DE102019122670A1 - Device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system, equipment and manufacturing process - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung (G) und einem Faserverbund-Harzsystem (12) umfasst eine Kammer (11) zur Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems (12) und eine Trägerstruktur (13) zum Tragen des Faserverbund-Harzsystems (12). Eine Strömungserzeugungseinrichtung (14) erzeugt eine Gasströmung (G) in der Kammer (11). Mit einer Trenneinrichtung (15) wird nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems (12) in der Kammer (11) ein frei bleibendes Teilvolumens (V1) der Kammer (11) gegen die Gasströmung (G) zu reduzieren, um die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung (G) und dem Faserverbund-Harzsystem (12) in einem zweiten Teilvolumen (V2) der Kammer (11) zu erhöhen. Die Vorrichtung (10) ist zum Beispiel ein Autoklav zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere für ein Luftfahrzeug.A device for transferring heat between a gas flow (G) and a fiber composite resin system (12) comprises a chamber (11) for receiving the fiber composite resin system (12) and a support structure (13) for supporting the fiber composite resin system (12) . A flow generating device (14) generates a gas flow (G) in the chamber (11). After the fiber composite resin system (12) has been taken up in the chamber (11), a separating device (15) is used to reduce a free partial volume (V1) of the chamber (11) against the gas flow (G) in order to reduce the heat transfer between the gas flow ( G) and the fiber composite resin system (12) in a second partial volume (V2) of the chamber (11). The device (10) is, for example, an autoclave for producing a fiber composite component, in particular for an aircraft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung und einem Faserverbund-Harzsystem, um ein Faserverbundbauteil insbesondere für ein Luftfahrzeug herzustellen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ausrüstung zur Installation in einer Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung und einem Faserverbund-Harzsystem, um ein Faserverbundbauteil herzustellen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils.The invention relates to a device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system in order to produce a fiber composite component, in particular for an aircraft. The invention further relates to equipment for installation in a device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system in order to produce a fiber composite component. The invention also relates to a method for producing a fiber composite component.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Autoklav für die Herstellung von Faserverbundbauteilen in der Luftfahrtindustrie, sowie ein Verfahren für die Herstellung von Faserverbundbauteilen, insbesondere für Luftfahrzeuge, in einem Autoklav-Verfahren bzw. in einem Ofen.In particular, the invention relates to an autoclave for the production of fiber composite components in the aviation industry, as well as a method for the production of fiber composite components, in particular for aircraft, in an autoclave process or in an oven.

Die heutige Fertigung von großen Faserverbundbauteilen für die Luftfahrtindustrie, wie zum Beispiel Rumpfsegmente und andere Bauteile von Verkehrsflugzeugen, erfolgt meist in Autoklaven. Dabei wird ein nicht ausgehärtetes Prepreg auf einer Oberfläche abgelegt, die an die Kontur des fertigen Produkts angepasst ist. Um die Form beizubehalten und den Transport des Bauteils zu ermöglichen, wird unter der Oberfläche eine versteifende Struktur bzw. Unterstruktur angeordnet, häufig in Form eines Gitters oder einer aus geschnittenen Platten geschweißten Kreuzstruktur.Today's production of large fiber composite components for the aviation industry, such as fuselage segments and other components of commercial aircraft, usually takes place in autoclaves. Here, an uncured prepreg is placed on a surface that is adapted to the contour of the finished product. In order to maintain the shape and enable the component to be transported, a stiffening structure or substructure is arranged below the surface, often in the form of a grid or a cross structure welded from cut plates.

Die Verwendung einer derartigen Struktur bzw. Unterstruktur in dem Autoklav-Verfahren stellt eine zusätzliche Masse dar, die geheizt werden muss. Hinzu kommt, dass ihre Komplexität oftmals extrem ungünstige Strömungsbedingungen verursacht. In Autoklaven ist ein Heizen und später ein Kühlen erforderlich, um die meisten Harzsysteme auszuhärten. Dies wird erreicht, indem das Gas, das sich um die Struktur und das Bauteil herum befindet, geheizt bzw. später gekühlt wird und durch die Kammer des Autoklavs bewegt bzw. geblasen wird.The use of such a structure or substructure in the autoclave process represents an additional mass that has to be heated. In addition, their complexity often causes extremely unfavorable flow conditions. In autoclaves, heating and later cooling is required to cure most resin systems. This is achieved by the gas that is around the structure and the component being heated or later cooled and moved or blown through the chamber of the autoclave.

Aufgrund des erheblich geringeren Gasaustauschs im Bereich der Unterstruktur und besonders in deren Innenraum, wird relativ wenig Wärme pro Zeiteinheit in die Unterstruktur gebracht. Zusätzlich führen diese Effekte zu lokalen Temperaturunterschieden, die während der Produktion vermieden werden sollten, da diese ein langsameres Heizen und Kühlen bewirken und dadurch die Prozessdauer verlängern.Due to the considerably lower gas exchange in the area of the substructure and especially in its interior, relatively little heat is brought into the substructure per unit of time. In addition, these effects lead to local temperature differences, which should be avoided during production, as they cause slower heating and cooling and thus extend the process time.

Üblicherweise sind Autoklaven und darin einzubringende Strukturen so gestaltet, dass die Bauteile und Werkzeuge oder Hilfseinrichtungen innerhalb eines großen Volumens angeordnet werden. Da der größte Anteil des Gases weit entfernt von den Bauteilen strömt, ist die konvektive Wärmeübertragung zwischen dem Gasstrom und dem Bauteil beschränkt.Usually, autoclaves and the structures to be introduced into them are designed in such a way that the components and tools or auxiliary devices are arranged within a large volume. Since most of the gas flows far away from the components, the convective heat transfer between the gas flow and the component is limited.

Um dem entgegenzuwirken sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen Prallplatten oder -bleche vorgesehen sind, die einen Teil des Gasstroms zurück auf die Struktur oder auf das Bauteil lenken. Jedoch ist ihre korrekte Platzierung oftmals schwierig, besonders für komplexe Bauteile und/oder variable Autoklav-Beladungen, bei denen variierende Werkzeuge in aufeinanderfolgenden Zyklen in dem Autoklav angeordnet werden, weshalb diese Lösungen nicht geeignet sind, signifikante lokale Temperaturunterschiede zu vermeiden.In order to counteract this, solutions are known in the prior art in which baffle plates or plates are provided which direct part of the gas flow back onto the structure or onto the component. However, their correct placement is often difficult, especially for complex components and / or variable autoclave loads, in which varying tools are arranged in successive cycles in the autoclave, which is why these solutions are not suitable for avoiding significant local temperature differences.

Eine andere mögliche Lösung ist die Verwendung einer Werkzeugunterstruktur, um das gesamte Fluid in die Nähe der Werkzeuge zu kanalisieren.Another possible solution is to use a tool substructure to channel all of the fluid close to the tools.

