DE102010005986B4

DE102010005986B4 - Verfahren zur Herstellung von kegel- und kegelstumpfförmigen Hohlkörpern und demgemäße Erzeugnisse

Info

Publication number: DE102010005986B4
Application number: DE102010005986.2A
Authority: DE
Inventors: Raimund Grothaus
Original assignee: EAST 4D Carbon Technology GmbH
Current assignee: EAST 4D Carbon Technology GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: DE102010005986A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von kegel- und kegelstumpfförmigen polar orthotropen Hohlkörpern aus Faserverbundmaterial unter Verwendung von von einer Spule oder einem Spulenbaum abwickelbaren, endlosen Fasern oder Faserbündeln (Rovings), die mit Hilfe eines Fadenauges als Fadenführungssystem auf einen rotierenden doppelkegelförmigen Wickelkern (2) zu einem Faserverbund, bestehend aus einer Vielzahl von Faserschichten, gewickelt werden, wobei die Wandstärke, gebildet durch den Faserverbund, im Wesentlichen über die gesamte Mantelfläche des Kegels gleich dick ist oder über die Mantellinie des Hohlkörpers zum großen Außenradius des Hohlkörpers hin stetig zunimmt und/oder die Wandung des kegelförmigen Faserverbundes in vorgesehenen Bereichen ringförmige Verdickungen (Bunde) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Faserbündel im Wesentlichen entlang geodätischer Linien gewickelt werden, wobei die jeweilige geodätische Linie durch einen zugehörigen Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) bestimmt ist, wobei der Wickelwinkel Ω (10) der Winkel zwischen den Rovings im Punkt der Ablage und der Rotationsachse des Wickelkerns (2) ist, und dass der Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) nach dem Abschluss des Wickelns einer den Wickelkern (2) zumindest teilweise bedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert wird, wobei die Änderung des Wickelwinkels Ω (10) so gewählt wird, dass sich der Bereich der durch den Wickelwinkel Ω (10) der jeweiligen geodätischen Linie bestimmten Wendezone der zu wickelnden Faserschicht mit dem Bereich der Wendezone der unmittelbar zuvor gewickelten Faserschicht nicht überschneidet, und wobei der auf dem doppelkegelförmigen Wickelkern gewickelte Faserverbund nach seiner Aushärtung im Bereich des größten Durchmessers des doppelkegelförmigen Kerns aufgetrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kegel- und kegelstumpfförmigen Faserverbundbauteilen in Wickeltechnik, das sich besonders für die Fertigung von Teilen anbietet, die hohen Fliehkraftbelastungen ausgesetzt sind; derartige Teile sind beispielsweise Triebwerkseinlaufkegel, Flugzeugnasen oder Trommeln von Dekanter-Zentrifugen.
Faserverbundbauteile werden nach verschiedenen Herstellungsverfahren der Wickel- oder Laminiertechnik gefertigt. Als wesentliches Problem ist in jedem Fall der Vorgang der Faserablage zu sehen, da hierdurch die Ausrichtung der Fasern festgelegt wird und dieser Vorgang aufgrund der eigenschaftsbestimmenden Wirkung dieser Verbundkomponenten die Belastbarkeit und Qualität der Struktur bestimmt.
Bekanntlich werden beim Wickelverfahren Fasern in Form von Faserbündeln (Rovings), meist nach dem Tränken mit dem Matrixwerkstoff, unter einer definierten Fadenvorspannung auf einem rotierenden, bauteiladäquaten Kern in mehreren Lagen abgelegt, wobei Umfangswicklungen oder Wicklungen unter einem Wickelwinkel Ω in Bezug zur Drehachse des Körpers erstellt werden ( DE 10 2004 038 706 B4 ).
Die EP 0 612 606 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines kegelförmigen Hohlkörpers mittels Wickelns von Fasern auf einen doppelkegelförmigen Wickelkern, wobei der Wickelkern in Rotation um seine Längsachse versetzt wird und die Fasern mittels einer parallel zu der Längsachse bewegbaren Zuführung aufgebracht werden.
