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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein die Herstellung von
Vorformlingen aus z. B. textilem Halbzeug zur Herstellung von Faserverbundbauteilen.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Vorformlings aus Halbzeug, zur Herstellung eines ringförmigen,
wenigstens einen radialen Flansch aufweisenden Rahmenprofils. Ferner
betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens sowie ein
Rahmenprofil.
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Die
Verwendung von faserverstärkten
Bauteilen (Faserverbundbauteile) ist vor allem wegen ihrer hohen
spezifischen Festigkeit (Verhältnis
von Festigkeit zu Gewicht) in vielen Anwendungsbereichen interessant.
Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen
aus zwei Hauptkomponenten besteht, nämlich einer Matrix und darin eingebetteten
Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen dieser Komponenten erhält der Werkstoff höherwertigere
Eigenschalten als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.
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Ob
ein Bauteil in der Praxis wirtschaftlich als Faserverbundbauteil
herstellbar ist oder nicht, hängt von
einer Vielzahl von Faktoren ab. Neben den geforderten Eigenschaften
hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Gewicht des Bauteils spielt
insbesondere auch die für
das Bauteil gewünschte
Formgestaltung bzw. Geometrie eine große Rolle. Insbesondere für kompliziert
oder sehr speziell formgestaltete Bauteile kommt eine industrielle
Fertigung in Faserverbundtechnologie auf Grund des damit verbundenen
Aufwands oftmals nicht in Betracht.
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Ein
Beispiel hierfür
sind im Serieneinsatz befindliche Fensterrahmen für Verkehrsflugzeuge.
Derartige Fensterrahmen werden typischerweise von einem ringförmigen Fensterrahmenprofil
gebildet, welches aus Aluminium gefräst ist.
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Bei
der Fertigung eines größeren Verkehrsflugzeuges
werden größenordnungsmäßig etwa
100 derartige Fensterrahmenprofile benötigt. Auf Grund der in dieser
Anwendung geforderten anspruchsvollen Spezifikation hinsichtlich
Gewicht und Festigkeit werden diese Bauteile bislang üblicherweise
aus einer speziellen Aluminiumlegierung gefräst. Dies führt zu einem erheblichen Zeit-
und Kostenaufwand.
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Die
praktische Schwierigkeit einer Herstellung derartiger Fensterrahmenprofile
ist durch deren Ringförmigkeit
in Kombination mit den geforderten Profilquerschnitten bedingt.
Diese Fensterrahmenprofile besitzen beispielsweise einen L-förmigen oder U-förmigen Profilquerschnitt
mit wenigstens einem radialen Querschnittabschnitt, der am Fensterrahmenprofil
einen radialen Flansch ausbildet.
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Ein
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 102 51 580 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird ein lockeres, drapierbares Vorgeflecht,
z. B. in Form eines Geleges oder eines Flechtschlauches auf einen
rotierenden Kern aufgewickelt. Durch Anpressrollen wird dieses Vorgeflecht
teilweise auf eine axial sich erstreckende (zylindrische) Aufnahmefläche und
teilweise auf eine radial sich erstreckende Aufnahmefläche des
Kerns aufgedrückt.
Aus einem derart gewickelten und in Form gebrachten Konstrukt lässt sich
durch Infiltration und Aushärtung
eines Matrixmaterials ein entsprechendes ringförmiges Faserverbundbauteil
fertigstellen.
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Nachteilig,
und zwar bedingt durch die Existenz der radialen Aufnahmefläche des
Kerns, sind ganz erhebliche Einschränkungen hinsichtlich der Art bzw.
Anordnung der Fasern des aufzuwickelnden Fasermaterials. Die im
Vorgeflecht enthaltenen Fasern (oder daraus gebildete Fäden) müssen mehr
oder weniger gut, abhängig
von der konkreten Formoberfläche
des Kerns, gegeneinander verlagerbar bzw. verschiebbar sein. Außerdem können keine
durchgehenden Verstärkungsfasern
in etwa 0°-Orientierung verwendet
werden.
