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Die Erfindung betrifft eine Flechtvorrichtung zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus Fasern gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Insgesamt bieten faserverstärkte Bauteile Vorteile, die deren Einsatz in nahezu allen Anwendungsgebieten bekräftigen. Mit einer hohen gewichtsbezogenen Festigkeit und Steifigkeit des Endprodukts finden sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie Verwendung. Auf Basis endlos faserverstärkter und mit einem duroplastischen Harz imprägnierter Halbzeuge oder einzelner imprägnierter Fasern können diese zu hoch belastbaren Bauteilen geformt und ausgehärtet werden.
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Neben der Herstellung flächenhafter Bauteile, welche einer formgebenden Matrize bedürfen, basiert insbesondere die Herstellung von Hohlkörpern aus Faserverbundwerkstoffen auf einem zuvor erstellten und geometrisch ausgearbeiteten festen Kern, welcher mit einzelnen Fasern umwickelt sowie umflochten wird. Die Imprägnierung der Fasern kann dabei vor oder während der Umwicklung erfolgen.
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Die
US 5320696 A offenbart eine Flechtvorrichtung zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus mit einem Harz imprägnierten Fasern. Die einzelnen Fasern werden hierbei zwischen einen Führungstrichter und einen Führungsring hindurch geführt sowie umgelenkt und anschließend um einen geformten Kern herum gewickelt. Der Kern ist senkrecht innerhalb einer Heizkammer angeordnet. Die Heizkammer umfasst unterseitig einen den geformten Kern umgebenden Injektorring, welchem oberseitig eine mechanische Vorrichtung mit einer in ihrem Querschnitt veränderbaren Blende gegenüber liegt. Über Austrittsöffnungen innerhalb des Injektorrings wird die Heizkammer mit erhitztem Stickstoff als Härtungstrigger befüllt, um das aus den imprägnierten Fasern gebildete Geflecht zu härten. Die das Geflecht umgebende Blende ist dabei soweit geschlossen, dass diese möglichst nah an das Geflecht heranreicht, um die erzeugte Hitze innerhalb der Heizkammer zu halten.
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Insbesondere mit alternierenden Querschnittssprüngen versehene Hohlkörper stellen hohe Anforderungen an den zu verwendenden Kern, da dieser nicht ohne weiteres aus dem fertigen Bauteil herausgezogen werden kann. So werden diese Kerne beispielsweise aus Materialien gefertigt, welche einen einmaligen Gebrauch vorsehen, indem sie nach Herstellung des Hohlkörpers zerstört werden. Die Zerstörung kann beispielsweise durch Aufschmelzen des Kerns erfolgen. Neben dem hohen wirtschaftlichen Aufwand zur Erzeugung solcher Kerne gestaltet sich auch deren Entfernung aus dem fertigen Hohlkörper zeit- und energieintensiv.
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Hinzu kommen die Aufwendungen für die Lagerung und das Entsorgen des anfallenden Kernmaterials. Je nach verwendetem Kernmaterial und Größe des zu erstellenden Hohlkörpers werden durch den Kern entsprechende Massen erreicht, wobei das so erzeugte Gewicht das Handling insgesamt beeinträchtigt. Aufgrund des hohen, im Vorfeld zur Herstellung des Hohlkörpers nötigen Aufwands ist die Herstellung von Prototypen schwierig und insgesamt vor dem Hintergrund des erforderlichen rapid prototyping kaum bis gar nicht zu realisieren.
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Somit bietet die individuelle, auf den jeweiligen zu erstellenden Hohlkörper angepasste schnelle Umsetzbarkeit sowie der damit einhergehende wirtschaftliche Aufwand noch Raum für Verbesserungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flechtvorrichtung zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus Fasern dahingehend zu verbessern, dass dessen kernlose und mit nur geringem wirtschaftlichen Aufwand einhergehende Erzeugung ermöglicht wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Flechtvorrichtung zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus Fasern gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Hiernach umfasst die Flechtvorrichtung eine Umformeinheit, welche dafür vorgesehen ist, ein aus den miteinander verflochtenen Fasern gebildetes Geflecht inkrementell umzuformen und partiell zu härten. Die Umformeinheit ist hierfür ringförmig ausgebildet und definiert damit ein Bearbeitungszentrum, wobei das aus den miteinander verflochtenen Fasern gebildete Geflecht von seinem Außenumfang aus innerhalb des Bearbeitungszentrums inkrementell umgeformt ist. Das Bearbeitungszentrum stellt hierbei einen durch die Umformeinheit begrenzten Wirkbereich selbiger dar, innerhalb dem das Geflecht bearbeitet wird. Die miteinander verflochtenen Fasern sind somit innerhalb der Umformeinheit zumindest für einen temporären Verbleib angeordnet und von dieser in einem Umfangsabschnitt des Geflechts umgeben. Während des Verbleibs des Geflechts im Bearbeitungszentrum innerhalb der Umformeinheit wird dieses zumindest bereichsweise geformt und gehärtet.
