WO2024260694A1 - Method for producing a component using a heating device in the supply system - Google Patents
Method for producing a component using a heating device in the supply system Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024260694A1 WO2024260694A1 PCT/EP2024/064772 EP2024064772W WO2024260694A1 WO 2024260694 A1 WO2024260694 A1 WO 2024260694A1 EP 2024064772 W EP2024064772 W EP 2024064772W WO 2024260694 A1 WO2024260694 A1 WO 2024260694A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- matrix material
- supply system
- storage container
- impregnation
- unit
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 171
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 136
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 76
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 33
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 37
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 29
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 24
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
- B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
Definitions
- the invention relates to methods for producing a fiber-reinforced component in which only a small part of the required matrix material has to be heated.
- the invention also relates to a supply system for use in the method, which has a corresponding heating device, and to a system for carrying out the method with such a supply system.
- the invention also relates to a storage container for the method and the system.
- the storage chamber is in contact with a working chamber in which a semi-finished product is located.
- the storage bag is made of a thin-walled material and contains the amount of matrix material required for the component production.
- the storage chamber can be pressurized with compressed air or the working chamber can be evacuated. In both cases, the resin material heated in the storage chamber passes from the storage bag into the working chamber in order to produce the component by impregnation.
- a comparable process is also known from the document EP 2 956 3820. This describes a collapsible bag packaging and a connection system, whereby the bag can be filled with a matrix material, for example, and emptied manually or by the pressure of a pump (pressing pressure or vacuum).
- Document EP 0 370 564 describes the production of a storage bag for plastic material and the subsequent use of the storage bag.
- the storage bag is placed in or on the production mold in such a way that an outlet opening of the storage bag is in an injection channel. Pressure is then exerted on the storage bag and the processing material enters the cavity of the production mold.
- the document US 6,071,457 discloses a device which consists of at least a storage container, a supply system and an infiltration tool.
- RTM Resin Transfer Molding
- the volume of the storage container can be reduced so that the infiltration material from the storage container passes into the production cavity via the supply system.
- a supply system for liquid resins (such as epoxy) is known from the document US 2005/0023712.
- the system has a storage bag for storing the liquid material, which can reduce its volume (for example under pressure) for improved dispensing of the material.
- An improved resin supply system is also described in the document US 2019/0152111.
- a disadvantage of some of the processes and systems from this state of the art is that the material used for impregnation (resin or matrix material) is heated as a unit and completely to the processing temperature (in the corresponding storage container of the Material).
- the appropriate temperature of the matrix material must be maintained over the entire process duration, whereby temperature fluctuations must be prevented.
- this is associated with high energy costs and, on the other hand, temperature fluctuations in the matrix material can lead to undesirable side effects that can pose a safety risk (uncontrolled exothermic reaction).
- many reactive matrix materials age so quickly at the processing temperature that matrix residues that have been heated up once are discarded and cannot simply be used in another process.
- the complete heating of the entire matrix material as a unit means that, depending on the matrix material selected, the first cross-linking reactions of the matrix material begin without the textile having been impregnated. This can lead to equipment being contaminated (or damaged) and components being manufactured with poor product quality. This can only be prevented if matrix systems are selected that cross-link slowly, which disadvantageously increases the process time for producing the components.
- the method according to EP 3 390 023 does not heat the entire matrix material in one heating process (but only in portions), but the matrix material must be present as frozen matrix material and the material must be cooled in a longer process so that the matrix material remains in the frozen state. In both cases, this requires energy and time. In order to then heat the matrix material to the impregnation temperature, more energy is then required than when using the material at room temperature.
- the document US 2004/0070114 discloses a system and a method for an RTM technique, whereby a fiber material is to be processed.
- the system comprises two reservoirs for resin material, various supply systems and a large number of heating elements.
- the heating elements are provided on the storage containers and only melt the upper layer of the resin material within the storage containers, so that this layer can then be pumped out of the storage container. As a result, the resin material within the storage container is inhomogeneously heated.
- the resin material is fed via a first feed line, via a subsequent feed line to the further feed line and from there into the mold. All feed lines each have heating elements.
- the document EP 2 656 991 describes a storage container (for example in the form of a bag) for a device for processing cast resin and a corresponding method for this.
- a cast resin is fed to a mold for component production via at least one feed device.
- Excess cast resin is to be taken up by a storage container that is connected to both the feed device and the mold.
- the storage container serves as a buffer for reactive casting material, whereby excess cast resin can be fed from the storage container into the mold if required.
- the reactive mixture can also be passed through a heat exchanger, wherein the heat exchanger is provided in the storage container and/or the feed device.
- US 6,136,236 discloses a method and a device for impregnating a fiber pellet.
- the fiber pellet is said to have a fiber content of more than 58% and the main focus in the document is on varying the pressure during impregnation.
- the resin material is located in a storage container and is conveyed into the mold via a feed line.
- a heat exchanger is provided within the feed line and is intended to ensure that the resin material has the correct temperature before reaching the mold.
- the document US 6,168,408 discloses a device for impregnating composites, wherein the flow rate of the impregnation material and the pressure can be adjusted depending on the product to be impregnated.
- the device has at least one storage container, a feed system and at least one mold.
- the storage container(s) are located in a tank which is also suitable for heating the storage container(s).
- the supply system can have a heat exchanger.
- US 5,518,388 discloses a device and a method for RTM.
- resin in a storage container is fed to a mold via various supply lines.
- the storage container and the mold can be heated using heating elements.
- the device also has a preheater, which is also intended to heat the resin.
- thermosetting matrix material required for the impregnation is stored in a storage container and the textile made of reinforcing fibers in an impregnation unit, with at least one direct supply system being provided between the storage container and the impregnation unit.
- the thermosetting matrix material passes from the storage container directly into the impregnation unit through the at least one direct supply system, with each of the at least one direct supply systems having at least one heating device.
- the thermosetting matrix material is heated exclusively in the at least one direct supply system by the at least one heating device to a temperature that is required for impregnating the textile made of reinforcing fibers with the thermosetting matrix material.
- the thermosetting matrix material is at room temperature during the method, wherein the room temperature is defined as a temperature between 16 °C and 26 °C. In one embodiment, the matrix material is at a room temperature between 20 °C and 25 °C.
- the thermosetting matrix material (hereinafter also referred to as matrix material) is not completely heated as a unit or is completely frozen as a unit.
- matrix material only the portion of matrix material that flows into the impregnation unit through at least one direct feed system is heated.
- This advantageously requires less energy to heat or cool the matrix material because a larger amount of matrix material does not have to be kept at the processing temperature or in a frozen state over the entire process period and then heated to the impregnation temperature.
- the new method is also suitable for highly reactive matrix materials because the thermal preload of the material, in particular the time between heating and impregnation, is particularly short.
- thermosetting matrix material should reach the impregnation unit via a direct feed line, which can also reduce the residence time of the matrix material in the feed system. Due to the short residence time of the matrix material within the supply system and the short time in which the matrix material is heated to an impregnation temperature, this system also allows the use of so-called highly reactive two-component resin systems without the second component having to be added at a later point in time. Another advantage of the new process is that It can be seen that matrix material that was not required for impregnation was generally not heated to impregnation temperature and can therefore be used in another process without any problems. This reduces the amount of matrix material waste.
- a direct supply system is used between the storage container and the impregnation unit and the thermosetting matrix material is conveyed directly into the impregnation unit via the direct supply system and heated exclusively here (to an impregnation temperature).
- a direct supply system and such transport expressly excludes the matrix material being fed via a plurality of supply lines that are provided one after the other (in a line). Accordingly, the matrix material can indeed be transported directly from the storage container to the impregnation unit via a plurality of direct supply systems, but each direct supply system represents the shortest connection between the storage container and a selected area of the impregnation unit.
- Transferring the matrix material from a first supply system to a subsequent supply system and then to the impregnation unit is therefore not a direct supply system within the meaning of the invention.
- the direct feed system according to the invention is intended to transport the matrix material from the storage container to the impregnation unit via the shortest route and as quickly as possible.
- the residence time of the matrix material within the feed system is no longer than the time required for heating the matrix material in the feed system to the impregnation temperature.
- the matrix material is heated to an impregnation temperature in the direct supply system.
- the impregnation temperature required for the impregnation is a temperature at which the matrix material has sufficient flowability (i.e. a low viscosity) for the complete impregnation of the textile in the impregnation unit.
- the impregnation temperature is between 50 and 140 °C, preferably between 70 and 120 °C, preferably between 50 and 120 °C, preferably between 70 and 140 °C.
- the matrix material must soak all parts of the textile with matrix material.
- the matrix material has a viscosity of less than 1000 mPa*s, preferably less than 800 mPa*s, preferably less than 500 mPa*s, preferably less than 350 mPa*s, preferably less than 200 mPa*s, preferably less than 150 mPa*s, preferably less than 100 mPa*s, preferably less than 50 mPa*s.
- the matrix material can be further heated in the impregnation unit so that the matrix material hardens.
- the impregnation temperature is selected so that the matrix material also hardens, in which case a particularly short supply line system must preferably be selected so that no hardening takes place within the supply line system or the impregnation temperature is only reached at the end of the supply line system (just before entering the impregnation unit) in the supply line system.
- the supply system is a separate unit. This means that the supply system can be introduced into the impregnation plant independently of the storage container or the impregnation unit and can also be controlled in the process independently of the impregnation unit or the supply container.
- the Supply system is part of the storage tank and is not detachably connected to it.
- each of the direct supply systems has only a single heating device.
- the heating device is detachably in contact with the at least one direct supply system.
- the at least one direct supply system is also referred to simply as a supply system.
- a supply system can be used both in the process for producing the component and in the system for producing the component.
- a storage container is used, from which a plurality of supply lines lead to the impregnation unit, each supply line system having at least one heating device of its own.
- a plurality of supply lines and storage containers are used, each supply line system being connected to another storage container, but all supply lines leading to a single impregnation unit and each supply line system having at least one heating device of its own.
- Statements on the storage container should therefore be understood as also applying to the use of a plurality of storage containers in the method and/or the system. If more than two storage containers are used in the method and/or the system, these storage containers can be constructed in the same or different ways.
- a first storage container can have a pressing device
- the second Storage container does not have a pressure device.
- the matrix material is not transferred from a first to a second (or third) storage container and then to the impregnation unit, but the matrix material is always fed from the storage container via the feed line directly to the impregnation unit.
- matrix and matrix material resin and resin material are used synonymously.
- a textile is to be understood as a woven fabric, a UD fabric, a nonwoven material or a mixture of the materials mentioned.
- the textile can also be a multiaxial fabric, a so-called non-crimp fabric (with or without nonwoven material).
- a pellet even if it is made of fiber material, does not constitute a textile within the meaning of the invention.
- impregnation is to be understood as any type of component production in which a textile made of reinforcing fibers becomes a component by adding a matrix material (and possibly heat and pressure).
- a component is any part that forms an end product alone or together with other components.
- room temperature should be understood to mean a temperature between 16 °C and 26 °C, preferably between 20 °C and 25 °C.
- the matrix material in the storage container should not be heated at all. If the matrix material in the storage container is not heated at all, this means that the matrix material in the storage container is only at room temperature, but no additional heating takes place. The matrix material is therefore not frozen in the storage container. It is advantageous Therefore, heating the matrix material to impregnation temperature is possible faster and with less energy than would be the case when using frozen matrix material.
- the entire impregnation process for producing the fiber-reinforced component less than 30%, preferably less than 20%, preferably less than 10% of the matrix material required for impregnation in the supply system (or in all supply systems together) is heated simultaneously. It is understood that during the impregnation process, the entire matrix material usually has to be heated so that the impregnation can be carried out. In the proposed process, however, only a small amount of the material in the supply system should ever have to be heated, while the majority of the matrix material is not heated and is therefore present in the storage container at room temperature.
- a matrix material is selected as the thermosetting matrix material for impregnation which has a viscosity of between 50,000 mPa*s and 120,000 mPa*s, preferably between 80,000 mPa*s and 100,000 mPa*s, at room temperature (16 °C - 26 °C). It goes without saying that the method can still be carried out if a thermosetting matrix material with a different viscosity is used. Even if, for example, a matrix material that is not or hardly flowable is used at room temperature, the matrix material can pass from the storage container into the supply system without heating the matrix material in the storage container.
- the supply system has a control unit by which the pressure, flow rate and/or temperature of the matrix material in the supply system is measured and/or influenced in the process for producing the component. This can advantageously ensure that the matrix material enters the impregnation unit at the correct impregnation temperature and/or the correct flow rate and/or the correct pressure, so that the quality of the component production is reproducibly high.
- the supply system additionally has a degassing device, so that the possibility of degassing exists within the supply system.
- the matrix material can also be matrix material that has already been degassed, whereby in the process according to this idea the degassed state of the matrix material can be maintained until impregnation. Storage, heating, supply and impregnation therefore take place without contact with gases or gas mixtures, such as air.
- the supply system has at least one sieve that influences the pressure, viscosity and/or flow rate of the matrix material.