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Aus
der
EP 1 157 809 A2 ist
ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mit einer Geometrie
bekannt, welche die Herstellung von entsprechenden Vorformlingen
durch Wickeln eines textilen Halbzeugbandes problemlos für jede beliebige Art
und Anordnung von Fasern im textilen Halbzeug gestattet.
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Ähnliche
Herstellungsverfahren, bei welchen ebenfalls eine abwickelbare Geometrie
vorgesehen ist, sind aus der
WO 2007/085414 A1 und der
DE 2 142 015 A bekannt.
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Aus
der
DE 10 2004
025 381 A1 ist eine Zusammensetzung eines Faserverbundbauteils
aus mehreren Substrukturen bekannt.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen einfachen Weg zur Herstellung eines ringförmigen, wenigstens einen radialen
Flansch aufweisenden Rahmenprofils in Faserverbundtechnologie aufzuzeigen,
wobei das Verfahren hinsichtlich der Art und Anordnung der Fasern weniger
Einschränkungen
unterliegt. Insbesondere soll das Verfahren die Anordnung von undehnbaren Verstärkungsfasern
in 0°-Orientierung
ermöglichen.
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Mit
einem entsprechenden Herstellungsverfahren könnten die Vorteile von Faserverbundbauteilen
beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich für Fensterrahmenprofile der
oben erläuterten
Art genutzt werden.
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Die
obige Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Verwendung nach Anspruch 11
bzw. ein Rahmenprofil nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus Halbzeug,
insbesondere textilem Halbzeug vorgesehen, zur Herstellung eines
ringförmigen,
wenigstens einen radialen Flansch aufweisenden Rahmenprofils aus
dem mit einem Matrixmaterial getränkten und ausgehärteten Halbzeug,
wobei der Vorformling durch Wickeln des als Band zugeführten Halbzeugs
auf einen Kern erzeugt wird, und wobei das aufzuwickelnde Band von einem
Bandrand her eingeschnitten wird, der zur Ausbildung des radialen
Flansches am Rahmenprofil vorgesehen ist.
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Mit
der Erfindung wird vorteilhaft eine vergleichsweise kostengünstige,
insbesondere einfach automatisierbare Fertigung von ringförmigen Rahmenstrukturen
in Faserverbundtechnologie ermöglicht,
die für
zahlreiche Anwendungen geeignet sind.
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Für die Erfindung
wesentlich ist zum einen der Einsatz eines Wickelprozesses, um den
Vorformling für
das ringförmige
Rahmenprofil zu erzeugen. Ein derartiger Wickelprozess ist einfach
und insbesondere kostengünstig
automatisierbar zu realisieren und liefert gewissermaßen ”automatisch” bereits
eine Ringförmigkeit
des Vorformlings. Für
die Erfindung wesentlich ist zum anderen das Vorsehen spezieller Einschnitte
des für
den Wickelprozess verwendeten Halbzeugbands. Wie es unten insbesondere
bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
noch verständlicher
wird, besitzen derartige Einschnitte eine besondere Bedeutung im
Hinblick auf die Ausbildung des (wenigstens einen) radialen Flansches
an einem gekrümmten
und/oder abgewinkelten Abschnitt des Rahmenprofils. Diese Einschnit te
ermöglichen
in manchen Fällen überhaupt
erst die Ausbildung des oder der geforderten radialen Flansche am
fertigen Profilbauteil.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Band Fasern in verschiedenen Orientierungen
enthält.
Damit können
für viele
Anwendungsfälle besonders
vorteilhafte Festigkeitseigenschaften des Rahmenprofils erzielt
werden. Hierbei können
sowohl gleiche als auch verschiedene Anteile an Fasern in verschiedenen
Orientierungen vorgesehen sein. Die Anteile an Fasern in verschiedenen
Orientierungen können
insbesondere an die Anforderungen des betreffenden Anwendungsfalls
angepasst gewählt
sein.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Band ein Multiaxialgelege, ein Gewebe oder
ein Geflecht ist. Damit kann insbesondere ein Halbzeugband der vorstehend
genannten Art (mit mehreren verschiedenen Faserorientierungen) in einfacher
Weise bereitgestellt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Band Fasern in 0°-Orientierung enthält. Die ”0°-Orientierung” soll hierbei
bedeuten, dass die betreffenden Fasern in Umfangsrichtung (bezogen
auf die Ringförmigkeit
des Vorformlings bzw. des damit zu fertigenden Rahmenprofils) orientiert
sind. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform
enthält
das Band in 0° orientierte
Fasern, die im fertigen Rahmenprofil (wenigstens ein Mal) vollständig umlaufen,
d. h. im Ringverlauf nicht unterbrochen sind.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur 0°-Orientierung kann
z. B. vorgesehen sein, dass das Band Fasern in 45°-Orientierung
und/oder 90°-Orientierung
enthält. In
einer speziellen Ausführungsform
ist beispielsweise vorgesehen, dass das Band Faserorientierungen in
0°, 90° sowie +/–45° enthält.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Band ein so genanntes ”Prepreg” (vorimprägniertes Fasermaterial) darstellt.
Derartige Prepregs sind in vielfältigen
Ausführungen
an sich bekannt und bedürfen
daher hier keiner näheren
Erläuterung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft verwendbare
Prepregs können
z. B. Endlosfasern enthalten, die in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix
eingebettet sind. Derartige Prepregs sind zumeist bahnförmig auf
Rollen gewickelt kommerziell erhältlich
und können
z. B. als unidirektionale oder mulitdirektionale Schicht, als Gewebe
oder Gelege vorliegen.
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Prinzipiell
ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für beliebige
Faserwerkstoffe und Matrixwerkstoffe geeignet. Als Fasern kommen
beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern,
Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Als Matrixmaterial sind
insbesondere Kunststoffe wie z. B. duroplastische Kunststoffe (Kunstharze)
interessant. In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen,
dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Vorformling hergestellt wird, der zur Herstellung eines ringförmigen Rahmenprofils
aus CFK dient.
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Der
Begriff ”ringförmiges Rahmenprofil” ist im
Sinne der Erfindung sehr breit zu verstehen und soll jedes wenigstens
abschnittweise gekrümmt und/oder
abgewinkelt verlaufende, insgesamt ringförmig geschlossen verlaufende
Element umfassen. Insbesondere kann ein derartige Rahmenprofil über den
gesamten Umfangsverlauf mehr oder weniger stark gekrümmt sein,
etwa zur Ausbildung eines kreisförmigen
oder ovalen Rahmenprofils. Es soll jedoch keineswegs ausgeschlossen
sein, dass im Ringverlauf des Rahmenprofils auch ein oder mehrere
geradlinig verlaufende Abschnitte vorgesehen sind, etwa zur Ausbildung
eines polygonartigen Rahmenprofils, gegebenenfalls mit abgerundeten
Polygonecken.
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Das
Rahmenprofil kann als solches einen herzustellenden Rahmen (z. B.
Fensterrahmen für ein
Luft- oder Raumfahrzeug) bilden. Alternativ kann das gemäß der Erfindung
hergestellte Rahmenprofil zusammen mit weiteren Elementen, z. B.
einem weiteren solchen ringförmigen
Rahmenprofil und/oder weiteren Anbauteilen, den herzustellenden
Rahmen bilden.
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Bereits
mit einem einzigen gemäß der Erfindung
hergestellten Rahmenprofil lassen sich in einfacher Weise insbesondere
Profile mit L-förmigem, Z-förmigem oder
U-förmigem
Profilquerschnitt herstellen. Im Hinblick auf eine endkonturnahe
Herstellung des Vorformlings ist es bevorzugt, wenn der beim Wickelprozess
verwendete Kern bereits eine dem gewünschten Profilquerschnitt angepasste Formgestaltung
besitzt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Kern mit dem zugeführten Band mehrmals umwickelt
wird. Insbesondere in Kombination mit der Verwendung von umlaufenden, nicht
unterbrochenen Fasern in 0°-Orientierung
kann damit eine besonders große
Zugfestigkeit des fertigen Bauteils in Umfangsrichtung bewerkstelligt
werden.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Band als quasi-endloses Band zugeführt wird,
dessen Länge
zur Herstellung einer Mehrzahl von Vorformlingen ausreichend bemessen
ist. Diese Maßnahme
ist insbesondere für
eine Serienfertigung von Vorformlingen interessant, beispielsweise
zur Fertigung von identischen Vorformlingen (z. B. mehr als zehn),
etwa wenn es um die Serienfertigung entsprechender Rahmenprofile
geht.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass im Falle der Ausbildung eines radial nach innen oder
außen
gerichteten Flansches der betreffende Bandrand mit ”einfachen
Einschnitten” (Schlitzen) versehen
wird. Im Falle der Ausbildung eines radial nach innen gerichteten
Flansches können
alternativ oder zusätzlich
auch im Wesentlichen V-förmige
Einschnitte (zur Bandmitte hin verjüngt) am betreffenden Bandrand
vorgesehen sein, was den Vorteil besitzt, dass damit ein Überlapp
der an den Einschnitten angrenzenden Bandabschnitte am ringförmigen Vorformling
vermindert oder ganz vermieden wird.
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Unabhängig von
der konkreten Gestaltung der Einschnitte ist in einer Ausführungsform
vorgesehen, dass die Einschnitte bzw. Mittellinien der Einschnitte
jeweils im Wesentlichen orthogonal zum betreffenden Bandrand verlaufen.
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Es
ist klar, dass an den Stellen der Einschnitte jeweils eine gewisse
Materialschwächung
resultiert. Um hierdurch die Festigkeit des fertigen Rahmenprofils
nicht nennenswert zu beeinträchtigen,
ist gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen, dass die Stellen, an denen das aufzuwickelnde Band eingeschnitten
wird, derart gewählt
werden, dass am aufgewickelten Band die Einschnitte einander benachbarter
Wickellagen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Wenn die Einschnitte an einem Rand des zugeführten Bands in Zufuhrrichtung
betrachtet äquidistant
angeordnet werden, so sollte der gegenseitige Abstand der Einschnitte
z. B. so bemessen sein, dass eine Umfangslänge des auf den Kern gewickelten
Bands kein ganzzahliges Vielfaches dieses Abstands ist. Abhängig von
der gewünschten
Formgestaltung des herzustellenden ringförmigen Rahmenprofils lässt sich
diese geometrische Bedingung zumeist in vielfältiger Weise realisieren. In
einer Ausführungsform,
bei welcher die Einschnitte an einem Bandrand äquidistant angeordnet sind,
kann z. B. vorgesehen sein, dass jeder Einschnitt am aufgewickelten
Band in Umfangsrichtung betrachtet zumindest annähernd in der Mitte zwischen
zwei in Umfangsrichtung benachbarten Einschnitten einer darunterliegenden
(oder darüberliegenden)
Wickellage des Bandes liegt. Hierzu ein Beispiel: ein gegenseitiger
Abstand äquidistanter Einschnitte
betrage 5 cm bei einer Umfangslänge
von 102 cm. Dies ist eine günstige Dimensionierung
(Umfang = 20,4 × Abstand).
Wenn demgegenüber
der gegenseitige Abstand 5 cm bei einer Umfangslänge von 100 cm beträgt, so ist
dies ungünstig
(Umfang = 20,0 × Abstand).
