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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur,
mit einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung, welche Fasergebilde-Halter
umfasst und welche mehrteilig ausgebildet ist mit einem ersten Teil
und einem zweiten Teil, wobei das erste Teil und das zweite Teil
relativ zueinander schwenkbar sind.
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Bauteile
werden zur Verbesserung von Festigkeit und Steifigkeit mit Faser(verstärkungs)strukturen
versehen. Es werden dazu beispielsweise Kohlefasern eingesetzt,
welche bei niedrigem Gewicht gute Werkstoffeigenschaften aufweisen.
Um die Eigenschaften der Fasern optimal nutzen zu können, ist
eine straffe Verlegung erforderlich, damit möglichst viele Einzelfasern
an der Last mittragen können.
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In
der
DE 27 57 965 C3 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Schubübertragungselements beschrieben,
bei dem eine Wickeldornanordnung Verwendung findet, die in jeder
der sich schneidenden Längsstegebenen
eine gleiche Anzahl von jeweils beidseitig an der Verzweigungsstelle
angeordneten Paaren von Wickeldornen enthält.
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In
der
US 6,073,670 A ist
ein Faser-Positionierungskopf beschrieben, über welchen Fasern positionierbar
sind.
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Aus
der
DE 39 10 245 C2 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Fadengitters bekannt, bei dem eine
Fadenschar unter kontinuierlichem Hin- und Herbewegen einer Fadenverlegeschiene
abwechselnd in Querrichtung und Diagonalrichtung zwischen seitlichen,
sich fortbewegenden Haltestiften abgelegt wird.
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Aus
der
EP 0 113 717 B1 ist
ein Verfahren zum Herstellen von Faserschichten bekannt, bei dem Rovings
zu einer aufnehmenden Fläche
vorbestimmt geführt
werden.
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Aus
der
DE 102 14 140
A1 ist eine Haltevorrichtung für Fadenlagen bei einer Maschine
zum Vorlegen von Filamente aufweisenden Filamentscharen bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Faserstruktur bereitzustellen, mittels welchen sich auf einfache Weise
dreidimensionale Faserstrukturen herstellen lassen.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil mindestens ein
drittes Teil angeordnet ist, dass das erste Teil oder ein mit dem
ersten Teil verbundenes weiteres Teil und das dritte Teil schwenkbar verbunden
sind, dass das zweite Teil und das dritte Teil oder ein mit dem
dritten Teil verbundenes weiteres Teil schwenkbar verbunden sind,
und dass in einer Fasergebilde-Ablegungsstellung der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung
die Fasergebilde-Halter im Wesentlichen in einer Ebene liegen, so
dass ein Fasergebilde an einem Wicklungstisch eindimensional oder
zweidimensional ablegbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
es möglich,
eine Fasergebilde-Vorstruktur herzustellen, indem eine eindimensionale
oder zweidimensionale Ablegung erfolgt. Eine solche eindimensionale
oder zweidimensionale Ablegung lässt
sich auf einfache Weise durchführen.
Sie lässt
sich beispielsweise auf einfache Weise mit geringem Aufwand maschinell durchführen, da
ein entsprechender Ablegungskopf höchstens in zwei linear unabhängige Richtungen bewegt
wird.
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Durch
die Verschwenkbarkeit des ersten Teils und des zweiten Teils relativ
zueinander lassen sich unterschiedliche Bereiche der Fasergebilde-Vorstruktur
relativ zueinander verschwenken und es lässt sich dadurch eine dreidimensionale
Fasergebilde-Vorstruktur herstellen. Durch die Verschwenkung bei
entsprechender Ausbildung des ersten Teils und des zweiten Teils
und gegebenenfalls von weiteren Teilen sowie entsprechender Anordnung
der Fasergebilde-Halter lässt
sich die gewünschte
Faserstruktur auf einfache Weise herstellen, wobei keine dreidimensionale
Ablegung bzw. Wicklung notwendig ist.
