WO2012076155A2 - Element zur herstellung eines faserhalbzeugs, verfahren und computerprogrammprodukt zur herstellung des elements, vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserhalbzeugs sowie system zur herstellung eines faserprodukts - Google Patents

Element zur herstellung eines faserhalbzeugs, verfahren und computerprogrammprodukt zur herstellung des elements, vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserhalbzeugs sowie system zur herstellung eines faserprodukts Download PDF

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    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141—Fibres of continuous length

Definitions

  • the present invention relates to an element for producing a semi-finished fiber product and to a method and computer program product for producing the element, to an apparatus and a method for producing a semi-finished fiber product, and to a system for producing a fiber product.
  • Containers pipes, axles and shafts.
  • Suitable fibers are e.g. Carbon fibers, also called carbon fibers, glass fibers,
  • Aramid fibers or the like and / or combinations of such fibers are Aramid fibers or the like and / or combinations of such fibers.
  • the hubs remain in the molding. They are called lost nuclei and may be e.g. improve the diffusion resistance of a molded part. There are also known fusible cores.
  • Cross-winding in which a filament discharges one or more continuous fibers or fiber bundles (rovings) on a rotating known winding core.
  • a matrix provided for embedding the fibers consists, for example, of suitable synthetic resin mixtures. Suitable matrix systems are formable during winding, give the composite part its shape after curing and ensure the transmission of force between the fibers and fiber layers.
  • a winding method for producing a fiber semi-finished product is known.
  • a resin-impregnated fiber is wound onto a rotating steel cylinder to form a semi-finished fiber.
  • the steel cylinder has a longitudinal notch.
  • the longitudinal notch in the steel cylinder makes it possible to cut open the fiber semi-finished product and remove it from the steel cylinder.
  • the removed fiber semi-finished product is cut into pieces and formed with a press into a fiber composite part and cured.
  • a plastic film is applied to the semi-finished fiber, which simplifies handling. The plastic film is peeled off after pressing from the cured fiber composite part.
  • a method for producing a fiber-reinforced plastic product is known from DE 3 133 733 C2.
  • the method provides for winding a fiber strand onto a rotatable drum.
  • the winding takes place in a helical pitch and in an opposite slope.
  • the fiber is impregnated or impregnated either before winding or thereafter with a resin.
  • a prepreg made in this way is cut from the drum.
  • the prepreg serves as
  • DE 1 779 433 A1 describes a method and a device for
  • the composite structure is formed by winding a fiber on a winding core.
  • the orientation of the fibers runs depending on the direction of the main stress direction of the composite structure occurring during operation.
  • Several windings form a laminate.
  • the laminates are then pressed there until hardened.
  • By curing the laminates results in a composite structure, which is tailored to measure according to DE 1 779 433 AI.
  • the cutting of the composite structure generates expensive waste or
  • the object of the present invention is to produce semi-finished fiber products and fiber products more cost-effectively.
  • an element for producing a semi-finished fiber product comprises an envelope surface which defines the element and on which the semifinished fiber article can be formed.
  • the Hüllf kaue is formed depending on the surface content of a further processed semi-finished fiber.
  • the element may be formed as a core, a winding core, a master mold and the like.
  • the element can be designed as a coiling cylinder, cone, truncated cone, paraboloid or body with other suitable geometries. Also composed of bodies, such as cylinders with attached cone, hourglass-like double cone, cone-cylinder cone, etc. are included.
  • the element forms with
  • Undercut is generally a profile, relief or other protruding form. Undercuts in semifinished or further processed semifinished fiber products can practically not be realized with a common fiber winding process and removable hubs. The winding core would be blocked by the undercut and could not be removed from the semi-finished fiber.
  • the element according to the invention preferably does not have to be pulled out of the semifinished fiber product, so that undercuts can be produced in the semi-finished fiber product.
  • envelope surface means a surface which encloses, surrounds or surrounds the volume of the element.
  • the envelope surface is not limited to an area that is covered by something.
  • the envelope surface can also generally be a surface or the sum of a number of surfaces surrounding an arbitrarily shaped volume.
  • the formation of the semifinished fiber product on the envelope surface preferably comprises a winding, covering, covering or the like of the envelope surface with a fiber, with a fiber roving, a sliver or with a similar elongated, thin, flexible and tensile fiber material.
  • the fiber may be formed as an endless fiber. Alternatively, however, the fiber may also comprise a plurality of short or long individual fibers or fiber bundles.
  • the envelope surface of the element can be formed coextensive with the surface content.
  • Semi-finished fiber can be produced at a lower cost.
  • the envelope surface may be formed approximately coextensive with the surface content, i. 80% to 99% surface equality.
  • the material of the fiber may comprise, for example, the following materials: carbon, carbon, ceramic, boron carbide, quartz glass, silicon, silicon carbide, aluminum oxide,
  • Vegetable fibers flax fibers, sisal fibers and combinations thereof, e.g. B. a first material for a fiber core with a wrap of a second material.
  • the formed semi-finished fiber product is preferably a knitted fabric, mesh or scrim made of fibers without or substantially without a matrix.
  • the fiber composite semifinished product is preferably not a hollow body, such as is produced in a known hub process.
  • the semi-finished fiber product may also comprise a matrix.
  • the fabric of the matrix preferably comprises thermosets, such as epoxy resin, or thermoplastics.
  • thermosets such as epoxy resin, or thermoplastics.
  • thermally highly loaded fiber products can be used for the matrix on ceramic or metals.
  • the matrix preferably serves as an adhesive between adjacent portions of the fiber, but is not limited to the action of an adhesive.
  • the fiber and a non-cured matrix together preferably form a fiber composite semifinished product,
  • Semi-finished fiber or the like Even in the cured state, the matrix and the fiber can be understood together as semi-finished fiber, namely in particular when the semifinished fiber is further processed into a further semi-finished or finished product.
  • Further processing of the semifinished fiber product may include shape, condition (e.g., cure), and dimensional change.
  • the semi-finished fiber can be compressed in certain sections, stretched in others.
  • the upsetting or stretching can lead to a change in the surface content of the further processed semi-finished fiber product compared to a trained semi-finished fiber.
  • the individual fibers or the endless fiber can be arranged side by side lying on the envelope surface.
  • the fiber can be arranged in the form of a yarn package in superimposed layers.
  • the envelope surface can also be imaged depending on the surface content of the further processed semifinished fiber product.
  • the mapping in this case means a mathematical relationship between the surface content and the envelope surface.
  • the envelope surface of the element may pass through
  • forming also means making or machining, such as milling, turning, grinding, etc.
  • the enveloping surface can be arranged around a longitudinal axis of the element
  • the rotationally symmetrical lateral surface preferably forms a special case of the envelope surface.
  • Lathes are usually simply constructed 2-dimensional processing machines and therefore built less expensive than 3-, 4- or 5-axis milling machines. Also the ratio of
  • Working space and processing machine price can be cheaper for lathes, so that the element with a lathe is cheaper to produce.
  • Such a lateral surface preferably additionally comprises a bottom and / or cover surface of the element enclosed by the lateral surface.
  • the envelope surface or the lateral surface can be smooth, guide grooves, one
  • a rough surface or guide grooves may be advantageous for winding with a fiber to prevent slippage of the fiber on the element.
  • the envelope surface of the element can be formed as a function of the edge shape of the further processed semi-finished fiber product.
  • the edge shape, or the edge can be used as a limitation of the surface content of the
  • a trapezoidal edge shape of the semi-finished fiber product present in the further processed state leads to a frustoconical envelope surface of the element.
  • a further processed semifinished fiber product which corresponds to simple geometric shapes, such as rectangle, square, triangle, trapezium
  • an envelope surface can be formed depending on the surface content and / or the edge shape of the further processed semifinished fiber product.
  • the dependence corresponds in this case to a winding of the simple geometric shape into a closed surface, namely the envelope surface.
  • a tubular envelope surface may be formed, which comprises a lid and / or bottom.
  • shell circumferences at intervals along the longitudinal axis of the element can correspond to semifinished fiber model transverse lengths at the same distances along a longitudinal axis of a semi-finished fiber model
  • the semifinished fiber model may e.g. be present as a prototype or created.
  • the semifinished fiber model is made of an easily modelable material, such as wood, clay, plastic, etc.
  • the longitudinal axes of the element and the semifinished fiber model are fixed.
  • the fixing of the longitudinal axis preferably takes place before the production of the element and before the production of the semi-finished fiber model, e.g. also in a technical drawing.
  • the longitudinal axes serve advantageously as a common reference line for the distances. If a longitudinal axis is defined in the semi-finished fiber model, then a semifinished fiber model transverse length can correspond to the length of a perpendicular to this longitudinal axis, whereby the semi-finished fiber model transverse length is limited by the edge of the semifinished fiber model.
  • a reference point can be defined, wherein points on the semi-finished fiber product or semifinished fiber model or the element are determined by means of vectors with respect to the reference point.
  • vector transformation By means of a vector transformation, the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber product can be imaged onto the element.
  • One advantage of a semi-finished fiber model is that the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber product can be reproduced exactly or at least approximately on the envelope surface of the element, without having to use a computer model of the semifinished fiber product as the starting point.
  • the semifinished fiber model may also be a computer model, i. to be a virtual model.
  • An advantage of the computer model is that no prototype or the like is to be made as a semifinished fiber model, so that the cost of producing the
  • the distances in areas of a curvature of the invention can be reduced. According to the invention, the distances in areas of a curvature of the invention
  • the curvatures can be present at the edges of the further processed semifinished fiber product. However, the curvatures may also include bulges in the surface of the further processed semi-finished fiber product.
  • a linear region may include planes or even, flat surfaces, but also areas with a small curvature.
  • a distance defined by the beginning and end of the linear region is sufficient to image the linear region onto the envelope surface of the element. In areas of low curvature smaller distances may be provided, as in
  • Semi-finished fiber can match.
  • An advantage of the more precise correspondence of the surfaces can lie in less to no accumulating waste on the semi-finished fiber product.
  • Production of a Semifinished Fiber Product Depicting the surface content of a further processed semi-finished fiber product on an enveloping surface, defining the element based on the enveloping surface and forming the element in accordance with the enveloping surface.
  • the imaging may preferably be mechanical based on an objective
  • the imaging may also include forming. If the semi-finished fiber product is formed on the envelope surface and not further processed, then the surface content of the semifinished fiber product can essentially correspond to the surface content of the envelope surface. If the semifinished fiber product is further processed, the surface content of the semifinished fiber product may thereby change at least in sections. For example, if the semi-finished fiber product is pressed or otherwise shaped, the semifinished fiber product can be compressed or stretched so that the surface content changes.
  • the envelope surface can be imaged as a rotationally symmetrical lateral surface.
  • the surface content of the further processed chaff can be mapped mathematically on the rotationally symmetrical lateral surface. This may in this case be a winding, i. be a reverse process.
  • the envelope surface may vary depending on the edge shape of the
  • the dependency may in this case comprise a winding of the simple geometric shape into a closed surface, namely the envelope surface.