- the at least one sieve is preferably located at the transition from the supply system to the impregnation unit.
- the matrix material can only pass through the sieve if it has a corresponding viscosity at a given pressure.
- the flow rate can also be influenced by the at least one sieve.
- the at least one sieve is reversibly removable from the supply system.
- the at least one sieve can be provided in the connection piece or as part of the connection piece of the supply system.
- the at least one sieve can be exchanged for each component so that other process parameters can be easily adjusted or monitored.
- the sieve can preferably also be used additionally or alternatively to mix the matrix material in the feed system.
- the feed system can have a large number of sieves that have different tasks within the feed system (and for this purpose also have different mesh sizes and wire mesh thicknesses).
- the supply systems can also transport different resin materials to the impregnation unit.
- the supply system can transport the various components, which are then only brought together in the impregnation unit or in an end region of the supply system shortly before the impregnation unit.
- the various components are stored in different storage containers, each of which is connected to the impregnation unit via its own direct supply system.
- the supply system can have an access by which additives for the matrix material can be introduced into the supply system.
- the volume of the storage container is reduced during the production of the fiber-reinforced component by a pressure device.
- the matrix material is preferably pressed out of the storage container into the supply system, so that at the end of the process hardly any or no matrix material remains in the storage container.
- the volume of the storage container is reversibly reduced, so that the storage container remains reusable after emptying and can be refilled with matrix material.
- a storage container can also be used for the They can be used to manufacture a large number of components in a large number of manufacturing processes (or manufacturing cycles) and therefore contain a corresponding amount of matrix material. In each individual process for manufacturing a component, the volume of the storage container is reduced by a certain percentage of the volume of the storage container up to that point.
- a negative pressure unit or a positive pressure unit and/or a mechanical pressing unit is used as the pressure device for reducing the volume of the storage container.
- a vacuum pump can be used to slowly evacuate the impregnation unit during the manufacturing process of the component.
- a squeezing device can be attached to the storage container, which reduces the volume of the storage container from above towards the supply system during the component manufacturing process. In both cases, the matrix material is pressed or pulled from the storage container towards the supply system, whereby matrix material enters the supply system.
- a heat exchanger is used as at least one heating device.
- the heat exchanger is preferably operated with waste heat from other processes.
- the heat exchanger can, for example, be provided in a spiral shape around the supply system or parts of the supply system and heat the pipes (or the only pipe) of the supply system.
- the matrix material is located inside the pipes of the supply system and in direct contact with them. If a material with good thermal conductivity is used for the pipes, the heat from the pipes is transferred directly to the matrix material, so that heating can take place without direct contact between the heat source and the matrix material.
- the at least one heating device can of course also (additionally or alternatively) contain another heat source, such as infrared radiators or heating coils. A combination of different heating devices for heating the matrix material is also possible, wherein in one embodiment a gradual increase in the heating temperature by the different heating devices is also possible.
- the supply system is preferably not an extruder.
- a further subject of the present idea relates to a supply system for a method as described above.
- the statements made so far should therefore also apply to the supply system - as far as appropriate.
- statements that are described below for the supply system should also apply to the method for producing components with such a supply system.
- the supply system for a process should have a tubular structure with two - preferably opposite one another - end pieces.
- a first end piece can be reversibly or permanently connected to the impregnation unit and a second end piece to the storage container.
- the supply system has at least one heating device which heats thermosetting matrix material at a temperature between 16 °C and 26 °C, preferably between 20 °C and 25 °C, from the storage container to an impregnation temperature, while the matrix material flows from the storage container to the impregnation unit through the supply system.
- the supply system also preferably has a control unit with which the temperature and/or the flow rate of the heated thermosetting matrix material can be checked and/or changed before it passes into the impregnation unit.
- the supply system transports the thermosetting matrix material directly from the storage container to the Impregnation unit, the supply line system for this being the shortest and preferably a single pipe-like connection between the two components.
- the supply line system can advantageously be used for different processes for component production, similar to a coupling piece.
- the end pieces are therefore either fixed in shape and size (standardized) or a large number of end pieces are available, which can be selected depending on the storage container used and/or impregnation unit used and/or required process parameters and reversibly mounted on the supply line system.
- the supply line system is provided with an end piece fixed to the storage container and can be reversibly connected to the impregnation unit with an end piece.
- the supply line system has a length of less than 15 meters, less than 10 meters, less than 5 meters, less than 3 meters, less than 1.5 meters, less than 1 meter.
- the length of the supply line system corresponds to the path length between the storage container and the impregnation unit.
- the supply system and the storage container form a unit and cannot be separated from each other without destruction.
- the supply line system is formed from a single tube-like connection, which represents the shortest connection between the storage container and the impregnation unit. In another embodiment, the supply line system is formed from a plurality of tube-like connections, which run approximately parallel to one another and each form the shortest connection between the storage container and the impregnation unit. In one embodiment of the supply line system, the supply line system has at least one control unit at least in the area of the first end piece. The control unit should preferably be able to check and/or change the temperature and/or flow properties of the heated matrix material before it passes into the impregnation unit. For example, the control unit can have a thermocouple (for example a contact thermometer) that measures the temperature of the matrix material.
- a thermocouple for example a contact thermometer
- control unit detects a temperature difference between a set temperature to be reached (target temperature) and the actual temperature (actual temperature) of the matrix material
- control unit can, for example, influence the at least one heating device and increase or decrease its temperature.
- the control unit can also comprise a device that measures the flow rate of the matrix material (for example a sieve element) and here too compare the actual value and the target value with each other and, if necessary, influence the flow rate of the matrix material using the pressure device and the change in volume of the storage container.
- the temperature measurement can serve as a safety monitor to detect and prevent unwanted curing reactions and overheating of the system at an early stage.
- the supply line system has a heat exchanger as at least one heating device. In one embodiment, each supply line system has only a single heating device, preferably a heat exchanger.
- the supply line system has a material, at least in the contact area with the matrix material, which prevents or reduces the adhesion of the matrix material to the supply line system.
- the tubes for transporting the matrix material are preferably made of this material. This makes it easier to process matrix material that is sticky even at room temperature.
- Another subject of the present idea relates to a system for producing fiber-reinforced components.
- the statements already described on the process should apply to the system with regard to the production process.
- the statements on the supply system should also apply to the system. If statements on the system relate to aspects of the process or the supply system, these statements should apply accordingly.
- the plant should have at least one impregnation unit for the impregnation of a textile made of reinforcing fibers, a storage container with thermosetting matrix material for impregnating the textile and a direct supply system with at least one heating device - as described above.
- the storage container is a flexible bag.
- a flexible bag is one that can be compressed (preferably reversibly), i.e. its volume can be reduced, for example, by squeezing the bag.
- the bag is not only compressible, but also stretchable, so that the volume of the bag can also be increased within certain tolerance ranges without damaging the bag.
- the bag is made of a heat-resistant polymer material (for example as a film bag) and has an outlet opening at one end with a connecting element for an end piece of the supply system.
- a heat-resistant polymer material for example as a film bag
- the matrix material manufacturer stores the matrix material in a corresponding bag sold and delivered.
- the bag can be inserted into the storage container or the bag itself can be the storage container.
- Using the bag as a storage container means that the matrix material no longer needs to be degassed before component production.
- a flexible bag allows for improved emptying (by reducing the volume of the bag) and mixing of the matrix material within the bag would also be possible.
- the bag is preferably designed to be resealable so that the bag can also be used to store matrix material for various production processes.
- the bag has a feed opening through which additives can be added to the matrix material in the bag - for example special hardeners.
- a bag as a storage container together with a supply system forms a unit that cannot be separated from one another.
- the system has a pressure device that can change - preferably reduce - the volume of the storage container (preferably a flexible bag).
- the storage container preferably a flexible bag itself has the pressure device.
- the storage container is a flexible bag and has a mechanical pressure device for changing the volume (preferably for reducing the volume).
- a supply system as already described
- the storage container in the form of a flexible bag forms a unit that cannot be separated from one another.
- Statements regarding the process, the supply system and the plant also apply to the storage bag and vice versa.
- Figure 1 shows a schematic of a component manufacturing plant with a direct feed system in which a flexible resin container is used as a storage container.
- FIG 2 shows schematically another embodiment of the system from Figure 1, the difference being in the manner of emptying the storage container.
- Figure 1 shows a schematic of a system for producing a fiber-reinforced component.
- a textile to be impregnated is placed in the impregnation unit 1.
- a storage container 2 has a matrix material through which the textile is to be impregnated and turned into a component.
- a direct supply system 3 is provided between the storage container 2 and the impregnation unit 1, whereby the matrix material from the storage container 2 passes through the supply system 3 directly (and thus without detours) into the impregnation unit 1.
- the supply system 3 has a heating device 4, which is designed in the form of an in-line heater. The heating device 4 heats the matrix material from the storage container 2 to a temperature that is required for impregnation. In the storage container 2 itself, the matrix material is at room temperature.
- the matrix material is therefore only heated in the supply system 3 and only in portions.
- the heating device 4 of the supply system 3 therefore only ever heats a small portion of the still available (and not yet the impregnation unit 1) matrix material is completely heated, which then flows into the impregnation unit 1 and impregnates the textile.
- the matrix material is neither completely heated in the storage container 2 nor is part or all of the matrix material in the storage container 2 heated to a temperature that corresponds to the impregnation temperature for the matrix material.
- the storage container 2 is a bag that can be processed by a pressure roller as a pressure device 6 during the manufacturing process.
- the pressure roller 6 can reduce the volume of the bag (by compressing the bag) so that the matrix material within the bag is pressed in the direction of the supply system 3 and into the supply system 3.
- the supply system 3 also has a control unit 5, which is provided in the immediate vicinity of the impregnation unit 1.
- the control unit 5 has sensors that can measure the pressure, the volume flow and/or the temperature and/or other characteristics of the matrix material.
- the control unit 5 can also control the pressure device 6 and/or the heating device 4.
- the control unit 5 can increase or decrease the temperature of the heating device 4 and move the pressure roller 6 in the direction or in the opposite direction of the supply system 3 and/or change (increase or decrease) the pressure on the storage container 2.
- a flexible resin container for example a bag 7) was placed in the storage container 2.
- the impregnation unit and/or the supply system 3 can be evacuated during the manufacturing process of the component (i.e. the impregnation of the textile with the matrix material) so that the matrix material passes in the direction of the supply system 3.
- the storage container 2 can be pressurized with compressed air so that the matrix material passes from the storage container 2 into the supply system 3.
- the matrix material only receives the temperature necessary for the impregnation through the Heating device 4 (in-line heating) within the supply system 3.
- the matrix material within the supply system 3 is then heated completely to the impregnation temperature.
- the matrix material is only brought to the impregnation temperature immediately before impregnation, so that cross-linking reactions can be significantly reduced or completely eliminated beforehand.
- the textile impregnated with the matrix material can be further warmed or heated if necessary so that complete cross-linking and/or hardening of the matrix material takes place for component production.
- the impregnation unit 1 can also be designed in such a way that it maintains the temperature of the matrix material in the impregnation unit 1 until the textile has been completely impregnated.
- the impregnation unit 1 can also be pressurized for component production.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
Verfahren zur Bauteilherstellung mit Heizvorrichtung im Zuleitungssystem Process for component production with heating device in the supply system
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, bei dem immer nur ein kleiner Teil des benötigten Matrixmaterials erwärmt werden muss. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Zuleitungssystem zur Anwendung in dem Verfahren, das über eine entsprechende Heizvorrichtung verfügt und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem solchen Zuleitungssystem. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Vorratsbehälter für das Verfahren und die Anlage. The invention relates to methods for producing a fiber-reinforced component in which only a small part of the required matrix material has to be heated. The invention also relates to a supply system for use in the method, which has a corresponding heating device, and to a system for carrying out the method with such a supply system. The invention also relates to a storage container for the method and the system.