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Die
Fasergebilde-Halter sind in der Fasergebilde-Ablegungsstellung im
Wesentlichen eben ausgerichtet, um eine eindimensionale oder höchstens zweidimensionale
Ablegung zu ermöglichen.
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Zwischen
dem ersten Teil und dem zweiten Teil ist mindestens ein drittes
Teil angeordnet. Dadurch kann beispielsweise ein "Übergreifen" von Bereichen der Faserstruktur erreicht
werden.
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Das
erste Teil oder ein mit dem ersten Teil verbundenes weiteres Teil
und das dritte Teil sind schwenkbar verbunden und das zweite Teil
und das dritte Teil oder ein mit dem dritten Teil verbundenes weiteres
Teil sind schwenkbar verbunden.
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Insbesondere
sind das erste Teil und das zweite Teil um mindestens eine Schwenkachse
relativ zueinander schwenkbar. Dadurch lassen sich auf einfache
Weise Bereiche der Fasergebilde-Vorstruktur relativ zueinander schwenken,
um eine dreidimensionale räumlich-geometrische
Struktur herzustellen.
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Günstig ist
es, wenn in der Fasergebilde-Ablegungsstellung ein Fasergebilde
durch relative Bewegung zwischen dem Fasergebilde und der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung
in höchstens
zwei linear unabhängige
Richtungen ablegbar ist. Der Ablegeaufwand bzw. Wicklungsaufwand
ist dann gering gehalten. Insbesondere lässt sich das Ablegen schnell
durchführen.
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Es
ist dann vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Schwenkachsen der relativen
Schwenkbarkeit zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil parallel
zu oder in der Ebene liegen, in welcher die Fasergebilde-Halter
ausgerichtet sind. Das Ablegen ist dadurch auf einfache Weise ermöglicht.
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Günstigerweise
ist dabei das erste Teil ein äußeres Teil
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung, wobei an dem ersten Teil
mindestens ein Fasergebilde-Halter angeordnet ist. Dadurch lassen
sich eine oder mehrere Fasergebilde auf einfache Weise spannen,
um eine straffe Verlegung von Fasern des Fasergebildes zu ermöglichen.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn das zweite Teil ein äußeres Teil
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung ist und mindestens einen Fasergebilde-Halter umfasst.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Fasergebilde-Halter
verschieblich ist. Zur Herstellung der Faserstruktur ist es notwendig,
das Fasergebilde straff zu verlegen. Durch eine Verschieblichkeit
eines Fasergebilde-Halters lässt
sich ein Fasergebilde gespannt halten, um die straffe Verlegung
der Fasern zu ermöglichen.
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Es
ist beispielsweise dazu vorgesehen, dass ein Fasergebilde-Halter
an einer Führung
an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung geführt ist. Dadurch lässt sich
auf einfache Weise eine Spannungsstellung des entsprechenden Fasergebilde-Halters festlegen.
Diese lässt
sich wiederum auf einfache Weise lösen, um eine hergestellte Faserstruktur
von der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung lösen zu können.
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Vorteilhaft
ist es, wenn mindestens ein Fasergebilde-Halter federnd gelagert
ist. Es ist dadurch erreichbar, dass ausgehend von einer Ausgangsposition
des entsprechenden Fasergebilde-Halters eine Rückstellkraft wirkt. Über diese
Rückstellkraft
lässt sich
auf einfache Weise ein Fasergebilde bzw. mehrere Fasergebilde an
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung gespannt halten, um eine straffe
Faserverlegung zu ermöglichen.
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Insbesondere
ist ein Fasergebilde-Halter zum Halten einer Schlaufe und/oder einer
Umlenkung eines Faserstrangs ausgebildet. Dadurch lässt sich
die Ablegung des Fasergebildes auf einfache Weise durch Wicklung
ermöglichen.
Dies wiederum erlaubt eine straffe Faserverlegung.
