Fertigungsprozess

Im Rahmen einer Übung für die Rumpffertigung und zum Abgleich einiger Prozessparameter, wie z.B. dem Infusionsvolumenstrom und der maximalen Fließweglänge des Harzsystems bei Anwendung des VAP®-Verfahrens haben wir eine Schottenplatte unter Anwendung dieses Verfahrens gebaut.

Das von uns eingesetzte Vakuuminfusionsverfahren mit Hilfe einer VAP-Membran möchten wir am Beispiel der Fertigung dieser Schottplatte kurz darstellen. Bitte klicken sie hierzu auf "Weiter>>".

Schritt 1: Vorbereiten
Als Formwerkzeug verwenden wir wieder eine ebene Glasplatte. Diese ermöglicht uns zum einen eine einfache Vorbehandlung und zum anderen spätere während der Infusion eine Beobachtung der Fließfrontausbreitung von der Unterseite.

Die Glasplatte wird zunächst gründlich gereinigt, mit Aceton vollständig entfettet und von früheren Trennmittelresten befreit. Darauf folgend wird in drei bis fünf Schichten ein Trennmittel des Typs Frekote 700 NC aufgetragen. Die Intervalle zwischen dem Auftrag liegen bei 15 bis 20 Minuten. Abschließend wird das Trennmittel 20 Minuten nach dem letzten Auftrag auspoliert.

Bei dem Rumpf der Rhepro21 werden wir dafür das Trennmittel Honey Wax® benutzen, welches uns von der Büfa GmbH zur Verfügung gestellten wurde und gut mit dem auch von der Büfa GmbH kommenden Gelcoat verarbeitbar ist.

Schritt 2: Vakuumdichtband
Da das VAP®-Verfahren recht ähnlich zum Infusionsverfahren ist, wird auch hier zum Bilden einer Gegenform ein Vakuumsack aufgebaut. Allerdings müssen beim VAP®-verfahren zwei parallel laufende Reihen Vakuumdichtband als Formensaum appliziert werden. Auf das innere Vakuumdichtband wird später die VAP®-Membran geklebt. Das Äußere dient zur Fixierung und Abdichtung der Vakuumfolie.

Schritt 3: Abreisgewebe
Die erste Lage bildet ein Polyester-Abreißgewebe vom Typ Econostitch G mit schwarzem Kernfaden, das uns die Firma AIRTECH EUROPE Sarl aus Luxemburg bereitgestellt hat. Das Abreißgewebe wird flächig auf der Glasplatte mit einem Sprühkleber des Typs AIRTAC 2 fixiert, den uns auch AIRTECH gesponsert hat.

Schritt 4: Laminataufbau - 1. Deckschicht
Die Schottplatte wird in Sandwichbauweise gefertigt, d.h. es gibt zwei dünne Decklagen, die auf einem im Vergleich dazu relativ dicken Kernschaum appliziert sind. Diese Bauweise ermöglicht bei geringem Gewicht gleichzeitig sehr hohe Biegesteifigkeiten und ist damit ideal für die Rhepro21 geeignet.

Die Decklagen bilden bei unserer Schottplatte zwei Glasfaser-Quadraxialgelege mit einem Flächengewicht von jeweils 900 g/m². Quadraxial bedeutet, dass das Gelege Glasfasern in vier verschiedenen Richtungen enthält, nämlich 0°, 90°, 45° und -45°. Der Laminataufbau unsere Schottplatte wird symmetrisch, d.h. der Kernschaum bildet eine Spiegeleben zwischen den beiden Decklagen. Damit ergibt sich von oben nach unten gesehen folgender Aufbau: 0°/90°/45°/-45°/Kernschaum/-45°/45°/90°/0°. Dies führt nach der Fertigung zu quasiisotropen Eigenschaften unserer Schottplatte. Sie besitzt damit in allen Richtungen in der Ebene nahezu gleiche mechanische Eigenschaften. Zurück zum eigentlichen Bau. Hier wird gerade die erste Lage des Glasfaser-Quadraxialgelege auf das Abreißgewebe gelegt und auch mit Sprühkleber in seiner Position fixiert. Nach oben, also zur Schaumseite hin sind die -45° Glasfasern erkennbar und an der umgeschlagenen Ecke die 0° Glasfasern, welche später an der Außenseite der Schottplatte liegen.