  • a tubular envelope surface may be formed, which comprises a lid and / or bottom.
  • the surface content of the further processed semifinished fiber product can be imaged in the same area on the enveloping surface.
  • Imaging can also include a simple, in particular mechanical, copying the surfaces of a further processed semifinished fiber product.
  • the shape of the further processed semifinished fiber product can be determined, distances along a longitudinal axis of the further processed semifinished fiber product determined, semi-finished cross-fiber lengths are determined in the distances and fiber semi-finished cross-sections are mapped to cladding circumferences of the element at intervals along a longitudinal axis of the element.
  • the longitudinal axes are determined along the element or along the further processed semi-finished fiber product.
  • the setting can be made using a technical drawing.
  • the determination of the shape also means a predefinition or definition of the shape, in particular of the surface content and the edge shape of the further processed
  • Semifinished fiber The determination or definition of the shape can be carried out on the basis of a simple technical drawing.
  • the setting of the distances can be done for example by drawing.
  • the determination of the semi-finished fiber transverse lengths can be done by means of a length measuring means.
  • the mapping of the semifinished fiber cross-sections means
  • a measured fiber semi-finished transverse length can be just as long as the corresponding shell circumference.
  • a computer program product for creating an element model comprises a function for mapping a surface content of a semi-finished fiber model onto an envelope surface, which defines the element model.
  • the computer program product preferably includes a CAD (Computer Aided Design) program and a CAM (Computer Aided Manufacturing) program.
  • CAD means one in this case
  • Computer-aided design of the element model and / or semi-finished fiber model The surface content of the semi-finished fiber model can be mapped by a mathematical function on the envelope surface of the element model.
  • the created element model can then be computer-aided, for example, by means of a CNC lathe.
  • the computer-aided creation of the element model makes the manufacturing process for an element fast, repeatable, reliable, and accurate.
  • an apparatus for producing a semifinished fiber article comprises an element with a longitudinal axis, a Faserablege shark which arranges a fiber on the element at a defined first angle to the longitudinal axis to form the semifinished fiber, a further processing device for further processing of the semifinished fiber to a A fiber product, wherein the defined first angle is determined as a function of a second angle of the fiber in the fiber product with respect to a longitudinal axis of the fiber product.
  • a fiber depositing means may comprise any means which can arrange a fiber on the element, e.g. a guide eye, a robot arm and the like.
  • a cutting device may be provided to the formed on the element
  • Semi-finished fiber can also fall down automatically from the element.
  • the further processing device can the semi-finished fiber to another
  • Semi-finished fiber product Semi-finished fiber product, semi-finished fiber product, to further process a fiber product or a fiber end product.
  • an advantage of the dependence of the defined first angle on the second angle is that a fiber orientation or fiber direction desired in a fiber product is already taken into account when the semifinished fiber product is formed on the element.
  • the fiber orientation after further processing can correspond to the desired fiber orientation in the fiber product.
  • the stiffness-to-weight ratio of the entire fiber product can be advantageously improved. This is achievable in particular by the fact that the fiber, and thus the fiber weight, is inserted, wound, woven, installed, etc., where the fiber has the desired effect, such as rigidity, through the defined orientation or the defined angle essentially there in the fiber product achieved for the entire fiber product. In places of the fiber product, which acts in use stronger Belating, thereby more fiber material or thicker fiber layers may be present as in places where act on use of the fiber product low load. A desired fiber orientation in the fiber product further allows for stiffening or increasing the tensile strength in the fiber product in one or more particular directions.
  • the aforementioned element for producing a semi-finished fiber product is an element according to the invention.
  • the fiber depositing device can at least partially arrange the fiber geodetically on the element.
  • Geodetic generally means the theoretically shortest connection between two points on a curved surface, the so-called geodesic line.
  • a geodesic compound for example, a circular arc.
  • To arrange the fiber geodetically on the element essentially means to arrange the fiber on the shortest path between two points on the element.
  • An advantage of geodetic placement may be that the fiber thereby slips less on the element.
  • the fiber may be arranged on the sections of the element geodesically and on other sections at the defined first angle, e.g. to improve the tensile strength of the semifinished fiber in this orientation.
  • Sections may in this case include portions of the fiber or layers of superimposed fibers.
  • the fiber depositing device can have at least one degree of freedom.
  • One degree of freedom generally corresponds to the number of movement possibilities of two objects to each other, for. B. a rotation of Faserablege adopted to the element or a translation of Faserablag worn along the element.
  • the Faserablege Sketsman's hand
  • the element can be rotatable about its longitudinal axis and the
  • Faserablege nails may be movable parallel to the longitudinal axis.
  • the semifinished fiber can be produced inexpensively, since only a frame for receiving the element, a rotary drive for rotating the element and a mounted on a rail Faserablege supplements may be required with a linear drive.
  • the further processing device may comprise a cutting device and / or a press.
  • a cutting device is, for example, a knife, a pair of scissors or the like, which can be used to cut the semifinished fiber product formed on the element along the element with a cut, so as to obtain a flat semifinished fiber product.
  • the semifinished fiber product may fall off the element after the cut.
  • the cutting device is, for example, a knife, a pair of scissors or the like, which can be used to cut the semifinished fiber product formed on the element along the element with a cut, so as to obtain a flat semifinished fiber product.
  • the semifinished fiber product may fall off the element after the cut.
  • the cutting device is, for example, a knife, a pair of scissors or the like, which can be used to cut the semifinished fiber product formed on the element along the element with a cut, so as to obtain a flat semifinished fiber product.
  • the semifinished fiber product may fall off the element after the cut.
  • the cutting device is, for example, a knife,
  • Semi-finished fiber products are removed from the element and fed to a press.
  • the semifinished fiber can be shaped and cured according to a pressing punch, a die or male.
  • a method for producing a semi-finished fiber product may comprise the steps of defining a first angle of a fiber with respect to a longitudinal axis of the semifinished fiber product, defining a second angle as a function of the defined first angle and arranging the fiber on the element for forming the semifinished fiber article at a second angle with respect to one Longitudinal axis of the element.
  • the orientation of fibers in a semi-finished fiber can affect the tensile strength or resilience of the semi-finished fiber in certain directions.
  • An advantage of the method according to the invention for the production of the semifinished fiber product may be that to improve the accuracy of the orientation of the fibers in the semifinished fiber product.
  • a matrix may be supplied during or before the fiber is placed on the element.
  • An advantage of feeding the matrix during the placement of the fiber on the element may be that more time remains to cure or partially cure the matrix.
  • An advantage of feeding a matrix before placing the fiber on the Element may be that the fiber is better impregnated with the matrix, so that less air pockets in the semi-finished fiber arise.
  • the supply of a matrix from the semifinished fiber product may result in a fiber composite semifinished product.
  • the fiber may be arranged on the element at the second angle with respect to the longitudinal axis of the element in sections.
  • a fiber passes over several sections, each with a defined angle around the element.
  • This fiber guide can the tensile strength or
  • the fiber can be arranged at least in sections geodetically on the element. As a result, the fiber generally shifts less on the element.
  • the semi-finished fiber formed on the element in particular along the longitudinal axis of the element, be cut open and removed from the element.
  • the semi-finished fiber can be cut both parallel to the longitudinal axis of the element as well as at a certain angle thereto.
  • semifinished fiber can be cut in a defined curve.
  • the semi-finished fiber product can be pressed into a further processed semi-finished fiber product and / or into a fiber product.
  • the pressing comprises forming the semifinished fiber product from a flat to a three-dimensional shape.
  • the pressing of the semifinished fiber product also includes hardening of the semifinished fiber product to form a fiber product or to a fiber composite semifinished product or another semifinished fiber product.
  • a plurality of fiber products can be glued together.
  • fiber product with semi-finished fiber product fiber product with
  • Semi-finished fiber composite, fiber composite semi-finished with fiber composite semi-finished, semi-finished fiber with semi-finished fiber and the like are glued together.
  • the fiber products are provided with a release agent prior to pressing.
  • the release agent can take out, molding, forming or pressing the release agent
  • the laser ablation involves evaporation or burning of the release agent.
  • the fiber product is applied to the eroded portion with an adhesive, e.g. Adhesive, provided and bonded to another fiber product.
  • an adhesive e.g. Adhesive
  • said steps be an inventive element.
  • a system for producing a fiber product comprises a
  • Imaging unit for imaging the surface content of a semifinished fiber model on an enveloping surface of a winding core to be produced
  • manufacturing unit for producing the
  • Winding core based on the envelope surface, a winding unit for winding the enveloping surface of the winding core with a fiber at a defined angle to a semi-finished fiber
  • a cutting unit which cuts the semifinished fiber product along the winding core
  • a release agent unit which provides the cut semi-finished fiber product with release agent
  • a pressing unit which provides the release-treated semi-finished fiber to a
  • Fiber product forms and cures, and a laser unit which ablates the release agent from the fiber product.
  • the semifinished fiber product may drop after cutting itself from the winding core or removed from a pickup and fed to the release agent unit.
  • an imaging unit comprises a computer or simulation computer.
  • the imaging unit may also include a mechanical copying device, marking dots and measuring tape, etc.
  • the manufacturing unit preferably comprises a CNC-controlled Milling machine or lathe.
  • the pressing unit preferably comprises a mechanical press.
  • the laser unit preferably comprises a device for generating a high-energy radiation.
  • the fiber may be impregnated with a matrix. If the fiber is impregnated with matrix, a fiber composite semi-finished product can be produced on the winding core. The fiber composite semifinished product can thus be more dimensionally stable than the semifinished fiber product in which only fiber is above fiber.
  • the fabric of the matrix preferably comprises thermosets, such as epoxy resin, or thermoplastics. For thermally highly resilient fiber products can be used for the matrix on ceramic or metals.
  • connection unit may comprise a plurality of fiber products and / or
  • the adhesive preferably comprises a matrix material. But also suitable adhesives can be used.
  • Fig. 1 shows an inventive system for producing a fiber product
  • Fig. 3 a shows a further processed semi-finished fiber product according to the invention
  • 3b shows a method for producing a semifinished fiber product
  • Fig. 4a shows another inventive element for producing a semi-finished fiber product
  • Fig. 4b another further processed semi-finished fiber product according to the invention DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
  • Fig. 1 shows a system 100 for producing a fiber product or a
  • Fiber composite product 104 According to the system 100, an element model 102, also called a hub model, is first created virtually with a computer. Alternatively, this model can also be created manually.
  • the element model 102 is based on a fiber product model, a further processed semi-finished fiber product or a fiber composite product 104 in its dimensions.
  • the element model 102 is an illustration of the
  • the element model 102 serves as a measure to produce on the basis of this data, for example by means of a CNC-controlled lathe 106, a material from an element, also called winding core.
  • the material of the winding core may include metals such as aluminum or steel, and
  • the finished winding core is rotatably mounted and driven by a rotary drive (not shown).
  • the rotating element is wound by the fiber impregnation and leveling device 108 with the impregnated carbon fiber.
  • Laying device 108 moves with a certain feed along the
  • a cutting device 1 10 cuts the finished fiber composite semifinished product in a section along the winding core, so that a mat-like or flat
  • the mat-like fiber composite semi-finished product arises.