In der DE 10 2016 122 536 A1 wird hierzu eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Trägerstruktur zum Tragen eines Faserverbund-Harzsystems in einer Wärmeübertragungseinrichtung einen Strömungspfad aufweist, der sich von einem Eingang an einer der Gasströmung zugewandten Seite entlang des durch die Trägerstruktur aufgenommenen Faserverbund-Harzsystems erstreckt, um so einen Wärmeaustauch zwischen der Gasströmung in dem Strömungspfad und dem Faserverbund-Harzsystem zu ermöglichen. Dabei ist eine Umlenkeinrichtung zum Umlenken von zumindest einem Teil der Gasströmung vorgesehen, um diesen Teil dem Strömungspfad der Trägerstruktur zuzuführen.In the DE 10 2016 122 536 A1 To this end, a device is described in which a support structure for carrying a fiber composite resin system in a heat transfer device has a flow path which extends from an inlet on a side facing the gas flow along the fiber composite resin system received by the support structure, so as to allow heat to be exchanged between to allow gas flow in the flow path and the fiber composite resin system. A deflection device is provided for deflecting at least part of the gas flow in order to feed this part to the flow path of the support structure.

1 zeigt einen bekannten Autoklav 100 zur Herstellung großflächiger Verbundwerkstoffteile in der Luftfahrtindustrie in einer Ansicht von vorne. Der Autoklav 100 ist mit Werkzeugen bzw. Einrichtungen 113 beladen, auf denen nicht ausgehärtete Bauteile 111 mit Vakuum-Hilfsmaterialien positioniert sind. In dem Autoklav 100 wird durch geeignete Mittel ein Gas geheizt oder gekühlt und durch einen oder mehrere Ventilatoren entlang den Bauteilen 111 bewegt. Durch die Temperaturdifferenz zu dem Gas wird beim Heizen Wärme in die Einrichtungen 113 hinein bzw. beim Kühlen Wärme aus den Einrichtungen 113 heraus transportiert. Abhängig von der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Gases und dem Material, das mit dem Gas in Kontakt ist, ergibt sich ein effektiver Wärmeübertragungskoeffizient, der den Prozess beschreibt 1 shows a known autoclave 100 for the production of large-area composite material parts in the aerospace industry in a view from the front. The autoclave 100 is loaded with tools or devices 113 on which uncured components 111 with vacuum auxiliary materials are positioned. In the autoclave 100, a gas is heated or cooled by suitable means and moved along the components 111 by one or more fans. Due to the temperature difference to the gas, heat is transported into the devices 113 during heating and heat is transported out of the devices 113 during cooling. Depending on the local flow velocity of the gas and the material that is in contact with the gas, an effective heat transfer coefficient results, which describes the process

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Bauteil zu erhöhen. Insbesondere soll der effektive Wärmeübertragungskoeffizient an den äußeren Oberflächen des Werkzeugs bzw. Bauteils verbessert werdenThe invention is based on the object of increasing the heat transfer between the gas and the component. In particular, the effective heat transfer coefficient on the outer surfaces of the tool or component should be improved

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung und einem Faserverbund-Harzsystem, um ein Faserverbundbauteil insbesondere für ein Luftfahrzeug herzustellen, umfassend eine Kammer zur Aufnahme eines Faserverbund-Harzsystems; eine Trägerstruktur zum Tragen des Faserverbund-Harzsystems in der Kammer; eine Strömungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung in der Kammer; und
eine Trenneinrichtung zum Abtrennen eines nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems frei bleibenden Teilvolumens der Kammer, um das Teilvolumen gegen die Gasströmung zu verschließen und die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung und dem Faserverbund-Harzsystem in einem zweiten Teilvolumen der Kammer zu erhöhen.The invention creates a device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system in order to produce a fiber composite component, in particular for an aircraft, comprising a chamber for receiving a fiber composite resin system; a support structure for supporting the fiber composite resin system in the chamber; flow generating means for generating a gas flow in the chamber; and
a separating device for separating a partial volume of the chamber that remains free after receiving the fiber composite resin system in order to close the partial volume against the gas flow and to increase the heat transfer between the gas flow and the fiber composite resin system in a second partial volume of the chamber.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass das Gas den Weg des geringsten Widerstands wählt und daher durch die größten offenen Räume im Querschnitt und somit weit entfernt von den Bauteilen strömt. Weiterhin ist die Gasströmung in denjenigen Bereichen am schnellsten, die relativ weit entfernt von dem Faserverbund-Harzsystem oder dem Werkzeug liegen, aber auf dem direkten Weg vom Einlass bis zum Ausgang des Nutzungsraums. Der Druckgradient treibt die Strömung an und alle freien Wege entlang der Geraden vom Eingang bis zum Ausgang erfahren die höchsten Geschwindigkeiten.The invention is based on the basic idea that the gas chooses the path of least resistance and therefore flows through the largest open spaces in cross section and thus far away from the components. Furthermore, the gas flow is fastest in those areas that are relatively far away from the fiber composite resin system or the tool, but on the direct route from the inlet to the exit of the usable space. The pressure gradient drives the flow and all free paths along the straight line from the entrance to the exit experience the highest speeds.

Die Vorrichtung zur Wärmeübertragung kann zum Beispiel ein Autoklav und/oder ein Ofen sein.The device for heat transfer can be, for example, an autoclave and / or an oven.

Durch die Erfindung wird das offene bzw. freie Volumen der Vorrichtung bzw. des Autoklavs geschlossen, insbesondere dasjenige Volumen, das relativ weit entfernt von den Werkzeugen und dem Faserverbund-Harzsystem liegt. Durch die Erfindung wird die Hauptströmung in das freie Volumen in die Nähe des Systems Bauteil plus Werkzeug gerückt. Dabei bleibt das Gesamtvolumen des Autoklavs erhalten. Lediglich das aktive Strömungsfeld wird um die beladenen Senken bzw. Quellen verdichtet. Dadurch wird der effektive Wärmeübertragungskoeffizient an den äußeren Oberflächen des Werkzeugs bzw. des als Faserverbund-Harzsystem vorliegenden Bauteils zusätzlich zu demjenigen an den seinen inneren Oberflächen verbessert.The invention closes the open or free volume of the device or of the autoclave, in particular that volume which is relatively far away from the tools and the fiber composite resin system. The invention moves the main flow into the free volume in the vicinity of the component plus tool system. The total volume of the autoclave is retained. Only the active flow field is compressed around the loaded sinks or sources. As a result, the effective heat transfer coefficient on the outer surfaces of the tool or the component present as a fiber composite resin system is improved in addition to that on its inner surfaces.

Durch die Erfindung wird der Gasstrom nicht nur lokal umgeleitet, sondern über das gesamte verbleibende offene Volumen innerhalb der Kammer gelenkt, in dem sich das Faserverbund-Harzsystem befindet. Dadurch ergibt sich eine signifikante Erhöhung der mittleren Geschwindigkeit des Gasstroms in dem verbleibenden offenen Volumen. Da die Geschwindigkeit des Gasstroms den effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten beeinflusst, wird hierdurch die Wärmeübertragung in das Werkzeug verbessert und es werden damit auch die Heiz- und Kühlzeiten verbessert.As a result of the invention, the gas flow is not only diverted locally, but is also directed over the entire remaining open volume within the chamber in which the fiber composite resin system is located. This results in a significant increase in the mean velocity of the gas flow in the remaining open volume. Since the speed of the gas flow affects the effective heat transfer coefficient, this improves the heat transfer into the tool and thus the heating and cooling times are also improved.