Verfahren zur Imprägnierung von Textilien zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen sind allgemein bekannt. Auch bekannt sind Anlagen, die zur Imprägnierung verwendet werden. In der Schrift EP 3 390 023 wird ein Verfahren zur Imprägnierung vorgeschlagen, bei dem das Matrixmaterial gefroren vorliegt. Das Matrixmaterial wird portionsweise in einen Extruder geleitet, der über Heizvorrichtungen verfügt und das Matrixmaterial auf Imprägnierungstemperatur erhitzt. Ziel des Verfahrens gemäß der Schrift EP 3 390 023 ist, das Matrixmaterial nicht auf Raumtemperatur lagernd vorliegen zu haben. In der Druckschrift DE 10 2005 053 690 beispielsweise, wird ein Werkzeug, eine Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils beschrieben. Im Verfahren wird ein mit Harz befüllter Vorratsbeutel in eine Vorratskammer eingelegt. Die Vorratskammer steht mit einer Arbeitskammer in Kontakt, in der sich ein Halbzeug befindet. Der Vorratsbeutel ist aus einem dünnwandigen Material gefertigt und beinhaltet die Menge an Matrixmaterial, die für die Bauteilherstellung benötigt wird. Die Vorratskammer kann mit Pressluft beaufschlagt werden oder es folgt eine Evakuierung der Arbeitskammer. In beiden Fällen gelangt das in der Vorratskammer erwärmte Harzmaterial aus dem Vorratsbeutel in die Arbeitskammer, um das Bauteil durch Imprägnierung herzustellen. Auch aus dem Dokument EP 2 956 3820 ist ein vergleichbares Verfahren bekannt. Hier wird eine zusammenklappbare Beutelverpackungen und ein Verbindungssystem beschrieben, wobei der Beutel beispielsweise mit einem Matrixmaterial befüllt sein kann und händisch oder durch den Druck einer Pumpe (Pressdruck oder Unterdrück) entleert wird. In Dokument EP 0 370 564 wird die Herstellung eines Vorratsbeutels für Plastikmaterial beschrieben und die anschließende Verwendung des Vorratsbeutels. Zur Herstellung einer Verpackung wird der Vorratsbeutel so in oder zur Fertigungsform platziert, dass eine Auslassöffnung des Vorratsbeutels in einem Injektionskanal liegt. Anschließend wird Druck auf den Vorratsbeutel ausgeübt und das Verarbeitungsmatenal gelangt in die Kavität der Fertigungsform. In der Schrift US 6,071 ,457 wird eine Vorrichtung offenbart, die mindestens aus einem Vorratsbehälter, einem Zuleitungssystem und einem Infiltrationswerkzeug besteht. In einem RTM (Resin Transfer Moulding) Verfahren kann das Volumen des Vorratsbehälters verringert werden, so dass das Infiltrationsmaterial aus dem Vorratsbehälter über das Zuleitungssystem in die Fertigungskavität gelangt. Aus dem Dokument US 2005/0023712 ist ein Zuführungssystem für flüssige Harze (wie beispielsweise Epoxid) bekannt. Das System weist einen Vorratsbeutel zur Speicherung des flüssigen Materials auf, der zur verbesserten Abgabe des Materials sein Volumen (beispielweise unter Druck) verringern kann. Ein verbessertes Harzzuführungssystem wird auch in der Schrift US 2019/0152111 beschrieben. Methods for impregnating textiles for the production of fiber-reinforced components are generally known. Systems used for impregnation are also known. In the document EP 3 390 023, a method for impregnation is proposed in which the matrix material is frozen. The matrix material is fed in portions into an extruder that has heating devices and heats the matrix material to impregnation temperature. The aim of the method according to the document EP 3 390 023 is not to have the matrix material stored at room temperature. In the document DE 10 2005 053 690, for example, a tool, an arrangement and a method for producing a component are described. In the method, a storage bag filled with resin is placed in a storage chamber. The storage chamber is in contact with a working chamber in which a semi-finished product is located. The storage bag is made of a thin-walled material and contains the amount of matrix material required for the component production. The The storage chamber can be pressurized with compressed air or the working chamber can be evacuated. In both cases, the resin material heated in the storage chamber passes from the storage bag into the working chamber in order to produce the component by impregnation. A comparable process is also known from the document EP 2 956 3820. This describes a collapsible bag packaging and a connection system, whereby the bag can be filled with a matrix material, for example, and emptied manually or by the pressure of a pump (pressing pressure or vacuum). Document EP 0 370 564 describes the production of a storage bag for plastic material and the subsequent use of the storage bag. To produce packaging, the storage bag is placed in or on the production mold in such a way that an outlet opening of the storage bag is in an injection channel. Pressure is then exerted on the storage bag and the processing material enters the cavity of the production mold. The document US 6,071,457 discloses a device which consists of at least a storage container, a supply system and an infiltration tool. In an RTM (Resin Transfer Molding) process, the volume of the storage container can be reduced so that the infiltration material from the storage container passes into the production cavity via the supply system. A supply system for liquid resins (such as epoxy) is known from the document US 2005/0023712. The system has a storage bag for storing the liquid material, which can reduce its volume (for example under pressure) for improved dispensing of the material. An improved resin supply system is also described in the document US 2019/0152111.
Nachteilig bei einigen der Verfahren und Anlagen aus diesem Stand der Technik ist, dass das zur Imprägnierung verwendete Material (Harz oder auch Matrixmaterial genannt) als Einheit und vollständig auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt wird (im entsprechenden Vorratsbehälter des Materials). Bei einem längeren Imprägnierungsprozess muss dann über die gesamte Prozessdauer die entsprechende Temperatur des Matrixmaterials gehalten werden, wobei Temperaturschwankungen verhindert werden müssen. Das ist einerseits mit hohen Energiekosten verbunden und andererseits können Temperaturschwankungen im Matrixmaterial zu unerwünschten Nebeneffekten führen, welche ein Sicherheitsrisiko darstellen können (unkontrollierte exotherme Reaktion). Weiterhin unterliegen viele reaktive Matrixmaterialien bei der Verarbeitungstemperatur einer so schnellen Alterung, dass einmal erwärmte Matrixreste verworfen und nicht einfach in einem anderen Verfahren verwendet werden können. Ergänzend dazu führt die vollständige Erwärmung des gesamten Matrixmaterials als Einheit dazu, dass je nach gewählten Matrixmaterial bereits erste Vernetzungsreaktionen des Matrixmaterials beginnen, ohne dass eine Imprägnierung des Textils stattgefunden hat. Das kann dazu führen, dass Anlagen verunreinigt (oder beschädigt) und dass Bauteile mit geringer Produktqualität gefertigt werden. Verhindert werden kann das nur, wenn Matrixsysteme gewählt werden, die langsam vernetzen, wodurch sich die Prozesszeit zur Herstellung der Bauteile unvorteilhaft erhöht. A disadvantage of some of the processes and systems from this state of the art is that the material used for impregnation (resin or matrix material) is heated as a unit and completely to the processing temperature (in the corresponding storage container of the Material). In a longer impregnation process, the appropriate temperature of the matrix material must be maintained over the entire process duration, whereby temperature fluctuations must be prevented. On the one hand, this is associated with high energy costs and, on the other hand, temperature fluctuations in the matrix material can lead to undesirable side effects that can pose a safety risk (uncontrolled exothermic reaction). Furthermore, many reactive matrix materials age so quickly at the processing temperature that matrix residues that have been heated up once are discarded and cannot simply be used in another process. In addition, the complete heating of the entire matrix material as a unit means that, depending on the matrix material selected, the first cross-linking reactions of the matrix material begin without the textile having been impregnated. This can lead to equipment being contaminated (or damaged) and components being manufactured with poor product quality. This can only be prevented if matrix systems are selected that cross-link slowly, which disadvantageously increases the process time for producing the components.
Das Verfahren gemäß der Schrift EP 3 390 023 erwärmt zwar nicht das gesamte Matrixmaterial in einem Erwärmungsvorgang (sondern nur portionsweise), jedoch muss das Matrixmaterial als gefrorenes Matrixmaterial vorliegen und in einem längeren Prozess muss eine Kühlung des Materials erfolgen, damit das Matrixmaterial im gefrorenen Zustand verbleibt. In beiden Fällen wird hierfür Energie und Zeit benötigt. Um das Matrixmaterial anschließend auf die Imprägnierungstemperatur zu erwärmen, wird dann mehr Energie benötigt, als bei der Verwendung des Materials bei Raumtemperatur. The method according to EP 3 390 023 does not heat the entire matrix material in one heating process (but only in portions), but the matrix material must be present as frozen matrix material and the material must be cooled in a longer process so that the matrix material remains in the frozen state. In both cases, this requires energy and time. In order to then heat the matrix material to the impregnation temperature, more energy is then required than when using the material at room temperature.
Das Dokument US 2004/0070114 offenbart ein System und ein Verfahren für eine RTM Technik, wobei ein Fasermaterial bearbeitet werden soll. Das System weist zwei Vorratsbehälter für Harzmaterial auf, verschiedenen Zuleitungssysteme und eine Vielzahl von Heizelementen. Die Heizelemente sind an den Vorratsbehältern vorgesehen und schmelzen nur die obere Schicht des Harzmaterials innerhalb der Vorratsbehälter an, so dass diese Schicht dann aus dem Vorratsbehälter abgepumpt werden kann. Folglich liegt das Harzmaterial innerhalb des Vorratsbehälter inhomogen erwärmt vor. Das Harzmaterial wird über eine erste Zuleitung, über eine nachfolgende Zuleitung zur weiteren Zuleitung und von dort in die Mold geführt. Alle Zuleitungen weisen jeweils Heizelemente auf. Das Dokument EP 2 656 991 beschreibt einen Vorratsbehälter (beispielsweise in Form eines Beutels) für eine Vorrichtung zur Gießharzverarbeitung und ein entsprechendes Verfahren dazu. Gemäß diesem Dokument wird ein Gießharz über mindestens eine Zuführeinrichtung einer Form zur Bauteilherstellung zugeführt. Überschüssiges Gießharz soll von einem Vorratsbehälter aufgenommen werden, der sowohl mit der Zuführeinrichtung also auch mit der Form in Verbindung steht. Der Vorratsbehälter dient dabei als Pufferspeicher für reaktives Vergußmaterial, wobei bei Bedarf überschüssiges Gießharz aus dem Vorratsbehälter in die Form gefördert werden kann. Das reaktive Gemisch kann weiterhin über einen Wärmetauscher geführt werden, wobei der Wärmetausche in dem Vorratsbehälter und/oder der Zuführeinrichtung vorgesehen ist. Im Dokument US 6,136,236 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Imprägnierung eines Faserpellets offenbart. Das Faserpellet soll einen Faseranteil von mehr als 58% haben und Hauptaugenmerk wird in dem Dokument auf eine Variation des Drucks bei der Imprägnierung gelegt. Das Harzmaterial befindet sich in einem Vorratsbehälter und wird über eine Zuleitung in die Form befördert. Ein Wärmetauscher ist innerhalb der Zuleitung vorgesehen und soll sicherstellen, dass das Harzmaterial vor dem Erreichen der Form die richtige Temperatur hat. Das Dokument US 6,168,408 offenbart eine Vorrichtung zur Imprägnierung von Komposits, wobei je nach zu imprägnierendem Produkt die Fließrate des Imprägnierungsmatriais und der Druck angepasst werden können. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Vorratsbehälter, ein Zuleitungssystem und mindestens eine Mold auf. Der oder die Vorratsbehälter befinden sich in einem Tank, der auch zur Beheizung des oder der Vorratsbehälter geeignet ist. Das Zuleitungssystem kann einen Wärmetauscher aufweisen. Die Schrift US 5,518,388 offenbart ein Gerät und ein Verfahren für RTM. Hierbei wird Harz in einem Vorratsbehälter über verschiedenen Zuleitungen einer Mold zugeführt. Der Vorratsbehälter und die Mold sind über Heizelemente heizbar. Weiterhin weist das Gerät einen Preheater auf, der ebenfalls das Harz erwärmen soll. The document US 2004/0070114 discloses a system and a method for an RTM technique, whereby a fiber material is to be processed. The system comprises two reservoirs for resin material, various supply systems and a large number of heating elements. The heating elements are provided on the storage containers and only melt the upper layer of the resin material within the storage containers, so that this layer can then be pumped out of the storage container. As a result, the resin material within the storage container is inhomogeneously heated. The resin material is fed via a first feed line, via a subsequent feed line to the further feed line and from there into the mold. All feed lines each have heating elements. The document EP 2 656 991 describes a storage container (for example in the form of a bag) for a device for processing cast resin and a corresponding method for this. According to this document, a cast resin is fed to a mold for component production via at least one feed device. Excess cast resin is to be taken up by a storage container that is connected to both the feed device and the mold. The storage container serves as a buffer for reactive casting material, whereby excess cast resin can be fed from the storage container into the mold if required. The reactive mixture can also be passed through a heat exchanger, wherein the heat exchanger is provided in the storage container and/or the feed device. The document US 6,136,236 discloses a method and a device for impregnating a fiber pellet. The fiber pellet is said to have a fiber content of more than 58% and the main focus in the document is on varying the pressure during impregnation. The resin material is located in a storage container and is conveyed into the mold via a feed line. A heat exchanger is provided within the feed line and is intended to ensure that the resin material has the correct temperature before reaching the mold. The document US 6,168,408 discloses a device for impregnating composites, wherein the flow rate of the impregnation material and the pressure can be adjusted depending on the product to be impregnated. The device has at least one storage container, a feed system and at least one mold. The storage container(s) are located in a tank which is also suitable for heating the storage container(s). The supply system can have a heat exchanger. The document US 5,518,388 discloses a device and a method for RTM. Here, resin in a storage container is fed to a mold via various supply lines. The storage container and the mold can be heated using heating elements. The device also has a preheater, which is also intended to heat the resin.