  • the mat-like fiber composite semi-finished product is removed from the winding core, provided with a release agent and placed in a press 1 12.
  • the mat-like fiber composite semi-finished product is pressed by means of a die and male in a particular shape, heated and cured at the same time, so that Fiber composite product 104 is formed.
  • the release agent on the fiber composite semifinished facilitates the molding and removal from the press 1 12.
  • the fiber composite product 104 is
  • the laser 1 14 places it in areas, which subsequently with one or more others
  • Components are to be bonded, the fiber up to a predetermined depth freely.
  • Laser 1 14 burns epoxy resin and release agent.
  • the fiber composite product 104 is provided at the exposed areas with adhesive and with one or more other components, e.g. another one
  • the element can also be made by directly measuring a fiber composite product prototype and transferring the dimensions to the element.
  • the mechanical or virtual transfer of dimensions of the fiber composite product from a technical drawing on the element is possible.
  • An area is cut into planes parallel to each other.
  • the resulting intersection lines are converted into circles whose extents correspond to the length of the respective intersection lines.
  • the centers of all resulting circles are arranged on a straight line such that the circle planes are aligned parallel to one another and the distance of the center points corresponds to the distance of the cutting planes of the original surface.
  • FIG. 2 a shows a further processed semi-finished fiber product or a semi-finished fiber composite, for example a carbon fiber reinforced plastic, from which a B pillar 200 for a motor vehicle is formed.
  • the B-pillar 200 is shown in plan view and has a longitudinal axis 202.
  • the B-pillar 200 tapers trapezoidal from bottom to top. At the lower and upper end, the B-pillar 200 is equipped with flange areas.
  • Flange areas may e.g. attached to the top of the roof and at the bottom of the vehicle frame.
  • the B-pillar 200 In the upper and lower regions 204, the B-pillar 200 is strongly arched or curved. In the middle region 206, the B-pillar is slightly curved, less than in the region 204 and designed almost linear.
  • Fig. 2a distances are determined along the longitudinal axis 202 depending on the curvatures.
  • small distances 208 are set.
  • Low curvature region 206 are set at greater distances 210 as compared to distances 208.
  • cutting lengths Ii, I 2 to I n of the B-pillar 200 are measured.
  • Fig. 2b shows a winding core 212 as an element for producing a semi-finished fiber product.
  • the winding core 212 is initially present, for example, as a cylindrical rod material (not shown) and is, for example, by means of a lathe according to the
  • u 2 to u n produced.
  • the cutting lengths Ii, 1 2 to l n are imaged on circumferences ui, u 2 to u n of the winding core 212.
  • the winding core 212 has a longitudinal axis 214 which forms a central axis for the circumference ui, u 2 to u n .
  • the circles are also arranged at the same distances 208, 210, respectively, as defined in the B-pillar 200.
  • the surface content and the edge shape of the B pillar 200 are reproduced on the winding core in reasonable accuracy with little effort, that is to say inexpensively. This eliminates any waste because the B-pillar 200 and the hub 212 are the same area.
  • the fiber semifinished product 300 has a plurality of carbon fibers 302, 304, 306 and 308, which are arranged in a crosswise superimposed manner by a fiber depositing device (not shown). Furthermore, the semi-finished fiber 300 comprises a longitudinal axis 310. The carbon fibers 302 and 304 close to one another
  • the carbon fiber 302 and the longitudinal axis 310 enclose a further fiber semifinished product angle 314, also called a defined angle.
  • the orientation of the fibers 302, 304, 306 and 308 defines an angle, so that a high tensile load of the further processed semi-finished fiber 300 in the directions 316 may be allowed.
  • the directions 316 correspond to the longitudinal directions of the fibers 302, 304, 306 and 308.
  • the further processed semi-finished fiber 300 is produced by means of an element or winding core 318.
  • the element 318 may be made virtually or manually according to the technique illustrated in FIGS. 2a and 2b.
  • the winding core 318 in FIG. 3b has an axis of rotation 320.
  • On the winding core 318 several sections of a single continuous fiber 322 are visible.
  • the endless fiber 322 is arranged in several turns on the winding core 318.
  • the individual fibers 302, 304, 306, and 308 correspond to portions of the continuous filament 322.
  • the filament 322 includes a mandrel angle 324 with the longitudinal axis 320 of the mandrel 318, also called a second angle.
  • continuous filament 322 includes another mandrel angle 326 with itself.
  • a semifinished fiber product is produced, which is subsequently cut off from the winding core 318 and further processed.
  • the further processing of the semifinished fiber product comprises a forming and / or hardening. During forming certain areas of the semifinished fiber product are warped, compressed or stretched.
  • a further processed semifinished fiber product such as the further processed semifinished fiber product 300 can be produced.
  • the fiber semifinished product angles 312 and 314 of the further processed semifinished fiber product 300 are imaged onto the winding core angles 324 and 326 before production of the semifinished fiber product which form the semifinished product angles 312, 314 from the angles 324, 326 after cutting off, removing and further processing the fiber semifinished product.
  • the mapping of the angles can be done by the following steps:
  • FIG. 4 a shows a winding core 400 with a longitudinal axis 402.
  • a carbon fiber 404 is arranged on the winding core 400.
  • the winding core is substantially frusto-conical and has a circumference 410 at a distance 408 from the left side.
  • FIG. 4 b shows a boat hull 412 with a longitudinal axis 414.
  • the hull 412 is formed from a fiber composite semifinished product mat that was previously formed on the winding core 400.
  • the carbon fiber 404 on the winding core 400 corresponds to the carbon fiber 416 in the boat hull 412.
  • the carbon fiber 416 runs in the hull 400 from the nose 418 to the stern lower 420 to provide high tensile strength of the boat hull 412
  • a fuselage cross-section line 424 is defined in FIG. 4b.
  • the distance 422 corresponds to the distance 408 and the length of
  • Hull cross-section line 424 corresponds to circumference 410.
  • the winding core 400 is formed coextensive with the hull 412. Is on the winding core 400 a
  • Fiber composite semi-finished mat formed then separated along the winding core 400, and formed to the boat hull 412, so eliminates any waste, since the boat hull 412 and the winding core 400 are the same area.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Element (212; 318; 400) zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Herstellung eines solchen Elements (212; 318; 400) umfassend: Abbilden des Oberflächeninhalts eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs (104; 200; 300; 412) auf eine Hüllfläche, Definieren des Elements (212; 318; 400) anhand der Hüllfläche und Ausbilden des Elements (212; 318; 400) gemäß der Hüllfläche. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs umfassend: Definieren eines ersten Winkels (312, 314) einer Faser (302, 304, 306, 308, 322; 416) bezüglich einer Längsachse (202; 310; 414) eines Faserprodukts (104; 200; 300; 412), Definieren eines zweiten Winkels (324, 326) in Abhängigkeit vom definierten ersten Winkel (312, 314) und Anordnen der Faser (302, 304, 306, 308,.322; 416) auf einem Element (212; 318; 400) zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, um das Faserhalbzeug im ersten (312, 314) und/oder zweiten Winkel (324, 326) bezüglich einer Längsachse (214; 320; 402) des Elements (212; 318; 400) auszubilden. Schließlich betrifft die Erfindung ein System (100) zur Herstellung eines Faserprodukts (104; 200; 300; 412).

Description

ELEMENT ZUR HERSTELLUNG EINES FASERHALBZEUGS, VERFAHREN UND COMPUTERPROGRAMMPRODUKT ZUR HERSTELLUNG DES ELEMENTS,
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES
FASERHALBZEUGS SOWIE SYSTEM ZUR HERSTELLUNG EINES
FASERPRODUKTS
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und ein Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Herstellung des Elements, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs sowie ein System zur Herstellung eines Faserprodukts.
STAND DER TECHNIK
Als Elemente zur Herstellung eines Faserhalbzeugs sind beispielsweise Kerne, auch
Wickelkerne oder Urformen bekannt Ferner sind Vorrichtungen und Verfahren zur
Herstellung eines Faserhalbzeugs aus dem„Handbuch Verbundwerkstoffe", Neitzel,
Mitschang, Hanser Verlag 2004, bekannt. Ein bekanntes Verfahren, auch Wickelverfahren genannt, dient der Herstellung von Faserteilen, Faserverbundteilen, Formteilen, wie
Behältern, Rohren, Achsen und Wellen.
Geeignete Fasern sind z.B. Kohlefasern, auch Carbonfasern genannt, Glasfasern,
Aramidfasem oder ähnliches und/oder auch Kombinationen aus solchen Fasern. Bei zylinder- und kegelförmigen Formteilen mit einseitigem Boden kann der Wickelkern nach dem
Herstellungsprozess aus dem Formteil herausgezogen und später wieder verwendet werden. Bei anderen Formteilen verbleiben die Wickelkerne im Formteil. Sie werden verlorene Kerne genannt und können z.B. die Diffusionsfestigkeit eines Formteils verbessern. Es sind auch ausschmelzbare Kerne bekannt.
Zu den bekannten Herstellungsverfahren gehören auch das Umfangswickeln und
Kreuzwickeln, bei dem ein Fadenableger ein oder mehrere Endlosfasern oder Faserbündel (Rovings), auf einen rotierenden bekannten Wickelkern ablegt. Eine zur Einbettung der Fasern vorgesehene Matrix besteht z.B. aus geeigneten Kunstharzmischungen. Geeignete Matrixsysteme sind beim Wickeln formbar, geben nach dem Aushärten dem Verbundteil seine Form und stellen die Kraftübertragung zwischen den Fasern und Faserschichten sicher.
Ferner ist aus dem Composite Materials Handbook von Schwartz, McGraw-Hill Verlag, 2. Ausgabe 1991, ein Wickelverfahren zur Herstellung eines Faserhalbfabrikats bekannt. Dabei wird eine harzgetränkte Faser auf einen rotierenden Stahlzylinder zu einem Faserhalbfabrikat aufgewickelt. Der Stahlzylinder besitzt eine Längskerbe. Die Längskerbe im Stahlzylinder erlaubt es, das Faserhalbfabrikat aufzuschneiden und vom Stahlzylinder abzunehmen. Das abgenommene Faserhalbfabrikat wird in Stücke geschnitten und mit einer Presse zu einem Faserverbundteil geformt und gehärtet. Vor dem Pressen wird auf das Faserhalbfabrikat ein Plastikfilm aufgetragen, der die Handhabung vereinfacht. Der Plastikfilm wird nach dem Pressen vom gehärteten Faserverbundteil abgeschält.