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Insbesondere
sind die Fasergebilde-Halter so ausgebildet, dass ein Fasergebilde
an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung regelbar ist.
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Es
ist ferner günstig,
wenn eine Festlegungseinrichtung zur Feststellung einer relativen
Schwenkstellung der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung vorgesehen
ist. Dadurch lässt
sich die Fasergebilde-Vorstruktur zur Verfestigung in einer definierten Position
halten, um so wiederum auf einfache Weise die dreidimensionale Faserstruktur
herstellen zu können.
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Es
kann vorgesehen sein, dass eine Aufbringeinrichtung für ein Fasergebilde-Matrixmaterial vorhanden
ist. Die Fasergebilde-Verfestigung erfolgt durch Aushärtung von
Matrixmaterial zwischen Filamenten des Fasergebildes. Es ist grundsätzlich möglich, dass
vorimprägnierte
Fasergebilde verwendet werden. Durch das Vorsehen einer Aufbringeinrichtung
können
auch Fasergebilde verwendet werden, denen das Matrixmaterial nachträglich beispielsweise
durch Sprühen
zugeführt
wird. Beispielsweise lässt
sich durch eine entsprechende Aufbringeinrichtung ein aufgeschmolzenes
thermoplastisches Material auf das Fasergebilde aufsprühen.
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An
der Vorrichtung wird eine Fasergebilde-Vorstruktur durch eindimensionale
oder zweidimensionale Ablegung hergestellt und durch relative Verschwenkung
mindestens zweier Bereiche der Fasergebilde-Vorstruktur wird die
endgültige
räumlich-geometrische
Gestalt der Faserstruktur hergestellt.
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Insbesondere
wird eine Fixierung der räumlich-geometrischen
Gestalt durch Matrixmaterial nach deren Herstellung durchgeführt bzw.
diese Fixierung erfolgt nach Herstellung der räumlich-geometrischen Gestalt.
Die Fixierung erfolgt durch zumindest teilweise Verfestigung des
Matrixmaterials. Es entsteht dann eine dreidimensionale Faserstruktur,
die von einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung entnommen werden
kann und als Ganzes handhabbar ist. Diese dreidimensionale Faserstruktur
ist in sich stabil, wobei die entsprechenden Filamente straff gespannt
sind.
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Es
ist dabei möglich,
dass vorimprägnierte Fasergebilde
verwendet werden, wobei das Matrixmaterial beispielsweise ein Harz
ist. Das Matrixmaterial härtet
nach Herstellung der räumlich-geometrischen
Gestalt der Fasergebilde-Vorstruktur aus, wobei der Aushärtungsprozess
insbesondere beispielsweise durch Wärmebeaufschlagung initiiert
wird.
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Es
ist grundsätzlich
auch möglich,
dass Matrixmaterial aufgebracht wird. Dazu wird beispielsweise unmittelbar
nach dem Ablegen Matrixmaterial aufgebracht oder es wird nach Herstellung
der räumlich-geometrischen
Gestalt Matrixmaterial aufgebracht. Beispielsweise wird aufgeschmolzenes
thermoplastisches Material aufgebracht, wobei die Fasergebilde-Vorstruktur
nach Erkalten dieses Matrixmaterials verfestigt ist.
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Es
ist insbesondere vorgesehen, dass das Fasergebilde vor, bei oder
nach der Verschwenkung gespannt wird. Dadurch lassen sich Filamente
des Fasergebildes straff halten, um so wiederum die Eigenschaften
der Fasern optimiert für
ein herzustellendes Bauteil, welches die Faserstruktur aufweist, nutzen
zu können.
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Als
Fasergebilde wird beispielsweise ein Faserstrang (Roving) und/oder
ein Fasergewebe und/oder ein Fasergewirke und/oder ein Faservlies verwendet.
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Das
Fasergewebe bzw. Fasergewirke bzw. Faservlies ist dabei so ausgestaltet,
dass es an einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung beispielsweise durch
Wickeln ablegbar ist.
