CH676590A5 - - Google Patents
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Description
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zum Wickeln eines Fasermaterials in eine Vielzahl von Wickellagen mit Hilfe dieser Wickelvorrichtung. Die Wickelvorrichtung hat eine Rotationsachse und zwei Seitenwände.
Energieabsorbierende Balken beziehungsweise Träger, wie Blattfedern, sind für viele Anwendungen, vor allem in der Automobilindustrie, geeignet.
Gegenwärtig werden in der Industrie immer noch Mehrfachblattfedern aus Metall verwendet, obwohl die Vorteile von faserverstärkten Kunststoffblattfedern, zum Beispiel viel leichteres Gewicht, längere Lebensdauer sowie fehlende Korrosionsprobleme seit einigen Jahren bekannt sind, siehe beispielsweise die Literatur, die im US Patent 4414049 zitiert ist. Die besten faserverstärkten Kunststoffblattfedern, die gegenwärtig bekannt sind, sind die sogenannten Parabolfedern, die eine gekrümmte Form in ihrer Längsrichtung und einen Querschnitt aufweisen, der in der Längsrichtung der Feder vom Mittelteil in Richtung der Enden entlang mindestens einem wesentlichen Teil dieser Länge abnimmt. Solche Blattfedern können Energie gleichmässig absorbieren und haben ein ausgezeichnetesFestigkeits/Gewichts-Verhältnis.
Die weitverbreitete Verwendung von metallischen Blattfedern wird vor allem durch die Schwierigkeit verursacht, solche faserverstärkten Kunststoffblattfedern auf wirtschaftliche Art herzustellen.
Bekannte Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffblattfedern sind:
(1) Formpressen von Prepregs/Laminaten und
(2) Wickeln von Filamenten.
Gemäss dem ersten Verfahren werden vorimprägnierte Filamente, gehärtete Laminate oder trockene oder nasse Gewebsschichten in eine Form gelegt. Dieses Verfahren ist Jedoch arbeits-intensiv und daher teuer.
Daher wurden Verfahren zum Wickeln von Filamenten vorgeschlagen.
Im US Patent 4 414 049 ist ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffblattfedern offenbart, worin eine Vielzahl von harzimprägnierten Filamenten zu einem kontinuierlichen Band von nebeneinanderliegenden Fasersträngen gewunden werden. Die nebeneinanderliegenden Stränge werden um ein Muster gewickelt, das aus einer Vielzahl von Stiften auf einer Basisplatte gebildet wird. Die Anzahl der Stifte wird erhöht, während die nebeneinanderliegenden Stränge um die stifte gewickelt werden. Die Basisplatte, in welche die Stifte eingefügt sind, wird rotiert. Wenn das Umwickeln abgeschlossen ist, ist die Dicke des gebildeten Balkens in dem Bereich am grössten, der durch den ersten Satz Stifte gebildet wird, und in dem Bereich am geringsten, der durch den letzten Satz Stifte gebildet wird. Nachdem das Umwickeln abgeschlossen ist, werden die Stränge aufgeschnitten und in die gewünschte Lage gefaltet. Die gewickelten Stränge werden dann in eine Form gelegt, welche verschlossen und Hitze und Druck ausgesetzt wird, um den faserverstärkten Kunststoff auszuhärten.
Obwohl Blattfedern mit gewünschter Form durch dieses Verfahren erhalten werden können, ist es immer noch nicht wirtschaftlich. Die rotierende Basisplatte muss jedes Mal gestoppt werden, wenn zusätzliche Stifte eingesetzt werden.
Die Europäische Patentanmeldung 0 200 076 offenbart ein ähnliches Wickelverfahren. Die Wickelvorrichtung enthält eine Rotationsachse und zwei Endwände, die senkrecht zur Rotationsachse und in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Jede Endwand ist mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, in die Stifte eingeführt werden können. Fasermaterial wird um die Stifte gewickelt. Das offenbarte Verfahren basiert auf dem gleichen Prinzip wie das Verfahren im US Patent 4 414 049 und hat leider die gleichen Nachteile. Das Wickeln muss jedes Mal unterbrochen werden, wenn zusätzliche Stifte einzusetzen sind. Dies macht das Verfahren langsam und unwirtschaftlich.
Demgemäss wäre es erwünscht, ein Verfahren und eine Wickelvorrichtung zum Wickeln des Fasermaterials für einen faserverstärkten Kunststoffbalken bereitzustellen, welches das Wickeln mit einer vernünftig hohen Geschwindigkeit erlaubt und welches nicht einen häufigen Unterbruch des Wickelprozesses erfordert.