Weiter ist aus der DE 3 133 733 C2 ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststofferzeugnisses bekannt. Das Verfahren sieht ein Wickeln eines Faserstrangs auf eine drehbare Trommel vor. Das Wickeln erfolgt in einer schraubenförmigen Steigung sowie in einer dazu entgegen gesetzten Steigung. Die Faser wird entweder vor dem Aufwickeln oder danach mit einem Harz imprägniert bzw. getränkt. Im Anschluss an das Wickeln werden ein so hergestelltes Prepreg von der Trommel abgeschnitten. Das Prepreg dient als
Ausgangsmaterial zur Herstellung Erzeugnissen. Bei der Herstellung von Erzeugnissen aus Prepregs fällt jedoch bekanntermaßen teures Verschnitt- und Restmaterial an. Schließlich beschreibt die DE 1 779 433 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung eines Verbundbaukörpers. Der Verbundbaukörper wird durch Wickeln einer Faser auf einen Wickelkern gebildet. Die Orientierung der Fasern verläuft je nach Richtung der im Betrieb auftretenden Hauptbeanspruchungsrichtung des Verbundbaukörpers. Mehrere Wicklungen bilden ein Laminat. Nach dem Abheben mehrerer Laminate vom Wickelkern werden diese in Pressformmulden eingebracht und härtbares Harzfüllmaterial zugeführt. Die Laminate werden dort anschließend bis zur Aushärtung verpresst. Durch Aushärten der Laminate entsteht ein Verbundbaukörper, der gemäß DE 1 779 433 AI auf Maß zugeschnitten wird. Das Zuschneiden des Verbundbaukörpers erzeugt jedoch teures Verschnitt- bzw.
Restmaterial. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Faserhalbzeuge und Faserprodukte kostengünstiger herzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst ein Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs eine Hüllfläche, die das Element definiert, und auf der das Faserhalbzeug ausbildbar ist. Die Hüllfäche ist in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet.
Vorzugsweise kann das Element als ein Kern, ein Wickelkern, eine Urform und dergleichen ausgebildet sein. Dabei kann das Element als bewickelbarer Zylinder, Kegel, Kegelstumpf, Paraboloid oder Körper mit sonstigen geeigneten Geometrien ausgebildet sein. Auch daraus zusammengesetzte Körper, wie Zylinder mit angesetztem Kegel, Sanduhrartiger Doppelkegel, Kegel-Zylinder-Kegel etc. sind umfasst. Außerdem kann das Element Formen mit
Hinterschneidungen umfassen. Dadurch dass das Element Hinterschneidungen oder andere komplexe Formen aufweisen kann, unterscheidet es sich von bekannten herausnehmbaren Urformen. Eine
Hinterschneidung ist im Allgemeinen ein Profil, ein Relief oder eine andere hervorstehende Form. Hinterschneidungen in Faserhalbzeugen oder weiterverarbeiteten Faserhalbzeugen können mit einem gängigen Faserwickelverfahren und herausnehmbaren Wickelkernen praktisch nicht realisiert werden. Der Wickelkern wäre durch die Hinterschneidung blockiert und könnte nicht mehr aus dem Faserhalbzeug herausgenommen werden. Das
erfindungsgemäße Element muss jedoch vorzugsweise nicht aus dem Faserhalbzeug herausgezogen werden, sodass Hinterschneidungen im Faserhalbzeug herstellbar sind.
Weiter meint Hüllfläche eine Fläche, die das Volumen des Elements einschließt, umgibt bzw. umhüllt. Die Hüllfläche ist nicht auf eine Fläche beschränkt die von etwas umhüllt wird. Die Hüllfläche kann allgemein auch eine Oberfläche oder die Summe mehrerer Oberflächen sein, die ein beliebig geformtes Volumen umgeben. Das Ausbilden des Faserhalbzeugs auf der Hüllfläche umfasst vorzugsweise ein Bewickeln, Belegen, Bespannen oder dergleichen der Hüllfläche mit einer Faser, mit einem Faserroving, einem Faserband oder mit einem ähnlichen langgestreckten, dünnen, biegsamen und zugfesten Faser-Material. Die Faser kann als eine Endlosfaser ausgebildet sein. Alternativ kann die Faser jedoch auch mehrere kurze oder lange Einzelfasern bzw. Faserbündel umfassen.
Die Hüllfläche des Elements kann flächengleich zum Oberflächeninhalt gebildet.
Alternativ kann sie größer ausgebildet sein. Ein Vorteil der Flächengleichheit liegt darin, dass ein Faserhalbzeug mit vorbestimmten End- oder Zielmaßen herstellbar ist und nachträgliches Zuschneiden verringert oder vermieden wird. Da Fasermaterialien, wie Carbon und Aramid teuer sind, können durch die Flächengleichheit verschnittarme oder verschnittfreie
Faserhalbzeuge auf preisgünstigere hergestellt werden.
Vorzugsweise kann die Hüllfläche näherungsweise flächengleich zum Oberflächeninhalt gebildet sein, d.h. 80 % bis 99 % Flächengleichheit.
Das Material der Faser kann beispielsweise folgende Materialien umfassen: Kohlenstoff, Carbon, Keramik, Borkarbid, Quarzglas, Silizium, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid,
Siliziumkarbid-Nitrid, Bornitrid, Glas, synthetisches Material, Aramid, Polyethylen,
Polyamid, Polyester, Metall, Bor, Wolfram, Stahl, Aluminium, natürliches Material,
Pflanzenfasern, Flachsfasern, Sisalfasem und Kombinationen daraus, z. B. ein erstes Material für eine Faserseele mit einer Umwicklung aus einem zweiten Material.
Das ausgebildete Faserhalbzeug ist vorzugsweise eine Gewirke, Geflecht oder Gelege aus Fasern ohne oder im Wesentlichen ohne eine Matrix. Außerdem ist das Faserverbundhalbzeug vorzugsweise kein Hohlkörper, wie er etwa bei einem bekannten Wickelkern-Verfahren hergestellt wird.
Das Faserhalbzeug kann auch eine Matrix umfassen. Der Stoff der Matrix umfasst vorzugsweise Duromere, wie Epoxydharz, oder Thermoplasten. Für thermisch hoch belastete Faserprodukte kann für die Matrix auch auf Keramik oder Metalle zurückgegriffen werden. Die Matrix dient vorzugsweise als Klebstoff zwischen aneinanderliegenden Abschnitten der Faser, ist jedoch nicht auf die Wirkung eines Klebstoffs beschränkt. Die Faser und eine nicht- ausgehärtete Matrix bilden zusammen vorzugsweise ein Faserverbundhalbzeug,
Faserhalbfabrikat oder dergleichen. Auch im ausgehärteten Zustand können die Matrix und die Faser zusammen als Faserhalbzeug verstanden werden, nämlich insbesondere dann, wenn das Faserhalbzeug zu einem weiteren Halbzeug oder Endprodukt weiterverarbeitet wird.
Die Weiterverarbeitung des Faserhalbzeugs kann eine Form-, Zustands- (z.B. Aushärten) und Abmessungsänderung umfassen. Das Faserhalbzeug kann dabei in bestimmten Abschnitten gestaucht, in anderen gestreckt werden. Das Stauchen oder Strecken kann zu einer Änderung des Oberflächeninhalts des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs im Vergleich zu einem ausgebildeten Faserhalbzeug führen.
Die einzelnen Fasern bzw. die Endlosfaser können seitlich nebeneinander liegend auf der Hüllfläche angeordnet werden. Außerdem kann die Faser garnspulenartig in übereinander liegenden Schichten angeordnet sein.
Die Hüllfläche kann auch in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Das Abbilden meint in diesem Fall einen mathematischen Zusammenhang zwischen dem Oberflächeninhalt und der Hüllfläche.
Das Vermeiden oder Verringern von Faserverschnitt kann auf vorteilhafte Weise mit den erfindungsgemäßen Element dadurch erreicht, dass die Hüllfläche des Elements in
Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet ist. Würde sich beispielsweise der Oberflächeninhalt bei der Weiterverarbeitung des
Faserhalbzeugs z.B. durch Stauchung oder Streckung derart verändern, dass er zu groß (oder auch zu klein) für ein Faserprodukt ist, kann die Hüllfläche des Elements durch die
Abhängigkeit bereits im Vorhinein entsprechend angepasst werden. Durch weniger bzw. keinen anfallenden Faserverschnitt kann das Faserhalbzeug so preiswerter hergestellt werden.
Ferner meint Bilden auch ein Herstellen oder Bearbeiten, wie fräsen, drehen, schleifen etc.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche um eine Längsachse des Elements eine
rotationssymmetrische Mantelfläche sein. Die rotationssymmetrische Mantelfläche bildet vorzugsweise einen Spezialfall der Hüllfläche.
Ein Vorteil einer rotationssymmetrischen Mantelfläche liegt in einer vereinfachten
Herstellung des Elements z.B. mittels einer Drehmaschine oder Drehbank. Drehmaschinen sind meist einfach aufgebaute 2-dimensionale Bearbeitungsmaschinen und daher weniger aufwendig gebaut als 3-, 4- oder 5-achsige Fräsmaschinen. Auch das Verhältnis von
Arbeitsraum und Bearbeitungsmaschinenpreis kann bei Drehmaschinen günstiger ausfallen, sodass dass Element mit einer Drehmaschine preiswerter herstellbar ist.
Vorzugsweise umfasst eine solche Mantelfläche zusätzlich auch eine Boden- und/oder Deckelfläche des von der Mantelfläche umschlossenen Elements.
Die Hüllfläche oder die Mantelfläche kann glatt sein, Führungsrillen, eine
Antirutschbeschichtung oder anderweitig raue Oberfläche besitzen. Eine raue Oberfläche oder Führungsrillen können für das Bewickeln mit einer Faser vorteilhaft sein, um ein Verrutschen der Faser auf dem Element zu verhindern.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche des Elements in Abhängigkeit von der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet sein.
Die Randform, bzw. der Rand, kann als Begrenzung des Oberflächeninhalts des
weiterarbeiteten Faserhalbzeugs verstanden werden. Beispielsweise führt eine rechteckige Randform beim Abbilden zu einer zylindrischen
Hüllfläche des Elements. Als weiteres Beispiel führt eine trapezförmige Randform des im weiterverarbeiteten Zustand vorliegenden Faserhalbzeugs zu einer kegelstumpfformigen Hüllfläche des Elements. Liegt ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug vor, das einfachen geometrischen Formen entspricht, wie z.B. Rechteck, Quadrat, Dreieck, Trapez, so kann vorteilhaft schnell und einfach eine Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet werden. Die Abhängigkeit entspricht in diesem Fall einer Aufwicklung der einfachen geometrischen Form zu einer geschlossenen Fläche, nämlich der Hüllfläche. Durch die Aufwicklung einer solchen einfachen geometrischen Form kann eine röhrenförmige Hüllfläche entstehen, die einen Deckel und/oder Boden umfasst.
Erfindungsgemäß können Mantelumfänge in Abständen entlang der Längsachse des Elements Faserhalbzeug-Modell-Querlängen in denselben Abständen entlang einer Längsachse eines Faserhalbzeug-Modells entsprechen
Das Faserhalbzeug-Modell kann z.B. als Prototyp vorliegen oder erstellt werden.
Vorzugsweise ist das Faserhalbzeug-Modell aus einem leicht modellierbaren Material, wie Holz, Ton, Kunststoff etc., hergestellt.