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Günstig ist
es dabei, wenn bei der Ablage von Fasergebilde dieses an Fasergebilde-Haltern
gewickelt wird. Dadurch lässt
sich auf einfache Weise eine Faserstruktur herstellen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Herstellung einer Faserstruktur; und
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2 ein
Beispiel einer hergestellten Faserstruktur.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welches in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet
ist, umfasst eine Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12.
Diese Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 ist beispielsweise
in Form eines Wicklungstisches ausgebildet, an dem ein oder mehrere
Fasergebilde ablegbar sind.
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Bei
einem Fasergebilde handelt es sich beispielsweise um einen Faserstrang
(Faserbündel
oder Roving), welcher ein Bündel
von insbesondere endlosen, gestreckten Fasern (Filamenten) ist.
Es kann sich beispielsweise auch um ein ablegbares Fasergewebe,
Fasergewirke oder Faservlies handeln.
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Die
Einzelfilamente des Fasergebildes sind beispielsweise Glasfasern,
Aramidfasern oder Kohlenstofffasern.
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Das
Fasergebilde ist ein Halbzeug, welches zur Herstellung einer endgültigen Faserstruktur 14 wie
beispielsweise einer Faserverstärkungsstruktur für ein Bauteil
(2) verfestigbar ist. Dazu ist ein verfestigbares
Matrixmaterial vorgesehen.
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Es
ist beispielsweise möglich,
dass das Fasergebilde mit dem Matrixmaterial vorimprägniert ist (Prepreg-Fasergebilde).
Ein Beispiel für
ein entsprechendes Matrixmaterial ist ein aushärtbares Harz.
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Es
ist auch möglich,
dass das Matrixmaterial in dem Fasergebilde noch nicht enthalten
ist, wenn das Fasergebilde an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 abgelegt
wird. Das Matrixmaterial wird dann zu einem späteren Zeitpunkt, wie unten
noch näher
beschrieben wird, an dem Fasergebilde eingebracht. Ein Beispiel
eines einsetzbaren Matrixmaterials ist ein aufgeschmolzener Thermoplast
(wie beispielsweise CBT). Beispielsweise wird das Fasergebilde mit
einem solchen Thermoplast besprüht.
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Die
Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 umfasst ein erstes
Teil 16 und ein zweites Teil 18. An dem ersten
Teil 16 sind beispielsweise ein erster Fasergebilde-Halter 20a und
ein zweiter Fasergebilde-Halter 20b angeordnet. An dem
zweiten Teil 18 sind beispielsweise ebenfalls ein erster
Fasergebilde-Halter 22a und
ein zweiter Fasergebilde-Halter 22b angeordnet.
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Die
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b sind
beispielsweise so ausgebildet, dass sie Schlaufen und/oder Umlenkungen
eines Fasergebildes 24 halten können. Sie sind dazu beispielsweise
pflockförmig
ausgebildet mit einer entsprechenden Anlagefläche 26 für das Fasergebilde 24.
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Insbesondere
liegen dabei die Anlageflächen 26 der
Fasergebilde-Halter 20a, 20b abgewandt zu den
Anlageflächen
der Fasergebilde-Halter 22a, 22b, so dass sich
Fasergebilde 24 zwischen den Fasergebilde-Haltern 20a, 20b und 22a, 22b spannen
lassen.
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Die
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b sind
so ausgebildet, dass sich ein oder mehrere Fasergebilde 24 durch
Wicklung an den Fasergebilde-Haltern an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 ablegen
lassen.
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Das
erste Teil 16 weist vorzugsweise eine ebene Oberfläche 28 auf,
welche einem abgelegten Fasergebilde 24 zugewandt ist.
Ebenso weist das zweite Teil 18 vorzugsweise eine ebene
Oberfläche 30 auf.
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Mindestens
einer der Fasergebilde-Halter ist beweglich an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 angeordnet.