Durch die Trenneinrichtung, die insbesondere als eine Membran ausgestaltet sein kann oder eine Membran umfassen kann, wird das Anpassen des Gasstroms in einer Weise ermöglicht, welche das Problem geringerer Strömungsgeschwindigkeiten in der Nähe des Werkzeugs vermeidet. Ebenso werden geringere Strömungsgeschwindigkeiten an Orten oder Positionen in der Kammer vermieden, die weiter entfernt von dem eintretenden Gasstrom entfernt liegen, oder die sich im Windschatten anderer Werkzeuge oder Geräte befinden, was einer der Gründe für die Ausbildung kalter Stellen ist.The separating device, which can in particular be designed as a membrane or can comprise a membrane, enables the gas flow to be adapted in a manner which avoids the problem of lower flow velocities in the vicinity of the tool. Likewise, lower flow velocities are avoided in places or positions in the chamber which are further away from the incoming gas flow, or which are in the slipstream of other tools or devices, which is one of the reasons for the formation of cold spots.

Die Verbesserung des effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten kann zum Beispiel dazu benutzt werden, die Heiz- und/oder Kühlzeiten zu verringern, was eine verbesserte Nutzung der Autoklav-Kapazität ermöglicht.The improvement in the effective heat transfer coefficient can be used, for example, to reduce the heating and / or cooling times, which enables improved utilization of the autoclave capacity.

Die verbesserte Temperatur- bzw. Wärmeverteilung wirkt sich zum einen positiv auf die Qualität der herzustellenden Bauteile aus, da eine verbesserte Steuerung der Aushärtung bzw. Konsolidierung möglich ist. Zum anderen wird ein schnelleres Heizen und damit ein schnelleres Aushärten bzw. Konsolidieren des Faserverbund-Harzsystems ermöglicht, da der Vorgang nicht durch kalte bzw. heiße Stellen verzögert wird.On the one hand, the improved temperature or heat distribution has a positive effect on the quality of the components to be manufactured, since an improved control of the hardening or consolidation is possible. On the other hand, faster heating and thus faster hardening or consolidation of the fiber composite resin system is made possible, since the process is not delayed by cold or hot spots.

Bevorzugt wird bzw. ist die Trenneinrichtung aus einem Textil gefertigt. Dadurch wird insbesondere das Gewicht gegenüber einer Festkörperausführung besonders bei großen Bauteilen vermieden. Vorteilhaft ist die Trenneinrichtung aus einem Glasgewebe gefertigt. Insbesondere kann die Trenneinrichtung mit Silikon beschichtet sein.The separating device is preferably made of a textile. In particular, this avoids the weight compared to a solid-state version, especially in the case of large components. The separating device is advantageously made from a glass fabric. In particular, the separating device can be coated with silicone.

Vorteilhaft umfasst die Trenneinrichtung ein oder mehrere Blätter oder Platten.The separating device advantageously comprises one or more sheets or plates.

Insbesondere kann die Trenneinrichtung flexibel ausgebildet sein.In particular, the separating device can be designed to be flexible.

Bevorzugt ist das durch die Trenneinrichtung abgeschlossene oder abzutrennende Teilvolumen entfernt vom Werkzeug gelegen, wenn das Faserverbund-Harzsystem in der Kammer aufgenommen istThe partial volume closed off or to be separated off by the separating device is preferably located away from the tool when the fiber composite resin system is accommodated in the chamber

Bevorzugt ist die Trenneinrichtung so gestaltet, dass die Gasströmung durch die Trenneinrichtung über das gesamte restliche Volumen der Kammer umgeleitet wird, um dort die Geschwindigkeit der Gasströmung zu erhöhen.The separation device is preferably designed so that the gas flow through the Separation device is diverted over the entire remaining volume of the chamber in order to increase the speed of the gas flow there.

Vorteilhaft ist Trenneinrichtung so geformt und/oder in der Kammer angeordnet, dass relativ geringe Geschwindigkeiten in der Nähe der Trägerstruktur, und/oder in relativ großer Entfernung vom Ort des Eintretens der Gasströmung in die Kammer, und/oder in einem Windschatten, vermieden werden.The separating device is advantageously shaped and / or arranged in the chamber in such a way that relatively low velocities in the vicinity of the support structure and / or at a relatively large distance from the place where the gas flow enters the chamber and / or in a slipstream are avoided.

Insbesondere trennt Trenneinrichtung einen oberen Bereich der Kammer von einem unteren Bereich der Kammer, der zur Aufnahme der Trägerstruktur und des Faserverbund-Harzsystems dient.In particular, the separating device separates an upper area of the chamber from a lower area of the chamber, which serves to accommodate the support structure and the fiber composite resin system.

Bevorzugt erstreckt sich die Trenneinrichtung in Längsrichtung der Kammer zwischen deren seitlichen Begrenzungen.The separating device preferably extends in the longitudinal direction of the chamber between its lateral boundaries.

Vorteilhaft ist Trenneinrichtung hängend in der Kammer angeordnet.The separating device is advantageously arranged hanging in the chamber.

Insbesondere ist Trenneinrichtung so geformt und in der Kammer angeordnet, dass es die Gasströmung gleichmäßig über die Oberfläche des in der Kammer aufgenommenen Faserverbund-Harzsystems leitet.In particular, the separating device is shaped and arranged in the chamber in such a way that it guides the gas flow uniformly over the surface of the fiber composite resin system accommodated in the chamber.

Vorteilhaft ist mindestens eine Umlenkeinrichtung zum Umlenken von zumindest einem Teil der Gasströmung in einen Strömungspfad der Trägerstruktur vorgesehen. Dadurch wird das Reduzieren der Strömung in großen Teilen des Autoklav-Volumens unterstützt.At least one deflection device is advantageously provided for deflecting at least part of the gas flow into a flow path of the support structure. This helps to reduce the flow in large parts of the autoclave volume.

Die Umlenkeinrichtung kann beispielsweise an einem Ende der Trägerstruktur vorgesehen sein. Dadurch wird der Teil der gerichteten Gasströmung, der durch die Umlenkeinrichtung umgelenkt wird, noch gezielter dem Eingang des Strömungspfads der Trägerstruktur zugeführt. Insbesondere kann die Umlenkeinrichtung an demjenigen Ende der Trägerstruktur vorgesehen sein, welches bei Aufnahme der Vorrichtung in der Wärmeübertragungseinrichtung der gerichteten Gasströmung zugewandt ist.The deflection device can for example be provided at one end of the support structure. As a result, the part of the directed gas flow that is deflected by the deflection device is fed to the inlet of the flow path of the carrier structure in an even more targeted manner. In particular, the deflection device can be provided at that end of the support structure which, when the device is received in the heat transfer device, faces the directed gas flow.

Die Umlenkeinrichtung kann zum Beispiel an der Stirnfläche der Trägerstruktur vorgesehen sein. Sie kann lösbar vorgesehen sein oder unlösbar mit der Trägerstruktur verbunden sein. Dadurch wird eine vollständige Durchströmung des Strömungspfads mit erhöhter Strömungsrate ermöglicht. Die Umlenkeinrichtung kann ein Umlenkschild umfassen, das bei Aufnahme der Vorrichtung in der Wärmeübertragungseinrichtung bevorzugt senkrecht zur gerichteten Gasströmung vorgesehen ist. Die Umlenkeinrichtung kann aus Metall ausgebildet sein, jedoch sind auch andere Materialien möglich. Sie kann zum Beispiel als ein Blech oder auch trichterförmig ausgestaltet sein.The deflection device can for example be provided on the end face of the support structure. It can be provided in a detachable manner or in a non-detachable manner connected to the support structure. This enables a complete flow through the flow path with an increased flow rate. The deflection device can comprise a deflection shield which, when the device is received in the heat transfer device, is preferably provided perpendicular to the directed gas flow. The deflection device can be made of metal, but other materials are also possible. It can be designed, for example, as a sheet metal or also funnel-shaped.