Dementsprechend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Wickelvorrichtung, die eine Rotationsachse und zwei Seitenwände aufweist, die senkrecht zur Rotationsachse angeordnet sind, und die Wickelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenwand mit zwei Schlitzen versehen ist, die sich vom mittleren Teil der Seitenwand im wesentlichen parallel zu den Kanten der Seitenwand nach beiden äusseren Enden der Seitenwand erstrecken, und dass ein Bolzenvorrat der Wickelvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Bolzen einen kleineren Durchmesser als die Schlitzbreite und und eine grössere Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwändert aufweisen.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Wickeln eines Fasermaterials in eine Vielzahl von Wickellagen, die aus einer oder mehreren Wicklungen des Fasermaterials bestehen, wobei die Wickellagen unterschiedliche Ausdehnungen in der Richtung haben, in die der Hauptteil des Fasermaterials während des Wickelverfahrens ausgerichtet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es mit Hilfe der er-findungsgemässen Wickelvorrichtung durchgeführt wird und mindestens ein Bolzen, der eine grössere Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden der Wickelvorrichtung und einen kleineren Durchmesser als die Breite der Schlitze in den beiden Seitenwänden aufweist, in zwei benachbarte Schlitze in den beiden Seitenwänden gespie-sen wird, während die Wickelvorrichtung in Rotation ist, die oder der Bolzen mit einer oder mehreren Wicklungen aus Fasermateria! umgeben wird, mindestens ein zusätzlicher Bolzen in zwei benachbarte Schlitze in den beiden Seitenwänden gespiesen wird, während das Wickeln des Fasermaterials fort5
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung 5 sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewickelte Fasermaterial ist für einen faserverstärkten Kunststoffbalken geeignet, welcher einen Querschnitt aufweist, der in der Längsrichtung des 10 Balkens vom Mittelteil in Richtung der Enden entlang mindestens eines Teils dieser Länge abnimmt.
Fig. 1 illustriert eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen 15 Wickelvorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung einer Seitenansicht auf die in Figur 1 dargestellte Wickelvorrichtung.
Fig. 3 illustriert eine Seitenansicht auf den mittle- 20 ren Teil einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Wickelvorrichtung.
Fig. 4a und 4b illustrieren eine Längsansicht auf einen faserverstärkten Kunststoffbalken, welcher Fasermaterial enthält, das gemäss einer Ausfüh- 25 rungsform des erfindungsgemässen Verfahrens gewickelt worden ist.
Die Erfindung ist spezieil für faserverstärkte Kunststoffbalken geeignet, insbesondere in der 30 Form von Blattfedern.
Das Fasermaterial, welches zur Herstellung des faserverstärkten Balkens verwendet wird, besteht vorzugsweise aus Glasfasern. Es kann jedoch auch aus Fasern verschiedenen natürlichen und 35 synthetischen Materials bestehen, wie zum Beispiel Baumwolle, Polyäthylenglykolterephthalat, Poly-acrylnitril, Polyamid, Aramid, Kohlenstoff und aus keramischen Fasern.
Das Fasermaterial kann zum Beispiel in der Form 40 von Filamenten, Garnen oder Rovings verwendet werden. Rovings oder Garne können aus Filamenten nach bekannten Methoden hergestellt werden, z.B. wie es im US Patent 4 414 049 beschrieben ist. Andererseits können die Fasern in Bandform nach 45 Techniken fixiert werden, die in der Textilindustrie gut bekannt sind. Um die Torsionsfestigkeit des faserverstärkten Kunststoffbalkens zu erhöhen,
kann z.B. ein gewobenes Band, das hauptsächlich parallele Filamente enthält, auch Filamente aufwei- 50 sen, die sich diagonal zur Richtung des Hauptanteils der Fäden erstrecken.
Das Fasermaterial kann vor dem Wickelverfahren imprägniert werden, aber es ist sehr bevorzugt, es erst nach dem Wickelverfahren zu imprägnie- 55 ren. Es ist bedeutend einfacher, trockene Fasern zu wickeln als imprägnierte Fasern. Als Alternative sind halbtrockene Fasern im Wickelverfahren geeignet, zum Beispiel licht-härtbare Polyesterpre-preg-Rovings. Der Kunststoff, der zum Imprägnie- 60 ren des Fasermaterials verwendet wird, ist vorzugsweise ein Polyester- oder Vinylester- und insbesondere ein Epoxidharz. Heiss aushärtbare Harze sowie Harze, die bei Raumtemperatur ausgehärtet werden können, können verwendet werden. 65