In dem in 1 gezeigten Beispiel sind alle
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b beweglich
angeordnet. Dazu ist beispielsweise jeweils eine Führung 32 vorgesehen,
an welcher der entsprechende Fasergebilde-Halter (beispielsweise der
Fasergebilde-Halter 20b) verschieblich geführt ist.
Beispielsweise umfasst die Führung 32 eine
Führungsnut,
in welcher ein entsprechendes Eintauchteil des Fasergebilde-Halters 20b eingetaucht
ist.
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Vorzugsweise
ist der entsprechende Fasergebilde-Halter 20b bezüglich seiner
Führung 32 feststellbar
verschieblich und insbesondere linear verschieblich.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der entsprechende Fasergebilde-Halter 20b über eine
Feder 34 federbeaufschlagt ist mit einer Kraftwirkungsrichtung parallel
zur Verschiebungsrichtung; über
die Feder 34 erfährt
der Fasergebilde-Halter 20b,
wenn die Feder 34 ausgelenkt wird, eine Rückstellkraft
in eine Ausgangsposition, wobei der Fasergebilde-Halter 20b durch
entsprechenden Kraftaufwand aus seiner Ausgangsposition ausgelenkt
werden kann. Dadurch ist auf einfache Weise ein gespanntes Halten
eines abgelegten Fasergebildes 24 möglich.
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Zwischen
dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 18 ist
ein drittes Teil 36 angeordnet. Das dritte Teil 36 weist
eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 38 auf. Wenn ein
Fasergebilde 24 zwischen den Fasergebilde-Haltern 20a, 20b des
ersten Teils 16 und den Fasergebilde-Haltern 22a, 22b des
zweiten Teils 18 gespannt ist, dann liegt es auch oberhalb
der Oberfläche
des dritten Teils 36.
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Das
dritte Teil 36 ist mit dem ersten Teil 16 über ein
Schwenklager 40 schwenkbar verbunden, wobei das erste Teil 16 und
das dritte Teil 36 um eine Schwenkachse 42 relativ
zueinander schwenkbar sind. Das Schwenklager 40 ist beispielsweise
durch ein oder mehrere Scharniere gebildet, welche an einer der
Oberfläche 38 und
der Oberfläche 28 gegenüberliegenden
Seite des ersten Teils 16 und des dritten Teils 36 angeordnet
sind.
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Ferner
ist das dritte Teil 36 mit dem zweiten Teil 18 über ein
Schwenklager 44 schwenkbar verbunden mit einer Schwenkachse 46.
Das Schwenklager 44 ist beispielsweise über ein oder mehrere Scharniere
gebildet, welche auf einer der Oberfläche 38 und der Oberfläche 30 gegenüberliegenden
Seite des dritten Teils 36 und des zweiten Teils 18 angeordnet
sind.
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Das
erste Teil 16 und das zweite Teil 18 sind ein äußeres Teil
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12.
Das dritte Teil 36 ist ein inneres Teil, welches zwischen
dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 18 angeordnet
ist. Es können
noch weitere innere Teile vorgesehen sein.
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In
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 48 sind die Schwenkachsen 42 und 46 parallel
zu der Ebene orientiert, in welcher die Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b liegen.
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Durch
die relative Verschwenkbarkeit zwischen dem ersten Teil 16 und
dem dritten Teil 36 und dem dritten Teil 36 und
dem zweiten Teil 18 sind auch das erste Teil 16 und
das zweite Teil 18 relativ zueinander verschwenkbar.
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Es
ist dabei grundsätzlich
möglich,
dass zwischen dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 18 mehr
als ein Teil angeordnet ist, wobei vorzugsweise benachbarte Teile
schwenkbar miteinander verbunden sind.
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Der
Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 ist eine Fasergebilde-Ablegungsstellung 48 zugeordnet
(1), in welcher eine eindimensionale oder höchstens
zweidimensionale Ablage eines Fasergebildes 24 an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 möglich ist.