Die EP 0 191 655 A1 beschreibt ein Wickelverfahren zum Herstellen eines axialsymmetrischen Behälters mit einem zylinderförmigen Mittelabschnitt und zwei gewölbten Endabschnitten, wobei jeder der Endabschnitte eine Öffnung aufweist.
Die DE 32 39 803 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen mit einer sich verjüngenden Form mittels Wickelns von Fasern, wobei ein entsprechender Wickelkern in Rotation um seine Längsachse versetzt wird und die Fasern mittels eines parallel zu der Längsachse bewegbaren Wickelkopfs aufgebracht werden.
Hohlkörperwicklungen unterliegen der Clairaut`schen Bedingung für die Fadenablage, damit die Fäden beim Ablegen auf den Wickelkörper nicht abrutschen; d. h. sie müssen auf der „geodätischen Linie“, was die kürzeste Verbindungslinie zweier Punkte auf gekrümmten Flächen ist, abgelegt werden. Der Roving muss daher mit einem definierten Winkel abgelegt werden, da der Faden ansonsten an von der Drehachse abweichenden Positionen des Wickelkerns abrutscht, was seinerseits zu Fehlstellen im Laminat und folglich zur Schwächung des Bauteils führt. Die Reibung zwischen den Rovings selbst und zwischen den Rovings und dem Wickelkern ermöglicht es jedoch, beim Wickeln im begrenzten Maße von der geodätischen Linie abzuweichen.
Verfahren der genannten Art sind seit langem und in vielfältigen Varianten bekannt, die vor allem auf den spezifischen Anwendungs-/Verwendungszweck der Kunststoffbauteile ausgerichtet sind.
Auch kegel- und kegelstumpfförmige Körper lassen sich mit der Wickeltechnik herstellen. Das Wickeln von kegelförmigen Körpern weist jedoch zwei Besonderheiten auf. Zum einen unterliegt der Wickelwinkel der Rovings beim Wickeln auf den Wickelkern einer kontinuierlichen Änderung, d. h. je weiter der Punkt, an dem die Fadenablage erfolgt, Richtung Spitze des Wickelkerns wandert, desto flacher wird der Winkel, mit dem der Roving auf dem Wickelkern abgelegt werden muss, um der geodätischen Linie zu folgen. Im Wendepunkt weist der Roving schließlich einen Winkel von 90° auf.
Weiterhin wird dadurch, dass der Durchmesser eines Kegels mit Zunahme seiner Höhe stetig abnimmt, bewirkt, dass der Roving, der auf die Mantelfläche des kegelförmigen Wickelkerns aufgelegt wird, im Bereich der Kegelspitze bereits nach wenigen Umschlingungen die Mantelfläche lückenlos bedeckt, im Bereich des Kegelfußes (der Bereich des größten Durchmessers) ist hingegen erst ein geringer Teil der Mantelfläche des kegelförmigen Wickelkörpers mit Rovings bedeckt. Um auch die Fläche im Bereich des Kegelfußes vollständig mit Rovings zu bedecken, wird der Wickelvorgang nach dem Stand der Technik zum Beispiel unter Beibehaltung des einmal gewählten Wickelwinkels so lange fortgeführt, bis auch diese Bereiche vollständig mit Fasern belegt sind. Dies hat jedoch zur Folge, dass der gewickelte Körper im Bereich der Kegelspitze durch die Vielzahl von übereinander liegenden Rovings eine wesentlich größere Schichtdicke als im Bereich des Kegelfußes aufweist. Für einen mit Fliehkräften beanspruchten Körper ist diese Materialverteilung jedoch unzweckmäßig.
Bei einem um seine Achse rotierenden kegelförmigen Hohlkörper sind die angreifenden Zentrifugalkräfte direkt abhängig vom Radius im Kraft angreifenden Punkt, sodass sie folglich im Bereich des Kegelfußes groß und im Bereich der Kegelspitze gering sind. Es ist daher zweckmäßig, wenn die Wandstärke des Kegels im Bereich seiner Grundfläche eher groß und im Bereich seiner Spitze eher gering ist, was mit der oben als Beispiel beschriebenen Wickeltechnik nicht erreicht wird. Man könnte dies durch mechanische Bearbeitung oder Auftragen von Matrixwerkstoff, ggf. mit Füllstoffen, ausgleichen.
Laminierte kegel- oder kegelstumpfförmige Hohlkörper, die mittels Laminiertechnik hergestellt werden, bieten die Möglichkeit, die Wandstärke des Rotationskörpers entsprechend den auftretenden Belastungen auszulegen und zu fertigen. Bei der Laminiertechnik werden nicht Fasern, sondern zugeschnittene Fasergewebe, -vliese oder -matten auf dem Kern abgelegt.
Das Laminierverfahren selbst kann mittels Handlaminiertechnik, der Prepregtechnik oder der Harzinjektionstechnik erfolgen. Allen den genannten Fertigungstechniken ist jedoch der Nachteil gemein, dass ein mit einer der genannten Techniken hergestellter kegelförmiger Hohlkörper in jeder Lage seines Schichtaufbaus zumindest eine Stoßstelle besitzt, an der die einzelnen Fasern nicht kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Zudem ist es mit dem Laminierverfahren nur bedingt möglich, eine den im Rotationskörper auftretenden Kräften optimierte Faserausrichtung zu gewährleisten. Dies hat zur Folge, dass der Körper zusätzlicher Lagen aus Fasermaterial bedarf, um den Nachteil des nicht vorhandenen Kraftschlusses in den einzelnen Lagen zu kompensieren. Dies hat wiederum zur Folge, dass der hergestellte Körper an Masse zunimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, kegel- und kegelstumpfförmige Hohlkörper aus Faserverbundmaterial herzustellen, wobei der Hohlköper über den Verlauf seiner Mantellinie einen Wandstärkeverlauf besitzt, der den Belastungsanforderungen angepasst ist. Bevorzugt soll der Hohlkörper im Verlauf seiner Mantellinie eine gleich bleibende Wandstärke oder eine zum großen Durchmesser hin zunehmende Wandstärke aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 bzw. Anspruch 4 gelöst In den abhängigen Unteransprüchen 2 und 3 bzw. 5 bis 11 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens beschrieben. Anspruch 12 beansprucht Schutz für einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Herstellung eines kegel- oder kegelstumpfförmigen Hohlkörpers aus Faserverbundmaterial ein oder mehrere Rovings mit bevorzugt Kohle- und/oder Glasfaser verwendet werden. Die Rovings werden unter einen Wickelwinkel Ω (Winkel zwischen den Rovings im Punkt der Ablage und der Rotationsachse des Wickelkerns) mit Hilfe eines Fadenauges als Fadenführungssystem auf geodätischen Linien auf einen rotierenden Wickelkern zu einer Faserstruktur gewickelt. Die Faserstruktur selbst besteht aus einer Vielzahl von Faserschichten, die von einzelnen übereinanderliegenden Rovings/Fasern gebildet werden. Der Wickelwinkel Ω wird im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns nach dem Wickeln einer teilbedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert. Die Änderung des Wickelwinkels wird so gewählt, dass sich der Bereich der Wendezone der zu wickelnden Faserschicht im Regelfall nicht mit dem Bereich der Wendezone der unmittelbar zuvor gewickelten Faserschicht überschneidet und der Wickelwinkel wird nur so weit geändert, dass die Reibung zwischen den Rovings selbst und zwischen den Rovings und dem Wickelkern die Rovings auf dem Wickelkern hält.
Im Besonderen sieht das Verfahren vor, dass der Wickelwinkel Ω zu Beginn des Wickelverfahrens so gewählt wird, dass sich der Bereich der Wendezone der aufzuwickelnden Fasern zunächst an der Spitze des zu wickelnden Hohlkörpers befindet. Dieser wird mit der Clairaut’schen Wickelbedingung exakt bestimmt: r·sinΩ = C

Ω: Winkel zwischen Meridian und Faserstrang
r: senkrechter Abstand des betrachten Punktes der Rotationsschale von der Rotationsachse (Wickelradius)
C: durch den Wendevorgang bestimmte Konstante

Der Wickelvorgang selbst wird mit dem Wickeln der ersten Faserschicht begonnen, wobei die Fasern so oft zwischen Grundfläche des rotierenden kegelförmigen Wickelkerns und Wendepunkt hin und her geführt werden, bis im Bereich des Wendepunktes eine vorbestimmte Anzahl von Fasern übereinander liegen. Im Bereich des großen Durchmessers des Wickelkerns ist zu diesem Zeitpunkt jedoch erst ein Teilbereich des Wickelkerns mit Fasern bedeckt.
Mit dem Wickeln der ersten Faserschicht wird gewährleistet, dass im Bereich der Spitze des zu wickelnden Hohlkörpers eine Vielzahl von Fasern übereinander liegt; damit ist in diesem Bereich bereits ein Großteil des Materialauftrags auf dem Wickelkern vollzogen. In den Bereichen, die sich zwischen dem ersten Wendebereich und dem größten Außenradius befinden, ist der Materialauftrag zum Teil wesentlich geringer oder noch gar nicht vorhanden. Diese Teilbedeckung des Wickelkerns bildet die Grundlage, um mit weiteren voll- oder teilbedeckenden Faserschichten einen definierten Wandstärkeverlauf des fertigen Hohlkörpers zu erreichen.
Um auch die un- und teilbedeckten Bereiche mit Fasern zu belegen, wird der Wickelwinkel der Fasern vergrößert. Damit wird gewährleistet, dass sich der Wendebereich der Fasern zur Grundfläche des Kegels hin verschiebt. Weiterhin wird der Wickelwinkel so weit geändert, dass der Wendebereich der zu wickelnden Faserschicht nicht mit dem Wendebereich der zuletzt gewickelten Faserschicht überschneidet. Die Änderung des Wickelwinkels wird weiterhin bevorzugt so gewählt, dass die Fasern bevorzugt stets versetzt zueinander abgelegt werden; damit wird verhindert, dass im Faserstrukturkörper „Löcher“ (Bereiche gänzlich ohne Faserablage) entstehen.
Der Wendebereich und die Anzahl von Umschlingungen/Hüben einer zu wickelnden Schicht wird bevorzugt so gewählt, dass sich aus der Schichtung des Materialauftrags im Wendebereich der zu wickelnden Schicht und des Materialauftrags der zuvor gewickelten Schichten in diesem Bereich eine Gesamtschichtdicke ergibt, die der Schichtdicke im Wendebereich der ersten gewickelten Schicht entspricht.
Die Möglichkeit, den Wickelwinkel im Herstellungsprozess zu ändern, um die Fasern auf einem von der geodätischen Linie abweichenden Pfad zu wickeln, ohne dass die Fasern verrutschen, ist durch Ausnutzung von Reibungseffekten zwischen den Fasern selbst und zwischen den Fasern und dem Wickelkern möglich.
Für eine größere Änderung des Wickelwinkels, bei dem die Reibungseffekte nicht mehr ausreichen sollten, um die Faser auf einer von der geodätischen Linie abweichenden Linie zu führen, sind gegebenenfalls Hilfswerkzeuge einzusetzen.
Im Folgenden werden auch die weiteren Schichten so gewickelt, dass die Dicke der in den Wendebereichen überlagerten Faserschichten gleich bleibend ist. Unter dieser Bedingung erhält man jedoch eine Oberfläche des Faserverbundes, die wellenförmig ist. Dies liegt daran, dass die Wendebereiche der einzelnen Faserschichten nicht unmittelbar aneinandergrenzen. Zwischen den einzelnen Wendebereichen ist der Materialauftrag geringer.
Ist der Fertigungsprozess so weit fortgeschritten, dass der Wendebereich im Fußbereich des Wickelkerns liegt, wird der Wickelwinkel im folgenden Verfahrensschritt derart geändert, dass sich der Wendebereich wieder Richtung Kegelspitze verschiebt. Diesmal jedoch so weit, dass der Wendebereich der als nächstes zu wickelnden Faserschicht zwischen die Wendebereiche von zwei zuvor gewickelten Schichten fällt. Auf diese Weise wird für einen maßgeblichen Materialzuwachs in den Bereichen gesorgt, die eine geringere Schichtdicke aufweisen.
Auch im Folgenden wird der Wickelwinkel derart geändert, dass der Wendebereich der zu wickelnden Schicht weiter Richtung Kegelspitze verschoben wird und zwischen zwei Wendebereiche zuvor gewickelter Schichten fällt. Bevorzugt wird die Abfolge der Wendebereiche so gewählt, dass sich ein bezüglich der innen und außen liegenden Schichten des späteren Hohlkörpers symmetrischer Schichtaufbau ergibt.
Mit Abschluss des Wickelns der Schicht, die wieder im Bereich der Kegelspitze bzw. der Kegelstumpfspitze liegt, ist der Wickelprozess abgeschlossen. Der Faserverbundkörper ist somit kegelförmig ausgeformt, wobei er über seine gesamte Mantelfläche eine bevorzugt gleich bleibende Faserschichtdicke aufweist. Die Zugabe des Matrixmaterials erfolgt also entweder durch Tränken der Fasern vor dem Auflegen auf den Wickelkern oder indem das Matrixmaterial nach dem Wickeln in die Faserstruktur injiziert wird. Des Weiteren ist vorgesehen, Rovings zu verwenden, die zumindest teilweise aus einem Thermoplast wie Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyetheretherketon (PEEK) bestehen. Die Verwendung der vorgenannten Materialien ermöglicht es, im Zuge des Herstellungsverfahrens die schon gewickelte Faserschichtung durch Erwärmung zu härten; damit wird verhindert, dass die vergleichsweise dicken Faserschichtungen in den Wendebereichen verrutschen, wodurch Inhomogenitäten im Schichtaufbau vermieden werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, den Wickelkern als Doppelkegel auszuführen; der Doppelkegel hat die Form zweier an ihren Grundflächen zusammengefügter Kegel. Diese Form des Wickelkerns ermöglicht es, dass in einem Arbeitsgang zwei Faserverbundkörper hergestellt werden können und dass weniger Fasermaterial benötigt wird, als bei Verwendung eines Wickelkerns in Kegelform. Bei Verwendung eines kegelförmigen Wickelkerns verläuft ein Großteil der aufgewickelten Faser über die Grundfläche der Wickelkerns. Dieses Material wird bei Nutzung eines Doppelkegels als Wickelkern eingespart.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zur Verstärkung des Faserverbundstoffes in definierten Bereichen zusätzliche Lagen der Fasern abgelegt werden. Es ist daher mit dem beschriebenen Verfahren möglich, kegelförmige Hohlkörper aus einem Faserverbund herzustellen, die eine im Verlauf der Mantellinie zur Grundfläche des Kegels hin zunehmende Wandstärke besitzen. Zudem können bundförmige Verstärkungen der Mantelfläche ausgeformt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der 1 bis 3 näher erläutert.
1 verdeutlicht den Verlauf des Rovings 1 auf dem Wickelkern 2. Im Startpunkt 3 ist der Roving 1 fixiert und weist in diesem Punkt einen definierten Winkel Ω bezüglich des Meridians auf. Der Roving 1 folgt der durch den Wickelwinkel Ω bestimmten geodätischen Linie bis zu dem ebenfalls über den Wickelwinkel Ω festgelegten Wendebereich 4. Im Wendebereich 4 weist der Roving 1 bezüglich des Meridians punktuell einen Winkel von 90° auf. Im Folgenden läuft der Roving 1 weiter auf seiner zugeordneten geodätischen Linie über den großen Kegelradius bis zum Wendebereich 5 und von dort wieder zurück zum Wendebereich 4. Nach einer Vielzahl von Verläufen des Rovings 1 über die Wendebereiche 4 und 5 gelangt er wieder zu seinem Startpunkt 3 zurück. Damit ist die erste Schicht des Schichtaufbaus gewickelt.
Aus 1 ist weiterhin ersichtlich, dass im Bereich der Kegelspitze bereits mehrere Fasern übereinander liegen und dort die Mantelfläche des Wickelkerns 2 vollständig bedecken. Im Bereich des großen Durchmessers des Wickelkerns liegen punktuell zwei Rovings 1 übereinander, in vielen Bereichen sind noch keine Fasern aufgelegt; der Wickelkern ist teilbedeckt.
Die zweite Schicht des Schichtaufbaus erfolgt in analoger Weise, jedoch wird für den Aufbau der zweiten Schicht der Wickelwinkel Ω des Rovings 1 geändert. Dies hat zur Folge, dass die Fasern auf ihrer nun zugeordneten geodätischen Linie bis zum Wendebereich 6 laufen, dort umkehren und zum entsprechenden gegenüberliegenden Wendebereich (nicht dargestellt) geführt werden und von dort wieder zurück zum Wendebereich 6, solange bis im Wendebereich 6 eine vordefinierte Anzahl von Rovings 1 übereinander liegen und der Aufbau der zweiten Schicht des Schichtaufbaus vollzogen ist.
Der Schichtaufbau als solcher wird in 2 verdeutlicht. Im Wendebereich 4, der sich an der Spitze der Wickelkerns 2 befindet, baut sich die Faserschichtung 8 des Rovings 1 aus dem Wickelvorgang der ersten Schicht auf. Die Faserschichtung 9 befindet sich im Wendebereich 6 der zweiten Schicht. Die Faserschichtung im Wendebereich 6 besteht zum Teil aus der Faserschichtung 8 der ersten Schicht und zum Teil aus der Faserschichtung 9 der zweiten Schicht. In der Summe ist die Faserschichtung im Wendebereich 6 hier genauso dick, wie die Faserschichtung 8 im Wendebereich 4. Entsprechend setzten sich die weiteren Faserschichtungen, die weiter Richtung Kegelgrundfläche liegen, aus der aktuellen und sämtlichen zuvor gewickelten Faserschichtungen zusammen.
Weiterhin ist aus 2 ersichtlich, dass es durch das beschriebene Wickelverfahren zunächst zu einer wellenförmigen Oberfläche des Faserverbundes kommt. Dieser Effekt wird durch das Wickeln weiterer Schichten, deren Wendebereiche jeweils in den Tälern der wellenförmigen Oberfläche liegen, kompensiert; dies verdeutlicht 3. Das Ergebnis ist eine nahezu ebene Oberfläche des Faserverbundes.
Die 4 verdeutlicht, wie der Wickelwinkel 10 definiert ist; 5 zeigt einen Wickelkern, der aus zwei einzelnen, voneinander beabstandeten Wickelkernen besteht.
Bezugszeichenliste

1: Roving
2: Wickelkern
3: Startpunkt
4: 1. Wendebereich (1. Lage)
5: 2. Wendebereich (1. Lage)
6: 3. Wendebereich (2. Lage)
8: Faserschichtung 1. Lage
9: Faserschichtung 2. Lage
10: Wickelwinkel Ω

Claims

Verfahren zur Herstellung von kegel- und kegelstumpfförmigen polar orthotropen Hohlkörpern aus Faserverbundmaterial unter Verwendung von von einer Spule oder einem Spulenbaum abwickelbaren, endlosen Fasern oder Faserbündeln (Rovings), die mit Hilfe eines Fadenauges als Fadenführungssystem auf einen rotierenden doppelkegelförmigen Wickelkern (2) zu einem Faserverbund, bestehend aus einer Vielzahl von Faserschichten, gewickelt werden, wobei die Wandstärke, gebildet durch den Faserverbund, im Wesentlichen über die gesamte Mantelfläche des Kegels gleich dick ist oder über die Mantellinie des Hohlkörpers zum großen Außenradius des Hohlkörpers hin stetig zunimmt und/oder die Wandung des kegelförmigen Faserverbundes in vorgesehenen Bereichen ringförmige Verdickungen (Bunde) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Faserbündel im Wesentlichen entlang geodätischer Linien gewickelt werden, wobei die jeweilige geodätische Linie durch einen zugehörigen Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) bestimmt ist, wobei der Wickelwinkel Ω (10) der Winkel zwischen den Rovings im Punkt der Ablage und der Rotationsachse des Wickelkerns (2) ist, und dass der Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) nach dem Abschluss des Wickelns einer den Wickelkern (2) zumindest teilweise bedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert wird, wobei die Änderung des Wickelwinkels Ω (10) so gewählt wird, dass sich der Bereich der durch den Wickelwinkel Ω (10) der jeweiligen geodätischen Linie bestimmten Wendezone der zu wickelnden Faserschicht mit dem Bereich der Wendezone der unmittelbar zuvor gewickelten Faserschicht nicht überschneidet, und wobei der auf dem doppelkegelförmigen Wickelkern gewickelte Faserverbund nach seiner Aushärtung im Bereich des größten Durchmessers des doppelkegelförmigen Kerns aufgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelkegelförmige Wickelkern (2) die Form zweier an den Grundflächen aneinandergefügter Kegel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelkegelförmige Wickelkern (2) aus zwei einzelnen kegel- oder kegelstumpfförmigen Wickelkernen (2), die über ihre Grundflächen kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind, besteht.
Verfahren zur Herstellung von kegel- und kegelstumpfförmigen polar orthotropen Hohlkörpern aus Faserverbundmaterial unter Verwendung von von einer Spule oder einem Spulenbaum abwickelbaren, endlosen Fasern oder Faserbündeln (Rovings), die mit Hilfe eines Fadenauges als Fadenführungssystem auf einen rotierenden kegelförmigen Wickelkern (2) zu einem Faserverbund, bestehend aus einer Vielzahl von Faserschichten, gewickelt werden, wobei die Wandstärke, gebildet durch den Faserverbund, im Wesentlichen über die gesamte Mantelfläche des Kegels gleich dick ist oder über die Mantellinie des Hohlkörpers zum großen Außenradius des Hohlkörpers hin stetig zunimmt und/oder die Wandung des kegelförmigen Faserverbundes in vorgesehenen Bereichen ringförmige Verdickungen (Bunde) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Faserbündel im Wesentlichen entlang geodätischer Linien gewickelt werden, wobei die jeweilige geodätische Linie durch einen zugehörigen Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) bestimmt ist, wobei der Wickelwinkel Ω (10) der einschließende Winkel zwischen den Fasern oder Faserbündeln (Rovings) am Punkt der Faserablage und dem durch diesen Punkt verlaufenden Meridian des Wickelkerns (2) ist, und dass der Wickelwinkel Ω (10) im Bereich des größten Außendurchmessers des Wickelkerns (2) nach dem Abschluss des Wickelns einer den Wickelkern (2) zumindest teilweise bedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert wird, wobei die Änderung des Wickelwinkels Ω (10) so gewählt wird, dass sich der Bereich der durch den Wickelwinkel Ω (10) der jeweiligen geodätischen Linie bestimmten Wendezone der zu wickelnden Faserschicht mit dem Bereich der Wendezone der unmittelbar zuvor gewickelten Faserschicht nicht überschneidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelwinkel Ω (10) nach dem Abschluss des Wickelns einer den Wickelkern (2) nur teilweise bedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelwinkel Ω (10) nach dem Abschluss des Wickelns einer den Wickelkern (2) vollständig bedeckenden Faserschicht, welche aus einer Vielzahl von Faserumläufen gebildet wird, geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vier bis zehn Rovings aus Kohlefaser und/oder Glasfaser verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Rovings aus Kohlefaser und Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole)-Fasern (PBO) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Faserbündel, bevor sie auf den Wickelkern (2) abgelegt werden, mit einem niedrigviskosen Reaktionsharz getränkt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Herstellungsverfahrens durch Erwärmung der gewickelten Fasern eine Fixierung selbiger gewährleistet wird, bevor der Wickelvorgang fortgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Fasern oder Faserbündeln, nachdem sie auf dem Wickelkern (2) abgelegt wurden, ein niedrigviskoses Reaktionsharz injiziert wird.
Kegel- oder kegelstumpfförmiger Hohlkörper, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.