Das Fasermaterial kann mit dem Harz imprägniert werden, wie es in der Europäischen Patentanmeldung 0 200 076 beschrieben ist. Nachdem das Fasermaterial wie unten beschrieben aufgewickelt und imprägniert worden ist, wird es in Balkenform in eine Form gelegt, die einen Hohlraum aufweist, der der gekrümmten Oberfläche des Balkens angepasst ist. Der Grossteil des Fasermaterials ist in der Längsrichtung des Balkens orientiert. Der Balken wird dann geformt und das Harz ausgehärtet. Vorzugsweise wird das Fasermaterial in Längsrichtung des Balkens gestreckt, wenn es in die Form gelegt wird. Als Alternative wird das trockene Fasermaterial in der Form eines Balkens in die Form gelegt und das Harz wird in die Form eingespritzt und ausgehärtet.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hat die in Fig. 1 illustrierte Wickelvorrichtung 1 eine Rotationsachse 3 und zwei Seitenwände 5, 7. Die Rotationsachse hat vorzugsweise einen entfernbaren Zentralbolzen 13, welcher vorzugsweise mit einer Längsöffnung 15 versehen ist. Die Seitenwände 5, 7 sind je mit zwei Schlitzen 9a, 9b und 11a, 11b versehen. Die Schlitze erstrecken sich im mittleren Teil 10, 12 von jeder Seitenwand, das heisst von dem Teil, welcher sich nahe der Rotationsachse 3 befindet, im wesentlichen parallel zu den Kanten der Seitenwand nach beiden äusseren Enden der Seitenwand. Diese äusseren Enden haben den grössten Rotationsradius, wenn die Wickelvorrichtung in Betrieb ist. Es ist nicht notwendig, dass die Schlitze sich in beiden Seitenwänden entlang der gesamten Dicke der Seitenwand ausdehnen, das heisst die Schlitze 9a und/oder 9b in Seitenwand 5 oder die Schlitze 11a und/oder 11 b in Seitenwand 7 können die Form einer Nut aufweisen, deren Öffnung der andern Seitenwand der Wickelvorrichtung zugewandt ist. Wenn die Wickelvorrichtung in Betrieb ist, kann sie durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben werden. Der Motor kann so angeordnet sein, dass beide Seitenwände 5, 7 synchron, aber separat rotiert werden. Vorzugsweise treibt der Motor jedoch nur eine Seitenwand an und die Triebkraft wird von dieser Seitenwand auf die andere Seitenwand mittels mindestens einem, vorzugsweise zwei Verbindungsstücken 39a, 39b übertragen. Die Verbindungsstücke 39a, 39b haben vorzugsweise die Form einer konischen Platte. Die konischen Platten sind länger als der Abstand zwischen den Seitenwänden 5,7 und haben eine solche Dicke, dass sie in die Schlitze 9a, 11a und 9b, 11b passen.
Ein Bolzenvorrat 21a, 21b, 21c ist der Wickelvorrichtung zugeordnet. Die Bolzen haben einen kleineren Durchmesser als die Breite der Schlitze 9a, 9b, 11a, 11b und haben eine grössere Läge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden 5, 7. Vorzugsweise haben die Bolzen a) ein zylindrisches Stück, das einen kleineren Durchmesser als die Schlitzbreite und eine grössere Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden 5, 7 aufweist und b) ein Endstück, wobei sich eine im wesentlichen kreisförmige Nut zwischen dem zylindrischen Stück und dem Endstück befindet. Vorzugsweise hat das Endstück auch eine zylindrische Form und etwa denselben Durchmesser wie das zylindrische Stück a). Andererseits können die
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Bolzen aus dem oben beschriebenen zylindrischen Stück a) und einem kopfförmigen Endstück b) entstehen, welches einen grösseren Durchmesser als das zylindrische Stück a) aufweist. Als weitere Alternative können die Bolzen einen anderen Querschnitt aufweisen und mit nach aussen weisenden Messerkanten versehen sein, deren Ausdehnung mindestens einem wesentlichen Teil der Bolzenlänge entspricht.
Die Bolzen 21a, 21b, 21c befinden sich in einem Lagerbehälter 31. Verschiedene Typen von Lagerbehältern sind geeignet, beispielsweise Bolzenmagazine. Der Lagerbehälter sollte eine einfache Entfernung einer gewählten Anzahl an Bolzen erlauben. Vorzugsweise hat der Lagerbehälter 31 eine Bodenplatte 41, zwei Endwände 43, 45 und zwei Deckenteile 47, 49. Vorzugsweise hat der Lagerbehälter 31 zwei seitliche Nuten 55, 57, wobei jede Nut durch ein Deckenteil, eine Endwand und die Bodenplatte gebildet wird. Der Lagerbehälter ist um einen Drehpunkt 53 rotierbar. Vorzugsweise ist eine Seite der Bodenplatte 41 nicht bündig mit den Endwänden 43, 45, sondern steht hervor. Ein Bolzenhalter 51 ist am hervorstehenden Teil der Bodenplatte fixiert. Der Bolzenhalter 51 hat vorzugsweise die Form einer Stange, welche an der Bodenplatte 41 in paralleler Richtung zu den Bolzen 21a, 21b und 21c fixiert ist und welche kürzer ist als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden 5,7 der Wickelvorrichtung 1.
Obwohl nur ein Lagerbehälter 31 in Fig. 1 gezeigt ist, können mehrere Lagerbehälter, beispielsweise 2 oder 3, der erfindungsgemässen Wickelvorrichtung zugeordnet sein. Dies erlaubt ein einfaches Variieren der Anzahl der Bolzen, die in die Schlitze 9a, 11a und 9b, 11b während einer Umdrehung der Seitenwände 5, 7 gefüttert werden können, wenn die Wickelvorrichtung in Betrieb ist.
