird. Anschließend kann die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage, bei weiterhin aufrecht erhaltenem Unterdruckzustand im Zwischenraum, aus der Vakuumkammereinrichtung entnommen werden, um in den Bereich von Strahlungsquellen zum Erwärmen der Faserverbundstruktur verbracht zu werden, wo die Faserverbundstruktur bis zur Schmelztemperatur des Polymers erwärmt wird, und wobei unter Einwirkung des die Abdeckung gegen die Unterlage drückenden
Umgebungsdrucks die nun erweichte Faserverbundstruktur zwischen der Abdeckung und der Unterlage verpresst wird. Dies ermöglicht es, die Faserverbundstruktur weitestgehend ohne oder mit nur wenigen und sehr kleinen Lufteinschlüssen bzw. Poren zu konsolidieren und somit zu einem hochqualitativen Laminat hoher Güte zu formen.
Es ist dabei bevorzugt, dass das Erwärmen der Faserverbundstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung nach Entnehmen der Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur aus der
Vakuumkammereinrichtung erfolgt, um eine möglichst einfache Handhabung des Verfahrens zu ermöglichen. Alternativ ist es auch denkbar, das Erwärmen der
Faserverbundstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung vor dem Platzieren der Abdeckung auf der Unterlage vorzunehmen, und/oder das Erwärmen innerhalb der Vakuumkammereinrichtung auszuführen. Vorzugsweise wird die Abdeckung anfänglich in einem Abstand über der
Faserverbundstruktur positioniert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdeckung an zumindest zwei
gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Tragrahmenelement aufweist, und/oder die Unterlage an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein
Tragrahmenelement aufweist.
Die Abdeckung und/oder die Unterlage sind bevorzugt als ein strahlungstransparentes Element ausgebildet oder umfassen diese, insbesondere als eine Glasplatte oder eine Glaskeramikplatte ausgebildet oder umfassen diese. Die Abdeckung und/oder die Unterlage sollten insbesondere transparent für UV-Strahlung, Infrarot-Strahlung, Laser- Strahlung und/oder Mikrowellen-Strahlung ausgebildet sein. Die Vakuumkammereinrichtung kann vorzugsweise eine erste Kammerabdeckung umfassen, auf welche die Unterlage positioniert werden kann, so dass sich die erste Vakuumkammerabdeckung unterhalb der Unterlage erstreckt, wobei eine erste Kammer zwischen der ersten Kammerabdeckung und der Unterlage ausgebildet wird, wobei weiter eine Abdichtung zwischen der ersten Kammerabdeckung und der Unterlage vorgesehen ist, insbesondere ein Dichtelement, um die erste Kammer zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt, welcher es erlaubt, die Kammer mit einer Vakuumpumpe zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der ersten Kammer. Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das zwischen der Unterlage und der Abdeckung vorgesehene Dichtelement eine erste Wirkfläche einschließt, das zwischen der ersten Kammerabdeckung und der Abdeckung vorgesehene Dichtelement eine zweite Wirkfläche einschließt, und dass die zweite Wirkfläche größer als die erste Wirkfläche ist. Alternativ oder ergänzend kann die Vakuumkammereinrichtung eine zweite
Kammerabdeckung umfassen, welche auf die Abdeckung positioniert werden kann, so dass sich die zweite Kammerabdeckung oberhalb der Abdeckung erstreckt, wobei eine zweite Kammer zwischen der zweiten Kammerabdeckung und der Abdeckung ausgebildet wird, wobei weiter eine Abdichtung zwischen der zweiten Kammerabd eckung und der Abdeckung vorgesehen ist, insbesondere ein
Dichtelement, um die zweite Kammer zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein
Rohrleitungsabschnitt, welcher es erlaubt, die Kammer mit einer Vakuumpumpe zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der zweiten Kammer.
Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das zwischen der Unterlage und der Abdeckung vorgesehene Dichtelement eine erste Wirkfläche einschließt, das zwischen der ersten Kammerabdeckung und der Unterlage vorgesehene Dichtelement eine zweite Wirkfläche einschließt, und dass die zweite Wirkfläche größer als die erste
Wirkfläche ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die zweite Wirkfläche um einen Betrag größer als die erste Wirkfläche ist, der so bemessen ist, dass für einen gegebenen Druckzustand bei teilweiser oder vollständiger Evakuierung des Zwischenraums und der Kammer, die zwischen der ersten Kammerabdeckung und der Unterlage ausgebildet ist, eine resultierende Kraft ergibt, welche vorzugsweise von der Faserverbundstruktur weggerichtet ist.
Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das zwischen der Unterlage und der Abdeckung vorgesehene Dichtelement eine erste Wirkfläche einschließt, das zwischen der zweiten Kammerabdeckung und der Abdeckung vorgesehene Dichtelement eine zweite Wirkfläche einschließt, und dass die zweite Wirkfläche größer als die erste Wirkfiäche ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die zweite Wirkfläche um einen Betrag größer als die erste Wirkfläche ist, der so bemessen ist, dass für einen gegebenen Druckzustand bei teilweiser oder vollständiger Evakuierung des Zwischenraums und der Kammer, die zwischen der zweiten Kammerabdeckung und der Abdeckung ausgebildet ist, eine resultierende Kraft ergibt, welche die von der Abdeckung ausgeübte Gewichtskraft kompensiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die erste Kammerabdeckung und die zweite Kammerabdeckung während des Erzeugens eines Unterdrucks in den Kammern auf einem vordefinierten Abstand zueinander gehalten werden. Dies kann besonders bevorzugt erfolgen, indem entsprechend bemaßte Bolzen oder Abstandselemente ausgebildet und zwischen der ersten
Kammerabdeckung und der zweiten Kammerabdeckung angeordnet werden, welche die zweite Kammerabdeckung auf und gegenüber der ersten Kammerabdeckung abstützen.
Alternativ oder ergänzend können Halteelemente vorgesehen werden, welche die erste und die zweite Kammerabdeckung jeweils in einer vorgegebenen Position relativ zum Beispiel eines Vorrichtungsrahmens halten und derart mittelbar die erste und die zweite Kammerabdeckung relativ zueinander in Position und in einem vorgegebenen Abstand halten. Weiter alternativ kann die Vakuumkammereinrichtung als ein Vakuumgehäuse ausgebildet sein, in welches die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur eingebracht werden kann, wobei das Vakuumgehäuse eine Kammer ausbildet, welche die eingebrachte Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur umgibt, wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt, welcher es erlaubt, die Kammer mit einer Vakuumpumpe zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der Kammer.
Die Abdichtung kann jeweils mittels eines Dichtelements, insbesondere einer elastischen Ringdichtung erfolgen.