Nachteilig bei den beschriebenen Verfahren ist jedoch, dass das Matrixmaterial von einem Vorratsbehälter über ein System aus Zuleitungen zu dem zu imprägnierenden Produkt geleitet wird und dabei die zur Imprägnierung nötige Temperatur über Wärmequellen aufrechterhalten werden muss. Insbesondre sehr reaktive Matrixsysteme können so aber nur schlecht verarbeitet werden, da die Gefahr einer frühzeitigen Vernetzung innerhalb des Zuleitungssystems zu groß ist. The disadvantage of the described processes, however, is that the matrix material is fed from a storage container to the product to be impregnated via a system of supply lines, and the temperature required for impregnation must be maintained using heat sources. Very reactive matrix systems in particular are difficult to process in this way, as the risk of premature cross-linking within the supply system is too great.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Stand der Technik vorkommenden Nachteile zu beseitigen oder zumindest abzumildern. It was therefore the object of the present invention to eliminate or at least mitigate the disadvantages occurring in the prior art.
Diese Aufgabe wurde gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1 . This object was achieved by a method according to claim 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils vorgeschlagen, bei dem ein Textil aus Verstärkungsfasern (sogenannten hochfesten Fasern) mit einem duroplastischen Matrixmaterial in einem Matriximprägnierungsschritt bearbeitet wird. Das für die Imprägnierung benötige duroplastische Matrixmaterial wird dabei in einem Vorratsbehälter gelagert und das Textil aus Verstärkungsfasern in einer Imprägniereinheit, wobei zwischen dem Vorratsbehälter und der Imprägniereinheit mindestens ein direktes Zuleitungssystem vorgesehen ist. Durch das mindestes eine direkte Zuleitungssystem gelangt das duroplastische Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter direkt in die Imprägniereinheit, wobei jedes der mindesten einen direkten Zuleitungssysteme mindestens eine Heizvorrichtung aufweist. Im Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten Bauteils wird das duroplastische Matrixmaterial ausschließlich im mindestens einem direkten Zuleitungssystem durch die mindestens eine Heizvorrichtung auf eine Temperatur erwärmt, die für die Imprägnierung des Textils aus Verstärkungsfasern mit dem duroplastischen Matrixmaterial benötigt wird. Im Vorratsbehälter liegt das duroplastische Matrixmaterial während des Verfahrens bei Raumtemperatur vor, wobei die Raumtemperatur als eine Temperatur zwischen 16 °C und 26 °C definiert wird. In einer Ausführungsform liegt das Matrixmaterial bei einer Raumtemperatur zwischen 20 °C und 25 °C vor. According to the present invention, a method for producing a fiber-reinforced component is proposed, in which a textile made of reinforcing fibers (so-called high-strength fibers) is processed with a thermosetting matrix material in a matrix impregnation step. The thermosetting matrix material required for the impregnation is stored in a storage container and the textile made of reinforcing fibers in an impregnation unit, with at least one direct supply system being provided between the storage container and the impregnation unit. The thermosetting matrix material passes from the storage container directly into the impregnation unit through the at least one direct supply system, with each of the at least one direct supply systems having at least one heating device. In the In the method for producing the fiber-reinforced component, the thermosetting matrix material is heated exclusively in the at least one direct supply system by the at least one heating device to a temperature that is required for impregnating the textile made of reinforcing fibers with the thermosetting matrix material. In the storage container, the thermosetting matrix material is at room temperature during the method, wherein the room temperature is defined as a temperature between 16 °C and 26 °C. In one embodiment, the matrix material is at a room temperature between 20 °C and 25 °C.
Erfindungsgemäß wird also das duroplastische Matrixmaterial (im Folgenden auch nur als Matrixmaterial bezeichnet) nicht als Einheit vollständig erwärmt oder liegt als Einheit vollständig gefroren vor. Vorteilhaft wird immer nur der Anteil an Matrixmaterial, der durch das mindeste eine direkte Zuleitungssystem in die Imprägniereinheit fließt, erwärmt. In vorteilhafter Weise wird hierdurch weniger Energie zur Erwärmung oder Kühlung des Matrixmaterials benötigt, weil nicht über den gesamten Prozesszeitraum eine größere Menge an Matrixmaterial auf der Verarbeitungstemperatur oder in einem gefrorenen Zustand gehalten werden muss und dann auf Imprägnierungstemperatur erwärmt werden muss. Weiterhin ist das neue Verfahren auch für hochreaktive Matrixmaterialien geeignet, da die thermische Vorbelastung des Materials, insbesondere die Zeit zwischen Erwärmung und Imprägnierung, besonders kurz ist. Zudem soll das duroplastische Matrixmaterial durch eine direkte Zuleitung zur Imprägniereinheit gelangen, wodurch ebenfalls die Verweilzeit des Matrixmaterials im Zuleitungssystem verringert werden kann. Durch die kurze Verweilzeit des Matrixmaterials innerhalb des Zuleitungssystems und die kurze Zeit, in der das Matrixmaterial auf einer Imprägnierungstemperatur erwärmt vorliegt, können durch dieses System auch sogenannte hochreaktive Zwei-Komponenten Harzsysteme verwendet werden, ohne dass die zweite Komponente extra zu einem späteren Zeitpunkt beigemischt werden muss. Als weiterer Vorteil für das neue Verfahren kann zudem noch angesehen werden, dass Matrixmaterial, das (doch) nicht für die Imprägnierung benötigt wurde, in der Regel auch nicht auf Imprägnierungstemperatur erwärmt wurde und daher unproblematisch in einem anderen Verfahren verwendet werden kann. Hierdurch sinkt der Abfallanteil für Matrixmaterial. According to the invention, the thermosetting matrix material (hereinafter also referred to as matrix material) is not completely heated as a unit or is completely frozen as a unit. Advantageously, only the portion of matrix material that flows into the impregnation unit through at least one direct feed system is heated. This advantageously requires less energy to heat or cool the matrix material because a larger amount of matrix material does not have to be kept at the processing temperature or in a frozen state over the entire process period and then heated to the impregnation temperature. Furthermore, the new method is also suitable for highly reactive matrix materials because the thermal preload of the material, in particular the time between heating and impregnation, is particularly short. In addition, the thermosetting matrix material should reach the impregnation unit via a direct feed line, which can also reduce the residence time of the matrix material in the feed system. Due to the short residence time of the matrix material within the supply system and the short time in which the matrix material is heated to an impregnation temperature, this system also allows the use of so-called highly reactive two-component resin systems without the second component having to be added at a later point in time. Another advantage of the new process is that It can be seen that matrix material that was not required for impregnation was generally not heated to impregnation temperature and can therefore be used in another process without any problems. This reduces the amount of matrix material waste.
Erfindungsgemäß wird ein direktes Zuleitungssystem zwischen dem Vorratsbehälter und der Imprägniereinheit verwendet und das duroplastische Matrixmaterial wird direkt in die Imprägniereinheit über das direkte Zuleitungssystem befördert und ausschließlich hier erwärmt (auf eine Imprägnierungstemperatur). Ein solches System und ein solcher Transport schließt ausdrücklich aus, dass das Matrixmaterial über eine Mehrzahl von Zuleitungen, die einander nachfolgend (in einer Linie) vorgesehen sind, geführt wird. Entsprechend kann das Matrixmaterial zwar über eine Mehrzahl von direkten Zuleitungssystemen direkt von dem Vorratsbehälter zur Imprägniereinheit transportiert werden, wobei aber jedes direkte Zuleitungssystem die kürzeste Verbindung zwischen dem Vorrastbehälter und einem ausgewählten Bereich der Imprägniereinheit darstellt. Eine Überführung des Matrixmaterials von einem ersten Zuleitungssystem zu einem nachfolgenden Zuleitungssystem und anschließend zur Imprägniereinheit ist somit kein direktes Zuleitungssystem im Sinne der Erfindung. Auch nicht im Sinne der Erfindung ist ein System, indem das Matrixmaterial über verschiedene hintereinander angeordneten (Vorrats-) Behältern über Zuleitungssystemen der Imprägniereinheit zugeführt wird. Das erfindungsgemäße direkte Zuleitungssystem soll das Matrixmaterial auf den kürzesten Weg und so schnell wie möglich von dem Vorratsbehälter zur Imprägniereinheit transportieren. Vorzugsweise ist die Verweilzeit des Matrixmaterial innerhalb des Zuleitungssystems nicht länger als die Zeit, die für die Erwärmung des Matrixmaterials im Zuleitungssystem auf die Imprägnierungstemperatur benötigt wird. Ebenfalls erfindungsgemäß wird das Matrixmaterial im direkten Zuleitungssystem auf eine Imprägnierungstemperatur erwärmt. Die für die Imprägnierung benötigte Imprägnierungstemperatur ist dabei eine Temperatur bei der das Matrixmaterial eine ausreichende gute Fließfähigkeit (also eine niedrige Viskosität) für die vollständige Imprägnierung des Textis in der Imprägniereinheit besitzt. Die Imprägnierungstemperatur liegt zwischen 50 und 140 °C, vorzugsweise zwischen 70 und 120 °C, vorzugsweise zwischen 50 und 120 °C, vorzugsweise zwischen 70 und 140 °C. Bei der vollständigen Imprägnierung muss das Matrixmaterial alle Stellen des Textils mit Matrixmaterial durchtränken. Bei der Imprägnierungstemperatur weist das Matrixmaterial eine Viskosität von weniger, als 1000 mPa*s, vorzugsweise weniger als 800 mPa*s, vorzugsweise weniger als 500 mPa*s, vorzugsweise weniger als 350 mPa*s, vorzugsweise weniger als 200 mPa*s, vorzugsweise weniger als 150 mPa*s, vorzugsweise weniger als 100 mPa*s, vorzugsweise weniger als 50 mPa*s auf. According to the invention, a direct supply system is used between the storage container and the impregnation unit and the thermosetting matrix material is conveyed directly into the impregnation unit via the direct supply system and heated exclusively here (to an impregnation temperature). Such a system and such transport expressly excludes the matrix material being fed via a plurality of supply lines that are provided one after the other (in a line). Accordingly, the matrix material can indeed be transported directly from the storage container to the impregnation unit via a plurality of direct supply systems, but each direct supply system represents the shortest connection between the storage container and a selected area of the impregnation unit. Transferring the matrix material from a first supply system to a subsequent supply system and then to the impregnation unit is therefore not a direct supply system within the meaning of the invention. Also not within the meaning of the invention is a system in which the matrix material is fed to the impregnation unit via supply systems from various (storage) containers arranged one behind the other. The direct feed system according to the invention is intended to transport the matrix material from the storage container to the impregnation unit via the shortest route and as quickly as possible. Preferably, the residence time of the matrix material within the feed system is no longer than the time required for heating the matrix material in the feed system to the impregnation temperature. Also according to the invention, the matrix material is heated to an impregnation temperature in the direct supply system. The impregnation temperature required for the impregnation is a temperature at which the matrix material has sufficient flowability (i.e. a low viscosity) for the complete impregnation of the textile in the impregnation unit. The impregnation temperature is between 50 and 140 °C, preferably between 70 and 120 °C, preferably between 50 and 120 °C, preferably between 70 and 140 °C. For complete impregnation, the matrix material must soak all parts of the textile with matrix material. At the impregnation temperature, the matrix material has a viscosity of less than 1000 mPa*s, preferably less than 800 mPa*s, preferably less than 500 mPa*s, preferably less than 350 mPa*s, preferably less than 200 mPa*s, preferably less than 150 mPa*s, preferably less than 100 mPa*s, preferably less than 50 mPa*s.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Matrixmaterial in der Imprägniereinheit weiter erwärmt werden, damit das Matrixmaterial aushärtet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Imprägnierungstemperatur so gewählt, dass das Matrixmaterial auch aushärtet, wobei in diesem Fall vorzugsweise ein besonders kurzes Zuleitungssystem gewählt werden muss, damit keine Aushärtung innerhalb des Zuleitungssystems erfolgt oder die Imprägnierungstemperatur erst am Ende des Zuleitungssystems (kurz vor dem Eintritt in die Imprägniereinheit) im Zuleitungssystem erreicht wird. In one embodiment, the matrix material can be further heated in the impregnation unit so that the matrix material hardens. In one embodiment, the impregnation temperature is selected so that the matrix material also hardens, in which case a particularly short supply line system must preferably be selected so that no hardening takes place within the supply line system or the impregnation temperature is only reached at the end of the supply line system (just before entering the impregnation unit) in the supply line system.
In einer Ausführungsform ist das Zuleitungssystem eine separate Einheit. Das bedeutet, dass das Zuleitungssystem unabhängig von dem Vorratsbehälter oder der Imprägniereinheit in die Anlage zur Imprägnierung eingebracht und auch im Verfahren unabhängig von der Imprägniereinheit oder dem Vorratsbehälter gesteuert werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist das Zuleitungssystem Teil des Vorratsbehälters und nicht lösbar mit diesem verbunden. In one embodiment, the supply system is a separate unit. This means that the supply system can be introduced into the impregnation plant independently of the storage container or the impregnation unit and can also be controlled in the process independently of the impregnation unit or the supply container. In another embodiment, the Supply system is part of the storage tank and is not detachably connected to it.