Vorzugsweise sind die Längsachsen des Elements und des Faserhalbzeug-Modells festgelegt. Das Festlegen der Längsachse erfolgt vorzugsweise vor dem Herstellen des Elements und vor der Erstellung des Faserhalbzeug-Modells z.B. auch in einer technischen Zeichnung.
Die Längsachsen dienen vorteilhaft als gemeinsame Bezugslinie für die Abstände. Ist eine Längsachse im Faserhalbzeug-Modell festgelegt, so kann eine Faserhalbzeug-Modell- Querlänge der Länge einer Senkrechten zu dieser Längsachse entsprechen, wobei die Faserhalbzeug-Modell-Querlänge durch den Rand des Faserhalbzeug-Modells begrenzt ist.
Außerdem kann ein Bezugspunkt definiert werden, wobei Punkte auf dem Faserhalbzeug bzw. Faserhalbzeug-Modell oder dem Element mittels Vektoren bezüglich des Bezugspunkts bestimmt sind. Durch eine Vektortransformation kann der Oberflächeninhalt und/oder die Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf das Element abbildbar sein.
Ein Vorteil eines Faserhalbzeug-Modells liegt darin, dass der Oberflächeninhalt und/oder die Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs exakt oder wenigstens näherungsweise auf die Hüllfläche des Elements abbildbar ist, ohne ein Computermodell des Faserhalbzeugs als Ausgangsbasis verwenden zu müssen.
Das Faserhalbzeug-Modell kann aber auch ein Computermodell, d.h. ein virtuelles Modell sein. Ein Vorteil des Computermodells liegt darin, dass kein Prototyp oder dergleichen als Faserhalbzeug-Modell anzufertigen ist, so dass die Kosten zur Herstellung des
erfindungsgemäßen Elements reduziert werden können. Erfindungsgemäß können die Abstände in Bereichen einer Krümmung des
weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs bzw. des Faserhalbzeug-Modells gering sein und in linearen Bereichen des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs groß sein.
Die Krümmungen können an den Rändern des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs vorliegen. Die Krümmungen können jedoch auch Wölbungen in der Fläche des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs umfassen. Ein linearer Bereich kann Ebenen bzw. gerade, plane Flächen, aber auch Bereiche mit geringer Krümmung umfassen. Vorzugsweise genügt in einem linearen Bereich des weitverarbeiteten Faserhalbzeugs ein Abstand, der durch Anfang und Endes des linearen Bereichs definiert ist, um den linearen Bereich auf die Hüllfläche des Elements abzubilden. In Bereichen geringer Krümmung können kleinere Abstände vorgesehen sein, als in
Bereichen mit großer Krümmung.
Ein Vorteil kleinerer Abstände liegt darin, dass die Mantel- oder Hüllfläche des Elements genauer dem Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten
Faserhalbzeugs entsprechen können. Ein Vorteil der genaueren Entsprechung der Flächen kann in weniger bis gar keinem anfallendem Verschnitt am Faserhalbzeug liegen.
Liegen viele nur lineare Bereiche im Faserhalbzeug vor, so kann vorteilhafterweise mit wenigen Abständen eine Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder von der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet werden.
Ferner umfasst erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Elements zur
Herstellung eines Faserhalbzeugs Abbilden des Oberflächeninhalts eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf eine Hüllfläche, Definieren des Elements anhand der Hüllfläche und Ausbilden des Elements gemäß der Hüllfläche.
Das Abbilden kann vorzugsweise mechanisch anhand eines gegenständlichen
Faserhalbzeug-Modells und/oder virtuell anhand eines computererzeugten Faserhalbzeug- Modells erfolgen. Das Abbilden kann auch das Ausbilden umfassen. Wird das Faserhalbzeug auf der Hüllfläche gebildet und nicht weiterverarbeitet, so kann der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeugs im Wesentlichen dem Oberflächeninhalt der Hüllfläche entsprechen. Wird das Faserhalbzeug weiterverarbeitet, kann sich der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeugs dadurch wenigstens Abschnittsweise verändern. Wird das Faserhalbzeug beispielsweise gepresst oder anderweitig umgeformt, kann das Faserhalbzeug gestaucht oder gestreckt werden, so dass sich der Oberflächeninhalt ändert.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche als rotationssymmetrische Mantelfläche abgebildet werden. Der Oberflächeninhalt des weiterarbeiteten Fasehalbzeugs kann mathematisch auf die rotationssymmetrische Mantelfläche abgebildet werden. Dies kann in diesem Fall eine Aufwicklung, d.h. eine umgekehrte Abwicklung sein.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche in Abhängigkeit von der Randform des
weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Liegt beispielsweise ein
weiterverarbeitetes Faserhalbzeug vor, das einfachen geometrischen Formen entspricht, so kann vorteilhaft schnell und einfach die Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Die Abhängigkeit kann in diesem Fall einer Aufwicklung der einfachen geometrischen Form zu einer geschlossenen Fläche umfassen, nämlich der Hüllfläche. Durch die Aufwicklung einer solchen einfachen geometrischen Form kann eine röhrenförmige Hüllfläche entstehen, die einen Deckel und/oder Boden umfasst.
Erfindungsgemäß kann der Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs flächengleich auf die Hüllfläche abgebildet werden. Flächengleich Abbilden kann auch ein einfaches, insbesondere mechanisches, Kopieren der Oberflächen eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs umfassen.
Erfindungsgemäß können die Form des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs ermittelt werden, Abstände entlang einer Längsachse des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs festgelegt werden, Faserhalbzeug-Querlängen in den Abständen ermittelt werden und Faserhalbzeug-Querlängen auf Mantelumfänge des Elements in den Abständen entlang einer Längsachse des Elements abgebildet werden. Vorzugsweise werden dabei die Längsachsen entlang des Elements bzw. entlang des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs festgelegt. Das Festlegen kann anhand einer technischen Zeichnung erfolgen. Das Ermitteln der Form meint auch ein vorab Definieren oder Festlegen der Form, insbesondere des Oberflächeninhalts und der Randform des weiterverarbeiteten
Faserhalbzeugs. Das Ermitteln oder Definieren der Form kann anhand einer einfachen technischen Zeichnung durchgeführt werden. Das Festlegen der Abstände kann beispielsweise zeichnerisch erfolgen. Das Ermitteln der Faserhalbzeug-Querlängen kann mittels eines Längenmessmittels erfolgen. Das Abbilden der Faserhalbzeug-Querlängen meint
beispielsweise ein Übertragen der gemessenen Faserhalbzeug-Querlängen auf Mantelumfange des Elements. Eine gemessene Faserhalbzeug-Querlänge kann dabei genauso lang sein wie der entsprechende Mantelumfang. Die vorgenannten Schritte können mit einfachen Mitteln, wie z.B. Papier, Maßband und dergleichen oder auch mit einem einfachen
Computerprogramm und einer CAD-Zeichnung des Faserhalbzeugs, bzw. des
weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß umfasst ein Computerprogrammprodukt zur Erstellung eines Element- Modells eine Funktion zum Abbilden eines Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug-Modells auf eine Hüllfläche, die das Element-Modell definiert. Das Computerprogrammprodukt umfasst vorzugsweise eine CAD-(Computer Aided Design)-Programm und ein CAM- (Computer Aided Manufacturing)-Programm. CAD meint in diesem Fall einen
rechnergestützten Entwurf des Element-Modells und/oder des Faserhalbzeug-Modells. Der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeug-Modells kann durch eine mathematische Funktion auf die Hüllfläche des Element-Modells abgebildet werden. Mittels eines CAM-Programms kann dann das erstellte Element- Modell rechnergestützt z.B. mittels einer CNC-Drehmaschine hergestellt werden. Durch die computergestützte Erstellung des Element-Modells kann der Herstellprozess für ein Element schnell, wiederholbar, zuverlässig und genau werden. Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs ein Element mit einer Längsachse, eine Faserablegeeinrichtung, die eine Faser auf dem Element in einem definierten ersten Winkel zur Längsachse anordnet, um das Faserhalbzeug auszubilden, eine Weiterverarbeitungseinrichtung zum Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs zu einem Faserprodukt, wobei der definierte erste Winkel in Abhängigkeit von einem zweiten Winkel der Faser im Faserprodukt bezüglich einer Längsachse des Faserprodukts bestimmt ist.
Eine Faserablegeeinrichtung kann jede Einrichtung umfassen, die eine Faser auf dem Element anordnen kann, z.B. eine Führungs-Öse, ein Roboterarm und dergleichen. Die
Faserablegeeinrichtung bewegt sich vorzugsweise mit einem bestimmten Vorschub relativ zum Element, um die Faser im definierten Winkel zur Längsachse anordnen zu können. Die Vorschubgeschwindigkeit der Faserablegeeinrichtung kann dabei die Steigung der aufgebrachten Fasern bestimmen.
Eine Schneideeinrichtung kann dazu vorgesehen sein, das auf dem Element gebildete
Faserhalbzeug aufzutrennen und es vom Element abzunehmen. Das aufgetrennte
Faserhalbzeug kann auch selbstständig vom Element herabfallen. Die Weiterverarbeitungseinrichtung kann das Faserhalbzeug zu einem weiteren
Faserhalbzeug, Faserhalberzeugnis, zu einem Faserprodukt bzw. zu einem Faserendprodukt weiterverarbeiten.
Da sich die Orientierung der Faser in Faserhalbzeug durch Weiterverarbeitung verändern kann, liegt ein Vorteil der Abhängigkeit des definierten ersten Winkels vom zweiten Winkel darin, dass eine in einem Faserprodukt gewünschte Faserorientierung oder Faserrichtung bereits beim Ausbilden des Faserhalbzeugs auf dem Element berücksichtigt wird. Dadurch kann die Faserorientierung nach der Weiterverarbeitung der gewünschten Faserorientierung im Faserprodukt entsprechen.
Durch die Abhängigkeit des definierten ersten Winkels von dem zweiten Winkel der Faser im Faserprodukt kann das Steifigkeits-Gewichts- Verhältnis des gesamten Faserprodukts vorteilhaft verbessert werden. Das ist insbesondere dadurch erreichbar, dass die Faser, und damit das Fasergewicht, durch die definiert Orientierung bzw. den definierten Winkel im Wesentlichen dort im Faserprodukt eingesetzt, gewickelt, gewebt, verbaut etc. wird, wo die Faser die gewünschte Wirkung, wie z.B. Steifigkeit für das gesamte Faserprodukt erzielt. An Stellen des Faserprodukts, an denen bei Gebrauch eine stärkere Belating wirkt, können dadurch mehr Fasermaterial bzw. dickere Faserschichten vorliegen als an Stellen, an denen bei Gebrauch des Faserprodukts geringer Belastung wirken. Eine gewünschte Faserorientierung im Faserprodukt ermöglicht des Weiteren eine Versteifung oder Erhöhung der Zugfestigkeit im Faserprodukt in einer oder mehreren bestimmten Richtungen.
Vorzugsweise ist das vorgenannte Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs ein erfindungsgemäßes Element.
Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung die Faser wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element anordnen.