Jede Seitenwand 5,7 wird durch die beiden Schlitze, welche in einer Seitenwand nutförmig sein können, in vier Schenkel 17a, 17b, 17c, 17d; 19a, 19b, 19c, 19d aufgeteilt. Vorzugsweise ist ein Schenkel 17b, 17c; 19b, 19c jedes durch einen Schlitz getrennten Schenkelpaares mit einem hervorstehenden Ende 23a, 23b; 25a, 25b versehen, welches länger ist als der Radius der Bolzen 21a, 21b, 21c ist. Die vier hervorstehenden Enden 23a, 23b; 25a, 25b, das heisst zwei pro Seitenwand, sind rotationssymmetrisch in bezug auf die Rotationsachse 3 und spiegelsymmetrisch zu einer Ebene angeordnet, welche parallel zu den Seitenwänden 5 und 7 ist. Die Länge der hervorstehenden Enden hängt davon ab, wie viele Bolzen 21a, 21b, 21c in die Schlitze 9a und 11a, 9b und 11b auf einmal gefüttert werden sollen. Wenn nur ein Bolzen auf einmal in einen Schlitz zu füttern ist, haben die hervorstehenden Enden eine Länge, die grösser als der Radius und höchstens so gross wie der Durchmesser eines Bolzens ist. Wenn die hervorstehenden Enden länger sind, kann mehr als ein Bolzen in einen Schlitz gefüttert werden, wenn die Wickelvorrichfung in Betrieb ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wickelvorrichtung ist jede Seitenwand 5, 7 an ihren äusseren Enden mit seitlichen Verlängerungen 27a, 27b; 29a, 29b versehen, welche perforiert sind. Anstelle einer Perforation können die seitlichen Verlängerungen einen Schlitz aufweisen und mit einer Sperrvorrichtung, z.B. einer nach aussen weisenden Sperrklinke, versehen sein. Der oben beschriebene Lagerbehälter hat vorzugsweise eine kleinere Breite als der Abstand zwischen den beiden benachbarten seitlichen Verlängerungen 27a und 29a, 27b und 29b. Wickelvorrichtung 1 hat zudem Spulen 33a, 33b, welche vorzugsweise hohl sind und welche an den seitlichen Verlängerungen 27a und 29a; 27b und 29b mit Hilfe von (nicht gezeigten) Stiften befestigt werden können, die durch die Perforationen in den beiden benachbarten seitlichen Verlängerungen und durch die hohle Spule geschoben werden können. Die Wickelvorrichtung kann zudem einen oder mehrere Spulenhalter 37a, 37b, ein oder mehrere Schneidwerkzeuge 35a, 35b und einen oder mehrere Bolzenentferner 59a, 59b aufweisen, deren Funktionen detaillierter erläutert wird, wenn das erfindungsgemässe Wickelverfahren beschrieben wird.
Die oben beschriebene Wickelvorrichtung 1 ist geeignet, das Fasermaterial für einen faserverstärkten Kunststoffbalken zu wickeln, welcher entlang mindestens einem wesentlichen Teil der Balkenlänge einen abnehmenden Querschnitt in der Längsrichtung ausgehend vom Mittelteil in Richtung der Enden aufweist und welcher in eine gekrümmte Form gebracht werden kann. Bevor man die Wickelvorrichtung in Betrieb nimmt, werden parallele Filamente, Rovings oder Garne, die allenfalls zu Strängen oder Bändern verbunden worden sind, in die Längsöffnung 15 des Zentralbolzens 13 eingeführt. Wenn nur eine Seitenwand 5 oder 7 so ausgestaltet ist, dass sie durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben werden kann, werden vorzugsweise zwei Verbindungsstücke 39a, 39b in die Schlitze 9a und 11a, 9b und 11b eingefügt, vorzugsweise nahe der Rotationsachse 3, um die beiden Seitenwände 5 und 7 fest miteinander zu verbinden. Vor oder nach der Einführung der Verbindungsstücke 39a, 39b in die Schlitze der Wickelvorrichtung 1, werden die Filament-, Roving-, Garn- oder Strangenden oder das Bandende in die Längsöffnung 15 eingeführt. Um die Einführung der Roving-, Faden- oder Strangenden in die Längsöffnung 15 zu erleichtern, werden diese Enden vorzugsweise miteinander verbunden, beispielsweise mittels eines hitzehärtbaren oder thermoplastischen Harzes. Beispielsweise können die Enden mittels eines Harzes auf einem Plättchen befestigt werden, weiches in die Längsöffnung 15 passt. Die Wickelvorrichtung 1 wird dann in Betrieb gesetzt und die erwünschte Anzahl Wicklungen des Fasermaterials wird um den Zentralbolzen 13 und um die Verbindungsstücke 39a, 39b gewickelt. Während die Rotation der Wickelvorrichtung fortgesetzt wird, wird der Lagerbehälter 31 für die Bolzen 21a, 21b, 21c nahe genug an die rotierenden Seitenwände 5, 7 gebracht, um es den hervorstehenden Enden 23a und 25a oder 23b und 25b zu ermöglichen, die gewünschte Anzahl an Bolzen 21a, 21b aus dem Lagerbehälter herauszuheben. Beispielsweise kann der Lagerbehälter 31 um einen Drehpunkt 53 bewegt werden und/oder entlang einer (nicht gezeigten) Achse verschoben werden. Besonders bevorzugt findet der Kontakt zwischen den hervorste5