Der Zwischenraum und die zumindest eine Kammer können jeweils mit einer gleichen Vakuumpumpe verbunden werden. Alternativ können für den Zwischenraum und die zumindest eine Kammer getrennte Vakuumpumpen vorgesehen sind, wobei weiter bevorzugt die Vakuumpumpen so angesteuert und/oder betrieben werden, dass der Druck in der zumindest einen Kammer kleiner ist als der Druck in dem Zwischenraum, insbesondere wenigstens 1 mbar, 2 mbar, 5 mbar oder 10 mbar kleiner ist als der Druck in dem Zwischenraum. Als eine weitere Lösung wird eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur mit zumindest einem thermoplastischen und/oder
thermoelastischen Polymer angegeben, umfassend eine plattenförmige Unterlage; eine plattenförmige Abdeckung; ein Dichtelement zur verlagerbaren Abdichtung der Abdeckung in Bezug auf die Unterlage; zumindest eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung zum Erwärmen der
Faserverbundstruktur mittels elektromagnetischer Strahlung zumindest bis in den Bereich der Schmelztemperatur des zumindest einen thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymers; und eine Vakuumpumpe zum Erzeugen eines
Unterdrucks in dem Zwischenraum zwischen der Unterlage und der Abdeckung. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Vakuumkammereinrichtung, in welche die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur eingebracht werden kann, wobei die Vakuumkammereinrichtung zumindest eine Kammer ausbildet, welche die Abdeckung und/oder die Unterlage gegenüber der Umgebung abdichtet, wobei die Vorrichtung so betreibbar ist, in der zumindest einen Kammer vor und/oder gleichzeitig mit dem Erzeugen des Unterdrucks in dem
Zwischenraum einen Unterdruck zu erzeugen, nach Erreichen eines Zieldrucks in dem Zwischenraum den Unterdruck in der zumindest einen Kammer unter Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum abzubauen, und nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur aus der Vakuumkammereinrichtung zu entnehmen.
Die Vorrichtung kann bevorzugt geeignet sein, ein Verfahren wie vorstehend beschrieben auszuführen.
Als eine nochmals weitere Lösung wird eine Anlage zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur mit einer Belade-/Entladestation, einer Heizstation, und einer Kühlstation angegeben, welche eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben umfasst, und die eingerichtet ist: in der Belade-ZEntladestation die mit einer
Faserverbundstruktur belegte Unterlage aufzunehmen oder die Unterlage zur
Belegung mit einer Faserverbundstruktur bereitzustellen, und die Abdeckung über der Unterlage zu positionieren, in der Belade-/Entladestation oder in einer zwischen der Belade-/Entladestation und der Pressstation angeordneten Station, die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur in die Vakuumkammereinrichtung einzubringen, in der zumindest einen Kammer und in dem Zwischenraum den Unterdruck zu erzeugen, nach Erreichen eines Zieidrucks in dem Zwischenraum den Unterdruck in der zumindest einen Kammer unter
Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum abzubauen, und nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer die Anordnung aus Abdeckung und Unterlage mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur aus der
Vakuumkammereinrichtung zu entnehmen, die Unterlage und die Abdeckung mit der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur zur Heizstation zu bewegen, in der Heizstation die Faserverbundstruktur mittels der zumindest einen Strahlungsquelle zumindest bis in den Bereich der Schmelztemperatur des zumindest einen
thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymers zu erwärmen, wobei durch den Unterdruck in dem Zwischenraum die erweichte Faserverbundstruktur zwischen der Abdeckung und der Unterlage konsolidiert wird; nach erfolgter Konsolidierung, die Unterlage und die Abdeckung mit der dazwischen platzierten konsolidierter
Faserverbundstruktur zur Kühlstation zu bewegen; in der Kühlstation, die Anordnung aus Unterlage, Abdeckung und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur vorzugsweise unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks zu kühlen; nach erfolgter Abkühlung, die Unterlage und die Abdeckung mit der dazwischen platzierten
Faserverbundstruktur zur Belade-/Entladestation zu bewegen; und in der Belade- /Entladestation die Abdeckung von der Unterlage abzuheben zur Entnahme der konsolidierten Faserverbundstruktur von der Unterlage oder zur Entnahme der mit der konsolidierten Faserverbundstruktur belegten Unterlage. Die Kühlstation kann eine erste und eine zweite Kühlplatte aufweisen, wobei zum Kühlen die Anordnung aus Unterlage, Abdeckung und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur auf der ersten Kühlplatte angeordnet werden kann und die zweite Kühlplatte auf die Anordnung aus Unterlage, Abdeckung und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur abgesenkt werden kann. Durch den direkten Kontakt mit den Kühlplatten kann eine gute Wärmeleitung und damit eine effiziente
Wärmeabfuhr ermöglicht werden.
Bevorzugt kann weiter vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Kühlplatte als Pressplatten einer Presse arbeiten können, derart, einen vorgegebenen Pressdruck auf die Anordnung aus Unterlage, Abdeckung und der dazwischen platzierten
Faserverbundstruktur auszuüben. Auf diese Weise ist es möglich, auch während der Zeit in der Kühlstation die Faserverbundstruktur im verpressten Zustand zu halten, und so zu verhindern, dass die Faserverbundstruktur möglicher Weise expandiert und so in unerwünschter Weise ihre gewünschte Form verliert, und/oder für eine weitere Verpressung der Faserverbundstruktur zu sorgen.
Die genannte Anlage ist bevorzugt so eingerichtet, ein Verfahren wie vorstehend beschrieben auszuführen.
Die Erfindung wird hiernach mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2A bis 2D zeigen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Konsolidieren einer
Faserverbundstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform; und
Fig. 5A bis 5B dienen der Erläuterung des Effekts unterschiedlicher von den
Dichtelementen definierter Wirkflächen
Mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D wird zunächst ein Verfahren zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur 10 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform
beschrieben.
Wie in Fig. 2A gezeigt, wird eine mit thermoplastischen oder thermoelastischen Polymeren vorimprägnierten oder mit solchen Polymeren im festen oder gelösten bzw. abgeschiedenen Zustand versetzten Faserverbundstruktur 10 auf einer
plattenförmigen Unterlage 20 angeordnet. Unter Vorsehung eines Dichtelements 15, insbesondere einer elastischen Ringdichtung, welche die Faserverbundstruktur 10 seitlich und bevorzugt in einem Abstand umgibt, wird weiter eine plattenförmige Abdeckung 30 über der auf der Unterlage 20 angeordneten Faserverbundstruktur 10 positioniert. Die Unterlage 20 und die Abdeckung 30 sind jeweils aus einem für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, durchlässigen und hitzebeständigen Material gebildet. Besonders bevorzugt sind die Unterlage 20 und die Abdeckung 30 jeweils als Platten aus Glas oder einer Glaskeramik ausgebildet.
Beispielsweise können die Abdeckung 30 und die Unterlage 20 jeweils als rechteckige Glasplatten mit einer Breite von 500 mm, 1000 mm, 1500 mm, 2000 mm oder mehr, und einer Länge von 1000 mm, 1500 mm, 2000 mm, 2500 mm oder mehr ausgebildet sein. Die Dicke der Glasplatte kann beispielsweise 2 mm, 3 mm, 5 mm oder mehr betragen.