Vorteilhafterweise sind zusätzlich Abdichtelemente zum Abdichten von Bereichen des restlichen Kammervolumens vorgesehen, in denen nur eine geringe oder keine Gasströmung stattfinden soll. Beispielsweise können als Abdichtelemente Abdichtstopfen vorgesehen sein, mit denen diejenigen Bereiche verschlossen werden, in denen keine Gasströmung gewünscht ist.Sealing elements for sealing off areas of the remaining chamber volume in which only little or no gas flow is to take place are advantageously provided. For example, sealing plugs can be provided as sealing elements with which those areas are closed in which no gas flow is desired.

Die Vorrichtung zur Wärmeübertragung bzw. der Autoklav hat bevorzugt einen kreissymmetrischen oder einen kreisförmigen Querschnitt. Es sind aber auch andere Querschnittsformen möglich, wie zum Beispiel ein rechteckiger oder ein quadratischer Querschnitt.The device for heat transfer or the autoclave preferably has a circularly symmetrical or a circular cross section. However, other cross-sectional shapes are also possible, such as a rectangular or a square cross-section.

Das Faserverbund-Harzsystem dient insbesondere der Fertigung eines großflächigen Faserverbundbauteils für die Luftfahrt. Ein solches Bauteil ist beispielsweise eine Rumpf- oder Flügelschale, ein Leitwerksteil oder eine größere Rippe. Es können jedoch auch andere Faserverbundbauteile aus dem Faserverbund-Harzsystem hergestellt werden.The fiber composite resin system is used in particular to manufacture a large-area fiber composite component for aviation. Such a component is, for example, a fuselage or wing shell, a tail unit or a larger rib. However, other fiber composite components can also be produced from the fiber composite resin system.

Die Vorrichtung kann bevorzugt in einem Open-mould Prozess, also einem Prozess unter Verwendung von Vakuumfolien, bei denen Wärme über das Umgebungsfluid in den Prozess eingebracht bzw. durch dieses abgeführt wird, verwendet werdenThe device can preferably be used in an open-mold process, that is to say a process using vacuum foils in which heat is introduced into the process via the ambient fluid or is dissipated through it

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Ausrüstung zur Installation in einer Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung und einem Faserverbund-Harzsystem bereitgestellt, wobei die Vorrichtung dazu dient, ein Faserverbundbauteil herzustellen, und wobei die Ausrüstung eine Trenneinrichtung umfasst, die ein nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems frei bleibendes Teilvolumen der Kammer abtrennt und das Teilvolumen gegen die Gasströmung zum Wärmeaustauch mit dem Faserverbund-Harzsystems begrenzt oder verschließt, um die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung und dem Faserverbund-Harzsystem in einem zweiten Teilvolumen der Kammer zu erhöhen.According to one aspect of the invention, equipment for installation in a device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system is provided, wherein the device is used to produce a fiber composite component, and wherein the equipment comprises a separating device, which is a after receiving the Fiber composite resin system separates the remaining free partial volume of the chamber and limits or closes the partial volume against the gas flow for heat exchange with the fiber composite resin system in order to increase the heat transfer between the gas flow and the fiber composite resin system in a second partial volume of the chamber.

Bevorzugt ist die Ausrüstung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestaltet ist.The equipment is preferably designed for use in a device according to the invention.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils angegeben, umfassend die Schritte:

• Zuführen einer Gasströmung zu einer Trägerstruktur, die in einer Kammer angeordnet ist und ein Faserverbund-Harzsystem trägt, um Wärme zwischen dem Faserverbund-Harzsystem und der Gasströmung zu übertragen; und Abtrennen eines frei bleibenden Teilvolumens der Kammer, um das Teilvolumen gegen die Gasströmung zu verschließen und die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung und dem Faserverbund-Harzsystem in einem zweiten Teilvolumen der Kammer zu erhöhen.

According to another aspect of the invention, a method for producing a fiber composite component is specified, comprising the steps:

• Supplying a gas flow to a support structure which is arranged in a chamber and supports a fiber composite resin system in order to transfer heat between the fiber composite resin system and the gas flow; and severing a remaining free partial volume of the chamber in order to close the partial volume against the gas flow and to increase the heat transfer between the gas flow and the fiber composite resin system in a second partial volume of the chamber.

Insbesondere erfolgt das Verfahren unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In particular, the method takes place using the device according to the invention.

Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren, ebenso wie Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung gelten.Advantages and details that are described in connection with the device according to the invention also apply to the method according to the invention, just as advantages and details that are described in connection with the method according to the invention also apply to the device according to the invention.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

• 1 einen im Stand der Technik bekannten Autoklav zur Herstellung von großflächigen Bauteilen für Flugzeuge, der mit Strukturen beladen ist, auf denen sich Verbundwerkstoffe befinden;
• 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung als bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Längsschnitt;
• 3 die in 2 dargestellte Vorrichtung in einem Querschnitt;
• 4 eine schematische Darstellung einer im Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Wärmeübertragung in einem Längsschnitt;
• 5 die in 4 gezeigte bekannte Vorrichtung in einem Querschnitt;
• 6 eine perspektivische schematische CAD Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
• 7 eine Ansicht der oberen Seite einer Trenneinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in einem Autoklav befestigt ist;
• 8 eine Ansicht der unteren Seite der in 7 gezeigten Trenneinrichtung, zusammen mit dem Teilvolumen V2 des Autoklavs, in dem sich Werkzeuge mit Prepregs befinden; und
• 9 ein Diagramm, das Messergebnisse von Versuchsreihen zeigt, die den effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu demjenigen bei einer bekannten Vorrichtung darstellt.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. Show in it:

• 1 an autoclave known in the prior art for the production of large-area components for aircraft, which is loaded with structures on which composite materials are located;
• 2 a schematic representation of a device for heat transfer as a preferred embodiment of the invention in a longitudinal section;
• 3 in the 2 shown device in a cross section;
• 4th a schematic representation of a device known in the prior art for heat transfer in a longitudinal section;
• 5 in the 4th shown known device in a cross section;
• 6th a perspective schematic CAD view of a heat transfer device which is a preferred embodiment of the invention;
• 7th a view of the upper side of a separation device according to a preferred embodiment of the invention, which is mounted in an autoclave;
• 8th a view of the lower side of the in 7th separating device shown, together with the partial volume V2 the autoclave, in which there are tools with prepregs; and
• 9 a diagram showing measurement results of test series, which represents the effective heat transfer coefficient in a device according to the invention in comparison with that in a known device.

In den 2 und 3 ist eine Vorrichtung 10 zur Wärmeübertragung gezeigt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dabei zeigt 2 eine Längsschnittansicht und 3 eine Querschnittansicht der Vorrichtung 10.In the 2 and 3 is a device 10 for heat transfer, which is a preferred embodiment of the invention. It shows 2 a longitudinal sectional view and 3 a cross-sectional view of the device 10 .