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henden Enden der Seitenwände 5, 7 und der oder des aus dem Lagerbehälter 31 zu entfernenden Bolzen statt, wenn der Winkel zwischen den Seitenwänden 5, 7 und einer horizontalen Ebene von 20° bis 60° ist. Die hervorstehenden Enden 23a und 25a oder 23b und 25b heben dann einen oder mehrere Bolzen, die sich am nächsten beim Bolzenhalter 51 befinden, aus dem Lagerbehälter 31. Die Bolzen gleiten dann in den Schlitzen gegen den mittleren Teil 10, 12 der Seitenwände, bis sie das Fasermaterial berühren, das die Verbindungsstücke 39a, 39b umhüllt. Nachdem die Seitenwände 5, 7 etwa weitere 180° um die Rotationsachse 3 rotiert sind, entfernen die hervorstehenden Enden 23b und 25b oder 23a und 25a, die sich den oben erwähnten Enden gegenüber befinden, wieder einen oder mehrere Bolzen aus dem Lagerbehälter 31. Der Lagerbehälter 31 wird dann aus der Reichweite der hervorstehenden Enden entfernt, und das Wickeln des Fasermaterials wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl Wicklungen erreicht ist. Der Lagerbehälter 31 für die Bolzen 21 a, 21b, 21c wird dann wiederum in Reichweite der hervorstehenden Enden 23a und 25a oder 23b und 25b der Seitenwände 5, 7 gebracht, zwei benachbarte hervorstehende Enden 23a und 25a oder 23b und 25b heben wiederum einen oder mehrere Bolzen aus dem Lagerbehälter 31, die oder der Bolzen gleitet gegen den mittleren Teil 10,12 der Seitenwände 5, 7, bis er das Fasermaterial berührt, das um den oder die ersten Bolzen gewickelt ist, die Seitenwände 5, 7 rotieren etwa 180° weiter um die Rotationsachse 3, die Bolzenaufnahme mit einem Paar hervorstehender Enden 23b, 25b oder 23a, 25a, die dem ersten Paar hervorstehenden Enden gegenüber liegen, wird wiederholt und die gewünschte Menge an Fasermaterial wird um diese Bolzen gewickelt.
Das Verfahren wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl Bolzen in die Schlitze gespiesen ist und die gewünschte Menge Fasermaterial um die Bolzen gewickelt ist. Während des ganzen Verfahrens rotieren die Seltenwände 5 und 7 um die Rotationsachse 3.
Viele Variationen der oben beschriebenen Sequenz des Einspeisens der Bolzen in die Schlitze und des Umhüllens der Bolzen mit dem Fasermaterial sind möglich. Die Sequenz von Bolzen und Faserumhüllungen kann der gewünschten Form des faserverstärkten Kunststoffbalkens angepasst werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Bolzen 21a, 21b, 21c in die Schlitze 9a und 11a und/oder 9b und 11b eingespiesen werden, bevor eine wesentliche Menge an Fasermaterial um die Verbindungsstücke 39a, 39b gewickelt wird. Wie oben in bezug auf Fig. 1 beschrieben ist, werden nicht unbedingt Verbindungsstücke 39a, 39b in die Wickelvorrichtung 1 eingeführt. Weiterhin können asymmetrische faserverstärkte Kunststoffbalken erhalten werden, indem man mehr Bolzen in die zwei benachbarten Schlitze 9a und 11a füttert als in die zwei benachbarten Schlitze 9b und 11b oder indem Bolzen in die Schlitze 9a und 11a in zeitlichen Abständen gespiesen werden, die sich von den zeitlichen Abständen, in denen die Bolzen in die Schlitze 9b und 11b gespiesen werden, unterscheiden. Durch eine geeignete Wahl der Länge der hervorstehenden Enden 23a, 23b; 25a, 25b und indem man den geeigneten Abstand des Lagerbehälters 31 von den hervorstehenden Enden wählt, können mehr als ein Bolzen in die Schlitze in den Seitenwänden 5, 7 gespiesen werden und die Bolzenzahl kann während des Wickelverfahrens variiert werden. Als Alternative kann die Anzahl der eingespiesenen Bolzen während des Wickelverfahrens variiert werden, indem man wie oben beschrieben mehr als einen Lagerbehälter verwendet.