Eine eindimensionale oder zweidimensionale Ablage bedeutet dabei,
dass zu der Ablage eine relative Bewegung zwischen dem abzulegenden
Fasergebilde 24 und der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 über höchstens
zwei linear unabhängige
Richtungen erfolgen muss und insbesondere keine dreidimensionale
Ablage notwendig ist. Beispielsweise erfolgt die Ablage über einen
Ablegungskopf eines Roboters. Wenn die Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 festgehalten
wird, dann muss der Ablegungskopf höchstens in zwei linear unabhängigen Richtungen
bewegt werden.
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In
der Fasergebilde-Ablegungsstellung 48 liegen die Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b im Wesentlichen
in einer Ebene. Die Oberflächen 28, 30 und 38 liegen
in einer gemeinsamen Ebene.
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Durch
relative Verschwenkung zwischen dem ersten Teil 16 und
dem dritten Teil 36 sowie dem dritten Teil 36 und
dem zweiten Teil 18 kann das zweidimensional (bzw. eindimensional)
abgelegte Fasergebilde 24 (Fasergebilde-Vorstruktur) in eine definierte räumlich-geometrische
Struktur gebracht werden, um eine definierte räumlich-geometrische Gestalt
für das
Fasergebilde 24 herzustellen.
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Um
die relative Schwenkstellung zwischen dem ersten Teil 16 und
dem dritten Teil 36 sowie dem dritten Teil 36 und
dem zweiten Teil 18 (und damit auch die relative Schwenkstellung
zwischen dem ersten Teil 16 und dem zweiten Teil 18)
festzulegen, ist eine Feststellungseinrichtung 50 vorgesehen,
welche insbesondere mit dem zweiten Teil 18 und dem dritten
Teil 36 verbunden ist. Beispielsweise sind dazu an dem
zweiten Teil 18 und dem dritten Teil 36 Stäbe oder
dergleichen angeordnet, welche an einer entsprechenden Haltestruktur
wie beispielsweise einer Platte fixierbar sind, wobei diese Platte
wiederum fest bezüglich
des ersten Teils 16 angeordnet ist.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst bei einer Ausführungsform eine Aufbringeinrichtung 52 für Matrixmaterial. Über die
Aufbringeinrichtung ist dem Fasergebilde 24 Matrixmaterial
zuführbar.
Beispielsweise ist die Aufbringeinrichtung 52 als Sprüheinrichtung
ausgebildet, über
welche aufgeschmolzenes thermoplastisches Matrixmaterial auf das
Fasergebilde 24 sprühbar
ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Faserstruktur 14 funktioniert
wie folgt:
Die Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 wird
in ihre Fasergebilde-Ablegungsstellung 48 gebracht. Ein
oder mehrere Fasergebilde 24 wie Faserstränge, Fasergewebe,
Fasergewirke oder Faservliese werden an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 insbesondere
durch Wickeln abgelegt, wobei das oder die Fasergebilde 24 an
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 über die
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b gehalten
sind.
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Bei
der Ablegung ist das Fasergebilde 24 oder sind die Fasergebilde 24 biegbar.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, dass das Fasergebilde 24 vorimprägniert ist
oder noch kein Matrixmaterial umfasst.
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Die
Ablegung erfolgt so, dass der grundsätzliche Faserverlauf für die später herzustellende
Faserstruktur 14 erreicht ist. Entsprechend sind der erste
Teil 16 und der zweite Teil 18 ausgebildet und
die Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b angeordnet. Je
nach herzustellender Struktur ist das dritte Teil 36 mit
entsprechenden Abmessungen vorgesehen oder es können auch noch weitere relativ
zueinander verschwenkbare Teile vorgesehen sein.
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Das
Ablegen des oder der Fasergebilde 24 in der Fasergebilde-Ablegungsstellung 48 der
Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 ist eindimensional oder
zweidimensional, das heißt
die relative Bewegung zwischen einem Fasergebilde 24 und
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 erfolgt höchstens
in zwei linear unabhängigen
Richtungen.