Die Vorrichtung 10 ist in diesem Beispiel ein Autoklav, in dessen Innenraum eine Kammer 11 ausgebildet ist, die zur Aufnahme eines nicht ausgehärteten Faserverbund-Harzsystems 12 dient. Das Faserverbund-Harzsystems 12 dient zum Beispiel der Herstellung eines großflächigen Faserverbundbauteils für die Luftfahrt, beispielsweise eines Rumpfsegments. In der Kammer 11 ist eine Trägerstruktur 13 angeordnet, um das Faserverbund-Harzsystems 12 zu tragen. Eine Strömungserzeugungseinrichtung 14 in Form eines Ventilators dient zum Erzeugen einer Gasströmung G in der Kammer 11.The device 10 in this example is an autoclave with a chamber inside 11 is designed to receive an uncured fiber composite resin system 12 serves. The fiber composite resin system 12 is used, for example, to manufacture a large-area fiber composite component for aviation, for example a fuselage segment. In the chamber 11 is a support structure 13 arranged to the fiber composite resin system 12 to wear. A flow generating device 14th in the form of a fan is used to generate a gas flow G in the chamber 11 .

Weiterhin ist in der Kammer 11 eine Trenneinrichtung 15 vorgesehen, die zum Abtrennen eines Teilvolumens V1 der Kammer dient, sodass dieses von einem anderen Volumen V2 der Kammer 11 getrennt ist. Das abgetrennte Teilvolumen V1 liegt in einem Bereich der Kammer 11, der nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems 12 frei bleibt. Das heißt, dass das aufzunehmende Faserverbund-Harzsystem 12 mit der Tragestruktur 13 vollständig außerhalb des Teilvolumens V1 und vollständig innerhalb des Teilvolumens V2 liegt.Furthermore is in the chamber 11 a separator 15th provided for separating a partial volume V1 the chamber is used, so that this is of a different volume V2 the chamber 11 is separated. The separated partial volume V1 lies in one area of the chamber 11 , which after taking up the fiber composite resin system 12 remains free. That means that the fiber composite resin system to be recorded 12 with the support structure 13 completely outside of the partial volume V1 and completely within the partial volume V2 lies.

Die Trenneinrichtung 15 dient dazu, das Teilvolumen V1 gegen die Gasströmung G zu verschließen, und dadurch die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung G und dem Faserverbund-Harzsystem 12 in dem anderen Kammervolumen V2 zu erhöhen.The separator 15th serves to the partial volume V1 against the gas flow G to close, and thereby the heat transfer between the gas flow G and the fiber composite resin system 12 in the other chamber volume V2 to increase.

Die Gasströmung G in dem Autoklav 10 wird durch die als Ventilator ausgebildete Strömungseinrichtung 14 erzeugt, um Wärme zwischen der Gasströmung G und dem Faserverbund-Harzsystem 12 zu übertragen, welches das herzustellende Bauteil bildet. Dabei erfolgt ein Aufheizen oder ein Kühlen durch die Gasströmung G. Das Faserverbund-Harzsystem 12 ist hierzu auf einer Oberfläche 16 eines Werkzeugs 17 abgelegt, das von der Trägerstruktur 13 unterstützt wird.The gas flow G in the autoclave 10 is made by the flow device designed as a fan 14th generated to heat between the gas flow G and the fiber composite resin system 12 to transfer, which forms the component to be manufactured. In this case, heating or cooling takes place through the gas flow G . The fiber composite resin system 12 is for this on a surface 16 of a tool 17th filed by the support structure 13 is supported.

Die Trenneinrichtung 15 ist so angeordnet, dass sie das Teilvolumen V1 gegen den Gasstrom G abschließt, das sich entfernt Faserverbund-Harzsystem 12 befindet. Die Trenneinrichtung 15 schließt auf diese Weise die größten offenen Räume in der Kammer 11 bzw. in deren Querschnitt, so dass die Gasströmung G dort nicht eintreten kann. Das heißt, es wird ein großer Teil des Autoklav-Volumens gegen die Gasströmung G verschlossen bzw. abgedichtet.The separator 15th is arranged so that it is the partial volume V1 against the gas flow G completes, which removes fiber composite resin system 12 is located. The separator 15th in this way closes the largest open spaces in the chamber 11 or in their cross section, so that the gas flow G cannot enter there. This means that a large part of the autoclave volume is counteracted by the gas flow G closed or sealed.

Die Trägerstruktur 13 ist im Stand der Technik bekannt und im Detail in der DE 10 2016 122 536 A1 beschrieben, auf die in dieser Anmeldung Bezug genommen wird. Sie ist quaderförmig mit einer durchgehenden Oberseite 16 ausgebildet. Auf der Oberseite 16 der Trägerstruktur 13 ist eine formgebende Oberfläche vorgesehen, die durch ein Werkzeug 17 gebildet wird. Die formgebende Oberfläche ist derart ausgebildet, dass das Faserverbund-Harzsystem 12, welches durch diese Oberfläche aufgenommen wird, in seine endgültige Form, d.h. in die Form des fertigen Faserverbundwerkstoffs, gebracht werden kann. Insbesondere ist die formgebende Oberfläche dieser Ausführungsform zum Ausbilden großflächiger Faserverbundbauteile, wie einer Rumpf-, Flügelschale, einem Leitwerksteil oder einer größeren Rippe, ausgeformt. Im Rahmen dieser Ausführungsform sind hier jedoch auch andere Formen der formgebenden Oberfläche denkbar. In der Figur ist die formgebende Oberfläche lediglich als plane Ebene dargestellt.The support structure 13 is known in the art and is detailed in US Pat DE 10 2016 122 536 A1 described, referred to in this application is taken. It is cuboid with a continuous top 16 educated. On the top 16 the support structure 13 a shaping surface is provided, which is created by a tool 17th is formed. The shaping surface is designed in such a way that the fiber composite resin system 12 , which is taken up by this surface, can be brought into its final shape, ie into the shape of the finished fiber composite material. In particular, the shaping surface of this embodiment is shaped to form large-area fiber composite components, such as a fuselage shell, wing shell, a tail unit part or a larger rib. In the context of this embodiment, however, other shapes of the shaping surface are also conceivable here. In the figure, the shaping surface is shown only as a flat plane.

Die Trägerstruktur 13 ist wabenartig ausgebildet aus einzelnen Kammern aufgebaut, welche jeweils an allen Seitenflächen jeweils eine Öffnung aufweisen. Auch hat sie Öffnungen an ihrer Stirnseite und an ihrer Rückseite. Die Trägerstruktur 13 bildet einen Strömungspfad, wobei ihre Kammern durch ihre Öffnungen miteinander verbunden sind.The support structure 13 is constructed like a honeycomb from individual chambers, each of which has an opening on each side surface. It also has openings on its face and on its back. The support structure 13 forms a flow path, with its chambers being connected to one another through their openings.

Um die Gasströmung G noch gezielter zu führen kann optional eine Umlenkeinrichtung vorgesehen sein, welche die Gasströmung G oder zumindest einen Teil davon in den Strömungspfad der Trägerstruktur 13 lenkt. Die Umlenkeinrichtung ist im Detail ebenfalls in der DE 10 2016 122 536 A1 beschrieben, auf die in dieser Anmeldung Bezug genommen wird.To the gas flow G To guide it even more specifically, a deflection device can optionally be provided, which the gas flow G or at least a part thereof into the flow path of the support structure 13 directs. The deflection device is also shown in detail in the DE 10 2016 122 536 A1 which is referred to in this application.