Vorzugsweise weist jedes der direkten Zuleitungssysteme nur eine einzige Heizvorrichtung auf. Preferably, each of the direct supply systems has only a single heating device.
In einer Ausführungsform steht die Heizvorrichtung lösbar in Kontakt mit dem mindestens einen direkten Zuleitungssystem. In one embodiment, the heating device is detachably in contact with the at least one direct supply system.
Im Weiteren wird das mindestens eine direkte Zuleitungssystem auch nur als Zuleitungssystem bezeichnet. Es soll jedoch deutlich werden, dass sowohl im Verfahren zur Herstellung des Bauteils als auch in der Anlage zur Herstellung des Bauteils ein oder eine Vielzahl von direkten Zuleitungssystemen verwendet werden können. In the following, the at least one direct supply system is also referred to simply as a supply system. However, it should be clear that one or a plurality of direct supply systems can be used both in the process for producing the component and in the system for producing the component.
In einer Ausführung des Verfahrens und in einer Anlage zur Ausführung wird ein Vorratsbehälter verwendet, von dem eine Vielzahl von Zuleitungssystemen zur Imprägniereinheit führen, wobei jedes Zuleitungssystem mindestens eine eigene Heizvorrichtung aufweist. In einer anderen Ausführung des Verfahrens und der Anlage wird eine Vielzahl von Zuleitungssystemen und Vorratsbehältern verwendet, wobei jedes Zuleitungssystem mit einem anderen Vorratsbehälter verbunden ist, aber alle Zuleitungssysteme zu einer einzige Imprägniereinheit führen und jedes Zuleitungssystem mindestens eine eigene Heizvorrichtung aufweist. Ausführungen zum Vorratsbehälter sollen daher so verstanden werden, dass sie auch für die Verwendung einer Vielzahl von Vorratsbehältern im Verfahren und/oder der Anlage gelten. Werden mehr als zwei Vorratsbehälter in Verfahren und/oder der Anlage verwendet, können diese Vorratsbehälter gleich oder unterschiedlich zueinander aufgebaut sein. Beispielweise kann ein erster Vorratsbehälter eine Drückvorrichtung aufweisen, wohingegen der zweite Vorratsbehälter keine Druckvorrichtung aufweist. Bei der Verwendung einer Mehrzahl von Vorratsbehältern wird das Matrixmaterial jedoch nicht von einem ersten in einen zweite (oder dritten) Vorratsbehälter und dann zur Imprägniereinheit überführt, sondern das Matrixmaterial wird immer aus dem Vorratsbehälter über die Zuleitung direkt zur Imprägniereinheit geführt. In one embodiment of the method and in a system for carrying it out, a storage container is used, from which a plurality of supply lines lead to the impregnation unit, each supply line system having at least one heating device of its own. In another embodiment of the method and the system, a plurality of supply lines and storage containers are used, each supply line system being connected to another storage container, but all supply lines leading to a single impregnation unit and each supply line system having at least one heating device of its own. Statements on the storage container should therefore be understood as also applying to the use of a plurality of storage containers in the method and/or the system. If more than two storage containers are used in the method and/or the system, these storage containers can be constructed in the same or different ways. For example, a first storage container can have a pressing device, whereas the second Storage container does not have a pressure device. However, when using a plurality of storage containers, the matrix material is not transferred from a first to a second (or third) storage container and then to the impregnation unit, but the matrix material is always fed from the storage container via the feed line directly to the impregnation unit.
Für die Beschreibung diese Erfindung werden die Begriffe Matrix und Matrixmaterial, Harz und Harzmaterial synonym verwendet. Gemeint ist damit ein duroplastisches Material, zur Imprägnierung eines Textils aus Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungsfasern besonders bevorzugt Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern sind. Unter einem Textil soll ein Gewebe, ein UD-Gelege, ein Vliesmaterial oder eine Mischung der genannten Materialien verstanden werden. Das Textil kann auch ein Multiaxialgelege, ein sogenanntes Non-Crimp-Fabric sein (mit oder ohne Vliesmaterial). Ein Pellet, auch wenn es aus Fasermaterial besteht, stellt kein Textil im Sinne der Erfindung dar. Unter dem Begriffe Imprägnierung soll jede Art der Bauteilherstellung verstanden werden, bei dem ein Textil aus Verstärkungsfasern durch die Zugabe eines Matrixmaterials (und gegebenenfalls noch Hitze und Druck) zu einem Bauteil wird. Ein Bauteil ist dabei jedes Teil, dass allein oder zusammen mit anderen Bauteilen ein Endprodukt bildet. For the description of this invention, the terms matrix and matrix material, resin and resin material are used synonymously. This refers to a thermosetting material for impregnating a textile made of reinforcing fibers, the reinforcing fibers being particularly preferably carbon fibers and/or glass fibers. A textile is to be understood as a woven fabric, a UD fabric, a nonwoven material or a mixture of the materials mentioned. The textile can also be a multiaxial fabric, a so-called non-crimp fabric (with or without nonwoven material). A pellet, even if it is made of fiber material, does not constitute a textile within the meaning of the invention. The term impregnation is to be understood as any type of component production in which a textile made of reinforcing fibers becomes a component by adding a matrix material (and possibly heat and pressure). A component is any part that forms an end product alone or together with other components.
Sofern in der Beschreibung der Begriff Raumtemperatur verwendet wird, soll darunter eine Temperatur zwischen 16 °C bis 26 °C, vorzugsweise zwischen 20 °C und 25°C verstanden werden. If the term room temperature is used in the description, this should be understood to mean a temperature between 16 °C and 26 °C, preferably between 20 °C and 25 °C.
Erfindungsgemäß soll das Matrixmaterial im Vorratsbehälter überhaupt nicht erwärmt werden. Wenn das Matrixmaterial im Vorratsbehälter überhaupt nicht erwärmt wird, bedeutet dies, dass das Matrixmaterial im Vorratsbehälter lediglich mit Raumtemperatur vorliegt, eine zusätzliche Erwärmung aber nicht erfolgt. Das Matrixmaterial liegt im Vorratsbehälter somit auch nicht gefroren vor. Vorteilhaft ist daher die Erwärmung des Matrixmaterials auf Imprägnierungstemperatur schneller und mit weniger Energie möglich, als es bei der Verwendung von gefrorenen Matrixmaterial der Fall wäre. According to the invention, the matrix material in the storage container should not be heated at all. If the matrix material in the storage container is not heated at all, this means that the matrix material in the storage container is only at room temperature, but no additional heating takes place. The matrix material is therefore not frozen in the storage container. It is advantageous Therefore, heating the matrix material to impregnation temperature is possible faster and with less energy than would be the case when using frozen matrix material.
In einem Beispiel der vorgeschlagenen Idee wird während des gesamten Imprägnierungsprozesses zur Herstellung des faserverstärkten Bauteils weniger als 30 %, vorzugsweise weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % des für die Imprägnierung benötigten Matrixmaterials im Zuleitungssystem (oder in allen Zuleitungssystemen zusammen) gleichzeitig erwärmt. Es versteht sich, dass im Laufe des Verfahrens zur Imprägnierung in der Regel das gesamte Matrixmaterial erwärmt werden muss, damit die Imprägnierung durchgeführt werden kann. Im vorgeschlagenen Verfahren soll aber immer nur eine geringe Menge des Materials im Zuleitungssystem erwärmt werden müssen, während der überwiegende Teil des Matrixmaterials nicht erwärmt und daher bei Raumtemperatur im Vorratsbehälter vorliegt. In an example of the proposed idea, during the entire impregnation process for producing the fiber-reinforced component, less than 30%, preferably less than 20%, preferably less than 10% of the matrix material required for impregnation in the supply system (or in all supply systems together) is heated simultaneously. It is understood that during the impregnation process, the entire matrix material usually has to be heated so that the impregnation can be carried out. In the proposed process, however, only a small amount of the material in the supply system should ever have to be heated, while the majority of the matrix material is not heated and is therefore present in the storage container at room temperature.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als duroplastisches Matrixmaterial ein Matrixmaterial zur Imprägnierung gewählt, das bei Raumtemperatur (16 °C -26 °C) eine Viskosität zwischen 50.000 mPa*s und 120.000 mPa*s, vorzugsweise zwischen 80. 000 mPa*s und 100.000 mPa*s hat. Es versteht sich, dass bei der Verwendung eines duroplastischen Matrixmaterials mit einer anderen Viskosität das Verfahren trotzdem ausgeführt werden kann. Selbst wenn beispielsweise ein nicht oder kaum fließfähiges Matrixmaterial bei Raumtemperatur verwendet wird, kann das Matrixmaterial auch ohne Erwärmung des Matrixmaterials im Vorratsbehälter von dem Vorratsbehälter in das Zuleitungssystem gelangen. Hierfür kann beispielsweise Druck auf den Vorratsbehälter ausgeübt werden, so dass sich das Volumen des Vorratsbehälters verringert und auch das nicht oder kaum fließfähige Matrixmaterial in das Zuleitungssystem gepresst wird. In einer Ausführungsform der Idee weist das Zuleitungssystem eine Kontrolleinheit auf, durch die im Verfahren zur Herstellung des Bauteils der Druck, die Fließgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Matrixmaterials im Zuleitungssystem gemessen und/oder beeinflusst wird/werden kann. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass das Matrixmaterial mit der richtigen Imprägnierungstemperatur und/oder der richtigen Fließgeschwindigkeit und/oder dem richtigen Druck in die Imprägniereinheit gelangt, so dass die Qualität der Bauteilherstellung reproduzierbar hoch ist. In einer weiteren Ausführungsform weist das Zuleitungssystem zusätzlich eine Entgasungsvorrichtung auf, so dass die Möglichkeit der Entgasung innerhalb des Zuleitungssystems besteht. Hierdurch können Gasblasen (matrixfreie Bereiche) innerhalb des Bauteils verhindert werden, auch wenn das Matrixmaterial im Vorratsbehälter nicht vorher entgast wurde. Bei dem Matrixmaterial kann es sich jedoch auch um bereits entgastes Matrixmaterial handeln, wobei im Verfahren gemäß dieser Idee der entgaste Zustand des Matrixmaterials bis zur Imprägnierung beibehalten werden kann. Die Bevorratung, Erwärmung, Zuleitung und Imprägnierung erfolgen folglich ohne Kontakt mit Gasen oder Gasgemischen, wie beispielsweise Luft. In one embodiment of the method, a matrix material is selected as the thermosetting matrix material for impregnation which has a viscosity of between 50,000 mPa*s and 120,000 mPa*s, preferably between 80,000 mPa*s and 100,000 mPa*s, at room temperature (16 °C - 26 °C). It goes without saying that the method can still be carried out if a thermosetting matrix material with a different viscosity is used. Even if, for example, a matrix material that is not or hardly flowable is used at room temperature, the matrix material can pass from the storage container into the supply system without heating the matrix material in the storage container. For this purpose, pressure can be exerted on the storage container, for example, so that the volume of the storage container is reduced and the matrix material that is not or hardly flowable is also pressed into the supply system. In one embodiment of the idea, the supply system has a control unit by which the pressure, flow rate and/or temperature of the matrix material in the supply system is measured and/or influenced in the process for producing the component. This can advantageously ensure that the matrix material enters the impregnation unit at the correct impregnation temperature and/or the correct flow rate and/or the correct pressure, so that the quality of the component production is reproducibly high. In a further embodiment, the supply system additionally has a degassing device, so that the possibility of degassing exists within the supply system. This can prevent gas bubbles (matrix-free areas) within the component, even if the matrix material in the storage container has not been degassed beforehand. However, the matrix material can also be matrix material that has already been degassed, whereby in the process according to this idea the degassed state of the matrix material can be maintained until impregnation. Storage, heating, supply and impregnation therefore take place without contact with gases or gas mixtures, such as air.
In einer weiteren Ausführungsform der Idee weist das Zuleitungssystem mindestens ein Sieb auf, das den Druck, die Viskosität und/oder die Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials beeinflusst. Das mindestens eine Sieb befindet sich vorzugsweise am Übergang vom Zuleitungssystem zur Imprägniereinheit. Je nach Maschenweite und Dicke der Maschendrähte des mindestens eines Siebes kann das Matrixmaterial das Sieb nur dann passieren, wenn es bei einem vorgegebenen Druck eine entsprechende Viskosität besitzt. Gleichzeitig kann durch das mindestens eine Sieb auch die Fließgeschwindigkeit beeinflusst werden. Vorzugsweise ist das mindestens eine Sieb reversibel entfernbar von dem Zuleitungssystem. Beispielweise kann das mindestens eine Sieb im Anschlussstück oder als Teil des Anschlussstücks des Zuleitungssystems vorgesehen sein. Je nach verwendetem Matrixmaterial und/oder gewünschtem Bauteil kann das mindestens eine Sieb ausgetauscht werden, so dass andere Prozessparameter einfach einstellbar oder überwachbar werden. Das Sieb kann vorzugsweise auch zusätzlich oder alternativ zur Durchmischung des Matrixmaterials im Zuleitungssystem verwendet werden. Beispielweise kann das Zuleitungssystem eine Vielzahl von Sieben aufweisen, die unterschiedliche Aufgaben innerhalb des Zuleitungssystems haben (und hierfür auch unterschiedliche Maschenweite und Maschendrahtdicken aufweisen). In a further embodiment of the idea, the supply system has at least one sieve that influences the pressure, viscosity and/or flow rate of the matrix material. The at least one sieve is preferably located at the transition from the supply system to the impregnation unit. Depending on the mesh size and thickness of the mesh wires of the at least one sieve, the matrix material can only pass through the sieve if it has a corresponding viscosity at a given pressure. At the same time, the flow rate can also be influenced by the at least one sieve. Preferably, the at least one sieve is reversibly removable from the supply system. For example, the at least one sieve can be provided in the connection piece or as part of the connection piece of the supply system. Depending on the matrix material used and/or the desired The at least one sieve can be exchanged for each component so that other process parameters can be easily adjusted or monitored. The sieve can preferably also be used additionally or alternatively to mix the matrix material in the feed system. For example, the feed system can have a large number of sieves that have different tasks within the feed system (and for this purpose also have different mesh sizes and wire mesh thicknesses).