Die Form und Grösse der faserverstärkten Kunststoffgegenstände kann variiert werden, indem man die Anzahl und den Typ der Faserwicklungen, die Anzahl der in die Schlitze eingespiesenen Bolzen sowie die Häufigkeit der Bolzeneinspeisung variiert. Beispielsweise wird ein paralleler Mittelteil eines faserverstärkten Kunststoffbalkens erhalten, wenn die Verbindungsstücke 39a, 39b und/ oder eine erste Bolzenmenge in den Schlitzen mit einer grossen Menge Fasermaterial umwickelt wird. Wenn das Einspeisen der Bolzen und das Wickeln des Fasermaterials fortgesetzt wird, nimmt der Querschnitt des gewickelten Fasermaterials in Längsrichtung ab, ausgehend vom mittleren Teil gegen die äusseren Enden der Seitenwände. Wenn es gewünscht ist, faserverstärkte Kunststoffbalken mit parallelen Endabschnitten herzustellen (siehe Fig. 4a und 4 b und ihre Beschreibung), wird das Wickeln des Fasermaterials fortgesetzt, nachdem der letzte Bolzen in die beiden benachbarten Schlitze 9a, 11a oder 9b, 11b gefüttert worden ist, bis die gewünschte Länge der parallelen Endabschnitte erreicht ist. Eine Spule 33a, 33b ist vorzugsweise an jedem Paar von perforierten seitlichen Verlängerungen 27a, 29a und 27b, 29b befestigt, beispielsweise mittels eines (nicht gezeigten) Stiftes, welcher durch die Perforation oder den Schlitz in den seitlichen Verlängerungen und durch die Spulenmitte geführt wird. Die Spulen werden dann mit einer oder mehreren Fasermaterialwicklungen umgeben.
Wenn das Wickeln des Fasermaterials beendet ist, wird die Rotation der Seitenwände 5 und 7 gestoppt. Die Spulen 33a und 33b werden an den Spulenhaltern 37a, 37b einer (nicht gezeigten) Streckvorrichtung befestigt. Die Mittel zum Befestigen der Spulen 33a und 33b an den seitlichen Verlängerungen 27a, 29a und 27b, 29b, beispielsweise (nicht gezeigte) Stifte, werden dann entfernt. Die Faserwickellagen in Schlaufenform werden gestreckt, indem man den Abstand zwischen den Spulenhaltem 37a und 37b vergrössert. Vor, während oder nach dem Strecken der Faserwickellagen wird der Zentralbolzen 13 von der Wickelvorrichtung entfernt. Mindestens die Faserwickellage, die der Rotationsachse 3 am nächsten ist, wird senkrecht zur Hauptorientierung des Fasermateriats und senkrecht zur Rotationsachse zusammengedrückt. Die Verbindungsstücke 39a, 39b werden von den Schlitzen entfernt, eine Schneidevorrichtung 35a, 35b wird in jedes Paar benachbarter Schlitze 9a, 11a und 9b, 11b in der Nähe der Rotationsachse 3 eingeführt und die Bolzen werden von den Schlitzen entfernt. Wenn die Wickelvorrichtung mit Verbindungsstücken versehen ist, werden sie vorzugs5
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weise zuerst aus den Schlitzen entfernt und dann werden die Schneidevorrichtungen 35a, 35b an deren Stelle gesetzt. Die Bolzen 21a, 21b, 21c können aus den Schlitzen entfernt werden, bevor, während oder vorzugsweise nachdem die Schneidevorrichtungen in die Schlitze gebracht worden sind. Wenn die Wickelvorrichtung 1 keine Verbindungsstücke 39a, 39b aufweist, ist es bevorzugt, die am nächsten bei der Rotationsachse liegenden Bolzen zu entfernen, dann die Schneidevorrichtungen in die Schlitze einzuführen und dann die verbleibenden Bolzen aus den Schlitzen zu entfernen. Die Bolzen werden vorzugsweise seitlich aus den Schlitzen mittels Bolzenentfernern 59a, 59b entfernt, welche vorzugsweise zangenförmig sind. Die Bolzenentferner 59a, 59b werden vorzugsweise senkrecht zu den Seitenwänden 5,7 bewegt, um die Bolzen aus den Schlitzen zu entfernen. Die Schneidevorrichtungen 35a, 35b werden dann in den Schlitzen vom mittleren Teil der Seitenwände 5, 7 ausgehend gegen deren äussere Enden bewegt, wober alle Faserwickellagen in Schlaufenform mit der Ausnahme der Wickellage um die Spulen 33a und 33b zerschnitten werden. Wenn die Bolzen mit Messern versehen sind, können die Faserwickellagen zerschnitten werden, indem man die Bolzenentferner 59a, 59b parallel zu den Seitenwänden vom mittleren Teil der Seitenwände ausgehend in Richtung deren äusseren Enden bewegt, wobei gleichzeitig die Bolzen aus den Schlitzen entfernt und die Faserwickellagen zerschnitten werden.