Um eine einfachere Handhabung der Abdeckung 30 und der Unterlage 20 zu bieten, können diese jeweils an einem Tragrahmen befestigt sein. Der Tragrahmen kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, und kann die Abdeckung 30 und die Unterlage 20 an ihren Seitenkanten vollständig oder teilweise umfassen. Entsprechend zeigt die Fig. 2A beispielhaft, dass an der Abdeckung 30 und der Unterlage 20 jeweils zwei Tragrahmenelementen 21 bzw. 31 angeordnet sind. Zur Handhabung der Abdeckung 30, insbesondere zum Positionieren der Abdeckung 30 über der Unterlage 20, können an dem Tragrahmen 31 seitliche Vorsprünge, Ausnehmungen oder dergleichen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche es ermöglichen, dass entsprechende Haken oder andere Halteelemente (nicht dargestellt) den Tragrahmen 31 , und somit die
Abdeckung 30, in Eingriff nehmen können. Wird für die Abdeckung 30 und/oder die Unterlage 20 jeweils eine Glasplatte verwendet, kann die Glasplatte beispielsweise durch Verkleben mit den entsprechenden Tragelementen 21 , 31 fest verbunden sein. Andere Arten der Befestigung, wie Verschrauben, oder auch Klemmen in einer Nut, die in einem Tragelement 21 , 31 vorgesehen ist, und welche die Glasplatte beidseitig umfasst und klemmt, sind ebenfalls denkbar.
In Fig. 2A ist ebenfalls ein als Rohrleitungsabschnitt 61 ausgebildeter Durchgang dargestellt, der sich durch das Tragelement 31 hindurch erstreckt. Über diesen Rohrleitungsabschnitt 61 kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird, der
Zwischenraum Z evakuiert und in Unterdruck versetzt werden.
Die Abdeckung 30 kann direkt auf die Unterlage 20, bzw. die auf der Unterlage 20 angeordnete Faserverbundstruktur 10 aufgelegt werden. Bevorzugt können jedoch Abstützungselemente (nicht dargestellt) vorgesehen werden, beispielsweise in Form elastisch komprimierbarer Abstandselemente, wie entsprechend bemaßte
Gummielemente, oder auch aktiv ansteuerbarer Aktuatorelemente, welche die
Abdeckung 30 so gegenüber der Unterlage 20 abstützen, dass nach Aufbringen der Abdeckung 30 über der Faserverbundstruktur 10 und der Unterlage 20 ein Spalt zwischen der Faserverbundstruktur 10 und der Abdeckung 30 verbleibt.
Anschließend kann die Anordnung aus Unterlage 20, Abdeckung 30 und dazwischen angeordneter Faserverbundstruktur 10 in einer Vakuumkammereinrichtung angeordnet werden, wie mit Bezug auf Fig. 2B gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2B wird die Vakuumkammereinrichtung durch eine erste Kammerabdeckung 40 und eine zweite Kammerabdeckung 50 gebildet.
Die erste Kammerabdeckung 40 erstreckt sich dabei unterhalb der Unterlage 20, wobei die Unterlage 20 bzw. das Tragrahmenelement 21 der Unterlage 20 auf der ersten Kammerabdeckung 40 aufliegt, so dass eine erste Kammer K1 zwischen der ersten Kammerabdeckung 40 und der Unterlage 20 ausgebildet wird. Weiter ist ein
Dichtelement 41 vorgesehen, das zwischen der ersten Kammerabdeckung 40 und der Unterlage 20 bzw. dem Tragrahmenelement 21 der Unterlage 20 angeordnet ist, um die erste Kammer K1 gegenüber der Umgebung abzudichten.
Die zweite Kammerabdeckung 50 erstreckt sich oberhalb der Abdeckung 30, wobei die zweite Kammerabdeckung 50 auf der Abdeckung 30 bzw. dem Tragrahmenelement 31 der Abdeckung 30 aufliegt, so dass eine zweite Kammer K2 zwischen der zweiten Kammerabdeckung 50 und der Abdeckung 30 ausgebildet wird. Weiter ist ein
Dichtelement 51 vorgesehen, das zwischen der zweiten Kammerabdeckung 50 und der Abdeckung 30 bzw. dem Tragrahmenelement 31 der Abdeckung 30 angeordnet ist, um die zweite Kammer K2 gegenüber der Umgebung abzudichten. Die erste und die zweite Kammerabdeckung 40, 50 können beispielsweise jeweils als Stahl- oder Aluminiumplatten ausgebildet werden.
Um zu verhindern, dass durch die Last der zweiten Kammerabdeckung 50 die
Abdeckung 30 gegen die Unterlage 20 gedrückt wird, sind bevorzugt Abstandselemente (nicht dargestellt) vorgesehen, die beispielsweise als entsprechend bemaßte Bolzen oder Abstandselemente ausgebildet und entlang des seitlichen Umfangs der Kammerabdeckung 50 angeordnet sein können, welche die zweite Kammerabdeckung 50 auf und gegenüber der ersten Kammerabdeckung 40 abstützen. Andere Formen der Abstützung und/oder Halterung der Kammerabdeckung 50 gegenüber der Kammerabdeckung 40 sind ebenfalls möglich.
Wie in der Fig. 2B weiter dargestellt, wird der Rohrleitungsabschnitt 61 über ein Ventil V1 und über einen weiteren Rohleitungsabschnitt 64 mit einer Vakuumpumpe 65 verbunden. Durch die ersten und zweiten Kammerabdeckungen 40, 50 hindurch sind ebenfalls als Rohrleitungsabschnitte 62, 63 ausgebildete Durchgänge ausgebildet, die über jeweilige Ventile V2, V3 ebenfalls mit dem Rohleitungsabschnitt 64 und über diesen mit der Vakuumpumpe 65 verbunden sind. Die Rohrleitungsabschnitte 62, 63 können jeweils über weitere Ventile V4, V5 mit der Umgebungsluft in Kommunikation gebracht werden.
Die Ventile V4, V5 sind oder werden in diesem Stadium geschlossen, und die Ventile V1 bis V3 sind oder werden geschlossen, um mitteis der Vakuumpumpe 65 die in dem Zwischenraum Z und die in den Kammern K1 und K2 jeweils enthaltene Luft zu evakuieren und abzusaugen. In den Kammern K1 und K2, sowie in dem
Zwischenraum Z wird auf diese Weise ein Unterdruckzustand erzeugt.
Auf Grund der stabilen Ausführung der Kammerabdeckungen 40, 50 als Stahl- oder Aluminiumplatten können diese dem allein außen angreifenden Umgebungsdruck widerstehen, ohne sich zu verformen. Die Abstützung und/oder Halterung der zweiten Kammerabdeckung 50 gegenüber der ersten Kammerabdeckung 40 verhindert dabei weiter, dass die zweite Kammerabdeckung 50 relativ zur ersten Kammerabdeckung 40 bewegt und auf diese gedrückt wird. Es kommt daher auch nicht zu einem
unerwünschten vorzeitigen Pressen der Abdeckung 30 auf die Unterlage 20.