In einer Ausführungsform, in der eine Mehrzahl von Zuleitungssystemen verwendet wird, können die Zuleitungssysteme auch unterschiedliche Harzmaterialien zur Imprägniereinheit transportieren. Insbesondere wenn das Bauteil mit einem Mehrkomponenten-Matrixmaterial imprägniert werden soll, können durch das Zuleitungssystem die verschiedenen Komponenten transportiert werden, die dann erst in der Imprägniereinheit oder in einem Endbereich des Zuleitungssystems kurz vor der Imprägniereinheit zusammengebracht werden. Die verschiedenen Komponenten sind hierzu in unterschiedlichen Vorratsbehältern gelagert, die jeweils über ein eigenes direktes Zuleitungssystem mit der Imprägniereinheit verbunden sind. In einer anderen Ausführungsform kann das Zuleitungssystem einen Zugang aufweisen, indem Zusatzstoffe für das Matrixmaterials in das Zuleitungssystem eingebracht werden können. In an embodiment in which a plurality of supply systems are used, the supply systems can also transport different resin materials to the impregnation unit. In particular, if the component is to be impregnated with a multi-component matrix material, the supply system can transport the various components, which are then only brought together in the impregnation unit or in an end region of the supply system shortly before the impregnation unit. For this purpose, the various components are stored in different storage containers, each of which is connected to the impregnation unit via its own direct supply system. In another embodiment, the supply system can have an access by which additives for the matrix material can be introduced into the supply system.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Idee wird das Volumen des Vorratsbehälters während der Herstellung des faserverstärkten Bauteils durch eine Druckvorrichtung verringert. Bei der Volumenverringerung wird vorzugsweise das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter in das Zuleitungssystem gepresst, so dass am Ende des Verfahrens kaum oder kein Matrixmaterial mehr im Vorratsbehälter verbleibt. Vorzugsweise wird dabei das Volumen des Vorratsbehälters reversibel verringert, so dass der Vorratsbehälter nach der Entleerung wiederverwendbar bleibt und erneut mit Matrixmaterial befüllt werden kann. In einer Ausführungsform der Idee kann ein Vorratsbehälter auch für die Herstellung einer Vielzahl von Bauteilen in einer Vielzahl von Herstellungsverfahren (oder Herstellungszyklen) verwendet werden und daher eine entsprechende Menge an Matrixmaterial enthalten. In jedem einzelnen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils wird dabei das Volumen des Vorratsbehälters um einen bestimmten Prozentsatz des bis dahin vorhandenen Volumens des Vorratsbehälters verringert. In a further embodiment of the present idea, the volume of the storage container is reduced during the production of the fiber-reinforced component by a pressure device. During the volume reduction, the matrix material is preferably pressed out of the storage container into the supply system, so that at the end of the process hardly any or no matrix material remains in the storage container. Preferably, the volume of the storage container is reversibly reduced, so that the storage container remains reusable after emptying and can be refilled with matrix material. In one embodiment of the idea, a storage container can also be used for the They can be used to manufacture a large number of components in a large number of manufacturing processes (or manufacturing cycles) and therefore contain a corresponding amount of matrix material. In each individual process for manufacturing a component, the volume of the storage container is reduced by a certain percentage of the volume of the storage container up to that point.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als Druckvorrichtung zur Verringerung des Volumens des Vorratsbehälters eine Unterdruckeinheit oder eine Überdruckeinheit und/oder eine mechanische Presseinheit verwendet. Beispielweise kann eine Vakuumpumpe verwendet werden, um die Imprägniereinheit während des Herstellungsverfahrens des Bauteils langsam zu evakuieren. Weiterhin kann eine Quetschvorrichtung am Vorratsbehälter angebracht werden, die im Laufe des Bauteilherstellungsverfahrens von oben in Richtung des Zuleitungssystems das Volumen des Vorratsbehälters verringert. In beiden Fällen wird das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter in Richtung des Zuleitungssystems gepresst oder gezogen, wodurch Matrixmaterial in das Zuleitungssystem gelangt. In one embodiment of the method, a negative pressure unit or a positive pressure unit and/or a mechanical pressing unit is used as the pressure device for reducing the volume of the storage container. For example, a vacuum pump can be used to slowly evacuate the impregnation unit during the manufacturing process of the component. Furthermore, a squeezing device can be attached to the storage container, which reduces the volume of the storage container from above towards the supply system during the component manufacturing process. In both cases, the matrix material is pressed or pulled from the storage container towards the supply system, whereby matrix material enters the supply system.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als mindestens eine Heizvorrichtung ein Wärmetauscher verwendet. Vorzugsweise wird der Wärmetauscher mit Abwärme aus anderen Prozessen betrieben. Der Wärmetauscher kann beispielsweise spiralförmig um das Zuleitungssystem oder Teile des Zuleitungssystems vorgesehen sein und die Rohre (beziehungsweise das einzige Rohr) des Zuleitungssystems erwärmen. Das Matrixmaterial befindet sich innerhalb der Rohre des Zuleitungssystems und mit diesen in einem direkten Kontakt. Sofern ein gut wärmeleitfähiges Material für die Rohre verwendet wird, überträgt sich die Wärme der Rohre direkt auf das Matrixmaterial, so dass eine Erwärmung ohne einen direkten Kontakt von Wärmequelle und Matrixmaterial erfolgen kann. Die mindestens eine Heizvorrichtung kann selbstverständlich auch (zusätzlich oder alternativ) eine andere Wärmequelle beinhalten, wie beispielsweise Infrarotstrahler oder Heizspiralen. Auch möglich ist eine Kombination von verschiedenen Heizvorrichtungen zur Erwärmung des Matrixmaterials, wobei in einer Ausführungsform auch eine schrittweise Erhöhung der Erwärmungstemperatur durch die verschiedenen Heizvorrichtungen möglich ist. In one embodiment of the method, a heat exchanger is used as at least one heating device. The heat exchanger is preferably operated with waste heat from other processes. The heat exchanger can, for example, be provided in a spiral shape around the supply system or parts of the supply system and heat the pipes (or the only pipe) of the supply system. The matrix material is located inside the pipes of the supply system and in direct contact with them. If a material with good thermal conductivity is used for the pipes, the heat from the pipes is transferred directly to the matrix material, so that heating can take place without direct contact between the heat source and the matrix material. The at least one heating device can of course also (additionally or alternatively) contain another heat source, such as infrared radiators or heating coils. A combination of different heating devices for heating the matrix material is also possible, wherein in one embodiment a gradual increase in the heating temperature by the different heating devices is also possible.
Das Zuleitungssystem ist vorzugsweise kein Extruder. The supply system is preferably not an extruder.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Idee betrifft ein Zuleitungssystem für ein Verfahren, wie oben beschrieben. Für das Zuleitungssystem sollen daher - soweit passend- die bisher gemachten Ausführungen ebenfalls gelten. Andererseits sollen Ausführungen, die nachfolgend für das Zuleitungssystem beschrieben werden auch für das Verfahren zur Bauteilherstellung mit einem solchen Zuleitungssystem gelten. A further subject of the present idea relates to a supply system for a method as described above. The statements made so far should therefore also apply to the supply system - as far as appropriate. On the other hand, statements that are described below for the supply system should also apply to the method for producing components with such a supply system.
Das Zuleitungssystem für ein Verfahren (wie oben beschrieben) soll einen rohrförmigen Aufbau besitzen, mit zwei - vorzugsweise einander gegenüberstehenden - Endstücken. Ein erstes Endstück kann mit der Imprägniereinheit und ein zweites Endstück mit dem Vorratsbehälter reversibel oder fest verbunden werden. Das Zuleitungssystem weist mindestens eine Heizvorrichtung auf, die duroplastische Matrixmaterial mit einer Temperatur zwischen16 C° bis 26 C°, vorzugsweise zwischen 20 °C bis 25 °C aus dem Vorratsbehälter auf eine Imprägnierungstemperatur erwärmt, während das Matrixmaterial von dem Vorratsbehälter zur Imprägniereinheit durch das Zuleitungssystem fließt. Das Zuleitungssystem weist weiterhin vorzugsweise eine Kontrolleinheit auf, mit der die Temperatur und/oder die Fließgeschwindigkeit des erwärmten duroplastischen Matrixmaterials vor dem Übergang in die Imprägniereinheit prüfbar und/oder veränderbar ist. Durch das Zuleitungssystem wird das duroplastische Matrixmaterial dabei direkt von dem Vorratsbehälter zur Imprägnierungseinheit transportiert, wobei das Zuleitungssystem dafür die kürzeste und vorzugsweise eine einzige rohrartige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen darstellt. Bei der Verwendung einer reversiblen Verbindung der Endstücke kann das Zuleitungssystem vorteilhaft für unterschiedliche Verfahren zur Bauteilherstellung verwendet werden, ähnlich einem Kupplungsstück. Vorzugsweise sind daher die Endstücke entweder in Form und Größe festgelegt (genormt) oder es stehen eine Vielzahl von Endstücken zur Verfügung, die je nach verwendeten Vorratsbehälter und/oder verwendeter Imprägniereinheit und/oder benötigten Verfahrensparametern ausgewählt und an das Zuleitungssystem reversibel montiert werden können. In einer Ausführungsform ist das Zuleitungssystem fest mit einem Endstück am Vorratsbehälter vorgesehen und reversibel mit einem Endstück mit der Imprägniereinheit verbindbar. The supply system for a process (as described above) should have a tubular structure with two - preferably opposite one another - end pieces. A first end piece can be reversibly or permanently connected to the impregnation unit and a second end piece to the storage container. The supply system has at least one heating device which heats thermosetting matrix material at a temperature between 16 °C and 26 °C, preferably between 20 °C and 25 °C, from the storage container to an impregnation temperature, while the matrix material flows from the storage container to the impregnation unit through the supply system. The supply system also preferably has a control unit with which the temperature and/or the flow rate of the heated thermosetting matrix material can be checked and/or changed before it passes into the impregnation unit. The supply system transports the thermosetting matrix material directly from the storage container to the Impregnation unit, the supply line system for this being the shortest and preferably a single pipe-like connection between the two components. When using a reversible connection of the end pieces, the supply line system can advantageously be used for different processes for component production, similar to a coupling piece. Preferably, the end pieces are therefore either fixed in shape and size (standardized) or a large number of end pieces are available, which can be selected depending on the storage container used and/or impregnation unit used and/or required process parameters and reversibly mounted on the supply line system. In one embodiment, the supply line system is provided with an end piece fixed to the storage container and can be reversibly connected to the impregnation unit with an end piece.
In einer Ausführungsform hat das Zuleitungssystem eine Länge von weniger als 15 Metern, weniger als 10 Metern, weniger als 5 Metern, weniger als 3 Metern, weniger als 1 ,5 Metern, weniger als 1 Meter. Die Länge des Zuleitungssystem entspricht der Weglänge zwischen Vorratsbehälter und Imprägniereinheit. In one embodiment, the supply line system has a length of less than 15 meters, less than 10 meters, less than 5 meters, less than 3 meters, less than 1.5 meters, less than 1 meter. The length of the supply line system corresponds to the path length between the storage container and the impregnation unit.
In einer Ausführungsform bilden Zuleitungssystem und Vorratsbehälter eine Einheit und können nicht ohne Zerstörung voneinander gelöst werden. In one embodiment, the supply system and the storage container form a unit and cannot be separated from each other without destruction.