Um ein Faserverbundbauteil herzustellen, wird die Gasströmung G zu der Trägerstruktur 13 geführt, die in der Kammer 11 angeordnet ist und ein Faserverbund-Harzsystem 12 trägt geführt, um Wärme zwischen dem Faserverbund-Harzsystem 12 und der Gasströmung G zu übertragen. Dabei wird ein freibleibendes Teilvolumen V1 der Kammer 11 so abgetrennt, dass es gegen die Gasströmung G verschlossen ist, so dass die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung G und dem Faserverbund-Harzsystem, das sich in einem zweiten Teilvolumen V2 der Kammer 11 befindet, erhöht wird. In dem Teilvolumen V2 wird die Geschwindigkeit der Gasströmung aufgrund des geringeren Querschnitts des für die Gasströmung G zur Verfügung stehenden Raumes erhöht.In order to produce a fiber composite component, the gas flow G to the support structure 13 led that in the chamber 11 is arranged and a fiber composite resin system 12 carries out heat between the fiber composite resin system 12 and the gas flow G transferred to. A part of the volume that remains free will be V1 the chamber 11 so separated that it is against the gas flow G is closed so that heat transfer between the gas flow G and the fiber composite resin system, which is in a second partial volume V2 the chamber 11 is increased. In the partial volume V2 becomes the speed of the gas flow due to the smaller cross section of the gas flow G available space increased.

Zum Abtrennen des Teilvolumens wird bevorzugt die in dieser Anmeldung im Detail beschriebene Trenneinrichtung 15 verwendet, die eine Ausrüstung für Autoklaven bildet bzw. Teil einer derartigen Ausrüstung ist.The separating device described in detail in this application is preferred for separating off the partial volume 15th is used, which forms an equipment for autoclaves or is part of such equipment.

Zur Verdeutlichung der Wirkung der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zeigen die 4 und 5 schematisch die Strömung des Gases in einem bekannten Autoklav 100, der als Stand der Technik zum Beispiel in 1 gezeigt ist. Dabei ist der bekannte Autoklav 100 in einer Längsschnittansicht (4) bzw. in einer Querschnittsansicht (5) gezeigt.To illustrate the effect of the invention compared to the prior art, show 4th and 5 schematically the flow of the gas in a known autoclave 100, which is known as the prior art, for example in 1 is shown. The known autoclave 100 is shown in a longitudinal sectional view ( 4th ) or in a cross-sectional view ( 5 ) shown.

In dem bekannten Autoklav 100 wird ebenfalls eine Gasströmung G erzeugt, um Wärme zwischen der Gasströmung G und einem Faserverbund-Harzsystem 12 zu übertragen, welches ein herzustellendes Bauteil bildet und von einer Trägerstruktur 13 getragen wird. Da sich das Gas den Weg des geringsten Widerstands wählt, strömt es jedoch durch die größten offenen Räume im Querschnitt des Autoklavs 100 und somit weit entfernt von den Bauteilen. Weiterhin ist die Gasströmung G in denjenigen Bereichen S des bekannten Autoklavs 100 am schnellsten, die relativ weit entfernt von dem Faserverbund-Harzsystem (12) bzw. dem Werkzeug liegen, auf dem es angeordnet ist.In the known autoclave 100 there is also a gas flow G generated to heat between the gas flow G and a fiber composite resin system 12 to be transferred, which forms a component to be manufactured, and from a carrier structure 13 will be carried. Since the gas chooses the path of least resistance, however, it flows through the largest open spaces in the cross section of the autoclave 100 and thus far away from the components. Furthermore, the gas flow is G in those areas S. the fastest of the well-known autoclave 100, which is relatively far removed from the fiber composite resin system ( 12 ) or the tool on which it is arranged.

6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer CAD Darstellung. Dabei ist ein Autoklav 10 gemäß der Erfindung in seinem Innenraum mit einer Membran 15 versehen, die die Trenneinrichtung bildet und sich in dem Autoklav 10 flächig erstreckt. Der Autoklav 10 ist zum Beispiel ein im Stand der Technik bekannter Autoklav, wie er in 1 gezeigt ist. 6th shows an embodiment of the invention schematically in a CAD representation. There is an autoclave 10 according to the invention in its interior with a membrane 15th which forms the separating device and is located in the autoclave 10 extends flat. The autoclave 10 is, for example, an autoclave known in the art, as described in 1 is shown.

Die erfindungsgemäß in dem Autoklav 10 angeordnete Trenneinrichtung bzw. Membran 15 ist mit Befestigungselementen 18 an der Oberseite des Innenraums des Autoklavs 10 bzw. der Kammer 11 befestigt. Die Membran 15 ist so geformt, dass sie in ihrem zentralen Bereich 15a eine ebene Fläche bildet, die parallel zu einem Trageelement 19 des Autoklavs 10 ausgerichtet ist und sich in Längsrichtung des Autoklavs 10 erstreckt.According to the invention in the autoclave 10 arranged separating device or membrane 15th is with fasteners 18th at the top of the interior of the autoclave 10 or the chamber 11 attached. The membrane 15th is shaped so that it is in its central area 15a forms a flat surface that is parallel to a support element 19th of the autoclave 10 aligned and in the longitudinal direction of the autoclave 10 extends.

Ein vorderer Bereich 15b und ein rückwärtiger Bereich 15c der Membran 15 erstrecken sich von ihrem zentralen Bereich 15a ausgehend in einem Winkel nach oben. Die seitlichen Ränder 20, 21 der Membran 15 sind in einem durchgehenden abdichtenden Kontakt mit den Wänden der Kammer 11. Der vordere Rand 22 und der rückwärtige Rand 23 der Membran 15 sind ebenfalls derart in Kontakt mit den Wänden der Kammer 11, dass eine an der Eingangsseite 24 der Kammer 11 eintretende Gasströmung nicht in das oberhalb der Membran 15 gelegene Teilvolumen V1 der Kammer 15 eintreten kann.A front area 15b and a rear area 15c the membrane 15th extend from their central area 15a starting at an angle upwards. The side edges 20th , 21st the membrane 15th are in continuous sealing contact with the walls of the chamber 11 . The front edge 22nd and the back edge 23 the membrane 15th are also so in contact with the walls of the chamber 11 that one at the entrance side 24 the chamber 11 entering gas flow does not enter the one above the membrane 15th located partial volume V1 the chamber 15th can occur.

Auf diese Weise wird die Gasströmung dazu gezwungen, ausschließlich in das unterhalb der Membran 15 gelegene Teilvolumen V2 einzutreten, in dem sich im Betrieb die Werkzeuge mit dem darauf abgelegten Faserverbund-Harzsystem 12 bzw. dem herzustellenden Bauteil befinden. Dadurch strömt das Gas in deren Nähe mit erhöhter Geschwindigkeit.In this way the gas flow is forced only into the area below the membrane 15th located partial volume V2 to occur in which the tools with the fiber composite resin system deposited on them are in operation 12 or the component to be manufactured. As a result, the gas flows in their vicinity at increased speed.