Da in diesem Ausführungsbeispiel der Zwischenraum Z über die
Rohrleitungsabschnitte 61 , 62, 63, 64 mit den Kammern K1 und K2 in Verbindung steht, bildet sich in dem Zwischenraum Z und in den Kammern K1 und K2 jeweils ein Unterdruckzustand mit im Wesentlichen gleichem Druck aus. Es wird daher kein von der Kammer K1 in Richtung zur Faserverbundstruktur 10 gerichteter Flächendruck auf die Unterlage 20 ausgeübt, und es wird kein von der Kammer K2 in Richtung zur Faserverbundstruktur 10 gerichteter Flächendruck auf die Abdeckung 30 ausgeübt. Somit ist es möglich, einen Unterdruck in dem Zwischenraum Z zu erzeugen, ohne dass dadurch bereits eine Verlagerung der Abdeckung 30 relativ zur Unterlage 20 verursacht wird, und es kann somit ein Unterdruck in dem Zwischenraum Z aufgebaut werden, ohne dass die Faserverbundstruktur 10 komprimiert wird. Daher kann eine gute Entlüftung der lose liegenden, unkomprimierten Faserverbundstruktur 10 und insbesondere eine gute Absaugung von in der Faserverbundstruktur 10 enthaltenen Lufttaschen oder anderen Lufteinschlüssen bewerkstelligt werden. Es kann auf diese Weise bewerkstelligt werden, dass nahezu keine Restluft in Faserverbundstruktur 10 verbleibt, so dass im weiteren Verlauf die Faserverbundstruktur 10 zu einem im
Wesentlichen porenfreien Laminat konsolidiert werden kann. Wenn der Druck in dem Zwischenraum Z einen gewünschten Unterdruckzustand, beispielsweise einen gewünschten Zieldruck von 10 mbar oder 5 mbar erreicht hat, werden die Ventile V2 und V3 geschlossen, so dass die Rohrleitungsabschnitte 62, 63 von der Vakuumpumpe 65 getrennt werden. Anschließend werden die Ventile V4, V5 geöffnet, um Luft aus der Umgebung in die Kammern K1 und K2 einströmen zu lassen. In den Kammern K1 und K2 stellt sich folglich ein Druckniveau ein, das dem Luftdruck der Umgebung entspricht, und es entsteht eine entsprechende Druckdifferenz zu dem weiterhin im Unterdruck stehenden Zwischenraum Z. Dementsprechend übt nun der in der Kammer K1 herrschende Luftdruck eine Kraft auf die Unterlage 20 aus, und der in der Kammer K2 herrschende Luftdruck übt eine Kraft auf die Abdeckung 30 aus, so dass die Abdeckung 30 relativ zur Unterlage 20 bewegt wird und die
Faserverbundstruktur 10 zwischen der Abdeckung 30 und der Unterlage 20 gepresst und komprimiert wird, wie in Fig. 2C versinnbildlicht.
Nachdem die Faserverbundstruktur 10 derart entlüftet wurde, kann die Anordnung aus Unterlage 20, Abdeckung 30 und dazwischen angeordneter Faserverbundstruktur 10 bei weiterhin bestehendem Unterdruck in dem Zwischenraum Z aus der
Vakuumkammereinrichtung entnommen werden und im Bereich von Strahlungsquellen 14 zum Erwärmen der Faserverbundstruktur 10 angeordnet werden, wie in Fig. 2D gezeigt. Dabei können, wie in Fig. 2D gezeigt, Strahlungsquellen 14 vorgesehen sein, die oberhalb der Abdeckung 30 und unterhalb der Unterlage 20 angeordnet sind, und die eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung zur Erwärmung der
Faserverbundstruktur 10 abzugeben. Alternativ ist es ebenso möglich, nur eine Strahlungsquelle 14 oberhalb der Abdeckung 30 oder unterhalb der Unterlage 20 anzuordnen. Die Strahlungsquellen 14 sind bevorzugt als Infrarotlichtquellen ausgeführt. Die unterhalb der Unterlage 20 angeordnete Strahlungsquelle 14 kann optional auch in die Stützstruktur (nicht dargestellt) für die Unterlage 20 angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Strahlungsquellen 14 als Flächenstrahler ausgebildet, welche die Abdeckung 30 und/oder die Unterlage 20 im Wesentlichen ganzflächig und mit im Wesentlichen gleicher flächenbezogener Strahlungsdichte bestrahlen. Das in der Faserverbundstruktur 10 enthaltene Polymer wird nun schmelzflüssig und kann, unter Einwirkung des verpressenden Drucks von Abdeckung 30 und Unterlage 20, in etwaige noch verbliebene Hohlräume fließen und diese ausfüllen. Nachdem auf diese Weise die Faserverbundstruktur 10 verpresst und zu einem
Laminat, auch aus Tailored Blank bezeichnet, konsolidiert wurde, und nachdem das Laminat ausgekühlt ist, kann die Abdeckung 30 geöffnet werden. Dies kann auf einfache Weise geschehen, indem das Vakuum bzw. der Unterdruck in dem
Zwischenraum abgestellt und die Abdeckung 30 abgehoben wird.
Das Verfahren kann bevorzugt in einer Anlage (nicht dargestellt) zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur 10 ausgeführt werden, die eine Belade-/Entladestation, eine Heizstation und eine Kühlstation aufweist. In der Belade-ZEntladestation kann die Unterlage 20 beispielsweise für einen Bediener so zugänglich gemacht werden, dass der Bediener eine Faserverbundstruktur 10, wie beispielsweise ein im Tape lege verfahren gelegtes Tapegelege auf die Unterlage 20 platzieren kann. Über eine in der Anlage vorgesehene Halterung, die beispielsweise an dem Tragrahmen der Abdeckung 30 angreifen kann, wird die Abdeckung 30 auf oder über der Unterlage 20 platziert, so dass die Faserverbundstruktur 10 wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 2A beschrieben sich weiter mittels der Dichteinrichtung 15 abgedichteten Zwischenraum Z befindet. Die Unterlage 20 kann dann, zusammen mit der darauf angeordneten Faserverbundstruktur 10 sowie der ebenso darüber angeordneten Abdeckung 30, zu der Heizstation bewegt werden, in der die Faserverbundstruktur 10 von den
Strahlungsquellen 14 bestrahlt und erwärmt wird, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200 und 400 °C, abhängig vom Imprägnierpolymer, bis der Kern der Faserverbundstruktur 10 schmelzflüssig ist. In der Heizstation kann dabei vorgesehen sein, dass ein Hubtisch angeordnet ist, der vorzugsweise mit einer flachen Tischfläche ausgebildet ist, um die Unterlage 20 von einer (nicht dargestellten) Fördereinrichtung, die für den Transport in der Anlage sorgt, abzuheben und so in eine wohldefinierte Position zu verbringen.
Nach erfolgter Verpressung wird, vorzugsweise bei weiter angelegtem Vakuum, die Gesamtheit aus Unterlage 20, Abdeckung 30 und dazwischen gepresster
Faserverbundstruktur 10 zur Kühlstation bewegt.
