DE102009058487B4

DE102009058487B4 - Flecht-Wickelpreform und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils

Info

Publication number: DE102009058487B4
Application number: DE102009058487A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schneidewind
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: DE102009058487A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flecht-Wickelpreform und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils mit einem durch Radialflechten oder aus einer fertigen Meterware auf einen langgestreckten Wickelkern (2) aufgewickelten oder aufgesteckten Flechtstrumpf als Flechtteil (3) aus Fasern zur Herstellung des Faserverbundflechtbauteils. Erfindungsgemäß besteht der Wickelkern (2) längsgeteilt aus zwei Wickelkernteilen (5, 6), die durch ein sperrbar abknickbares sowie lösbares Gelenk (7) verbunden sind, so dass das Flechtteil (3) mit gesperrtem etwa gerade ausgerichtetem Gelenk (7) herstellbar ist und anschließend nach Lösen der Abknicksperre das Flechtteil (3) im Gelenkbereich zur Herstellung einer Endform abknickbar und gegebenenfalls tordierbar ist. Nach Lösen der Gelenkverbindung sind die getrennten Wickelkernteile (5, 6) aus dem abgeknickten Flechtteil (3) bzw. dem Faserverbundflechtbauteil entfernbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flecht-Wickelpreform nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils ist es allgemein bekannt, einen Flechtstrumpf als Flechtteil aus Fasern durch Radialflechten auf einem langgestreckten Wickelkern herzustellen. Alternativ ist es auch bekannt einen Flechtstrumpf aus einer fertigen Meterware von Flechtstrümpfen auf einen entsprechenden Kern zu ziehen, so dass prinzipiell der gleiche Ausgangszustand besteht. Das Flechtteil mit einliegendem Wickelkern wird dann einer Kunstharzgießform zugeführt, wobei nach dem Einlege- und Injizierungsvorgang der Wickelkern aus dem fertigen Faserverbundflechtbauteil entnommen wird.
Für das Radialflechten des Flechtteils wird in allgemein bekannter Weise ein Flechtrad mit einem zentralen Flechtauge verwendet, wobei Flechtfäden zwischen dem Flechtrad und dem Flechtauge gespannt sind. Beim Radialflechtvorgang erfolgt eine radiale Bewegung des Flechtrads um den Flechtkern im Flechtauge, wobei der Flechtkern zur Herstellung des Flechtstrumpfs mit einer Längsbewegung geführt wird.
Dieses Radialflechtverfahren bedingt ersichtlich einen mehr oder weniger geraden Wickelkern, der durch das Flechtauge zur Herstellung des Flechtstrumpfs geführt wird. Die damit herstellbaren Faserverbundflechtteile sind dann ebenfalls entsprechend mehr oder weniger gerade ausgerichtet, so dass deren Verwendung dadurch eingeschränkt ist, da für verschiedene Einsätze auch geknickte Bereiche benötigt werden.
Daher gibt es zur Herstellung eines geknickten Faserverbundflechtteils bereits eine allgemein bekannte, jedoch aufwendige Lösung: die Knickstelle ist am Wickelkern mit einem eingeschraubten Zwischenstück zu versehen, das nach dem Flechtprozess durch Aufschneiden und Ausschrauben der Befestigungsschrauben herausgelöst werden muss. Nachteilig schwächt ein solches Aufschneiden die Flechtstruktur, da Lastpfade in den Fasern unterbrochen werden. Zudem erfordert diese Bearbeitung ein besonderes Handwerksgeschick und ist zeit- und kostenintensiv. Weiter verkleben im anschließenden Harzinjektions-Schritt die Gewinde der Verschraubungen und für eine erneute Verwendung des Wickelkerns ist eine teuere und zeitintensive Nacharbeit der Gewindegänge und Anlageflächen erforderlich. Weiter kann der angebrachte Schnitt während des Einlegeprozesses auffedern und die Flechtform kann dadurch verloren gehen.