In einer Ausführungsform wird das Zuleitungssystem gebildet aus einer einzigen röhrenartigen Verbindung, die die kürzeste Verbindung zwischen Vorratsbehälter und Imprägniereinheit darstellt. In einer anderen Ausführungsform wird das Zuleitungssystem gebildet aus einer Mehrzahl von röhrenartigen Verbindungen, die etwa parallel zueinander verlaufen und jeweils die kürzeste Verbindung zwischen Vorratsbehälter und Imprägniereinheit bilden. In einer Ausführungsform des Zuleitungssystems weist das Zuleitungssystem mindestens im Bereich des ersten Endstücks die mindestens eine Kontrolleinheit auf. Mit der Kontrolleinheit soll vorzugsweise die Temperatur und/oder die Fließeigenschaften des erwärmten Matrixmaterials vor dem Übergang in die Imprägniereinheit prüfbar und/oder veränderbar sein. Beispielweise kann die Kontrolleinheit ein Thermoelement (beispielsweise ein Kontaktthermometer) aufweisen, das die Temperatur des Matrixmaterials misst. Stellt die Kontrolleinheit eine Temperaturdifferenz zwischen einer eingestellten zu erreichenden Temperatur (Soll-Temperatur) und der tatsächlichen Temperatur (Ist-Temperatur) des Matrixmaterials fest, kann die Kontrolleinheit beispielweise auf die mindestens eine Heizvorrichtung Einfluss nehmen und deren Temperatur erhöhen oder verringern. Die Kontrolleinheit kann zudem eine Vorrichtung umfassen, die die Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials misst (beispielsweise ein Siebelement) und auch hier Ist-Wert und Soll-Wert miteinander vergleichen und gegebenenfalls durch die Druckvorrichtung und der Volumenänderung des Vorratsbehälters die Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials beeinflussen. Zudem kann die Temperaturmessung als Sicherheitsüberwachung dienen, um eine ungewollte Aushärtereaktion und ein Überhitzen des Systems frühzeitig zu erkennen und zu verhindern. In one embodiment, the supply line system is formed from a single tube-like connection, which represents the shortest connection between the storage container and the impregnation unit. In another embodiment, the supply line system is formed from a plurality of tube-like connections, which run approximately parallel to one another and each form the shortest connection between the storage container and the impregnation unit. In one embodiment of the supply line system, the supply line system has at least one control unit at least in the area of the first end piece. The control unit should preferably be able to check and/or change the temperature and/or flow properties of the heated matrix material before it passes into the impregnation unit. For example, the control unit can have a thermocouple (for example a contact thermometer) that measures the temperature of the matrix material. If the control unit detects a temperature difference between a set temperature to be reached (target temperature) and the actual temperature (actual temperature) of the matrix material, the control unit can, for example, influence the at least one heating device and increase or decrease its temperature. The control unit can also comprise a device that measures the flow rate of the matrix material (for example a sieve element) and here too compare the actual value and the target value with each other and, if necessary, influence the flow rate of the matrix material using the pressure device and the change in volume of the storage container. In addition, the temperature measurement can serve as a safety monitor to detect and prevent unwanted curing reactions and overheating of the system at an early stage.
In einer Ausführungsform weist das Zuleitungssystem als mindestens eine Heizvorrichtung einen Wärmetauscher auf. In einer Ausführungsform weist jedes Zuleitungssystem nur eine einzige Heizvorrichtung auf, vorzugsweise einen Wärmetauscher. In one embodiment, the supply line system has a heat exchanger as at least one heating device. In one embodiment, each supply line system has only a single heating device, preferably a heat exchanger.
In einer Ausführungsform weist das Zuleitungssystem zumindest im Kontaktbereich zum Matrixmaterial ein Material auf, das die Anhaftung des Matrixmaterials an das Zuleitungssystem verhindert oder reduziert. Vorzugsweise sind die Röhren zum Transport des Matrixmaterials aus diesem Material gefertigt. So kann vorteilhaft auch bei Raumtemperatur klebriges Matrixmaterial besser verarbeitet werden. In one embodiment, the supply line system has a material, at least in the contact area with the matrix material, which prevents or reduces the adhesion of the matrix material to the supply line system. The tubes for transporting the matrix material are preferably made of this material. This makes it easier to process matrix material that is sticky even at room temperature.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Idee betrifft eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen. Für die Anlage soll in Bezug auf das Herstellungsverfahren die bereits beschriebenen Ausführungen zum Verfahren gelten. Weiterhin soll für die Anlage die Ausführungen für das Zuleitungssystem gelten. Sofern Ausführungen zu der Anlage Aspekte für das Verfahren oder für das Zuleitungssystem betreffen, sollen diese Ausführungen entsprechend hierfür gelten. Another subject of the present idea relates to a system for producing fiber-reinforced components. The statements already described on the process should apply to the system with regard to the production process. The statements on the supply system should also apply to the system. If statements on the system relate to aspects of the process or the supply system, these statements should apply accordingly.
Die Anlage soll mindestens eine Imprägniereinheit für die Imprägnierung eines Textils aus Verstärkungsfasern, einen Vorratsbehälter mit duroplastischen Matrixmaterial zur Imprägnierung des Textils und ein direktes Zuleitungssystem mit mindestens einer Heizvorrichtung - wie oben beschrieben - aufweisen. The plant should have at least one impregnation unit for the impregnation of a textile made of reinforcing fibers, a storage container with thermosetting matrix material for impregnating the textile and a direct supply system with at least one heating device - as described above.
In einer Ausführungsform der Anlage ist der Vorratsbehälter ein flexibler Beutel. Ein flexibler Beutel liegt dann vor, wenn der Beutel (vorzugsweise reversibel) komprimiert werden kann, sein Volumen also beispielsweise durch das Zusammendrücken des Beutels verringert werden kann. In einer Ausführungsform des Beutels ist der Beutel nicht nur komprimierbar, sondern auch dehnbar, so dass auch eine Vergrößerung des Volumens des Beutels in gewissen Toleranzbereichen ohne Beschädigung des Beutels möglich ist. In one embodiment of the system, the storage container is a flexible bag. A flexible bag is one that can be compressed (preferably reversibly), i.e. its volume can be reduced, for example, by squeezing the bag. In one embodiment of the bag, the bag is not only compressible, but also stretchable, so that the volume of the bag can also be increased within certain tolerance ranges without damaging the bag.
In einer Ausführungsform ist der Beutel aus einem hitzebeständigen Polymermaterial gefertigt (beispielsweise als Folienbeutel) und weist an einem Ende eine Auslassöffnung mit einem Verbindungselement für ein Endstück des Zuleitungssystems auf. Denkbar ist beispielsweise, dass der Matrixmaterialhersteller das Matrixmaterial in einem entsprechenden Beutel verkauft und liefert. Für die Bauteilherstellung kann der Beutel in den Vorratsbehälter eingeführt werden oder der Beutel selbst stellt den Vorratsbehälter dar. Durch die Verwendung des Beutels als Vorratsbehälter muss vorteilhaft das Matrixmaterial vor der Bauteilherstellung nicht mehr entgast werden. Gleichzeitig erlaubt ein flexibler Beutel eine verbesserte Entleerung (durch die Verringerung des Volumens des Beutels) und auch eine Durchmischung des Matrixmaterial innerhalb des Beutels wäre möglich. Vorzugsweise ist der Beutel wiederverschließbar vorgesehen, so dass der Beutel auch als Speicher von Matrixmaterial für verschiedene Herstellungsverfahren verwendet werden kann. In one embodiment, the bag is made of a heat-resistant polymer material (for example as a film bag) and has an outlet opening at one end with a connecting element for an end piece of the supply system. It is conceivable, for example, that the matrix material manufacturer stores the matrix material in a corresponding bag sold and delivered. For component production, the bag can be inserted into the storage container or the bag itself can be the storage container. Using the bag as a storage container means that the matrix material no longer needs to be degassed before component production. At the same time, a flexible bag allows for improved emptying (by reducing the volume of the bag) and mixing of the matrix material within the bag would also be possible. The bag is preferably designed to be resealable so that the bag can also be used to store matrix material for various production processes.
Vorzugsweise weist der Beutel eine Zufuhröffnung auf, durch die dem Matrixmaterial im Beutel Zusatzstoffe zugeführt werden können - beispielweise spezielle Härter. Preferably, the bag has a feed opening through which additives can be added to the matrix material in the bag - for example special hardeners.
In einer Ausführungsform bildet ein Beutel als Vorratsbehälter zusammen mit einem Zuleitungssystem eine Einheit, die nicht voneinander lösbar ist. In one embodiment, a bag as a storage container together with a supply system forms a unit that cannot be separated from one another.
In einer Ausführungsform der Anlage weist die Anlage eine Druckvorrichtung auf, die das Volumen des Vorratsbehälters (vorzugsweise ein flexibler Beutel) verändern - vorzugsweise verringern - kann. In einer Ausführungsform weist der Vorratsbehälter (vorzugsweise ein flexibler Beutel) selbst die Druckvorrichtung auf. In one embodiment of the system, the system has a pressure device that can change - preferably reduce - the volume of the storage container (preferably a flexible bag). In one embodiment, the storage container (preferably a flexible bag) itself has the pressure device.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Vorratsbehälter für das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anlage. Der Vorratsbehälter ist ein flexibler Beutel und weist eine mechanische Druckvorrichtung zur Volumenänderung (vorzugsweise zur Volumenverkleinerung) auf. Zusammen mit einem Zuleitungssystem (wie bereits beschrieben) bildet der Vorratsbehälter in Form eines flexiblen Beutels eine Einheit, die nicht lösbar voneinander ist. Ausführungen zum Verfahren, dem Zuleitungssystem und der Anlage gelten entsprechend auch für den Vorratsbeutel und umgekehrt. Another subject of the present invention relates to a storage container for the described method and the described system. The storage container is a flexible bag and has a mechanical pressure device for changing the volume (preferably for reducing the volume). Together with a supply system (as already described), the storage container in the form of a flexible bag forms a unit that cannot be separated from one another. Statements regarding the process, the supply system and the plant also apply to the storage bag and vice versa.
Die Idee wird anschließend anhand von zwei Figuren näher beschrieben, wobei die Figuren lediglich Ausführungsformen der Idee betreffen und nicht einschränkend verstanden werden sollen. The idea is then described in more detail using two figures, whereby the figures only refer to embodiments of the idea and are not to be understood as limiting.
Figur 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Bauteilherstellung mit einem direktem Zuleitungssystem, bei dem ein flexibler Harzbehälter als Vorratsbehälter verwendet wird. Figure 1 shows a schematic of a component manufacturing plant with a direct feed system in which a flexible resin container is used as a storage container.
Figur 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Anlage aus Figur 1 , wobei der Unterschied in der Art der Entleerung des Vorratsbehälters liegt. Figure 2 shows schematically another embodiment of the system from Figure 1, the difference being in the manner of emptying the storage container.