Geodätisch bedeutet im Allgemeinen die theoretisch kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten auf einer gekrümmten Fläche, die sog. geodätische Linie. Auf einer Kugelfläche ist eine geodätische Verbindung beispielsweise ein Kreisbogen. Die Faser geodätisch auf dem Element anzuordnen bedeutet im Wesentlichen, die Faser auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten auf dem Element anzuordnen. Ein Vorteil des geodätischen Anordnens kann darin liegen, dass die Faser dadurch auf dem Element weniger verrutscht.
Vorzugsweise kann die Faser auf den Abschnitten des Elements geodätisch und auf anderen Abschnitten im definierten ersten Winkel angeordnet sein, z.B. um die Zugfestigkeit des Faserhalbzeugs in dieser Orientierung zu verbessern. Abschnitte können in diesem Fall Teilstücke der Faser oder auch Schichten von übereinanderliegenden Fasern umfassen.
Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung wenigstens einen Freiheitsgrad aufweisen.
Ein Freiheitsgrad entspricht im Allgemeinen der Anzahl der Bewegungsmöglichkeiten zweier Gegenstände zu einander, z. B. eine Rotation der Faserablegeeinrichtung um das Element oder eine Translation der Faserablegeinrichtung entlang des Elements. Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung die Faser abschnittsweise auf dem
Element im definierten Winkel zur Längsachse des Elements anordnen
Erfindungsgemäß kann das Element um seine Längsachse drehbar sein und die
Faserablegeeinrichtung kann parallel zur Längsachse bewegbar sein. Durch diese Konfiguration kann das Faserhalbzeug kostengünstig hergestellt werden, da nur ein Gestell zur Aufnahme des Elements, ein Drehantrieb zum Drehen des Elements und eine auf einer Schiene gelagerte Faserablegeeinrichtung mit einem Linearantrieb erforderlich sein kann.
Erfindungsgemäß kann die Weiterverarbeitungseinrichtung eine Schneideeinrichtung und/oder eine Presse umfassen. Eine Schneideeinrichtung ist beispielsweise ein Messer, eine Schere oder dergleichen, die dazu eingesetzt werden kann, das auf dem Element gebildete Faserhalbzeug entlang des Elements mit einem Schnitt aufzutrennen, um so ein flächiges Faserhalbzeug zu erhalten. Das Faserhalbzeug kann nach dem Schnitt vom Element herabfallen. Alternativ kann das
Faserhalbzeug vom Element abgenommen werden und einer Presse zugeführt werden.
Anschließend kann das Faserhalbzeug entsprechend einem Press-Stempel, einer Matrize bzw. Patrize geformt und gehärtet werden.
Erfindungsgemäß kann ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs die Schritte umfassen: Definieren eines ersten Winkels einer Faser bezüglich einer Längsachse des Faserhalbzeugs, Definieren eines zweiten Winkels in Abhängigkeit vom definierten ersten Winkel und Anordnen der Faser auf dem Element zum Ausbilden des Faserhalbzeugs im zweiten Winkel bezüglich einer Längsachse des Elements.
Die Orientierung von Fasern in einem Faserhalbzeug kann sich auf die Zugfestigkeit bzw. Belastbarkeit des Faserhalbzeugs in bestimmte Richtungen auswirken. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Faserhalbzeugs kann darin liegen die die Genauigkeit der Orientierung der Fasern im Faserhalbzeug zu verbessern.
Erfindungsgemäß kann eine Matrix während oder vor dem Anordnen der Faser auf dem Element zugeführt werden.
Ein Vorteil der Zufuhr der Matrix während des Anordnens der Faser auf dem Element kann darin liegen, dass mehr Zeit bis zum Aushärten oder teilweisen Aushärten der Matrix verbleibt. Ein Vorteil des Zuführens einer Matrix vor dem Anordnen der Faser auf dem Element kann darin liegen, dass die Faser besser mit der Matrix imprägnierbar ist, so dass weniger Lufteinschlüsse im Faserhalbzeug entstehen. Durch die Zufuhr einer Matrix aus dem Faserhalbzeug kann ein Faserverbundhalbzeug entstehen. Erfindungsgemäß kann ein erster Winkel einer Faser bezüglich der Längsachse in
Abschnitten festgelegt werden. Außerdem kann die Faser auf dem Element im zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Elements in Abschnitten angeordnet werden.
Vorzugsweise führt eine Faser über mehreren Abschnitten hinweg mit jeweils einem definierten Winkel um das Element. Diese Faserführung kann die Zugfestigkeit bzw.
Belastbarkeit des Faserhalbzeugs in bestimmte Richtungen verbessern.
Erfindungsgemäß kann die Faser wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element angeordnet werden. Dadurch verrutscht die Faser auf dem Element im Allgemeinen weniger.
Erfindungsgemäß kann das auf dem Element ausgebildete Faserhalbzeug, insbesondere entlang der Längsachse des Elements, aufgeschnitten werden und vom Element abgenommen werden. Das Faserhalbzeug kann sowohl parallel zur Längsachse des Elements als auch in einem bestimmten Winkel dazu aufgeschnitten werden. Um ein bestimmte Randform des
Faserhalbzeugs zu erreichen, kann das Faserhalbzeug außerdem in einer definierten Kurve aufgeschnitten werden. Erfindungsgemäß kann das Faserhalbzeug zu einem weiterverarbeiteten Faserhalbzeug und/oder zu einem Faserprodukt gepresst werden.
Vorzugsweise umfasst das Pressen ein Umformen des Faserhalbzeugs von einer flächigen in eine dreidimensionale Form. Vorzugsweise umfasst das Pressen des Faserhalbzeugs auch ein Härten des Faserhalbzeugs zu einem Faserprodukt oder zu einem Faserverbundhalbzeug oder einem anderen Faserhalbfabrikat.
Erfindungsgemäß können mehrere Faserprodukte miteinander verklebt werden. Beispielsweise können Faserprodukt mit Faserhalbzeug, Faserprodukt mit
Faserverbundhalbzeug, Faserverbundhalbzeug mit Faserverbundhalbzeug, Faserhalbzeug mit Faserhalbzeug und dergleichen miteinander verklebt werden. Vorzugsweise werden die Faserprodukte vor dem Pressen mit einem Trennmittel versehen. Das Trennmittel kann ein Herausnehmen, Formen, Umformen oder Pressen des
Faserhalbzeugs in der Presse erleichtern. Nach dem Pressen wird das Trennmittel
vorzugsweise in wenigstens einem Abschnitt mit einem Laser abgelasert. Das Ablasern umfasst ein Verdampfen oder Abbrennen des Trennmittels.
Vorzugsweise wird das Faserprodukt am abgelaserten Abschnitt mit einem Haftmittel, z.B. Klebstoff, versehen und mit einem anderen Faserprodukt verbunden. Dadurch können stabile, belastbare, insbesondere hohle und dadurch leichte Faserverbundprofile hergestellt werden. Erfindungsgemäß kann das Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs für die
vorgenannten Schritte ein erfindungsgemäßes Element sein.
Erfindungsgemäß umfasst ein System zur Herstellung eines Faserprodukts eine
Abbildeeinheit zum Abbilden des Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug-Modells auf eine Hüllfläche eines herzustellenden Wickelkerns, eine Herstelleinheit zum Herstellen des
Wickelkerns anhand der Hüllfläche, eine Wickeleinheit zum Bewickeln der Hüllfläche des Wickelkerns mit einer Faser mit einem definierten Winkel, um ein Faserhalbzeug
herzustellen, eine Schneideeinheit, die das Faserhalbzeug entlang des Wickelkerns aufschneidet, eine Trennmitteleinheit, die das aufgeschnittene Faserhalbzeug mit Trennmittel versieht, eine Presseinheit, die das mit Trennmittel versehene Faserhalbzeug zu einem
Faserprodukt formt und härtet, und eine Lasereinheit, die das Trennmittel vom Faserprodukt ablasert.
Das Faserhalbzeug kann nach dem Aufschneiden von selbst vom Wickelkern herabfallen oder auch von einem Abnahmemittel abgenommen und der Trennmitteleinheit zugeführt werden.
Vorzugsweise umfasst eine Abbildeeinheit einen Computer oder Simulationsrechner. Die Abbildeeinheit kann auch eine mechanische Kopiervorrichtung, Markierungspunkte und Maßband etc. umfassen. Die Herstelleinheit umfasst vorzugsweise eine CNC-gesteuerte Fräsmaschine oder Drehbank. Die Presseinheit umfasst vorzugsweise eine mechanische Presse. Die Lasereinheit umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung zum Erzeugen einer hochenergetischen Strahlung. Erfindungemäß kann die Faser mit einer Matrix imprägniert sein. Wenn die Faser Matriximprägniert ist, kann auf den Wickelkern ein Faserverbundhalbzeug hergestellt werden. Das Faserverbundhalbzeug kann dadurch formstabiler sein als das Faserhalbzeug, bei dem nur Faser über Faser liegt. Der Stoff der Matrix umfasst vorzugsweise Duromere, wie Epoxydharz, oder Thermoplasten. Bei thermisch hoch belastbaren Faserprodukten kann für die Matrix auch auf Keramik oder Metalle zurückgegriffen werden.
Erfindungsgemäß kann eine Verbindungseinheit mehrere Faserprodukte und/oder
Faserhalbzeuge mit einem Haftmittel versehen und miteinander verbinden. Dadurch können stabile, belastbare, insbesondere hohle und dadurch leichte Faserverbundprofile hergestellt werden. Das Haftmittel umfasst vorzugsweise einen Matrix-Stoff. Aber auch geeignete Klebstoffe können verwendet werden. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System zur Herstellung eines Faserprodukts
Fig. 2a ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug gemäß der Erfindung
Fig. 2b ein erfindungsgemäßes Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs
Fig. 3 a ein weiteres weiterverarbeitetes Faserhalbzeug gemäß der Erfindung
Fig. 3b ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs
Fig. 4a ein weiteres erfindungsgemäßes Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs Fig. 4b ein weiteres weiterverarbeitetes Faserhalbzeug gemäß der Erfindung BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein System 100 zur Herstellung eines Faserprodukts bzw. eines
Faserverbundprodukts 104. Gemäß des Systems 100 wird zunächst mit einem Computer ein Element-Modell 102, auch Wickelkern-Modell genannt, virtuell erstellt. Alternativ kann dieses Modell auch manuell erstellt werden. Das Element-Modell 102 basiert in seinen Abmessungen auf einem Faserprodukt-Modell, einem weiterverarbeiteten Faserhalbzeug bzw. einem Faserverbundprodukt 104. Das Element-Modell 102 ist eine Abbildung des
Oberflächeninhalts und der Randform des Faserverbundprodukts 104. Das Element-Modell 102 dient als Maß, um an Hand dieser Daten, beispielsweise mittels einer CNC-gesteuerten Drehbank 106, aus einem Material ein Element, auch Wickelkern genannt, herzustellen. Das Material des Wickelkerns kann Metalle, wie Aluminium oder Stahl, umfassen und
beispielsweise als Block oder in sonstigen geeigneten Geometrien vorliegen, aus denen der Wickelkern herausgearbeitet wird.