In der Kühlstation kann eine erste Kühlplatte, beispielsweise in Form eines Kühltischs, vorgesehen sein, auf welche die Unterlage 20 abgelegt wird, oder die angehoben werden kann, um in Kontakt mit der Unterlage 20 gebracht zu werden. Ebenfalls kann eine zweite Kühlplatte vorgesehen sein, die von oben her in Kontakt mit der
Abdeckung 30 gebracht wird. Alternativ kann die erste Kühlplatte bzw. der Kühltisch die Unterlage 20 so weit anheben, bis die Abdeckung 30 in Kontakt mit der zweiten Kühlplatte gebracht wird. Mit den Kühlplatten werden die Abdeckung 30 und die Unterlage 20, sowie mittelbar die Faserverbundstruktur 10 abgekühlt, beispielsweise bis die Faserverbundstruktur 10 im Kern auf eine Temperatur unter 150 °C, bevorzugt unter 100 C abgekühlt ist und das Imprägnierpolymer verfestigt.
Bevorzugt kann weiter vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Kühlplatte als Pressplatten einer Presse arbeiten können, derart, einen vorgegebenen Pressdruck auf die Anordnung aus Unterlage 20, Abdeckung 30 und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur 10 auszuüben. Auf diese Weise ist es möglich, auch während der Zeit in der Kühlstation die Faserverbundstruktur 10 im verpressten Zustand zu halten, und so zu verhindern, dass die Faserverbundstruktur 10 möglicher Weise expandiert und so in unerwünschter Weise ihre gewünschte Form verliert, und/oder für eine weitere Verpressung der Faserverbundstruktur 10 zu sorgen. Anschließend kann die Gesamtheit aus Unterlage 20, Abdeckung 30 und dazwischen gepresster Faserverbundstruktur 10 zur Belade-/Entladestation bewegt werden, in der die Abdeckung 30 abgehoben werden und der Bediener die fertig zum Laminat konsolidierte Faserverbundstruktur 10 entnehmen kann.
Um eine übermäßige Kompression der Faserverbundstruktur 10 zu vermeiden, kann, weiter bevorzugt vorgesehen sein, Anschlagstücke (nicht dargestellt) zwischen der Abdeckung 30 und der Unterlage 20 und/oder zwischen den entsprechenden
Tragrahmenelementen 31 , 21 vorzusehen. Die Anschlagstücke sind in ihrer Höhe entsprechend der Zieldicke der konsolidierten Faserverbundstruktur 10 bemessen. Die Anschlagstücke können beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein. Bevorzugt sind die Anschlagstücke jedoch aus einem temperaturfesten Kunststoffmaterial, insbesondere mit geringer spezifischer Wärmekapazität ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass diese Anschlagstücke sich beim Abkühlen der Faserverbundstruktur 10 ebenfalls rasch abkühlen und es nicht zu einem Effekt kommt, dass die
Anschlagstücke über den Kühlprozess hinaus heiß bleiben und bei einem nächsten Einbringen einer Faserverbundstruktur 10 diese vorzeitig und unerwünscht lokal erhitzt, was zu einer ungleichmäßigen Verpressung und Konsolidierung führen könnte. Wieder mit Bezug auf Fig. 2B kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Dichtelemente 41 , 51 , welche die Kammern K1 , K2 abdichten, weiter außen platziert sind als das Dichtelement 15, welches den Zwischenraum Z abdichtet. Dies hat zur Folge, dass der in dem Zwischenraum Z herrschende Druckzustand auf eine relativ kleinere Fläche wirkt, nämlich der von dem weiter innen liegenden Dichtelement 15 begrenzten Fläche, als der in den Kammern K1 , K2 herrschende Druckzustand (mit insbesondere gleichem Druck), welcher jeweils auf die Fläche wirkt, welche von den weiter außen angeordneten Dichtelementen 41 , 51 wirkt. Auf die jeweils außerhalb der Dichtelemente 15, 41 , 51 gelegenen Flächenabschnitten wirkt entsprechend der Umgebungsdruck. Dies wird mit Bezug auf Fig. 5A und 5B näher erläutert.
Fig. 5A und 5B zeigen schematisch ein Dichtelement 51 , das auf der Abdeckung 30 (genauer zwischen der Abdeckung 30 und der in Fig. 5A, 5B nicht dargestellten zweiten Kammerabdeckung 50) positioniert ist, um eine umlaufende Abdichtung bereitzustellen. Hierbei zeigt die Fig. 5A eine schematische Ansicht von der Seite und die Fig. 5B eine schematische Ansicht von oben. Die von dem Dichtelement 51 eingeschlossene Fläche soll hier als Wirkfläche W2 bezeichnet werden. Diese
Wirkfläche W2 entspricht der flächigen Ausdehnung der Kammer K2, in welcher bei Evakuierung der reduzierte Druck PR herrscht. Mit anderen Worten ist die Wirkfläche W2 die Fläche, über der der reduzierte Druck PR in der Kammer K2 auf die Abdeckung 30 einwirkt.
Ebenso ist ein Dichtelement 15 gezeigt, das unterhalb der Abdeckung 30 (genauer zwischen der Abdeckung 30 und der in den Fig. 5A, 5B nicht dargestellten Unterlage 20) positioniert ist, um eine umlaufende Abdichtung bereitzustellen. Die von dem Dichtelement 15 eingeschlossene Fläche soll hier als Wirkfläche WZ bezeichnet werden. Diese Wirkfläche WZ entspricht der flächigen Ausdehnung des
Zwischenraums Z, in welcher bei Evakuierung ebenfalls ein reduzierter Druck PR herrscht. Mit anderen Worten ist die Wirkfläche WZ die Fläche, über der der reduzierte Druck PR in dem Zwischenraum Z auf die Abdeckung 30 einwirkt.
Außerhalb der von den Dichtelementen 15, 51 jeweils abgedichteten Bereiche herrscht der Umgebungsdruck. Für die Abdeckung 30, deren Gesamtfläche hier als A bezeichnet werden soll, bedeutet dies, dass verschiedene Druck- und Gewichtskräfte angreifen. So wirkt die Gewichtskraft FG der Abdeckung 30 in Richtung nach unten. Ebenfalls wird durch den reduzierten Druck PR im Wirkbereich W2 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Abdeckung 30 ausgeübt, die dem Produkt aus der Fläche, hier dem Wirkbereich W2, und dem Druck, hier PR, entspricht, mithin F = W2 * PR. Im Außenbereich (relativ zum Dichtelement 51 ), der einer Fläche A-W2 entspricht, herrscht der Umgebungsdruck P(J, so dass im Außenbereich eine nach unten gerichtete Kraft F = (A-W2)*Pu ausgeübt wird. Von der Unterseite der Abdeckung 30 wirkt entsprechend eine nach oben gerichtete Kraft, die von dem reduzierten Druck PR im Wirkbereich WZ hervorgerufen wird, mithin F = WZ*PR, sowie auf Grund des Umgebungsdrucks im Außenbereich (relativ zum Dichtelement 15), der einer Fläche A-WZ entspricht, eine nach oben gerichtete Kraft F
= (A-WZ)*Pu. Als resultierende nach unten gerichtete Kraft Fres ergibt sich somit:
Fres = FG + W2*PR + (A-W2)*Pu - WZ*PR - (A-WZ)* Pu
= FG + (W2-WZ)*PR - (W2-WZ)*Pu
Die resultierende Kraft Fres wird somit nur durch die Flächendifferenz der Wirkflächen bestimmt. Wird die Differenz W2-WZ als AW und die Differenz zwischen
Umgebungsdruck und reduziertem Druck Pu - PR als ΔΡ geschrieben, kann Fres angegeben werden wie folgt.