Zudem sind konkrete Verfahren zur Herstellung von Faserverbundflechtbauteilen mit komplexer Geometrie bekannt: Aus DE 692 29 047 T2 ist es bekannt, dazu den Flechtkern mit entsprechend komplexer Geometrie aus einem Material zu bilden, das entweder durch Lösen in einem Lösungsmittel oder durch Schmelzen aus dem fertigen Bauteil entfernbar ist, wobei ein solcher Kern nach dem Formgießen durch Erwärmen auf seine Schmelztemperatur entfernt wird. Ein solcher Kern ist somit verloren und nicht mehr weiter verwendbar, so dass dieses Verfahren sehr kostenintensiv ist. Aus DE 40 05 771 C1 ist es weiter bekannt, den Wickelkern für das Radialflechten mit einer verschiebbaren Hülse zu kombinieren, mit der der Flechtstrumpf in Achsrichtung zur Herstellung eines Flansches zusammenschiebbar ist. Ein abgeknicktes Faserverbundflechtbauteil ist damit nicht herstellbar.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2008 057 780 A1 ist eine Flecht-Wickelpreform bekannt, die einen langgestreckten Wickelkern aufweist, der aus mehreren Wickelkernteilen besteht, die gelenkig miteinander verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine einfache und kostengünstige Herstellung eines geknickten Faserverbundflechtbauteils eine geeignete Flecht-Wickelpreform, für eine Weiterbearbeitung in einem Injizierungsvorgang, bzw. mit (teilweise) vorkonsolidierten Fasern in einer Gießform zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wickelkern längsgeteilt aus zwei Wickelkernteilen besteht, die durch ein sperrbar abknickbares sowie lösbares Gelenk verbunden sind. Das Flechtteil ist entsprechend dem Erfordernis des Radialflechtverfahrens mit einem relativ gerade ausgerichteten gesperrten Gelenk und damit einem insgesamt etwa geraden Wickelkern herstellbar. Anschließend kann nach Lösen der Abknicksperre das Flechtteil im Gelenkbereich zur Herstellung einer Endform mit den einliegenden Wickelkernteilen abgeknickt und gegebenenfalls in einer weiteren Gestaltungsmöglichkeit tordiert werden. Durch die dabei weiter einliegenden Wickelkernteile sind sowohl die Abknickstelle im Gelenkbereich und der abgestützte Durchgangsquerschnitt genau definiert. Nach Lösen der Gelenkverbindung können die getrennten Wickelkernteile aus dem abgeknickten Flechtteil, vorzugsweise bereits aus dem fertigen Faserverbundflechtbauteil entfernt werden.
Erfindungsgemäß wird somit eine Flecht-Wickelpreform beim Radialflechten hergestellt, die aber nicht der Endkontur oder einer endkonturnahen Form entspricht. Die so hergestellte Flecht-Wickelpreform wird erst später nach ihrer Herstellung mehr oder weniger stark an dem durch die Gelenkverbindung vorgegebenen Bereich des Wickelkerns deformiert, insbesondere gebogen und/oder tordiert. Die beanspruchte Flecht-Wickelpreform kann prinzipiell zur Herstellung materialunterschiedlicher Faserverbundflechtbauteile verwendet werden, da insbesondere die Art des Fasermaterials sowie das Matrixmaterial für die vorliegende Erfindung von sekundärer Bedeutung sind.
Im Vergleich zur Eingangs erwähnten allgemein bekannten Maßnahme zur Herstellung einer Knickstelle mit einem eingeschraubten Zwischenstück mit nachfolgendem Aufschneiden der Flechtstruktur hat die erfindungsgemäße Flecht-Wickelpreform mit der weiteren Verarbeitung die Vorteile, dass keine belastungsmindernden Einschnitte in die Flechtverbundstruktur mit den weiteren Nachteilen erforderlich sind.