Der fertige Wickelkern wird drehbar gelagert und von einem Drehantrieb (nicht gezeigt) angetrieben. Eine Faserimprägnier- und ablegeeinrichtung 108 imprägniert oder tränkt eine Carbonendlosfaser, beispielsweise mit Epoxydharz, auch Matrix genannt. In einem Schritt 109 wird das sich drehende Element durch die Faserimprägnier- und ablegeeinrichtung 108 mit der imprägnierten Carbonendlosfaser bewickelt. Die Faserimprägnier- und
ablegeeinrichtung 108 bewegt sich dazu mit einem bestimmten Vorschub entlang der
Längsachse des Wickelkerns. Nach mehreren Wicklungen der Carbonendlosfaser entsteht auf dem Wickelkern ein mehrschichtiges Faserverbundhalbzeug, auch Matrix-getränktes
Faserhalbzeug genannt.
Eine Schneideeinrichtung 1 10 durchtrennt das fertig gestellte Faserverbundhalbzeug in einem Schnitt entlang des Wickelkerns, sodass ein mattenartiges oder flächiges
Faserverbundhalbzeug entsteht. Das mattenartige Faserverbundhalbzeug wird von dem Wickelkern abgenommen, mit einem Trennmittel versehen und in eine Presse 1 12 eingelegt. In der Presse 1 12 wird das mattenartige Faserverbundhalbzeug mittels einer Matrize und Patrize in eine bestimmte Form gepresst, erwärmt und gleichzeitig gehärtet, sodass ein Faserverbundprodukt 104 entsteht. Das Trennmittel am Faserverbundhalbzeug erleichtert das Formen in und Entformen aus der Presse 1 12. Das Faserverbundprodukt 104 wird
systemgemäß nach dem Pressen und Härten mit einer Laservorrichtung 1 14 abgelasert. Der Laser 1 14 legt dabei in Bereichen, die anschließend mit einem oder mehreren anderen
Bauteilen verklebt werden sollen, die Faser bis auf eine vorbestimmte Tiefe frei. Der
Laser 1 14 verbrennt dabei Epoxydharz und Trennmittel.
Systemgemäß wird das Faserverbundprodukt 104 an den freigelegten Bereichen mit Klebstoff versehen und mit einem oder mehreren anderen Bauteilen, z.B. ein weiteres
Faserverbundprodukt, verklebt.
Anstatt des Element-Modells 102 kann das Element auch durch direktes Abmessen eines Faserverbundprodukt-Prototypen und Übertragen der Abmessungen auf das Element hergestellt werden. Auch das mechanische oder virtuelle Übertragen von Abmessungen des Faserverbundprodukts aus einer technischen Zeichnung auf das Element ist möglich. Dabei wird eine Fläche in zueinander parallele Ebenen geschnitten. Die sich daraus ergebenden Schnittlinien werden in Kreise umgewandelt, deren Umfange der Länge der jeweiligen Schnittlinien entsprechen. Die Mittelpunkte aller sich ergebender Kreise werden auf einer Geraden derart angeordnet, dass die Kreisebenen parallel zueinander ausgerichtet sind und der Abstand der Mittelpunkte dem Abstand der Schnittebenen der ursprünglichen Fläche entspricht.
Fig. 2a zeigt ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug, bzw. ein Faserverbundhalbzeug, beispielsweise ein Carbonfaserverstärkter Kunststoff, aus dem eine B-Säule 200 für ein Kraftfahrzeug gebildet wird. Die B-Säule 200 ist in Draufsicht dargestellt und besitzt eine Längsachse 202. Die B-Säule 200 verjüngt sich von unten nach oben trapezförmig. Am unteren und oberen Ende ist die B-Säule 200 mit Flanschbereichen ausgestattet. Die
Flanschbereiche können z.B. oben am Dach und unten am Fahrzeugrahmen befestigt werden. Im oberen und unteren Bereich 204 ist die B-Säule 200 stark gewölbt bzw. gekrümmt. Im mittleren Bereich 206 ist die B-Säule wenig gewölbt, weniger als im Bereich 204 und nahezu linear ausgestaltet.
In Fig. 2a werden entlang der Längsachse 202 abhängig von den Krümmungen Abstände festgelegt. Im Bereich 204 mit hoher Krümmung werden kleine Abstände 208 festgelegt. Im Bereich 206 mit geringer Krümmung werden im Vergleich zu den Abständen 208 größere Abstände 210 festgelegt. Entlang den Abständen 208 und 210 werden Schnittlängen Ii, 12 bis ln der B-Säule 200 gemessen. Fig. 2b zeigt einen Wickelkern 212 als Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs. Der Wickelkern 212 liegt zunächst beispielsweise als zylinderförmiges Stangenmaterial (nicht gezeigt) vor und wird beispielsweise mittels einer Drehmaschine entsprechend den
Kreisumfängen U| , u2 bis un hergestellt. Dazu werden die Schnittlängen Ii, 12 bis ln auf Kreisumfänge ui, u2 bis un des Wickelkerns 212 abgebildet. Der Wickelkern 212 besitzt eine Längsachse 214, die eine Mittelachse für die Kreisumfängen ui, u2 bis un bildet. Die Kreise werden außerdem jeweils in den gleichen Abständen 208, 210 angeordnet, wie sie in der B- Säule 200 definiert sind.
Mit der in Fig. 2a und 2b veranschaulichten Technik wird der Oberflächeninhalt und die Randform der B-Säule 200 in vertretbarer Genauigkeit bei geringem Aufwand, also kostengünstig, auf den Wickelkern abgebildet. Dadurch entfällt jeglicher Verschnitt, da die B- Säule 200 und der Wickelkern 212 flächengleich sind.
Fig. 3a zeigt ein weiteres weiterverarbeitetes Faserhalbzeug 300. Das Faserhalbzeug 300 weist mehrere von einer Faserablegeeinrichtung (nicht gezeigt) kreuzförmig übereinander gelegte Carbonfasern 302, 304, 306 und 308 auf. Ferner umfasst das Faserhalbzeug 300 eine Längsachse 310. Die Carbonfasern 302 und 304 schließen untereinander einen
Faserhalbzeugwinkel 312 ein. Die Carbonfaser 302 und die Längsachse 310 schließen miteinander einen weiteren Faserhalbzeugwinkel 314 ein, auch definierter Winkel genannt.
Die Orientierung der Fasern 302, 304, 306 und 308 legt einen Winkel fest, sodass eine hohe Zugbelastung des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs 300 in den Richtungen 316 erlaubt sein kann. Die Richtungen 316 entsprechen dabei den Längsrichtungen der Fasern 302, 304, 306 und 308.
Das weiterverarbeitete Faserhalbzeug 300 wird mittels eines Elements bzw. Wickelkerns 318 hergestellt. Das Element 318 kann virtuell oder manuell entsprechend der zu Fig. 2a und 2b erläuterten Technik hergestellt sein. Der Wickelkern 318 in Fig. 3b weist eine Drehachse 320 auf. Auf dem Wickelkern 318 sind mehrere Abschnitte einer einzelnen Endlosfaser 322 sichtbar. Die Endlosfaser 322 ist in mehreren Windungen auf dem Wickelkern 318 angeordnet. Die einzelnen Fasern 302, 304, 306 und 308 entsprechen Abschnitten der Endlosfaser 322. Die Endlosfaser 322 schließt einen Wickelkernwinkel 324 mit der Längsachse 320 des Wickelkerns 318 ein, auch zweiter Winkel genannt. Außerdem schließt die Endlosfaser 322 einen weiteren Wickelkernwinkel 326 mit sich selbst ein. Durch mehrfaches Umwickeln des Elements 318 mit der Endlosfaser 322 entsteht ein Faserhalbzeug, das anschließend vom Wickelkern 318 abgeschnitten und weiterverarbeitet wird. Das Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs umfasst ein Umformen und/oder Härten. Beim Umformen werden bestimmte Bereiche des Faserhalbzeugs verwölbt, gestaucht oder gestreckt. Durch das Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs kann ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug wie das weiterverarbeitete Faserhalbzeug 300 hergestellt werden. Die Faserhalbzeugwinkel 312 und 314 des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs 300 werden vor Herstellung des Faserhalbzeugs so auf die Wickelkernwinkel 324 und 326 abgebildet, das aus den Winkeln 324, 326 nach dem Abschneiden, Abnehmen und Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs die Faserhalbzeugwinkel 312, 314 entstehen. Das Abbilden der Winkel kann mittels folgender Schritte erfolgen:
1. abschnittsweise Aufbringen von Markierungen 328 auf die Endlosfaser des auf dem Element 318 angeordneten Faserhalbzeugs,
2. Feststellen des Wickekernwinkels 324 eines Abschnitts zwischen zwei Markierungen 328 bezüglich der Drehachse 320,
3. anschließendes Abschneiden, Abnehmen und Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs
4. Feststellen des Faserhalbzeugwinkels 314 eines Abschnitts zwischen zwei
Markierungen 328 bezüglich der Längsachse 310,
5. Feststellen der Abweichung des Faserhalbzeugwinkels 314 von einem gewünschten
Faserhalbzeugwinkel,
6. wieder bei Schritt 1 beginnen und den Wickelkern winkel 324 derart verändern bzw. anpassen, dass die Abweichung in Schritt 5 kleiner wird,
7. Iteration beenden, wenn die Abweichung unterhalb einer bestimmten Toleranz liegt. Fig. 4a zeigt einen Wickelkern 400 mit einer Längsachse 402. Auf dem Wickelkern 400 ist eine Carbonfaser 404 angeordnet. Der Wickelkern ist im Wesentlichen kegelstumpfförrnig und weist im Abstand 408 von der linken Seite her einen Umfang 410 auf.
Fig. 4b zeigt einen Bootsrumpf 412 mit einer Längsachse 414. Der Bootsrumpf 412 ist aus einer Faserverbundhalbzeugmatte geformt, die vorher auf dem Wickelkern 400 gebildet wurde. Die Carbonfaser 404 auf dem Wickelkern 400 entspricht dabei der Carbonfaser 416 im Bootsrumpf 412. Die Carbonfaser 416 verläuft im Bootsrumpf 400 von der Bugspitze 418 zur Heckunterseite 420, um für eine hohe Zugfestigkeit des Bootsrumpfs 412 in
Längsrichtung zu sorgen. Im Abstand 422 vom Bug ist in Fig. 4b eine Rumpfquerschnittslinie 424 definiert. Der Abstand 422 entspricht dabei dem Abstand 408 und die Länge der
Rumpfquerschnittslinie 424 entspricht dem Umfang 410.
Durch Übertragung mehrerer Abstände und Rumpfquerschnittslängen auf den Wickelkern und einem Ausbilden des Wickelkerns an Hand dieser Abmessungen ist der Wickelkern 400 flächengleich zum Bootsrumpf 412 ausgebildet. Wird auf dem Wickelkern 400 eine
Faserverbundhalbzeugmatte gebildet, dann entlang des Wickelkerns 400 aufgetrennt, und zum Bootsrumpf 412 geformt, so entfällt jeglicher Verschnitt, da der Bootsrumpf 412 und der Wickelkern 400 flächengleich sind.