Fres = FG - AW ΔΡ
Dieser Umstand kann sich vorteilhaft zu Nutze gemacht werden, um durch eine geeignete Wahl von ÄW die Gewichtskraft FG für einen gewünschte Druckdifferenz ΔΡ, die einem Zustand teilweiser oder vollständiger Evakuierung entsprechen kann, zu kompensieren, so dass die resultierende Kraft Fres zu Null wird. Für diesen Fall kann AW bestimmt werden als:
AW = FG / AP
Für eine Abdeckung 30 aus Glas, mit einem spezifischen Gewicht von 2,5 g/cm3, einer Fläche A von 2 m2 und einer Dicke von 10 mm ergibt sich beispielsweise ein Gewicht von 50 kg, entsprechend einer Gewichtskraft FG von ca. 500 N. Um eine vollständige Kompensation dieser Gewichtskraft bei einer teilweisen
Evakuierung auf z.B. ungefähr dem halben Umgebungsdruck, vereinfacht als 500 mbar angenommen, zu erreichen, kann eine Wirkflächendifferenz AW von ca. 500 N / 0.5*100.000 N/m2 = 0.010 m2 = 100 cm2 vorgesehen werden. Wird die Evakuierung weiter fortgesetzt, so steigt die Druckdifferenz AP, und es findet folglich eine Überkompensation statt, so dass erreicht werden kann, dass die
Abdeckung 30 von der Faserverbundstruktur 10 weg gedrückt wird. Eine entsprechende Ausgestaltung kann vorteilshaft entsprechend auch bezüglich des Dichtelements 41 zwischen der ersten Kammerabdeckung 40 und der Unterlage 20 vorgesehen werden. Durch diese Anordnung, insbesondere einer geeigneten Wahl einer
Wirkflächendifferenz AW, kann erreicht werden, dass auf die Abdeckung 30 und die Unterlage 20 jeweils auf Grund der unterschiedlichen Flächendruckkräfte eine resultierende Kraft Fres wirkt, welche die Abdeckung 30 und die Unterlage 20 jeweils von der Faserverbundstruktur 10 weg drückt und so zusätzlich einer Komprimierung entgegenwirkt. Dies ist vorteilhaft, da sich auf diese Weise eine verbesserte
Absaugung von Lufteinschlüssen aus der Faserverbundstruktur 10 erzielen lässt.
Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehenen werden, mehrere Vakuumpumpen 65 zu verwenden, beispielsweise eine Vakuumpumpe 65, welche mit dem
Zwischenraum Z verbunden wird und diese absaugt, und eine zweite Vakuumpumpe 65, welche mit den Kammern K1 und K2 verbunden wird und diese gemeinsam absaugt. Ebenso ist es denkbar, für jede der Kammern K1 , K2 eine gesonderte Vakuumpumpe 65 vorzusehen. Die unterschiedlichen Vakuumpumpen 65 können nun vorteilhafter Weise so betrieben, insbesondere angesteuert und/oder geregelt werden, dass sich in dem Zwischenraum Z und den Kammern K1 , K2 unterschiedliche Druckzustände einstellen. Insbesondere kann beispielsweise vorgegeben werden, dass der Druck in dem Zwischenraum Z wenigstens 1 mbar, 2 mbar, 5 mbar oder 10 mbar größer ist als der Druck in den Kammern K1 , K2. Durch diese unterschiedlichen Drücke ergeben sich an der Abdeckung 30 und an der Unterlage 20 wiederum unterschiedliche Flächendruckkräfte, die sich in einer resultierende Kraft äußern, welche die Abdeckung 30 und die Unterlage 20 jeweils von der Faserverbundstruktur 10 weg drückt und so zusätzlich einer Komprimierung entgegenwirkt. Dies ist vorteilhaft, da sich auf diese Weise eine verbesserte Absaugung von Lufteinschlüssen aus der Faserverbundstruktur 10 erzielen lässt.
Im Vorstehenden wurde mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D eine bevorzugte
Ausführungsform beschrieben, in welcher durch zwei Kammerabdeckungen 40, 50 zwei Kammern K1 , K2 ausgebildet wurden, die jeweils einer von der Abdeckung 30 und der Unterlage 20 benachbart gelegen ausgebildet werden. Dies ist jedoch nicht beschränkend, und es sind ebenfalls andere Ausführungsformen denkbar.
So ist es ebenfalls denkbar, wie in Fig. 3 gezeigt, beispielsweise nur die zweite Kammerabdeckung 50 vorzusehen, welche benachbart der Abdeckung 30 angeordnet ist. Die Unterlage 20 kann in diesem Fall bevorzugt mit einer größeren Materialdicke ausgebildet werden, beispielsweise mindestens doppelt so dick wie die Abdeckung 30, und/oder mit einer vom eingesetzten Material und der Fläche der Unterlage 20 abhängig gewählten Mindestdicke, um eine hinreichende Steifigkeit gegenüber einem Durchbiegen auf Grund des im Zwischenraum Z herzustellenden Unterdrucks zu erzielen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform kann, wie in Fig. 4 gezeigt, vorgesehen werden, dass ein Vakuumgehäuse 67 bereitgestellt wird, in welches die Unterlage 20 und die Abdeckung 30 vollständig eingebracht werden, so dass das Vakuumgehäuse 67 die Anordnung aus Abdeckung 30, Unterlage 20 und dazwischen angeordneter Faserverbundstruktur 10 vollständig umhüllt.