In Figur 1 ist schematisch eine Anlage zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils dargestellt. Ein zu imprägnierendes Textil wird in die Imprägniereinheit 1 eingelegt. Ein Vorratsbehälter 2 weist ein Matrixmaterial auf, durch dass das Textil imprägniert und zum Bauteil werden soll. Zwischen dem Vorratsbehälter 2 und der Imprägniereinheit 1 ist ein direktes Zuleitungssystem 3 vorgesehen, wobei das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter 2 durch das Zuleitungssystem 3 direkt (und somit ohne Umwege) in die Imprägniereinheit 1 gelangt. Das Zuleitungssystem 3 weist eine Heizvorrichtung 4 auf, die in Form einer In-Line Heizung ausgestaltet ist. Die Heizvorrichtung 4 erwärmt das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter 2 auf eine Temperatur, die für die Imprägnierung benötigt wird. Im Vorratsbehälter 2 selbst liegt das Matrixmaterial bei Raumtemperatur vor. Eine Erwärmung des Matrixmaterials erfolgt somit lediglich im Zuleitungssystem 3 und lediglich portionsweise. Durch die Heizvorrichtung 4 des Zuleitungssystems 3 wird folglich immer nur ein kleiner Anteil des noch vorhandenen (und noch nicht in der Imprägniereinheit 1 gelangten) Matrixmaterials vollständig erwärmt, der dann in die Imprägniereinheit 1 fließt und das Textil imprägniert. Das Matrixmaterial wird weder vollständig im Vorratsbehälter 2 erwärmt noch wird ein Teil oder das ganze Matrixmaterial im Vorratsbehälter 2 auf eine Temperatur erwärmt, die der Imprägnierungstemperatur für das Matrixmaterial entspricht. Gemäß der Ausführungsform in Figur 1 ist der Vorratsbehälter 2 ein Beutel der durch eine Druckwalze als Druckvorrichtung 6 während des Herstellungsverfahrens bearbeitet werden kann. Die Druckwalze 6 kann das Volumen des Beutels verringern (durch Zusammenpressen des Beutels), so dass das Matrixmaterial innerhalb des Beutels in Richtung des Zuleitungssystems 3 und in das Zuleitungssystem 3 hineingepresst wird. Das Zuleitungssystem 3 nach Figur 1 weist zudem eine Kontrolleinheit 5 auf, die in unmittelbarer Nähe zur Imprägniereinheit 1 vorgesehen ist. Die Kontrolleinheit 5 weist im Beispiel Sensoren auf, die den Druck, den Volumenstrom und/oder die Temperatur und/oder weitere Kennwerte des Matrixmaterials messen können. Die Kontrolleinheit 5 kann zudem die Druckvorrichtung 6 und/oder die Heizvorrichtung 4 steuern. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit 5 die Temperatur der Heizvorrichtung 4 erhöhen oder senken und die Druckwalze 6 in Richtung oder in entgegengesetzter Richtung des Zuleitungssystems 3 bewegen lassen und/oder den Druck auf den Vorratsbehälter 2 ändern (erhöhen oder verringern). Figure 1 shows a schematic of a system for producing a fiber-reinforced component. A textile to be impregnated is placed in the impregnation unit 1. A storage container 2 has a matrix material through which the textile is to be impregnated and turned into a component. A direct supply system 3 is provided between the storage container 2 and the impregnation unit 1, whereby the matrix material from the storage container 2 passes through the supply system 3 directly (and thus without detours) into the impregnation unit 1. The supply system 3 has a heating device 4, which is designed in the form of an in-line heater. The heating device 4 heats the matrix material from the storage container 2 to a temperature that is required for impregnation. In the storage container 2 itself, the matrix material is at room temperature. The matrix material is therefore only heated in the supply system 3 and only in portions. The heating device 4 of the supply system 3 therefore only ever heats a small portion of the still available (and not yet the impregnation unit 1) matrix material is completely heated, which then flows into the impregnation unit 1 and impregnates the textile. The matrix material is neither completely heated in the storage container 2 nor is part or all of the matrix material in the storage container 2 heated to a temperature that corresponds to the impregnation temperature for the matrix material. According to the embodiment in Figure 1, the storage container 2 is a bag that can be processed by a pressure roller as a pressure device 6 during the manufacturing process. The pressure roller 6 can reduce the volume of the bag (by compressing the bag) so that the matrix material within the bag is pressed in the direction of the supply system 3 and into the supply system 3. The supply system 3 according to Figure 1 also has a control unit 5, which is provided in the immediate vicinity of the impregnation unit 1. In the example, the control unit 5 has sensors that can measure the pressure, the volume flow and/or the temperature and/or other characteristics of the matrix material. The control unit 5 can also control the pressure device 6 and/or the heating device 4. For example, the control unit 5 can increase or decrease the temperature of the heating device 4 and move the pressure roller 6 in the direction or in the opposite direction of the supply system 3 and/or change (increase or decrease) the pressure on the storage container 2.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 wurde ein flexibler Harzbehälter (beispielsweise ein Beutel 7) in den Vorratsbehälter 2 eingelegt. Die Imprägniereinheit und/oder das Zuleitungssystem 3 kann/können während des Herstellungsverfahrens des Bauteils (also der Imprägnierung des Textils mit dem Matrixmaterial) evakuiert werden, so dass das Matrixmaterial in Richtung des Zuleitungssystems 3 gelangt. In einer anderen Ausführungsform kann der Vorratsbehälter 2 mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter 2 in das Zuleitungssystem 3 gelangt. Die für die Imprägnierung notwendige Temperatur erhält das Matrixmaterial erst durch die Heizvorrichtung 4 (In-line Heizung) innerhalb des Zuleitungssystems 3. Das Matrixmaterial innerhalb des Zuleitungssystems 3 wird dann allerdings vollständig auf die Imprägnierungstemperatur erwärmt. Es wird folglich immer nur ein kleiner Anteil des noch vorhandenen Matrixmaterial (das Matrixmaterial, dass noch nicht in der Imprägniereinheit ist) im Zuleitungssystem 3 auf Imprägnierungstemperatur erwärmt. Diese Art der Erwärmung ist energiesparender und zudem auch vorteilhaft für das Matrixmaterial. Nicht benötigtes Matrixmaterial im Vorratsbehälter 2 wurde nicht erwärmt, wodurch keine relevanten Vernetzungsreaktionen im Matrixmaterial stattgefunden haben. Hierdurch kann das nicht benötigte Matrixmaterial für andere Prozesse verwendet werden und muss nicht entsorgt werden (weil es schon zu stark vernetzt ist). Zudem können auch sehr reaktive Matrixmaterialsysteme verwendet werden, ohne dass es bei einem zu langsamen Imprägnierungsprozess zu einer unerwünschten Vernetzung des Matrixmaterial bereits im Vorratsbehälter 2 oder einer Zuleitung kommt. Vorteilhaft wird bei der vorgeschlagenen Anlage und dem vorgeschlagenen Verfahren erst unmittelbar vor der Imprägnierung das Matrixmaterial auf die Imprägnierungstemperatur gebracht, so dass Vernetzungsreaktionen vorher wesentlich verringert oder vollständig ausgeschlossen werden können. In der Imprägnierungseinheit 1 kann das mit dem Matrixmaterial imprägnierte Textil bei Bedarf noch weiter erwärmt oder erhitzt werden, damit eine vollständige Vernetzung und/oder Aushärtung des Matrixmaterials zur Bauteilherstellung erfolgt. Weiterhin kann die Imprägniereinheit 1 auch so ausgestaltet werden, dass sie die Temperatur des Matrixmaterials in der Imprägniereinheit 1 hält, bis eine vollständige Imprägnierung des Textils erfolgt ist. Die Imprägniereinheit 1 kann zur Bauteilherstellung auch druckbeaufschlagt werden. In the embodiment of Figure 2, a flexible resin container (for example a bag 7) was placed in the storage container 2. The impregnation unit and/or the supply system 3 can be evacuated during the manufacturing process of the component (i.e. the impregnation of the textile with the matrix material) so that the matrix material passes in the direction of the supply system 3. In another embodiment, the storage container 2 can be pressurized with compressed air so that the matrix material passes from the storage container 2 into the supply system 3. The matrix material only receives the temperature necessary for the impregnation through the Heating device 4 (in-line heating) within the supply system 3. The matrix material within the supply system 3 is then heated completely to the impregnation temperature. Consequently, only a small proportion of the remaining matrix material (the matrix material that is not yet in the impregnation unit) in the supply system 3 is heated to the impregnation temperature. This type of heating is more energy-efficient and is also beneficial for the matrix material. Matrix material that is not required in the storage container 2 was not heated, meaning that no relevant cross-linking reactions took place in the matrix material. This means that the matrix material that is not required can be used for other processes and does not have to be disposed of (because it is already too strongly cross-linked). In addition, very reactive matrix material systems can also be used without an impregnation process that is too slow leading to undesirable cross-linking of the matrix material in the storage container 2 or a supply line. Advantageously, in the proposed system and the proposed method, the matrix material is only brought to the impregnation temperature immediately before impregnation, so that cross-linking reactions can be significantly reduced or completely eliminated beforehand. In the impregnation unit 1, the textile impregnated with the matrix material can be further warmed or heated if necessary so that complete cross-linking and/or hardening of the matrix material takes place for component production. Furthermore, the impregnation unit 1 can also be designed in such a way that it maintains the temperature of the matrix material in the impregnation unit 1 until the textile has been completely impregnated. The impregnation unit 1 can also be pressurized for component production.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP23181024.3 | 2023-06-22 | ||
EP23181024 | 2023-06-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024260694A1 true WO2024260694A1 (en) | 2024-12-26 |
Family
ID=86942384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2024/064772 WO2024260694A1 (en) | 2023-06-22 | 2024-05-29 | Method for producing a component using a heating device in the supply system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2024260694A1 (en) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0370564A1 (en) | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Ireneus Johannes Theodores Maria Pas | Method for packing a measured quantity, of thermosetting resin intended for encapsulating a component, packing obtained using this method, method for operating a mould and mould for carrying out this method |
US5518388A (en) | 1993-12-14 | 1996-05-21 | United Technologies Corporation | Automated apparatus and method for resin transfer molding |
US6071457A (en) | 1998-09-24 | 2000-06-06 | Texas Instruments Incorporated | Bellows container packaging system and method |
US6136236A (en) | 1996-06-19 | 2000-10-24 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Method for manufacturing composite material pieces by resin transfer moulding |
US6168408B1 (en) | 1997-03-24 | 2001-01-02 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Apparatus for manufacturing composite parts produced by resin transfer molding |
US20040070114A1 (en) | 2001-01-24 | 2004-04-15 | Didier Filleul | Method for injecting resin in a mould containing a fibrous preform |
US20050023712A1 (en) | 2003-06-24 | 2005-02-03 | Trysome Limited | Liquid supply system |
DE102005053690A1 (en) | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Airbus Deutschland Gmbh | Tool, assembly and method for manufacturing a component, component |
EP2656991A2 (en) | 2012-04-26 | 2013-10-30 | Hedrich GmbH | Storage container for cast resin and a method and device for casting cast resin |
EP2956382A1 (en) | 2013-02-15 | 2015-12-23 | BiiP cvba | Hygienic dispenser |
EP3390023A1 (en) | 2015-12-16 | 2018-10-24 | Cytec Industries Inc. | Resin infusion process for manufacturing fiber-reinforced composites |
US20190152111A1 (en) | 2017-11-20 | 2019-05-23 | Coexpair S.A. | Resin supply systems |
-
2024
- 2024-05-29 WO PCT/EP2024/064772 patent/WO2024260694A1/en unknown
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0370564A1 (en) | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Ireneus Johannes Theodores Maria Pas | Method for packing a measured quantity, of thermosetting resin intended for encapsulating a component, packing obtained using this method, method for operating a mould and mould for carrying out this method |
US5518388A (en) | 1993-12-14 | 1996-05-21 | United Technologies Corporation | Automated apparatus and method for resin transfer molding |
US6136236A (en) | 1996-06-19 | 2000-10-24 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Method for manufacturing composite material pieces by resin transfer moulding |
US6168408B1 (en) | 1997-03-24 | 2001-01-02 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Apparatus for manufacturing composite parts produced by resin transfer molding |
US6071457A (en) | 1998-09-24 | 2000-06-06 | Texas Instruments Incorporated | Bellows container packaging system and method |
US20040070114A1 (en) | 2001-01-24 | 2004-04-15 | Didier Filleul | Method for injecting resin in a mould containing a fibrous preform |
US20050023712A1 (en) | 2003-06-24 | 2005-02-03 | Trysome Limited | Liquid supply system |
DE102005053690A1 (en) | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Airbus Deutschland Gmbh | Tool, assembly and method for manufacturing a component, component |
EP2656991A2 (en) | 2012-04-26 | 2013-10-30 | Hedrich GmbH | Storage container for cast resin and a method and device for casting cast resin |
EP2956382A1 (en) | 2013-02-15 | 2015-12-23 | BiiP cvba | Hygienic dispenser |
EP3390023A1 (en) | 2015-12-16 | 2018-10-24 | Cytec Industries Inc. | Resin infusion process for manufacturing fiber-reinforced composites |
US20190152111A1 (en) | 2017-11-20 | 2019-05-23 | Coexpair S.A. | Resin supply systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2424972C2 (en) | Device or method for separating solid particles from a suspension, in particular for taking samples of a polymer from the output stream of a polymerization reactor released in the form of a suspension | |
DE102009010692A1 (en) | Resin transfer molding process executing device for use during manufacture of fiber composite component utilized in e.g. aviation field, has process sensor system that is controllably coupled with process adjusting device | |
DE102017124353B4 (en) | Plant and method for producing three-dimensional structures by supporting overpressure | |
WO2012123280A1 (en) | Method for producing moulded bodies consisting of fibre-reinforced composite materials | |
EP3281775A1 (en) | Production device | |
WO2010084094A2 (en) | Extrusion system comprising a back pressure controlling brake device | |
EP2656991B1 (en) | Method and device for casting resin or resin components | |
WO2017037229A1 (en) | Method and device for producing fiber-reinforced plastic parts | |
WO2003041940A1 (en) | Injection moulding compounder | |
EP2447049B1 (en) | Method and device for producing fibre composite components | |
WO2024260694A1 (en) | Method for producing a component using a heating device in the supply system | |
DE1205268B (en) | Process and device for the production of objects of considerable length from powdery polytetrafluoroethylene | |
AT503684A2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATED MATERIAL DEVELOPMENT | |
EP3115166A1 (en) | Method for processing an undried polymer or polymer mixture in particulate form using an extruder with one or more shafts, and extruder therefor | |
DE102020132107A1 (en) | Control device and control method for an injection molding machine | |
DE102012111700A1 (en) | Device and method for the variothermic temperature control of an injection mold | |
EP1257404B1 (en) | Method and device for coating the inside of a tubular outer body | |
DE102014007186C5 (en) | Method and device for producing fiber composite components in a reaction casting process | |
DE3138148C2 (en) | Method and device for pouring sugar confectionery solution | |
DE60010643T2 (en) | High performance molding process | |
DE202012104680U1 (en) | Device for variothermic temperature control of an injection mold | |
DE2243087A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR MOLDING FIBER REINFORCED RESIN MOLD | |
EP2830843B1 (en) | Fiber composite production system | |
DE2339194C3 (en) | Device for filtering plastic melt and for extruding plastic strands | |
EP3585586A1 (en) | Method and device for producing fibre-reinforced plastic mouldings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24730645 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |