DE102006035576B3 - Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur - Google Patents

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Gerhard Kopp
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Abstract

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 und wobei in einer Fasergebilde-Ablegungsstellung der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung die Fasergebilde-Halter so ausgerichtet sind, dass ein Fasergebilde eindimensional oder zweidimensional ablegbar ist.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der US 6,073,670 A ist ein Faser-Positionierungskopf beschrieben, über welchen Fasern positionierbar sind.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der DE 102 14 140 A1 ist eine Haltevorrichtung für Fadenlagen bei einer Maschine zum Vorlegen von Filamente aufweisenden Filamentscharen bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur bereitzustellen, mittels welchen sich auf einfache Weise dreidimensionale Faserstrukturen herstellen lassen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Fasergebilde-Halter sind in der Fasergebilde-Ablegungsstellung im Wesentlichen eben ausgerichtet, um eine eindimensionale oder höchstens zweidimensionale Ablegung zu ermöglichen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn das zweite Teil ein äußeres Teil der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung ist und mindestens einen Fasergebilde-Halter umfasst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Insbesondere sind die Fasergebilde-Halter so ausgebildet, dass ein Fasergebilde an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung regelbar ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Als Fasergebilde wird beispielsweise ein Faserstrang (Roving) und/oder ein Fasergewebe und/oder ein Fasergewirke und/oder ein Faservlies verwendet.
  • Das Fasergewebe bzw. Fasergewirke bzw. Faservlies ist dabei so ausgestaltet, dass es an einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung beispielsweise durch Wickeln ablegbar ist.
  • 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.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur; und
  • 2 ein Beispiel einer hergestellten Faserstruktur.
  • 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.
  • 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.
  • Die Einzelfilamente des Fasergebildes sind beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern oder Kohlenstofffasern.
  • 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.
  • Es ist beispielsweise möglich, dass das Fasergebilde mit dem Matrixmaterial vorimprägniert ist (Prepreg-Fasergebilde). Ein Beispiel für ein entsprechendes Matrixmaterial ist ein aushärtbares Harz.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise ist der entsprechende Fasergebilde-Halter 20b bezüglich seiner Führung 32 feststellbar verschieblich und insbesondere linear verschieblich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der Ablegung ist das Fasergebilde 24 oder sind die Fasergebilde 24 biegbar.
  • Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Fasergebilde 24 vorimprägniert ist oder noch kein Matrixmaterial umfasst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • An der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung 12 wird durch die Verschwenkung die endgültige räumlich-geometrische Gestalt der Fasergebilde-Vorstruktur 54 zur Herstellung der Faserstruktur 14 erreicht.
  • 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.
  • Das thermoplastische Matrixmaterial kann dabei nach dem Ablegen und vor dem Verschwenken aufgebracht werden oder nach dem Verschwenken aufgebracht werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Faserstruktur 14 kann auch selber bereits ein Bauteil sein, welches eine "intrinsische" Faserverstärkung aufweist.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur (14), mit einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12), welche Fasergebilde-Halter (20a, 20b, 22a, 22b) umfasst und welche mehrteilig ausgebildet ist mit einem ersten Teil (16) und einem zweiten Teil (18), wobei das erste Teil (16) und das zweite Teil (18) relativ zueinander schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Teil (16) und dem zweiten Teil (18) mindestens ein drittes Teil (36) angeordnet ist, dass das erste Teil (16) oder ein mit dem ersten Teil (16) verbundenes weiteres Teil und das dritte Teil (36) schwenkbar verbunden sind, dass das zweite Teil (18) und das dritte Teil (36) oder ein mit dem dritten Teil verbundenes weiteres Teil schwenkbar verbunden sind, und dass in einer Fasergebilde-Ablegungsstellung (48) der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) die Fasergebilde-Halter (20a, 20b, 22a, 22b) im Wesentlichen in einer Ebene liegen, so dass ein Fasergebilde (24) eindimensional oder zweidimensional an einem Wicklungstisch ablegbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (16) und das zweite Teil (18) um mindestens eine Schwenkachse (42; 46) relativ zueinander schwenkbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fasergebilde-Ablegungsstellung (48) ein Fasergebilde (24) durch eine relative Bewegung zwischen dem Fasergebilde (24) und der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) in höchstens zwei linear unabhängige Richtungen ablegbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fasergebilde-Ablegungsstellung (48) eine oder mehrere Schwenkachsen (42; 46) parallel zu der Ebene oder in der Ebene liegen, in welcher die Fasergebilde-Halter (20a, 20a, 22a, 22b) ausgerichtet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (16) ein äußeres Teil der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Teil (16) mindestens ein Fasergebilde-Halter (20a, 20b) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (18) ein äußeres Teil der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Teil (18) mindestens ein Fasergebilde-Halter (22a, 22b) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fasergebilde-Halter (20a; 20b; 22a; 22b) verschieblich ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fasergebilde-Halter (20a; 20b; 22a; 22b) an einer Führung (32) an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) geführt ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fasergebilde-Halter (20a; 20b; 22a; 22b) federnd gelagert ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasergebilde-Halter (20a; 20b; 22a; 22b) zum Halten einer Schleife und/oder einer Umlenkung eines Fasergebildes (24) ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergebilde-Halter (20a, 20b, 22a, 22b) so ausgebildet sind, dass ein Fasergebilde (24) an der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12) wickelbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Festlegungseinrichtung (50) zur Feststellung einer relativen Schwenkstellung der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung (12).
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufbringeinrichtung (52) für ein Fasergebilde-Matrixmaterial.
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