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Der verwendete Begriff der Fasern umfasst im Sinne der Erfindung auch deren zusammengefasste Verarbeitung in Form von Faserbündeln (Filamentbündel). Die Anzahl der zu verwendenden Fasern sowie Faserbündeln richtet sich dabei nach der Geometrie des zu erstellenden Bauteils.
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Für eine Bündelung der dem Ursprung entstammenden Fasern in Richtung der Umformeinheit ist vorgesehen, dass zwischen dem Ursprung der Fasern und der Umformeinheit eine die Fasern umgreifende Blende vorgesehen ist. Über die Blende sind die jeweiligen Fasern ausrichtbar. In Kombination mit der Grundplatte oder bereits verfestigter Abschnitte werden die so zusammengeführten Fasern bereits zu einem gewünschten Grundkörper des Geflechts ausgerichtet. Je nach Anforderung ist die Blende in ihrem Umfang veränderbar, wobei sie in Form einer Iris ihren Querschnitt sowohl vergrößern als auch verkleinern kann. Analog der Grundplatte kann auch die Iris diverse geometrische Formen aufweisen, beispielsweise oval oder rechteckig. Vorzugsweise sind sowohl die Blende als auch zumindest die einzelnen Bereiche der für die Festlegung der Fasern vorgesehenen Teile der Grundplatte kreisrund ausgebildet. Der sich hierdurch einstellende zylindrische Grundkörper des Geflechts bietet eine gute Ausgangsbasis für die meisten zu erstellenden geometrischen Formen des hohlen Bauteils.
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Die Umformeinheit selbst weist mindestens einen zum Bearbeitungszentrum hin verschieblichen Stempel auf. Auch wenn der Stempel sowohl parallel verschieblich als auch schwenkbar sein kann, ist dieser bevorzugt linear verschieblich, wobei dessen Ausrichtung radial auf das Bearbeitungszentrum und somit auf das innerhalb der Umformeinheit befindliche Geflecht der miteinander verflochtenen Fasern gerichtet ist. Das Geflecht ist dann durch den Stempel inkrementell umformbar. Durch eine Mehrfachanordnung der Stempel können diverse Bereiche des Geflechts gezielt aus ihrer ursprünglichen Lage verdrängt werden, wodurch die gewünschte Umformung zur Endgeometrie hin eingestellt wird und diese durch das Aushärten fixiert werden. Da die einzelnen Fasern und somit auch das Geflecht zwischen dem Ursprung der Fasern und der Grundplatte eine voreingestellte Zugkraft aufweisen, verharrt der jeweilige Stempel so lange in seiner einen Bereich des Geflechts umformenden Lage, bis dessen gewünschte Geometrie durch partielles Aushärten eingestellt ist.
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Um das Geflecht neben seiner Umformung in der so eingestellten Geometrie zu fixieren, weist die Umformeinheit mindestens einen Härtungstrigger auf. Durch den Härtungstrigger ist das Geflecht partiell aushärtbar. Der Härtungstrigger dient der Aktivierung des Aushärtungsprozesses des Harzes. So wird beispielsweise durch einen gezielten lokalen Temperatureintrag oder eine lokale Temperaturerzeugung das Geflecht inkrementell gehärtet, während die umliegenden Bereiche des Geflechts noch in einem verformbaren Zustand vorliegen. Die Härtung selbst meint hierbei grundsätzlich sämtliche Härtungsstufen von unausgehärtet bis einschließlich ausgehärtet. Die Temperierung kann hierbei berührungslos, beispielsweise mittels Bestrahlung, erfolgen. So kann die Bestrahlung beispielsweise durch eine UV-Lichtquelle oder mittels IR-Licht erzeugt werden. Denkbar ist auch eine gebündelte Lichtquelle, beispielsweise Laser. Der lokale Wärmeeintrag kann auch über ein erhitztes gasförmiges Medium erfolgen, beispielsweise durch Heißluft. Die Wahl des geeigneten Härtungstriggers richtet sich nach der Zusammensetzung des verwendeten Harzes sowie Härters, um den Härtungsprozess lokal anzuregen sowie durchzuführen.
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In vorteilhafter Weise wird der Härtungstrigger parallel zu den Bewegungen des Stempels geführt. Hierdurch richtet sich der Härtungsprozess gezielt an dem durch den Stempel umgeformten Bereich des Geflechts aus. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die umliegenden Bereiche weder vor ihrer Umformung noch vor deren endgültigen Formgestaltung aktiviert und gehärtet werden. Der Härtungstrigger kann beispielsweise auch innerhalb des Stempels integriert sein. Grundsätzlich ist der zum Aushärten erforderliche Temperatureintrag oder die Temperaturerzeugung ein- sowie beidseitig der Wandung des Geflechts möglich.
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Der besondere Vorteil liegt in der inkrementellen Umformung der bereits miteinander verflochtenen Fasern. Die so bereits zu einer Wandung des Geflechts miteinander verflochtenen Fasern erzeugen zunächst einen Grundkörper, welcher dann durch die Umformeinheit bereichsweise umgeformt und gehärtet wird. Die Härtung selbst meint hierbei grundsätzlich sämtliche Härtungsstufen von unausgehärtet bis einschließlich ausgehärtet.
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Die bereits gehärteten Bereiche des Geflechts steifen dieses aus und ermöglichen eine andere Ausrichtung der noch ungehärteten Fasern innerhalb des Geflechts, wodurch nahezu beliebig ausgerichtete Querschnittssprünge und Geometrien ermöglicht werden. Die einzelnen Fasern können hierbei bereits vor ihrer Verflechtung mit einem Harz imprägniert sein. Nicht imprägnierte Fasern werden vor ihrer Aushärtung entsprechend behandelt und imprägniert. So kann beispielsweise auch erst das aus den einzelnen Fasern geflochtene Geflecht mittels einer geeigneten Vorrichtung mit einem Matrixharz versehen werden.
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Grundsätzlich können auch einzelne Fasern, Faserbündel oder das Geflecht zumindest bereichsweise mit einem entsprechenden Binder versehen werden, um eine Vorfixierung einzelner Bereiche zu erhalten, bevor eine endgültige Aushärtung des Bauteils erfolgt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Flechtvorrichtung sind Inhalt der nachfolgend näher erläuterten abhängigen Ansprüche 2 bis 4.
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Um eine lückenlose Bearbeitung des Geflechts mittels Umformen und Härten zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die Umformeinheit um ihr Bearbeitungszentrum herum und somit um das darin befindliche Geflecht rotierbar ist. Auch wenn das Geflecht selbst innerhalb der Umformeinrichtung rotierbar angeordnet sein kann, wird so die lückenlose Umformung sowie Aushärtung einzelner Bereiche eines Abschnitts des Geflechts durch die Rotierbarkeit der Umformeinheit erreicht oder zumindest ergänzt.
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Auf einer dem Ursprung der Fasern gegenüberliegenden Seite der Umformeinrichtung ist eine Grundplatte vorgesehen. An dieser Grundplatte sind die einzelnen Fasern festgelegt. Die Grundplatte kann hierfür verschiedene Geometrien aufweisen, die sich insbesondere in der Lage einzelner, die einzelnen Fasern aufnehmenden und festlegenden Bereiche an der Geometrie des Grundkörpers des Geflechts orientiert.