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Selbstverständlich können die
gegenseitigen Abstände
einander benachbarter Einschnitte an einem bestimmten Bandrand der
betreffenden Formgestaltung bzw. Dimensionierung des betreffenden Kerns
angepasst werden, bevorzugt unter Berücksichtigung der sich während des
Wickelprozesses allmählich
vergrößernden
Umfangslänge.
Die Einschnitte müssen
keineswegs äquidistant
angeordnet sein.
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Eine
bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung
eines Vorformlings zur Herstellung eines Fensterrahmenelements für ein Luft- oder Raumfahrzeug.
Mit der Erfindung lassen sich vorteilhaft kostengünstige Halbzeuge
(z. B. Multiaxialgelege, Gewebe, Geflechte etc. in Form von geraden
Bändern)
verwenden und in einem einfachen, automatisierbaren Prozess zur
Bildung des Vorformlings verarbeiten. Wenn das verwendete Halbzeugband
Endlosfasern in 0°-Orientierung
enthält,
so können
in einfacher Weise zumindest in einem Stegbereich des Rahmenprofils
in Umfangsrichtung durchgängige
Fasern (abgesehen von Bandanfang und -ende) realisiert werden. Beispielsweise
können
Vorformlinge für
ringförmige
CFK-Rahmen oder -Rahmenelemente mit L-, Z- oder U-Profilquerschnitt
hergestellt werden, z. B. Fensterrahmen bzw. Fensterrahmenelemente
für Flugzeuge,
insbesondere Verkehrsflugzeuge.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es stellen dar:
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1 ist
eine Draufsicht eines ringförmigen Rahmenprofils
zur Einfassung eines Fensters für
ein Verkehrsflugzeug,
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2 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie II-II in 1 und veranschaulicht einen
Z-förmigen Profilquerschnitt
des ringförmigen
Rahmenprofils von 1,
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3 ist
eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Wickelprozesses zur
Herstellung eines ringförmigen
Vorformlings, aus welchem das Rahmenprofil von 1 hergestellt
wird,
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4 bis 7 sind
der 2 entsprechende Schnittansichten für modifizierte
Ausführungsbeispiele
von Rahmenprofilen,
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8 ist
eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Profilquerschnitts
bei einem ringförmigen
Rahmenelement, welches aus zwei ringförmigen Rahmenprofilen mit jeweils
L-förmigem
Profilquerschnitt zusammengesetzt ist, und
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9 ist
eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Profilquerschnitts
bei einem ringförmigen
Rahmenelement, welches aus einem Rahmenprofil mit Z-förmigem Querschnitt und einem Rahmenprofil
mit L-förmigem
Querschnitt zusammengesetzt ist.
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1 zeigt
in einer Draufsicht ein ringförmig geschlossen,
hier als Oval verlaufendes Rahmenprofil 10 zur Einfassung
eines Fensters für
den Passagierbereich eines Verkehrsflugzeuges.
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Das
Rahmenprofil 10 umfasst zwei radiale Flansche, nämlich einen
radial inneren Flansch 12 und einen radial äußeren Flansch 14,
die durch einen axialen Steg 16 (2) miteinander
verbunden sind.
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2 zeigt
den insgesamt Z-förmigen
Profilquerschnitt des Rahmenprofils 10, der im dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch jeweils rechteckige Profilbereiche der beiden Flansche 12, 14 und
des verbindenden Stegs 16 zusammengesetzt ist.
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Der Übergang
von dem radial inneren Flansch 12 zum axialen Steg 16 und
der Übergang vom
radial äußeren Flansch 14 zum
axialen Steg 16 erfolgt an jeweiligen Abwinklungen 18 bzw. 20.
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Nachfolgend
wird mit Bezug auf 3 ein Verfahren erläutert, mittels
welchem sich beispielsweise das in 1 dargestellte
Rahmenprofil 10 in Faserverbundtechnologie, insbesondere
z. B. als CFK-Bauteil herstellen lässt.
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3 veranschaulicht,
wie durch ein Wickeln eines als Band 30 zugeführten textilen
Halbzeugs (hier: ein Prepreg zur Herstellung eines CFK-Verbunds)
auf einen formgebenden Kern 32 ein Vorformling 34 erzeugt
wird, aus welchem durch einen Aushärtprozess an sich bekannter
Art (z. B. thermisch) das ringförmige
Rahmenprofil 10 (1) geschaffen
werden kann.
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Das
Halbzeugband 30 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel
von einer gebremsten Bandspule 36 in Richtung eines Pfeils 38 abgezogen
bzw. dem drehangetriebenen Kern 32 zugeführt. Die Drehachse
des Kerns 32 ist bei 40 eingezeichnet. Ein Pfeil 42 symbolisiert
die Drehrichtung.
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Der
Kern 32 verleiht dem durch den Aufwickelprozess erzeugten
Vorformling 34 bereits eine endkonturnahe Formgebung durch
eine entsprechende Konturierung des Kerns 34 in den zur
Auflage des Bandwickels vorgesehenen Oberflächenbereichen. Entsprechend
dem Rahmenprofil 10 (1) besitzt
der Vorformling 34 (2) daher
ebenfalls einen radial inneren Flansch 44, einen radial äußeren Flansch 46 und
einen diese beiden radialen Flansche bzw. Flächen verbindenden axialen Stegbereich 48.
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Das
aufzuwickelnde textile Halbzeugband 30 ist ein biegsames,
jedoch praktisch nicht dehnbares Prepreg aus vorimprägnierten
Kohlenstofffasern mit verschiedenen Orientierungen (hier: 0°, 90° und +/–45°). Damit
die Flansche 44 und 46, die am Vorformling 34 in
radialer Richtung zu orientieren sind, problemlos ausgebildet werden
können,
wird das Band 30 an geeigneten Stellen vom Rand her eingeschnitten,
bevor es auf den Kern 32 gewickelt wird. Eine dies bewerkstelligende
Schneide- oder Stanzeinrichtung kann z. B. im Verlauf von der Bandspule 36 zum
Kern 32 angeordnet sein, ist in 3 jedoch nicht
dargestellt. Beim Wickeln des Bands 30 auf den entsprechend
profilierten Außenumfang
des Kerns 32 werden die radialen Flansche 44 und 46 des
Vorformlings 34 ausgebildet, indem die beiden seitlichen Randbereiche
des Bands 30 entsprechend aus der axialen Ebene des mittleren
Stegbereiches 48 heraus abgewinkelt werden. Bevorzugt werden
für diese Formgebung
entsprechende (nicht dargestellte) Andruckrollen am Außenumfang
des Kerns 32 eingesetzt, welche das zugeführte Bandmaterial
beim Aufwickeln in die gewünschte
Profilform bringen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird derjenige Rand des Bands 30, der zur Ausbildung des
radial inneren Flansches 44 vorgesehen ist, mit V-förmigen Einschnitten 50 versehen,
die sich in Richtung zur Bandmitte hin verjüngen. Demgegenüber wird
der andere Rand des Bands 30, der zur Ausbildung des äußeren Flansches 46 herangezogen
wird, mit ”einfachen” (linienförmigen)
Einschnitten 52 versehen.
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Die
V-Förmigkeit
der Einschnitte 50 ist hierbei so bemessen, dass durch
die beim Aufwickeln erzeugte Krümmung
des Bands 30 die V-Form ”sich gerade schließt”, so dass
für den
inneren radialen Flansch 40 ein bei Verwendung von einfachen Einschnitten
resultierender Überlapp
von Bandbereichen einer Wickellage vorteilhaft vermieden wird.