Schritt 5: Laminataufbau - Kernschaum
Der Kernschaum den wir verwenden ist ein Airex T92.100 mit Flexicut, der uns von der Firma Airex Baltek zur Verfügung gestellt worden ist. Dabei handelt es sich um einen thermoplastischen Hartschaumstoff mit geschlossenen Zellen, der ideal für den Bootsbau und unsere Fertigungsverfahren geeignet ist. Dieser ist zur schnelleren und besseren Harzverteilung von beiden Seiten sowie in beiden Richtungen in der Plattenebene mit 1,2 mm breiten Schlitzen in einem Abstand von 30 mmm versehen. Bevor man allerdings den Kernschaum auf das Laminat appliziert, werden die Ecken des Schaums geschäftet, d.h. abgeschrägt. Dies bringt den Vorteil einer einfacheren Drapierung der darauf aufliegenden Gelege. Wie schon im Vorfeld wird auch der Schaum mittig auf dem Quadraxialgelege mit Sprühkleber fixiert.

Schritt 6: Laminataufbau - 2. Deckschicht
Auf den Schaum wird nun die zweite Deckschicht aus Glasfaser-Quadraxialgelege appliziert. Gut zu erkennen sind nun im Bild das Abreisgewebe als unterstes, das erste Glasfaser-Quadraxialgelege, der geschlitzte Kernschaum und das umgeschlagen zweite Glasfaser-Quadraxialgelege.

Schritt 7: Abreißgewebe
Den Abschluss bildet nun auch wieder eine Lage Abreißgewebe vom Typ Econostitch G, die flächig auf dem ganzen Laminat fixiert wird.

Das Abreißgewebe kann später nach der Fertigung vom Laminat abgezogen werden, daher auch sein Name. Es hinterlässt eine strukturierte Bauteiloberfläche, erzeugt eine Oberflächenvergrößerung durch die Strukturierung und sorgt damit für eine bessere Anhaftung von späteren Laminaten und Klebungen an dieser Oberfläche. Zudem hilft das Abreisgewebe an der Infusionsseite das Verteilmedium zu entfernen.

Schritt 8: Verteilmedium
Über diesem Aufbau wird das Verteilmedium aufgelegt und fixiert. Dieses kommt auch von der AIRTECH EUROPE Sarl und ist ein gewirktes drapierfähiges Halbzeug des Typs Knitflow 160. Aufgabe des Verteilmediums ist es, die über ihr liegende Folie auf Abstand zum Laminat zu halten und damit einen Fließkanal zu erzeugen. Durch diesen kann schnell flächig Harz über dem Laminataufbau verteilt werden und diesen dann in der Dickenrichtung imprägnieren.

Wichtig ist an dieser Stelle, dass das Verteilmedium nicht über das ganze Bauteil flächig gelegt wird. Am Rand des Laminataufbaus sollten Bereiche unbelegt bleiben. Bei diesen muss das Harz dann durch die Fasern in der Laminateben fließen und verringert damit die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Harzsystems. Dies dient als sogenannte Fließbremse und gleicht die Ausbreitung der Fließfronten im Laminataufbau an. In Abhängigkeit der Viskoität des Harzsystems wählt man maximale Fließweglängen durch das Laminat von 300 mm.

Schritt 9: Angussleitung
Es folgt das Erstellen des Angusssystems. Dies muss insbesondere bei komplexeren Bauteilen wohl überlegt sein, um Lufteinschlüsse, Fehlimprägnierungen und das Aufeinandertreffen von Fließfronten zu vermeiden, das letzlich zu einem Ausschussbauteil führt.

Bei unserer Schottplatte nutzen wir einen mittig gelegten Angusskanal, der das Harz von dort aus nach links und rechts über dem Laminataufbau verteilt. Der Angusskanal an sich besteht aus einem geschlitzten Spiralschlauch und wird über einen PA-Schlauch über die zwei Vakuumdichtbänder nach außerhalb gelegt. Das Schlauchmaterial hat uns freundlicherweise die Protec GmbH aus Würselen für unsere Fertigung zur Verfügung gestellt.

Schritt 10: Folienfaltenwurf
Würde man nun einfach über dem Laminataufbau eine Folie kleben und den abgeschlossenen Raum evakuieren, so käme es zu einer Spannung und Zeltbildung der Folie, die Hohlräume hinterlassen würden. Da dies nicht gewünscht ist, muss ausreichend Folienmaterial über dem Aufbau zur Verfügung stehen. Mit diesem Überschuss an Material ist die Folie in der Lage Falten zu werfen und sich überall endkonturnah an die Geometrie des Laminataufbaus anzufügen. Wir realisieren den Faltenwurf über aufgeklebte „Öhrchen“ aus Vakuumdichtband auf den umlaufenden Vakuumdichtbändern.