Die Abknicksperre und die Lösung der Gelenkverbindung sind prinzipiell zwei Maßnahmen, die entsprechend durch zwei separate Maßnahmen gebildet sein können. Zweckmäßig wird jedoch die Abknicksperre und die Lösung der Gelenkverbindung in einer einzigen Vorrichtung und Maßnahme realisiert.
In einer konkreten Ausführung kann das Gelenk dabei durch eine Reihe einander zugeordneter Magnetpärchen an den angrenzenden Wickelkernteilen bestehen. Diese Magnetpärchen stellen in der ausgerichteten Lage der Wickelkernteile eine Magnetverbindung dar. Beim Abknicken kann diese Magnetverbindung aufgehoben werden, wodurch auch ein einfaches Entfernen der Wickelkernteile in entgegengesetzte Richtungen aus dem Faserverbundflechtpreform möglich ist und somit ein Band gestaltet werden kann, ohne die Fasern unterbrechen zu müssen.
Alternativ dazu kann das Gelenk auch durch ein Memory-Effekt-Metall-Rohrstück gebildet werden, das während des Abknickvorgangs unterhalb der Rückverformungstemperatur umgebogen und bei Rückverformungstemperatur aus dem Bauteil entnehmbar ist.
In einer weiteren alternativen Gelenkausbildung kann das Gelenk aus zugeordneten, ineinander greifenden Wickelkernteilenden gebildet sein, welche in ihrer längsgerichteten Position durch einen entfernbaren Stift, welcher gegebenenfalls die Gelenkachse bilden kann, verbunden sind. Das Gelenk kann prinzipiell auch durch andere an sich bekannte Maßnahmen-, Beispielsweise mittels Bajonettverschlüssen und/oder Kugelsperrbolzen ausgeführt sein.
Je nach den Gegebenheiten kann es auch zweckmäßig sein, um den Gelenkbereich einen Schutzschlauch, insbesondere einen Silikonschlauch zu stülpen.
Je nach den Anforderungen an das fertige Faserverbundflechtbauteil können Carbonfasern und/oder Glasfasern und/oder sonstige Fasern sowie ein geeignetes Matrixmaterial verwendet werden.
Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils unter Verwendung einer der vorstehenden Flecht-Wickelpreformen beansprucht, wobei die Flecht-Wickelpreform in ihrer abgeknickten und gegebenenfalls tordierten Endform mit den einliegenden Wickelkernteilen einer Gießform für Kunstharz zugeführt wird und nach dem Einlege- und Injizierungsvorgang die Wickelkernteile separat entnommen werden.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen:
1 eine Flecht-Wickelpreform nach dem Flechtvorgang mit separat dargestelltem Wickelkern und Flechtteil, und
2 eine entsprechende Darstellung mit abgeknickter Form vor dem Einlegen in eine Gießform.
In 1 ist eine Flecht-Wickelpreform 1 nach dem Flechtvorgang dargestellt, wobei auf einem langgestreckten Wickelkern 2 ein in der Form entsprechender Flechtstrumpf als Flechtteil 3 aufgewickelt ist. Der Wickelkern 2 ist dabei im Flechtteil 3 enthalten und in 1 lediglich für die weiteren Erläuterungen separat daneben dargestellt. Zudem ist lediglich schematisch im unteren Bereich des Flechtteils 3 die Flechtstruktur 4 angedeutet.
Der Wickelkern 2 besteht aus zwei Wickelkernteilen 5 und 6, wobei der Wickelkernteil 5 etwa geradlinig und der Wickelkernteil 6 eine leichte Biegung aufweist, dergestalt, dass jedoch der Wickelkern 2 mit den dargestellten fluchtend ausgerichteten Winkelkernteilen 5, 6 eine relativ gerade für den Radialflechtervorgang geeignete Gestalt hat. Die Wickelkernteile 5, 6 sind durch ein abknickbares und lösbares Gelenk 7 verbunden, welches aus einem Gabelende 8 des Wickelkernteils 6 und einem Stegteilende 9 des Wickelkernteils 5 gebildet ist, wobei das Stegteilende 9 im Gabelende 8 schwenkbar gehalten und mittels eines lösbaren Stifts 10 fixierbar ist.