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Anders
als bei dem inneren Flansch 44 werden bei dem äußeren Flansch 46 die
entsprechenden Einschnitte 52 beim Ausbilden des Flansches
nicht ”komprimiert” sondern ”aufgespreizt”, so dass
durch die beim Aufwickeln des Bands 30 erzeugte Krümmung des
Bands 30 im Bereich des äußeren Flansches 46 V-förmige Aussparungen
des Bandmaterials entstehen. In einer Weiterbildung ist denkbar,
diese durch die Aufspreizung entstandenen Aussparungen durch Einbringung
entsprechend konturierten Halbzeugmaterials aufzufüllen, bevor
an dieser Stelle eine weitere Materiallage aufgewickelt wird.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird zur Herstellung des Vorformlings 34 der Kern 32 einige
10 Mal mit dem Band 30 umwickelt. Die Einschnitte 50 und 52 sind
hierbei so vorgesehen, dass sie nach dem Aufwickeln nicht direkt übereinander,
sondern versetzt zueinander angeordnet sind. Eine weitere Besonderheit
der dargestellten Ausführungsform besteht
darin, dass die beiderseitigen Einschnitte 50 und 52 auch
gegeneinander versetzt angeordnet sind (in Bandlaufrichtung 38 betrachtet
befinden sich die Einschnitte 50 jeweils im Zwischenraum
zwischen zwei benachbarten der Einschnitte 52).
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Im
Anschluss an den in 3 veranschaulichten Wickelprozess
wird der so gebildete Vorformling 34, bevorzugt in einem
Formwerkzeug, thermisch ausgehärtet.
Abhängig
von dem verwendeten Halbzeug (Band 30) können selbstverständlich auch andere
spezielle Fertigungsschritte zur Herstellung des Endprodukts (Rahmenprofil 10)
eingesetzt werden, wie sie an sich aus der Faserverbundtechnologie
bekannt sind. Beispielsweise kann für bestimmte Halbzeuge eine
vorherige Infiltration des Matrixmaterials vor dem Aushärtprozess
erforderlich sein.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende
Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch
einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei
wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits
beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingegangen und im Übrigen
hiermit ausdrücklich
auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Die 4 bis 7 veranschaulichen
beispielhaft weitere Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich des
Profilquerschnitts bei einem Rahmenprofil der in 1 dargestellten
Art.
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4 zeigt
ein L-förmiges
Profil mit einem radial nach außen
gerichteten Flansch 14a.
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5 zeigt
ein L-förmiges
Profil mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 12b.
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6 zeigt
ein U-förmiges
Profil mit zwei radial nach außen
gerichteten Flanschen 14c-1 und 14c-2, die durch
einen axialen Steg 16c miteinander verbunden sind.
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7 zeigt
ein U-förmiges
Profil mit zwei radial nach innen gerichteten Flanschen 12d-1 und 12d-2,
die durch einen axialen ”Steg 16d miteinander verbunden
sind.
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Die
Profile gemäß der 4 bis 7 lassen
sich jeweils durch eine entsprechende Modifikation des zum Wickeln
verwendeten Kerns sowie der Einschnitte erzeugen. Für die Profile
der 4 und 5, umfassend jeweils nur einen
Radialflansch, genügt
es, das dem Wickelprozess zugeführte
Halbzeugband nur an einem Bandrand mit Einschnitten zu versehen.
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Die 8 und 9 veranschaulichen,
dass ein herzustellendes Rahmenprofilelement, beispielsweise ein
Fensterrahmen der oben bereits erläuterten Art, auch aus mehreren
ringförmigen
Rahmenprofilen zusammengesetzt werden kann. Die beiden Figuren zeigen
jeweils das Profil eines aus zwei nach dem oben beschriebenen Verfahren
hergestellten Rahmenprofilen zusammengesetzten Rahmens 60 (8)
bzw. 62 (9).
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Zusammenfassend
werden mit den obigen Ausführungsbeispielen
von ringförmigen
Rahmenprofilen Bauteile geschaffen, die auf Grund des Einsatzes
der Faserverbundtechnologie ”trotz
schwieriger Geometrie” für viele
Anwendungsgebiete interessant sind.