7 zeigt eine Ansicht einer flexiblen, einstückig ausgebildeten Membran 15 von oben, die in dem Autoklav 10 hängend in der Art eines Tuches angeordnet ist. Das hier sichtbare Volumen V1 ist für die Gasströmung verschlossen, das heißt, dass diese nicht in dem hier sichtbaren Teilvolumen V1 strömt, sondern ausschließlich in dem hier nicht sichtbaren, unterhalb der Membran 15 gelegenen Teilvolumen V2. 7th Figure 12 shows a view of a flexible, one-piece membrane 15th from above that is in the autoclave 10 is arranged hanging in the manner of a cloth. The volume visible here V1 is closed to the gas flow, which means that it is not in the partial volume visible here V1 flows, but exclusively in what is not visible here, below the membrane 15th located partial volume V2 .

8 zeigt einen Blick in den Autoklav 10, in dem die Membran 15 als Trenneinrichtung installiert ist. In dieser Ansicht ist nur das unterhalb der Membran 15 befindliche Teilvolumen V2 der Kammer 11 sichtbar, in dem die Trägerstrukturen 13 mit den darauf liegenden Faserverbund-Harzsystemen 12 in Form von Prepregs angeordnet sind. Dabei ist erkennbar, dass der Raum für die Gasströmung bzw. der für die Gasströmung offene Querschnitt der Kammer reduziert ist. 8th shows a look into the autoclave 10 in which the membrane 15th is installed as a separator. In this view only that is below the membrane 15th located partial volumes V2 the chamber 11 visible in which the support structures 13 with the fiber composite resin systems on top 12 are arranged in the form of prepregs. It can be seen that the space for the gas flow or the cross section of the chamber open to the gas flow is reduced.

Die zum Abschließen des für den Aushärtungsvorgang ungenutzten abgetrennten Volumens V1 vorgesehene Membran 15 kann zum Beispiel aus Textilmaterial, als eine Folie oder aus flexiblen oder festen Platten oder Blättern gebildet sein. Sie kann bewegbar sein, um je nach Anforderung in verschiedenen Autoklaven positioniert zu werden, oder sie kann fest in dem Autoklav installiert sein.The volume cut off to close off the unused volume for the curing process V1 provided membrane 15th can for example be formed from textile material, as a film or from flexible or rigid plates or sheets. It can be movable so that it can be positioned in different autoclaves as required, or it can be installed permanently in the autoclave.

Die erreichbaren Verbesserungen des Konsolidierens bzw. Aushärtens des Faserverbund-Harzsystem beim Autoklav-Prozess sind stark von der effektiven Änderung des durchströmten Querschnitts abhängig, ebenso wie von Faktoren oder Begrenzungen des Autoklav-Systems, beispielsweise im Hinblick auf die Heiz- und/oder Kühlkapazität, die Geschwindigkeit des Ventilators, das Werkzeugdesign usw. Mit dem in den Figuren gezeigten, erfindungsgemäßen System bzw. der Vorrichtung 10 kann zum Beispiel während der Heizphase eine Erhöhung des effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten auf ca. 1,6 erzielt werden.The achievable improvements in the consolidation or curing of the fiber composite resin system in the autoclave process are heavily dependent on the effective change in the cross-section through which the flow passes, as well as on factors or limitations of the autoclave system, for example with regard to the heating and / or cooling capacity, the speed of the fan, the tool design, etc. With the system or device according to the invention shown in the figures 10 For example, an increase in the effective heat transfer coefficient to approx. 1.6 can be achieved during the heating phase.

9 zeigt ein Diagramm, in dem die in Versuchsreihen gemessenen Verbesserungen des effektiven Wärmeübertragungskoeffizienten („HTC“) während der Aufheiz- und Kühlphase in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt sind. Die nebeneinander dargestellten Balkenpaare stellen jeweils das Ergebnis einer Versuchsreihe dar. Der in jedem Balkenpaar links dargestellte Balken zeigt den ermittelten HTC während des Aufheizens (80°C - 100°C). Der in jedem Balkenpaar rechts dargestellte Balken zeigt den ermittelten HTC während des Herunterkühlens (100°C - 80°C). Der HTC ist in dem Diagramm auf der senkrechten Achse dargestellt. Die waagerechte Achse des Diagramms zeigt die serielle Nummern der Messzyklen. 9 shows a diagram in which the improvements in the effective heat transfer coefficient (“HTC”) measured in test series during the heating and cooling phase in the device according to the invention 10 are shown. The pairs of bars shown next to one another each represent the result of a series of tests. The bar shown on the left in each pair of bars shows the HTC determined during heating (80 ° C - 100 ° C). The bar shown on the right in each pair of bars shows the determined HTC during the cooling down (100 ° C - 80 ° C). The HTC is shown in the diagram on the vertical axis. The horizontal axis of the diagram shows the serial numbers of the measuring cycles.

Bei den Versuchen hat sich darüber hinaus gezeigt, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem heißesten und dem kältesten Thermofühler innerhalb des Teilvolumens V2, in dem der Faserverbund-Harzwerkstoff zur Bearbeitung angeordnet ist, durch die erfindungsgemäße Trenneinrichtung 15 um einen Faktor im Bereich von ca. 2 reduziert wurde. Abgesehen von dem Einfluss der Trenneinrichtung auf die erhöhte Qualität der bearbeiteten Bauteile und der verbesserten Stabilität des Autoklav-Prozesses, den die erfindungsgemäßen Änderungen erzeugen, verhält sich die Erhöhung des effektiven Wärmeübertragungskoeffizient bzw. HTC ungefähr linear zu der Zeit, die für das Heizen bzw. das Kühlen der Bauteile benötigt wird. Daher ist mit dem erfindungsgemäßen Autoklav 10, sofern er eine ausreichende Heiz- und/oder Kühlkapazität aufweist, eine Verringerung der Heiz- bzw. Kühlzeiten bis zu diesem Verhältnis möglich.The tests also showed that the temperature difference between the hottest and coldest thermocouples within the partial volume V2 , in which the fiber composite resin material is arranged for processing, by the separating device according to the invention 15th was reduced by a factor in the range of approx. Apart from the influence of the separating device on the increased quality of the processed components and the improved stability of the autoclave process that the changes according to the invention produce, the increase in the effective heat transfer coefficient or HTC is approximately linear to the time required for heating or heating. cooling of the components is required. Therefore, with the autoclave according to the invention 10 If it has sufficient heating and / or cooling capacity, a reduction in the heating or cooling times up to this ratio is possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010

AutoklavAutoclave

1111

Kammerchamber

1212

Faserverbund-HarzsystemFiber composite resin system

1313

TrägerstrukturSupport structure

1414th

StrömungserzeugungseinrichtungFlow generating device

1515th

TrenneinrichtungSeparator

15a15a

zentraler Bereichcentral area

15b15b

vorderer Bereichfront area

15c15c

rückwärtiger Bereichrear area

1616

Oberflächesurface

1717th

WerkzeugTool

1818th

BefestigungselementeFasteners

1919th

TrageelementSupport element

20, 2120, 21

seitliche Ränderlateral margins

22, 2322, 23

vorderer Rand bzw. rückwärtiger Randfront margin or back margin

2424

Eingangsseite Entry page

V1V1

TeilvolumenPartial volume

V2V2

anderes Teilvolumenother partial volume

GG

Gasströmung GGas flow G

SS.