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Nach
dem Ablegen und einem eventuellen Spannen des oder der Fasergebilde 24 über mindestens
einen der Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b erfolgt
an der so hergestellten Fasergebilde-Vorstruktur 54 eine
relative Verschwenkung von Bereichen durch relative Verschwenkung
des ersten Teils 16 und des zweiten Teils 18.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird das dritte Teil 36 relativ zum ersten Teil 16 verschwenkt
und das zweite Teil 18 relativ zum dritten Teil 36.
Die Verschwenkung erfolgt um einen Schwenkwinkel, welcher durch
die herzustellende Faserstruktur 14 bestimmt ist. Der entsprechende
Schwenkwinkel wird über
die Festlegungseinrichtung 50 festgestellt.
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Die
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b können so
angeordnet sein, dass bei der Verschwenkung oder nach der Verschwenkung
eine entsprechende Spannung erfolgt. Insbesondere im Zusammenhang
mit der Federbeaufschlagung eines oder mehrere Fasergebilde-Halter
lässt sich
beim oder nach dem Schwenken eine Spannung des oder der Fasergebilde 24 an
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 erhalten.
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An
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 wird durch die
Verschwenkung die endgültige räumlich-geometrische
Gestalt der Fasergebilde-Vorstruktur 54 zur Herstellung
der Faserstruktur 14 erreicht.
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Es
erfolgt dann die (endgültige)
Verfestigung zur Bildung der Faserstruktur 14, wobei beispielsweise
die Verfestigung durch Aushärtung
des Matrixmaterials erfolgt, wenn vorimprägnierte Fasergebilde eingesetzt
werden. Wenn das Matrixmaterial dadurch hergestellt wird, dass ein
aufgeschmolzenes thermoplastisches Matrixmaterial aufgebracht wird,
dann erfolgt die Verfestigung durch Erkalten des aufgebrachten thermoplastischen
Matrixmaterials.
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Das
thermoplastische Matrixmaterial kann dabei nach dem Ablegen und
vor dem Verschwenken aufgebracht werden oder nach dem Verschwenken aufgebracht
werden.
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An
der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 wird die Fasergebilde-Vorstruktur 54 hergestellt, welche über die
Verschwenkung in die endgültige räumlich-geometrische Gestalt
gebracht wird. Durch Verfestigung des Matrixmaterials wird darin
die Faserstruktur 14 hergestellt.
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Nach
der Verfestigung wird die Faserstruktur 14 von der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 entnommen.
Dazu wird die Spannung durch entsprechende Lösung bzw. Verschiebung der
Fasergebilde-Halter 20a, 20b, 22a, 22b gelöst.
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Über die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das Verfahren lässt
sich eine dreidimensionale Faserstruktur 14 herstellen
(2), für
welche aber keine dreidimensionale Ablegung und insbesondere Wicklung
notwendig ist. Die Ablegung bzw. die Wicklung kann eindimensional
oder zweidimensional, je nach herzustellender Faserstruktur, erfolgen.
Dadurch lässt
sich die Ablegung bzw. Wicklung mit relativ geringem Aufwand und
in kurzer Zeit durchführen.
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Die
hergestellte Faserstruktur 14 lässt sich bei der Herstellung
eines entsprechenden Bauteils verwenden, um für dieses eine hohe Festigkeit
und Steifigkeit zu erhalten. Über
die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 und
das Verfahren lassen sich auch komplizierte dreidimensionale Faserstrukturen 14 mit relativ
geringem Aufwand herstellen.
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Die
hergestellte Faserstruktur 14 kann eine Faserverstärkungsstruktur
sein, welche weiter verwendet wird, um ein faserverstärktes Bauteil
herzustellen. Dazu wird beispielsweise die Faserverstärkungsstruktur
in einen thermoplastischen Trägerwerkstoff
eingebettet.
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Die
Faserstruktur 14 kann auch selber bereits ein Bauteil sein,
welches eine "intrinsische" Faserverstärkung aufweist.