Das Winkelkernteil 6 kann hier komplett gelöst und in der Preform entfernt werden, so dass sich ein entsprechendes Flechtband ergibt.
In 2 ist wiederum die Flecht-Wickelpreform 1 entsprechend 1 dargestellt mit dem Flechtteil 3 und dem separat dargestellten Wickelkern 2, welcher jedoch tatsächlich im Flechtteil 3 enthalten ist.
Ausgehend von der gestreckten Gestalt in 1 wurde gegebenenfalls in mehreren Schritten die Flecht-Wickelpreform 1 am Gelenk 7 in die in 2 dargestellte Gestalt geschwenkt (Pfeil 11) und abgeknickt. In dieser gewünschten abgeknickten Gestalt kann nun die Flecht-Wickelpreform 1 mit einem Einlege- und Injizierungsvorgang zum fertigen Faserverbundflechtbauteil weiter verarbeitet werden, wobei bei entferntem Stift 10 auch die Wickelkernteile 5, 6 entfernbar sind.

Claims

Flecht-Wickelpreform, mit einem durch Radialflechten oder aus einer fertigen Meterware auf einen langgestreckten Wickelkern (2) aufgewickelten oder aufgesteckten Flechtstrumpf als Flechtteil (3) aus Fasern zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils, wobei der Wickelkern (2) längsgeteilt aus zwei Wickelkernteilen (5, 6) besteht, die durch ein sperrbar abknickbares sowie lösbares Gelenk (7) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Flechtteil (3) mit gesperrtem etwa gerade ausgerichtetem Gelenk (7) herstellbar ist und anschließend nach Lösen der Abknicksperre das Flechtteil (3) im Gelenkbereich zur Herstellung einer Endform abknickbar und gegebenenfalls tordierbar ist und nach Lösen der Gelenkverbindung die getrennten Wickelkernteile (5, 6) aus dem abgeknickten Flechtteil (3) oder dem fertigen abgeknickten Faserverbundflechtbauteil entfernbar sind.
Flecht-Wickelpreform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abknicksperre und die lösbare Gelenkverbindung durch die selbe Vorrichtung gebildet sind.
Flecht-Wickelpreform nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (7) durch eine Reihe einander zugeordneter Magnetpärchen an den angrenzenden Wickelkernteilen (5, 6) besteht, die während des Flechtvorgangs eine Magnetverbindung herstellen, welche durch Kraftaufwendung beim Abknicken und/oder Entfernen der Wickelkernteile (5, 6) aufhebbar ist.
Flecht-Wickelpreform nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (7) durch ein Memory-Effekt-Metall-Rohrstück gebildet ist, das während des Abknickvorgangs unterhalb der Rückverformungstemperatur umgebogen und bei Rückverformungstemperatur aus dem Bauteil entnehmbar ist.
Flecht-Wickelpreform nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (7) aus zugeordneten, ineinandergreifenden Wickelkernteilenden (8, 9) gebildet ist, die durch einen entfernbaren Stift (10) verbunden sind.
Flecht-Wickelpreform nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (7) mittels Bajonettverschlüssen und/oder Kugelsperrbolzen gebildet ist.
Flecht-Wickelpreform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass um den Gelenkbereich ein Schutzschlauch, insbesondere ein Silikonschlauch gestülpt ist.
Flecht-Wickelpreform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flechtteil (3) aus Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder sonstigen Fasern gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundflechtbauteils unter Verwendung einer Flecht-Wickelpreform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flecht-Wickelpreform (1) in ihrer abgeknickten und gegebenenfalls tordierten Endform mit den einliegenden Wickelkernteilen (5, 6) einer Gießform für Kunstharz zugeführt wird und nach dem Einlege- und Injizierungsvorgangs die Wickelkernteile (5, 6) separat entnommen werden.