Bezuqszeichenliste P1578:
1 , 10 Faserverbundstruktur
2, 20 Unterlage
3, 30, Abdeckung
4, 14 Strahlungseinrichtung
5, 15 Dichtelement
6 Rohrstutzen
21 Tragrahmenelement 31 Tragrahmenelement
40 Kammerabdeckung
41 Dichtelement
50 Kammerabdeckung
51 Dichtelement
61 , 62, 63, 64 Rohrleitungsabschnitt
65 Vakuumpumpe
67 Vakuumgehäuse
A Fläche der Abdeckung
F Kraft
FG Gewichtskraft
Fres resultierende Kraft
PR reduzierter Druck
Pu Umgebungsdruck
K1. K2, K3 Kammer
V1 , V2, V3, V4, V5 Ventil
W2, WZ Wirkflächen
Z Zwischenraum

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur (10) mit zumindest einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer, umfassend
Anordnen der Faserverbundstruktur (10) zwischen einer plattenformigen Unterlage (20) und einer plattenformigen Abdeckung (30), wobei die Abdeckung (30) durch ein Dichtelement (15) in Bezug auf die Unterlage (20) verlagerbar gegen die Unterlage (20) abgedichtet wird,
Erzeugen eines Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) zwischen der Unterlage (20) und der Abdeckung (30), und
Erwärmen der Faserverbundstruktur (10) mittels elektromagnetischer Strahlung zumindest bis in den Bereich der Schmelztemperatur des zumindest einen thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymers,
wobei unter Einwirkung des die Abdeckung (30) gegen die Unterlage (20) drückenden Umgebungsdrucks die Faserverbundstruktur (10) zwischen der Abdeckung (20) und der Unterlage (20) verpresst wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:
Einbringen der Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) in eine
Vakuumkammereinrichtung, wobei die Vakuumkammereinrichtung zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) ausbildet, welche die Abdeckung (30) und/oder die
Unterlage (20) gegenüber der Umgebung zumindest teilweise abdichtet,
Erzeugen eines Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) vor und/oder gleichzeitig mit dem Erzeugen des Unterdrucks im Zwischenraum (Z), nachdem der Unterdruck in dem Zwischenraum (Z) einen Solldruck erreicht hat, Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) unter Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z), und
nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3), Entnehmen der Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) aus der
Vakuumkammereinrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Faserverbundstruktur (10) mittels elektromagnetischer Strahlung nach Entnehmen der Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) aus der Vakuumkammereinrichtung erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (30) anfänglich in einem Abstand über der
Faserverbundstruktur (10) positioniert wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung eine erste Kammerabdeckung (40) umfasst, auf welche die Unterlage (20) positioniert werden kann, so dass sich die erste Kammerabdeckung (40) unterhalb der Unterlage (20) erstreckt, wobei eine erste Kammer (K1 ) zwischen der ersten Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) ausgebildet wird, wobei weiter eine Abdichtung zwischen der ersten
Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) vorgesehen ist, insbesondere ein Dichtelement (41 ), um die erste Kammer (K1 ) zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein
Rohrleitungsabschnitt (62), welcher es erlaubt, die Kammer (K1 ) mit einer
Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der ersten Kammer (K1 ).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung eine zweite Kammerabdeckung (50) umfasst, welche auf die Abdeckung (30) positioniert werden kann, so dass sich die zweite Kammerabdeckung (50) oberhalb der Abdeckung (30) erstreckt, wobei eine zweite
Kammer (K2) zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) ausgebildet wird,
wobei weiter eine Abdichtung zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) vorgesehen ist, insbesondere ein Dichtelement (51 ), um die zweite Kammer (K2) zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt (63), welcher es erlaubt, die Kammer (K2) mit einer Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der zweiten Kammer (K2).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Unterlage (20) und der Abdeckung (30) vorgesehene Dichtelement (15) eine erste Wirkfläche (WZ) einschließt, und das zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) vorgesehene
Dichtelement (51 ) und/oder das zwischen der ersten Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) vorgesehene Dichtelement (41 ) eine zweite Wirkfläche (W2) einschließt, und dass die zweite Wirkfläche (W2) größer als die erste Wirkfläche (WZ) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Wirkfläche (W2) um einen Betrag (AW) größer als die erste Wirkfläche (WZ) ist, der so bemessen ist, dass für einen gegebenen Druckzustand bei teilweiser oder vollständiger Evakuierung des Zwischenraums (Z) und der Kammer (K2), die zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) ausgebildet ist, eine resultierende Kraft (Fres) ergibt, welche die von der Abdeckung (30) ausgeübte Gewichtskraft (FG) kompensiert.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammerabdeckung (40) und die zweite Kammerabdeckung (50) während des Erzeugens eines Unterdrucks in den Kammern (K1 , K2) auf einem vordefinierten Abstand zueinander gehalten werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung als ein Vakuumgehäuse (67) ausgebildet ist, in welches die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) eingebracht werden kann, wobei das Vakuumgehäuse (67) eine Kammer (K3) ausbildet, welche die eingebrachte Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) umgibt, wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt (63), welcher es erlaubt, die Kammer (K3) mit einer Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der Kammer (K3).
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung(en) jeweils mittels einem Dichtelement (15, 41 , 51 ), insbesondere einer elastischen Ringdichtung erfolgt bzw. erfolgen.
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (Z) und die zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) jeweils mit einer gleichen Vakuumpumpe (65) verbunden werden und/oder dass für den Zwischenraum (Z) und die zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) getrennte
Vakuumpumpen (65) vorgesehen sind, wobei bevorzugt die Vakuumpumpen (65) so angesteuert und/oder betrieben werden, dass der Druck in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) kleiner ist als der Druck in dem Zwischenraum (Z), insbesondere wenigstens 1 mbar, 2 mbar, 5 mbar oder 10 mbar kleiner ist als der Druck in dem Zwischenraum (Z).