Claims

ANSPRÜCHE
Element (212; 318; 400) zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, umfassend:
eine Hüllfläche, die das Element (212; 318; 400) definiert, und auf der das
Faserhalbzeug ausbildbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs (200; 300; 412) gebildet ist.
Element (212; 318; 400) nach Anspruch 1 , bei dem die Hüllfläche eine um eine Längsachse (214; 320; 402) des Elements (212; 318; 400) rotationssymmetrische Mantelfläche ist.
Element (212; 318; 400) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Hüllfläche in
Abhängigkeit von der Randform des weiterarbeiteten Faserhalbzeugs (200; 300; 412) gebildet ist.
Element (212; 318; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hüllfläche flächengleich zum Oberflächeninhalt gebildet ist.
Element (212; 318; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Mantelumfänge (ui, u2, un; 410) in Abständen (408) entlang der Längsachse (214; 320; 402) des Elements (212; 318; 400) Faserhalbzeug-Modell-Querlängen (Ii, 12, ln; 402) in denselben Abständen (208; 210; 422) entlang einer Längsachse (202; 310; 414) eines Faserhalbzeug-Modells entsprechen.
Element nach Anspruch 5, bei dem die Abstände
in Bereichen einer Krümmung (204) des weiterarbeiteten Faserhalbzeugs bzw.
Faserhalbzeug-Modell-Querlängen gering (208) sind, und
in linearen Bereichen (206) des weiterarbeiteten Faserhalbzeugs (210) groß sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Herstellung eines Faserhalbzeugs umfassend:
Abbilden des Oberflächeninhalts eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf eine Hüllfläche,
Definieren des Elements anhand der Hüllfläche und
Ausbilden des Elements gemäß der Hüllfläche.
8. Verfahren zur Herstellung eines Elements nach Anspruch 7, ferner umfassend
Abbilden der Hüllfläche als rotationssymmetrische Mantelfläche.
9. Verfahren zur Herstellung eines Elements nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend Abbilden der Hüllfläche in Abhängigkeit der Randform des weiterarbeiteten
Faserhalbzeugs.
10. Verfahren zur Herstellung eines Elements nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend flächengleiches Abbilden des Oberflächeninhalts des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf die Hüllfläche.
1 1. Verfahren zur Herstellung eines Elements nach Anspruch 7, ferner umfassend
Ermitteln der Form des weiterarbeiteten Faserhalbzeugs,
Festlegen von Abständen entlang einer Längsachse des in einem weiterarbeiteten Zustand vorliegenden Faserhalbzeugs,
Ermitteln von Faserhalbzeug-Querlängen in den Abständen, und
Abbilden der Faserhalbzeug-Querlängen auf Mantelumfange des Elements in den Abständen entlang einer Längsachse des Elements.
12. Computerprogrammprodukt zur Erstellung eines Element-Modells (102) mit einer Funktion zum Abbilden eines Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug-Modells (104; 200; 300; 412) auf eine Hüllfläche, die das Element-Modell (102) definiert.
13. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, umfassend:
ein Element (212; 318; 400) mit einer Längsachse (214; 320; 402), einen Faserablegeeinrichtung (108), die eine Faser (302, 304, 306, 308, 322;
416) auf dem Element (212; 318; 400) in einem definierten ersten Winkel (324, 326) zur Längsachse (214; 320; 402) anordnet, um das Faserhalbzeug auszubilden,
eine Weiterverarbeitungseinrichtung (1 10; 1 12) zum Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs zu einem Faserprodukt (104; 200; 300; 412),
dadurch gekennzeichnet, dass
der definierte erste Winkel (324, 326) in Abhängigkeit von einem zweiten Winkel (312, 314) der Faser (302, 304, 306, 308; 322; 416) im Faserprodukt (104; 200; 300; 412) bezüglich einer Längsachse (203; 310; 414) des
Faserprodukts (104; 200; 300; 412) bestimmt ist.
14. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach Anspruch 13, bei der das Element (212; 318; 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
15. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Faserablegeeinrichtung (108) die Faser (302, 304, 306, 308; 416) wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element (212; 318; 400) anordnet.
16. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 13 bis
15, bei der die Faserablegeeinrichtung (108) wenigstens einen Freiheitsgrad aufweist.
17. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 13 bis
16, bei der die Faserablegeeinrichtung (108) die Faser (302, 304, 306, 308; 416) abschnittsweise auf dem Element (212; 318; 400) im definierten ersten Winkel (324, 326) zur Längsachse (214; 320; 402) des Elements (212; 318; 400) anordnet.
18. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 13 bis
17, bei der das Element (212; 318; 400) um seine Längsachse (214; 320; 402) drehbar und die Faserablegeeinrichtung (108) parallel zur der Längsachse (214; 320; 402) bewegbar ist.
19. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 13 bis
18, bei der die Weiterverarbeitungseinrichtung (1 10, 112) eine Schneideeinrichtung (1 10) umfasst.
20. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei der die Weiterverarbeitungseinrichtung (1 10, 1 12) eine Presse (1 12) umfasst.
21 . Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, umfassend:
Definieren eines ersten Winkels einer Faser bezüglich einer Längsachse eines Faserprodukts,
Definieren eines zweiten Winkels in Abhängigkeit vom definierten ersten Winkel und
Anordnen der Faser auf einem Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, um das Faserhalbzeug im ersten und/oder zweiten Winkel bezüglich einer Längsachse des Elements auszubilden.
22. Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach Anspruch 21 , ferner umfassend:
Zuführen einer Matrix während oder vor des Anordnens der Faser auf dem Element.
23. Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend:
Festlegen des ersten Winkels der Faser bezüglich der Längsachse des Faserprodukts in Abschnitten und
Anordnen der Faser auf dem Element im zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Elements in Abschnitten.
24. Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei welchem die Faser wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element angeordnet wird.
25. Verfahren zur Herstellung eines Faserprodukts nach einem der Ansprüche 21 bis 24, ferner umfassend:
Aufschneiden des auf dem Element ausgebildeten Faserhalbzeugs und
Abnehmen des Faserhalbzeugs vom Element.
26. Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem der Ansprüche 21 bis 25, ferner umfassend:
Pressen des Faserhalbzeugs, insbesondere zu einem Faserprodukt. Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach Anspruch 26, ferner umfassend: Verkleben mehrerer Faserprodukte und/oder weiterverarbeiteter Faserhalbzeuge miteinander.
Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs nach einem Ansprüche 21 bis 27, bei dem das Element nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 hergestellt wird.
System (100) zur Herstellung eines Faserprodukts (104), mit:
einer Abbildeeinheit zum Abbilden des Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug- Modells auf eine Hüllfläche eines herzustellenden Wickelkerns (102),
einer Herstelleinheit zum Herstellen des Wickelkerns (212; 318; 400) anhand der Hüllfläche,
einer Wickeleinheit zum Bewickeln (109) der Hüllfläche des Wickelkerns (212; 318; 400) mit einer Faser (416) in wenigstens einem definierten Winkel (324, 326), um ein Faserhalbzeug herzustellen,
einer Schneideeinheit (1 10), die das Faserhalbzeug entlang des Wickelkerns (212; 318; 400) aufschneidet,
einer Trennmitteleinheit, die das aufgeschnittene Faserhalbzeug mit Trennmittel versieht,
einer Presseinheit (112), die das mit Trennmittel versehene Faserhalbzeug zu einem Faserprodukt (104; 200; 300; 412) formt und härtet, und
einer Lasereinheit (1 14), die das Trennmittel wenigstens abschnittsweise vom
Faserprodukt (104; 200; 300; 412) ablaset!.
System (100) zur Herstellung eines Faserprodukts (104) nach Anspruch 29, bei dem die Faser (302, 304, 306, 308; 322; 416) mit einer Matrix imprägniert ist.
System (100) zur Herstellung eines Faserprodukts (104) nach Anspruch 29 oder 30, mit einer Verbindungseinheit, die mehrere Faserprodukte (104) und/oder
Faserhalbzeuge (200; 300; 412) wenigstens abschnittsweise mit einem Haftmittel (1 16) versieht und miteinander verbindet.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2995557A1 (fr) * 2012-09-18 2014-03-21 Aircelle Sa Procede de fabrication de pieces composites, installation de fabrication mettant en oeuvre un tel procede, et pieces composites ainsi fabriquees
DE102014223565A1 (de) * 2014-11-19 2016-05-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und Faserhalbzeug
DE102016110848A1 (de) * 2016-06-14 2017-12-14 Wobben Properties Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Vorformlings
DE102022125198A1 (de) * 2022-09-29 2024-04-04 steptics GmbH Verfahren zur Herstellung von Komposit-Formteilen
FR3163014A1 (fr) * 2024-06-06 2025-12-12 Skf Aerospace France Procédé de fabrication d’une pièce en une matière thermoplastique renforcée de fibres
FR3163015A1 (fr) * 2024-06-06 2025-12-12 Skf Aerospace France Procédé de fabrication d’une pièce en une matière thermodurcissable renforcée de fibres

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1779433A1 (de) 1968-08-10 1971-08-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Verbundbaukoerper mit tragfluegelartiger Gestaltung aus faserverstaerktem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtungen zu seiner Herstellung
DE3133733C2 (de) 1980-08-27 1985-03-21 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststofferzeugnisses

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211818A (en) * 1977-11-30 1980-07-08 Ppg Industries, Inc. Composite strands of resin, carbon and glass and product formed from said strands
US4639387A (en) * 1983-04-25 1987-01-27 Budd Company Fibrous armor material
FR2544656B1 (fr) * 1983-04-25 1988-03-11 Budd Co Procede de realisation d'un materiau de cuirasse et ce materiau
DE3903153A1 (de) * 1989-02-02 1990-08-09 Fraunhofer Ges Forschung Oberflaechenbehandlung von faserverbundwerkstoffen
US5022845A (en) * 1989-04-25 1991-06-11 Hercules Incorporated Segmented mandrel for forming composite articles
DE10217918C1 (de) * 2002-04-23 2003-08-07 Xperion Gmbh Verfahren zur Herstellung von Bauteilen als Faser-Kunststoff-Verbund
US7472736B2 (en) * 2005-02-14 2009-01-06 The Boeing Company Modular head lamination device and method
US7670532B1 (en) * 2005-05-17 2010-03-02 Weaver William R Golf club head and method of making the same
GB0712552D0 (en) * 2007-06-29 2007-08-08 Airbus Uk Ltd Elongate composite structural members and improvements therein
DE102007054645A1 (de) * 2007-11-15 2009-05-28 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1779433A1 (de) 1968-08-10 1971-08-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Verbundbaukoerper mit tragfluegelartiger Gestaltung aus faserverstaerktem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtungen zu seiner Herstellung
DE3133733C2 (de) 1980-08-27 1985-03-21 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststofferzeugnisses

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NEITZEL; MITSCHANG: "Handbuch Verbundwerkstoffe", 2004, HANSER VERLAG
SCHWARTZ: "Composite Materials Handbook", 1991, MCGRAW-HILL VERLAG

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DE102010053635A1 (de) 2012-06-14

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