Das Fasermaterial wird dann in eine Form gebracht, während es immer noch unter Spannung steht, die durch die (nicht gezeigte) Streckvorrichtung verursacht wird, welche mit den Spulenhaltern 37a, 37b versehen ist. Das Fasermaterial wird dann in der Form imprägniert und wie beschrieben ausgehärtet. Da die Faserwickellage um die Spulen 33a, 33b nicht zerschnitten ist, enthält das Fasermaterial endständige Schlaufen. Wenn diese Schlaufen unerwünscht sind, kann dieser Teil des Fasermaterials entfernt werden. Beispielsweise kann das Fasermaterial in eine Form gelegt werden, die kürzer ist als die Länge des Fasermaterials entlang seiner Hauptrichtung. Beide Enden des Fasermaterials, die aus der Form hervorstehen, können abgeschnitten werden. In vielen Fällen ist es jedoch bevorzugt, die Schlaufen nicht zu entfernen. Beispielsweise sind sie geeignet, um die faserverstärkten Kunststoffbalken aufzuhängen.
Die Wickelvorrichtung und das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung erlauben eine kontinuierliche Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbalkens, welcher die gewünschte Form und ein hohes Mass an Faserorientierung aufweist, was wichtig ist für die erforderlichen Eigenschaften des Balkens, wie zum Beispiel ein hervorragendes Festigkeits/Gewicht-Verhältnis.
Fig. 2 illustriert schematisch eine Seitenansicht auf die Wickelvorrichtung 101, die eine Rotationsachse 103 aufweist. Die Seitenwand 105 hat einen mittleren Teil 110 und vier Schenkel 117a, 117b und 117c, 117d. Die Schenkel 117a, 117b und 117c, 117d werden durch zwei Schlitze 109a, 109b getrennt Zwei Schenkel 117b, 117c haben hervorstehende Enden 123a, 123b, welche rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 103 angeordnet sind. Die Bolzen 121a und 121b sind während einer einzigen Drehung der Seitenwand 105 in die Schlitze 109a und 109b eln-gespiesen worden. Die Bolzen 121a und 121b sind dann mit einer Wickellage aus Fasermaterial 161 umwickelt worden, zusätzliche Bolzen 121c und 121d sind in die Schlitze eingespiesen worden, welche wiederum mit einer Wickellage aus Fasermaterial umwickelt worden sind, und die Einspeisung der Bolzen und das Wickeln des Fasermaterials ist fortgesetzt worden, bis das Verfahren den durch Fig. 2 illustrierten Zustand erreicht hat. Fig. 2 illustriert weiter, wie die Bolzen 121x, 121y und 121z, welche sich immer noch im Lagerbehälter 131 befinden, mittels des hervorstehenden Endes 123a aus dem Lagerbehälter gehoben werden können.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3 hat die Seitenwand 205 zwei Schlitze 209a, 209b. Die Breite der Schlitze 209a, 209b ist in der Nähe der Rotationsachse 203 verjüngt. Der verjüngte Teil der Schlitze 209a, 209b ist kleiner als der Durchmesser der Bolzen 221 a, 221 b, 221c, 221 d. Die in Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen (in Fig. 3 nicht gezeigten) Verbindungsstücke und Schneidewerkzeuge können in diese Teile der Schlitze mit geringerer Breite eingefügt werden.
Die Fig. 4a und 4b illustrieren einen faserverstärkten Kunststoffbalken, der gemäss einem erfindungsgemässen bevorzugten Verfahren hergestellt worden ist. Fig. 4a illustriert eine Längsansicht auf einen faserverstärkten Kunststoffbalken in gestreckter Form, bevor er in eine Form gelegt wird. Fig. 4b illustriert eine Längsansicht auf einen faserverstärkten Kunststoffbalken, der eine gekrümmte Oberfläche in seiner Längsrichtung aufweist, nachdem er in einer Form verformt worden ist. Die Wickellagen 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g in Schlaufenform sind in der neutralen Achse geschnitten worden. Die Fasern sind hochgradig orientiert. Der faserverstärkte Kunststoffbalken enthält einen mittleren Abschnitt 2 und zwei Endabschnitte 6a, 6b mit Endschlaufen 8a, 8b. Die Faserwickellagen im mittleren Abschnitt und in den beiden Endabschnitten sind im wesentlichen parallel. Der Kunststoffbalken enthält auch zwei konische Abschnitte 4a, 4b.