12. Vorrichtung zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur (10) mit zumindest einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 1 1 , umfassend eine plattenförmige Unterlage (20); eine plattenförmige Abdeckung (30); ein Dichtelement (15) zur verlagerbaren Abdichtung der Abdeckung (30) in Bezug auf die Unterlage (20);
zumindest eine Strahlungsquelle (14) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung zum Erwärmen der Faserverbundstruktur (10) mitteis
elektromagnetischer Strahlung zumindest bis in den Bereich der
Schmelztemperatur des zumindest einen thermoplastischen und/oder
thermoelastischen Polymers; und
eine Vakuumpumpe (65) zum Erzeugen eines Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) zwischen der Unterlage (20) und der Abdeckung (30),
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine
Vakuumkammereinrichtung umfasst, in welche die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) eingebracht werden kann, wobei die Vakuumkammereinrichtung zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) ausbildet, welche die Abdeckung (30) und/oder die
Unterlage (20) gegenüber der Umgebung abdichtet, wobei die Vorrichtung so betreibbar ist, in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) vor und/oder gleichzeitig mit dem Erzeugen des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) einen Unterdruck zu erzeugen, nach Erreichen eines Zieidrucks in dem Zwischenraum (Z) den Unterdruck in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) unter
Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) abzubauen, und nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) aus der Vakuumkammereinrichtung zu entnehmen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (30) an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein
Tragrahmenelement (31 ) aufweist, und/oder die Unterlage (20) an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Tragrahmenelement (21 ) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (30) und/oder die Unterlage (20) als ein
strahlungstransparentes Element ausgebildet ist oder dieses umfasst,
insbesondere als ein Glasplatte oder eine Glaskeramikplatte ausgebildet ist oder diese umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung eine erste Kammerabdeckung (40) umfasst, auf welche die Unterlage (20) positioniert werden kann, so dass sich die erste Kammerabdeckung (40) unterhalb der Unterlage (20) erstreckt, wobei eine erste Kammer (K1 ) zwischen der ersten Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) ausgebildet wird, wobei weiter eine Abdichtung zwischen der ersten
Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) vorgesehen ist, insbesondere ein Dichtelement (41 ), um die erste Kammer (K1 ) zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein
Rohrleitungsabschnitt (62), welcher es erlaubt, die Kammer (K1 ) mit einer Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der ersten Kammer (K1 ).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung eine zweite Kammerabdeckung (50) umfasst, welche auf die Abdeckung (30) positioniert werden kann, so dass sich die zweite Kammerabdeckung (40) oberhalb der Abdeckung (30) erstreckt, wobei eine zweite Kammer (K1 ) zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Unterlage
(20) ausgebildet wird, wobei weiter eine Abdichtung zwischen der zweiten
Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) vorgesehen ist, insbesondere ein Dichtelement (51 ), um die zweite Kammer (K2) zur Umgebung hin abzudichten, und wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt (63), welcher es erlaubt, die Kammer mit einer
Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der zweiten Kammer (K2).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Unterlage (20) und der Abdeckung (30) vorgesehene
Dichtelement (15) eine erste Wirkfläche (WZ) einschließt, und das zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) vorgesehene
Dichtelement (51 ) und/oder das zwischen der ersten Kammerabdeckung (40) und der Unterlage (20) vorgesehene Dichtelement (41 ) eine zweite Wirkfläche (W2) einschließt, und dass die zweite Wirkfläche (W2) größer als die erste Wirkfläche
(WZ) ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Wirkfläche (W2) um einen Betrag (AW) größer als die erste Wirkfläche (WZ) ist, der so bemessen ist, dass für einen gegebenen Druckzustand bei teilweiser oder vollständiger Evakuierung des Zwischenraums (Z) und der Kammer (K2), die zwischen der zweiten Kammerabdeckung (50) und der Abdeckung (30) ausgebildet ist, eine resultierende Kraft (Fres) ergibt, welche die von der Abdeckung (30) ausgeübte Gewichtskraft (FG) kompensiert.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Mittel vorgesehen sind, um die erste Kammerabdeckung (40) und die zweite Kammerabdeckung (50) während des Erzeugens eines Unterdrucks in den Kammern (K1 , K2) auf einem vordefinierten Abstand zueinander zu halten.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammereinrichtung als ein Vakuumgehäuse (67) ausgebildet ist, in welches die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) eingebracht werden kann, wobei das Vakuumgehäuse (67) eine Kammer (K3) ausbildet, welche die eingebrachte Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) umgibt, wobei weiter bevorzugt ein Durchgang vorgesehen ist, insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt (63), welcher es erlaubt, die Kammer (K3) mit einer Vakuumpumpe (65) zu verbinden zur Erzeugung des Unterdrucks in der Kammer (K3).
21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung(en) mittels jeweils einem Dichtelement (15, 41 , 51 ), insbesondere einer elastischen Ringdichtung erfolgt bzw. erfolgen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (Z) und die zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) jeweils mit einer gleichen Vakuumpumpe (65) verbunden werden und/oder dass für den Zwischenraum (Z) und die zumindest eine Kammer (K1 , K2, K3) getrennte Vakuumpumpen (65) vorgesehen sind, wobei bevorzugt die Vakuumpumpen (65) so angesteuert und/oder betrieben werden, dass der Druck in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) größer ist als der Druck in dem Zwischenraum (Z), insbesondere wenigstens 5 mbar größer ist.
23. Anlage zum Konsolidieren einer Faserverbundstruktur (10) mit zumindest einem thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymer, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , mit einer Belade-/Entladestation, einer Heizstation, und einer Kühlstation, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22 aufweist, und die Anlage eingerichtet ist:
in der Belade-/Entladestation die mit einer Faserverbundstruktur (10) belegte Unterlage (20) aufzunehmen oder die Unterlage (20) zur Belegung mit einer Faserverbundstruktur (10) bereitzustellen, und die Abdeckung (30) über der Unterlage (20) zu positionieren, in der Belade-/Entladestation oder in einer zwischen der Belade-/Entladestation und der Heizstation angeordneten Station, die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) in die Vakuumkammereinrichtung einzubringen, in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) und in dem Zwischenraum (Z) den Unterdruck zu erzeugen, nach
Erreichen eines Zieldrucks in dem Zwischenraum (Z) den Unterdruck in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) unter Beibehaltung des Unterdrucks in dem Zwischenraum (Z) abzubauen, und nach Abbauen des Unterdrucks in der zumindest einen Kammer (K1 , K2, K3) die Anordnung aus Abdeckung (30) und Unterlage (20) mit der dazwischen angeordneten Faserverbundstruktur (10) aus der Vakuumkammereinrichtung zu entnehmen,
die Unterlage (20) und die Abdeckung (30) mit der dazwischen platzierten
Faserverbundstruktur (10) zur Heizstation zu bewegen,
in der Heizstation die Faserverbundstruktur (10) mittels der zumindest einen Strahlungsquelle (14) zumindest bis in den Schmelzbereich des zumindest einen thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymers zu erwärmen, und mittels der Vakuumpumpe den Unterdruck in dem Zwischenraum (Z) zum Konsolidieren der Faserverbundstruktur (10) zwischen der Abdeckung (30) und der Unterlage (20) zu erzeugen und/oder aufrecht zu erhalten;
nach erfolgter Konsolidierung, die Unterlage (20) und die Abdeckung (30) mit der dazwischen platzierten konsolidierter Faserverbundstruktur (10) zur Kühlstation zu bewegen.
in der Kühlstation, die Anordnung aus Unterlage (20), Abdeckung (30) und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur (10) vorzugsweise unter
Aufrechterhaltung des Unterdrucks zu kühlen;
nach erfolgter Abkühlung, die Unterlage (20) und die Abdeckung (30) mit der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur (10) zur Belade-/Entladestation zu bewegen; und
in der Belade-/Entladestation die Abdeckung (30) von der Unterlage (20) abzuheben zur Entnahme der konsolidierten Faserverbundstruktur (10) von der
Unterlage (20) oder zur Entnahme der mit der konsolidierten Faserverbundstruktur (10) belegten Unterlage (20).
24. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstation eine erste und eine zweite Kühlplatte aufweist, wobei zum Kühlen die Anordnung aus Unterlage (20), Abdeckung (30) und der dazwischen platzierten
Faserverbundstruktur (10) auf der ersten Kühiplatte angeordnet werden kann und die zweite Kühlplatte auf die Anordnung aus Unterlage (20), Abdeckung (30) und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur (10) abgesenkt werden kann, wobei vorzugsweise die erste und die zweite Kühlplatte als Pressplatten einer Presse arbeiten können, derart, einen vorgegebenen Pressdruck auf die
Anordnung aus Unterlage (20), Abdeckung (30) und der dazwischen platzierten Faserverbundstruktur (10) auszuüben, um die Faserverbundstruktur (10) im verpressten Zustand zu halten und/oder für eine weitere Verpressung der Faserverbundstruktur (10) zu sorgen.
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