Bereiche schnellster GasströmungAreas of fastest gas flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• DE 102016122536 A1 [0009, 0050, 0052]DE 102016122536 A1 [0009, 0050, 0052]

Claims (15)

Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung und einem Faserverbund-Harzsystem, um ein Faserverbundbauteil insbesondere für ein Luftfahrzeug herzustellen, umfassend eine Kammer (11) zur Aufnahme eines Faserverbund-Harzsystems (12); eine Trägerstruktur (13) zum Tragen des Faserverbund-Harzsystems (12) in der Kammer (11); eine Strömungserzeugungseinrichtung (14) zum Erzeugen einer Gasströmung (G) in der Kammer (11); und eine Trenneinrichtung (15) zum Abtrennen eines nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems (12) frei bleibenden Teilvolumens (V1) der Kammer (11), um das Teilvolumen (V1) gegen die Gasströmung (G) zu verschließen und die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung (G) und dem Faserverbund-Harzsystem (12) in einem zweiten Teilvolumen (V2) der Kammer (11) zu erhöhen.Device for transferring heat between a gas flow and a fiber composite resin system in order to produce a fiber composite component, in particular for an aircraft, comprising a chamber (11) for receiving a fiber composite resin system (12); a support structure (13) for supporting the fiber composite resin system (12) in the chamber (11); a flow generating device (14) for generating a gas flow (G) in the chamber (11); and a separating device (15) for separating a partial volume (V1) of the chamber (11) that remains free after the fiber composite resin system (12) has been taken up, in order to close the partial volume (V1) against the gas flow (G) and to prevent the heat transfer between the gas flow ( G) and the fiber composite resin system (12) in a second partial volume (V2) of the chamber (11). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) eine Membran umfasst.Device according to Claim 1 , characterized in that the separating device (15) comprises a membrane. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) 3.1. aus Textil gefertigt ist, und/oder 3.2. aus einem Glasgewebe gefertigt ist, und/oder 3.3. mit Silikon beschichtet ist, und/oder 3.4. flexibel ist, und/oder 3.5. ein oder mehrere Blätter oder Platten umfasstDevice according to Claim 1 or 2 , characterized in that the separating device (15) 3.1. is made of textile, and / or 3.2. is made of a glass fabric, and / or 3.3. is coated with silicone, and / or 3.4. is flexible, and / or 3.5. comprises one or more sheets or plates Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Teilvolumen (V1) entfernt von der Trägerstruktur (13) und/oder dem in der Kammer (11) aufgenommenen Faserverbund-Harzsystem (12) gelegen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separated partial volume (V1) is located away from the support structure (13) and / or the fiber composite resin system (12) accommodated in the chamber (11). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Umlenkeinrichtung zum Umlenken von zumindest einem Teil der Gasströmung (G) in einen Strömungspfad der Trägerstruktur (13).Device according to one of the preceding claims, characterized by at least one deflection device for deflecting at least part of the gas flow (G) into a flow path of the support structure (13). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere Abdichtelemente zum Abdichten von Bereichen des Kammervolumens (V1), in denen nur eine geringe Gasströmung (G) stattfinden soll.Device according to one of the preceding claims, characterized by one or more sealing elements for sealing off areas of the chamber volume (V1) in which only a small gas flow (G) should take place. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) so gestaltet ist, dass die Gasströmung (G) über das gesamte zweite Volumen (V2) umgeleitet wird, um dort die Geschwindigkeit der Gasströmung zu erhöhen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (15) is designed such that the gas flow (G) is diverted over the entire second volume (V2) in order to increase the speed of the gas flow there. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) so geformt und/oder in der Kammer (11) angeordnet ist, dass relativ geringe Geschwindigkeiten in der Nähe der Trägerstruktur (13), und/oder in relativ großer Entfernung vom Ort des Eintritts (24) der Gasströmung (G) in die Kammer (11), und/oder im Bereich eines Windschattens, vermieden werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (15) is shaped and / or arranged in the chamber (11) so that relatively low speeds in the vicinity of the support structure (13) and / or at a relatively great distance from the point of entry (24) of the gas flow (G) into the chamber (11) and / or in the area of a slipstream. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (15) einen oberen Bereich der Kammer (11) von einem unteren Bereich der Kammer (11) trennt, der zur Aufnahme der Trägerstruktur (13) und des Faserverbund-Harzsystems (12) dient.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (15) separates an upper area of the chamber (11) from a lower area of the chamber (11) which is used to accommodate the support structure (13) and the fiber composite resin system (12 ) serves. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trenneinrichtung (15) in Längsrichtung der Kammer (11) zwischen deren seitlichen Begrenzungen erstreckt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (15) extends in the longitudinal direction of the chamber (11) between its lateral boundaries. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) hängend in der Kammer (11) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (15) is arranged hanging in the chamber (11). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (15) so geformt ist, dass es die Gasströmung (G) gleichmäßig über die Oberfläche des in der Kammer (11) aufgenommenen Faserverbund-Harzsystems leitet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (15) is shaped such that it guides the gas flow (G) evenly over the surface of the fiber composite resin system accommodated in the chamber (11). Ausrüstung zur Installation in einer Vorrichtung zum Übertragen von Wärme zwischen einer Gasströmung (G) und einem Faserverbund-Harzsystem (12) um ein Faserverbundbauteil herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstung eine Trenneinrichtung (15) umfasst, die ein nach Aufnahme des Faserverbund-Harzsystems (12) frei bleibendes Teilvolumen (V1) der Kammer (11) abtrennt und das Teilvolumen (V1) gegen die Gasströmung (G) zum Wärmeaustauch mit dem Faserverbund-Harzsystems (12) begrenzt, um die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung (G) und dem Faserverbund-Harzsystem (12) in einem zweiten Teilvolumen (V2) der Kammer (11) zu erhöhen.Equipment for installation in a device for transferring heat between a gas flow (G) and a fiber composite resin system (12) to produce a fiber composite component, characterized in that the equipment comprises a separating device (15) which, after receiving the fiber composite resin system (12) separates the remaining free partial volume (V1) of the chamber (11) and limits the partial volume (V1) against the gas flow (G) for heat exchange with the fiber composite resin system (12) in order to prevent the heat transfer between the gas flow (G) and the To increase the fiber composite resin system (12) in a second partial volume (V2) of the chamber (11). Ausrüstung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgestaltet ist.Equipment after Claim 13 , characterized in that it is for use in a device according to one of Claims 1 to 12 is designed. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder einer Ausrüstung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, umfassend die Schritte: Zuführen einer Gasströmung (G) zu einer Trägerstruktur (13), die in einer Kammer (11) angeordnet ist und ein Faserverbund-Harzsystem (12) trägt, um Wärme zwischen dem Faserverbund-Harzsystem (12) und der Gasströmung (G) zu übertragen; und Abtrennen eines frei bleibenden Teilvolumens (V1) der Kammer (11), um das Teilvolumen (V1) gegen die Gasströmung (G) zu verschließen und die Wärmeübertragung zwischen der Gasströmung (G) und dem Faserverbund-Harzsystem in einem zweiten Teilvolumen (V2) der Kammer (11) zu erhöhen.Method for producing a fiber composite component, in particular using a device according to one of the Claims 1 to 12 and or equipment according to one of the Claims 13 or 14th , comprising the steps of: supplying a gas flow (G) to a support structure (13) which is arranged in a chamber (11) and carries a fiber composite resin system (12) in order to transfer heat between the fiber composite resin system (12) and the gas flow (G) transfer; and separating a remaining free partial volume (V1) of the chamber (11) in order to close the partial volume (V1) against the gas flow (G) and the heat transfer between the gas flow (G) and the fiber composite resin system in a second partial volume (V2) the chamber (11) to increase.

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