Schritt 11: VAP®-Membran
Es folgt das Aufkleben der VAP®-Membran, die zwar den Laminataufbau harzdicht aber nicht vakuumdicht abschließt. Die VAP®-Membran wird dazu auf dem inneren Vakuumdichtband aufgeklebt und angedrückt. Überschüssige Reste werden eng am Vakuumdichtband abgeschnitten und ein Faltenwurf neben dem eigentlichen Bauteil erstellt. Anschließend wird über die Angussleitung der so gebildete Hohlraum evakuiert. Die VAP®-Membran schmiegt sich dadurch sauber an den Laminataufbau an und kann ggf. von unerwünschten Falten befreit werden. Bereitgestellt wurde uns die VAP®-Membran freundlicherweise von der Trans-Textil GmbH.

Schritt 12: Vakuumvlies
Die VAP®-Membran hat den Vorteil Luft flächig über dem Laminataufbau bei der Infusion abzuführen und die Prozesssicherheit und Robustheit zu erhöhen. Dazu ist aber eine flächige Verteilung des Vakuums später im Prozess über der Membran notwendig. Dies realisieren wird über eine Schicht Vakuumvlies die zwischen Membran und der abschließenden Vakuumfolie liegt.

Schritt 13: Vakuumfolie
Die Vakuumfolie bildet nun die Gegenform für unser Bauteil und wird auf den äußeren Ring Vakuumdichtband aufgeklebt. Auch Sie liegt in Falten und bildet nun einen luftdichten Abschluss zur Umgebung. Über eine Absaugleitung, die mit einer Harzfalle und einer Vakuumpumpe verbunden kann dieser Aufbau nun evakuiert werden.

Schritt 14: Evakuieren
Der gesamte Aufbau wird nun evakuiert. Dazu wird die Angussleitung luftdicht verschlossen und über die Absaugleitung ein Absolutdruck von max. 25 mbar innerhalb des Vakuumsackaufbaus erzeugt. Gleichzeitig wird ein sauberer Faltenwurf der Vakuumfolie realisiert und die Folie sauber in und um die Konturen des Laminataufbaus drapiert. Der Aufbau ist nun bereit für die eigentliche Infusion.

Schritt 15: Harzsystem Momentive RIM125/RIMH137
Für die Rhepro21 verwenden wir ein niedrigviskoses (dünnflüssiges) Infusionsharzsystem, das auch bei Raumtemperatur aushärtet und eine lange Verarbeitungszeit hat. Dabei handelt es sich um das Epoxidharz RIM135 mit dem Härter RIMH137, das uns von der Firma Momentive gesponsert wurde. Die Menge an Harz und Härter die für den Laminataufbau notwendig ist, muss im Vorfeld berechnet werden und ergibt sich aus dem Faservolumenanteil sowie der Restmenge die in den Zuleitungen und dem Verteilmedium verbleibt.

Das Mischungsverhältnis von Harz und Härter gibt dabei die zu verwendenden Mengen vor und ist nicht frei wählbar. Diese müssen exakt abgewogen werden und ggf. ist vor der Infusion eine Vorwärmung der Komponenten notwendig. Anschließend folgt die Vermischung und das Harzsystem wird nun durch den anliegenden Differenzdruck zwischen der Angussleitung, die ins Harzsystem führt und Absaugung, in den Laminataufbau hinein gesogen. Dieser Prozess zur Imprägnierung unserer Schottplatte dauert ca. 10 - 15 Minuten.

Schritt 16: Temperung
Nachdem der Laminataufbau vollständig imprägniert ist, kann er unter Temperatur ausgehärtet werden. Die höhere Temperatur erzeugt dabei eine stärkere Vernetzung des Harzsystems und führt zu höheren Warmfestigkeiten und mechanischen Eigenschaften.

Schritt 17: Entformung
Nach der vollständigen Vernetzung des Harzsystems folgt der spannendste Teil der Fertigung, die Entformung. Nach dem Entfernen des Vakuumsackaufbaus, des Verteilmediums und des Abreisgewebes zeigt sich die Qualität des Bauteils und damit entscheidet sich ob der betrieben Aufwand zu Erfolg oder Misserfolg geführt hat. Wie den Bildern zu entnehmen ist haben wir erwartungsgemäß eine sehr gute Schottplatte hergestellt.