Claims (1)
- Patentansprüche1. Wickelvorrichtung (1) mit einer Rotationsachse (3) und zwei senkrecht zur Rotationsachse angeordneten Seitenwänden (5, 7), dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenwand (5,7) mit zwei Schlitzen (9a, 9b; 11a, 11b) versehen ist, die sich vom mittleren Teil (10, 12) im wesentlichen parallel zu den Kanten der Seitenwand nach beiden äusseren Enden der Seitenwand erstrecken, und dass ein Bolzenvorrat (21a, 21b, 21c) der Wickelvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Bolzen einen kleineren Durchmesser als die Schlitzbreite und eine grössere Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden (5,7) aufweisen.2. Wickelvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (3)5101520253035404550556065611CK 676 590 A512einen entfernbaren Zentralbolzen (13) aufweist, der mit einer Längsöffnung (15) versehen ist.3. Wickelvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen (21a, 21b, 21c)a) ein zylindrisches Stück mit einem kleineren Durchmesser als die Schlitzbreite (9a, 9b; 11a, 11b) und einer grösseren Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden (5,7) und b) ein Endstück aufweisen, wobei eine im wesentlichen ringförmige Nut zwischen dem zylindrischen Stück und dem Endstück angeordnet ist.4. Wickelvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenwand (5, 7) durch die zwei Schlitze (9a, 9b; 11a, 11b) invierSchenkel (17a, 17b, 17c, 17d; 19a, 19b, 19c, 19d) aufgeteilt ist und einer der beiden durch einen Schlitz getrennten Schenkel (17b, 17c; 19b, 19c) mit einem hervorstehenden Ende (23a, 23b; 25a, 25b) versehen ist, welches länger als der Radius der Bolzen (21a, 21b, 21c) ist.5. Wickelvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenwand (5,7) an ihrem äusseren Ende mit seitlichen Verlängerungen (27a, 27b; 29a, 29b) versehen ist, welche perforiert sind.6. Wickelvorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bolzen (21a, 21b, 21c) in einem oder mehreren Vorratsbehältern (31) mit einer geringeren Breite als der Abstand zwischen den beiden nebeneinanderliegenden seitlichen Verlängerungen (27a und 29a; 27b und 29b) befinden.7. Verfahren zum Betrieb der Wickelvorrichtung nach Patentanspruch 1 zum Wickeln eines Fasermaterials in eine Vielzahl von Wickellagen, bestehend aus einer oder mehreren Wicklungen des Faserma-terials, wobei die Wickellagen unterschiedliche Ausdehnungen in der Richtung haben, in die der Hauptteil des Fasermaterials während des Wickelverfahrens ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bolzen (21a, 21b, 21c), der eine grössere Länge als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden (5, 7) der Wickelvorrichtung und einen kleineren Durchmesser als die Breite der Schlitze (9a, 9b; 11a, 11b) in den beiden Seitenwänden aufweist, in zwei benachbarte Schlitze (9a und 11 a; 9b und 11 b) in den beiden Seitenwänden gespiesen wird, während die Wickelvorrichtung in Rotation ist, die oder der Bolzen mit einer oder mehreren Wicklungen aus Fasermaterial umgeben wird, mindestens ein zusätzlicher Bolzen in zwei benachbarte Schlitze in den beiden Seitenwänden gespiesen wird, während das Wickeln des Fasermaterials fortgesetzt wird, und das Umwickeln des oder der Bolzen mit dem Fasermaterial und das Einspeisen von Bolzen fortgesetzt wird, bis die gewünschte Anzahl an Faserwickellagen erreicht ist.8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenwand (5, 7) der Wickelvorrichtung (1) an ihren äusseren Enden mit perforierten seitlichen Verlängerungen (27a, 27b; 29a, 29b) versehen ist, das Wickeln des Fasermaterials fortgesetzt wird, nachdem der letzte Bolzen in zwei benachbarte Schlitze (9a, 11a; 9b, 11b) gespiesen worden ist, eine Spule (33a, 33b) an jedes Paar benachbarter seitlicher Verlängerung (27a, 29a und 27b, 29b) befestigt wird und die Spulen mit einer oder mehreren Wicklungen aus Fasermaterial umgeben werden.9. Verfahren nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelvorrichtung (1) eine Rotationsachse (3) mit einem entfernbaren Zentralbolzen (13) aufweist, welcher von der Wickelvorrichtung entfernt wird, nachdem das Wickeln des Fasermaterials abgeschlossen ist, mindestens die der Rotationsachse am nächsten liegende Faserwickellage senkrecht zur Hauptrichtung des Fasermaterials und senkrecht zur Rotationsachse zusammengedrückt wird, die Bolzen (21a, 21b, 21 c) von den Schlitzen (9a, 11a; 9b, 11 b) entfernt werden, eine Schneidevorrichtung (35a, 35b) in jedes Paar benachbarter Schlitze (9a, 11a und 9b, 11b) in nächster Nähe der Rotationsachse (3) eingeführt wird, bevor, während oder nachdem die Bolzen von den Schlitzen entfernt worden sind und die Schneidevorrichtungen in den Schlitzen (9a, 11a und 9b, 11b) gegen die äusseren Enden der Seitenwände (5, 7) bewegt werden, wobei die Schlaufen der Faserwickellagen zerschnitten werden.10. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (33a, 33b) an eine Streckvorrichtung befestigt werden, die mit zwei Spulenhaltem (37a, 37b) versehen ist.51015202530354045505560657
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