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Die Grundplatte selbst ist über eine Führungseinheit räumlich geführt und positioniert. Hierdurch weist die Grundplatte eine veränderbare relative Ausrichtung gegenüber der Umformeinrichtung und dem Ursprung der Fasern auf. Je nach der zu erstellenden Geometrie des hohlen Bauteils kann so die formgebende Funktion der Umformeinheit durch ein räumliches Neuausrichten des Geflechts ergänzt werden. Insbesondere die Auslenkung der Grundplatte aus einer durch den Ursprung der Fasern und der Umformeinheit gebildeten Längsrichtung des Geflechts bietet die Möglichkeit, gegenüber der Wandung des Geflechts senkrechte Querschnittssprünge zu realisieren. Je nach Anforderung ist auch eine vor- und zurückgerichtete Verschiebung des Geflechts in Längsrichtung innerhalb der Umformeinheit möglich.
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Grundsätzlich kann die Grundplatte auch nur temporär eingesetzt werden. Insbesondere zu erstellende Geometrien des Bauteils, die eine Herstellung im Endlosverfahren ermöglichen, können bereits nach der Erstellung erster verfestigter Abschnitte auf die Grundplatte verzichten. An deren Stelle werden die bereits verfestigten Bereiche über eine geeignete Anordnung geführt und bei Bedarf verschwenkt.
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Für eine präzise und kontrollierte Umformung einzelner Bereiche des Geflechts ist innerhalb des Bearbeitungszentrums der Umformeinrichtung eine Gegenlagereinheit vorgesehen. Hierdurch erfährt der in die Wandung des Geflechts verschobene und somit die Wandung bereichsweise verdrängende Stempel einen entsprechenden Gegenspieler, wobei der Bereich des Geflechts zwischen der Umformeinheit und der Gegenlagereinheit inkrementell umformbar ist.
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Hierdurch wird vom Inneren des Geflechts aus eine ausreichende Gegenkraft auf den Wandungsbereich des Geflechts erzeugt, die beispielsweise durch einen weiteren Stempel oder auch über ein entsprechend starkes oder regelbares Magnetfeld, welches beispielsweise eine Kugel oder Rolle auf der Innenseite des Geflechts hält, gebildet ist. Je nach Ausgestaltung können sowohl die Gegenlagereinheit als auch der Stempel der Umformeinheit gegeneinander verschoben werden, so dass Bereiche der Wandung des Geflechts zwischen deren jeweiligen Umfang gegriffen und beispielsweise gegenüber dem umliegenden Verlauf des Geflechts aufgestellt werden können.
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Der einzelne Stempel kann mit unterschiedlichen Durchmessern sowie Formgebungen ausgestattet sein, die den jeweiligen Anforderungen entsprechen. Um eine möglichst reibungsfreie Kontaktfläche zwischen der Umformeinheit und der Wandung des Geflechts zu erhalten, können beispielsweise einzelne Gleitlager oder Rollen an den jeweiligen Endabschnitten der Stempel angeordnet sein, die mit dem Geflecht in Kontakt treten. Durch deren Ausgestaltung kann darüber hinaus auch die Formgebung beeinflusst werden, indem beispielsweise längsgerichtete Vertiefungen in die Wandung des Geflechts gerollt und gehärtet werden.
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Die erfindungsgemäße erweiterte Flechtvorrichtung schafft eine wirtschaftliche und innerhalb kürzester Zeit ein- und umsetzbare Formgebung zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus Fasern, welche über eine Harzmatrix miteinander verbunden sind. Die inkrementelle Umformung und partielle Aushärtung der bereits zu einem Geflecht verflochtenen Fasern ermöglicht auch anspruchsvolle Formgebungen, welche durch alternative Methoden und Vorrichtungen nur schwer bis gar nicht realisierbar sind.
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Durch ein präzises Ansteuern der Stempel innerhalb der Umformeinheit sowie der Gegenlagereinheit kann beispielsweise die zuvor runde Form des Grundkörpers des Geflechts in eine rechteckige Gestalt umgearbeitet werden. Hierfür sind spezielle Algorhythmen vorgesehen, welche das Zusammenspiel der Faserführung, deren Verflechtung sowie Umformung und Aushärtung nebst der räumlichen Lage des Geflechts innerhalb der Umformeinheit steuern. Das gezielte Aushärten des Geflechts während des Formungsprozesses gestaltet sich abhängig von dem verwendeten Werkstoff, welcher vorzugsweise durch ein Matrixharz gebildet ist. Die Aushärtung der einzelnen Bereiche des Geflechts erfolgt direkt nach oder während deren Umformung über einen geeigneten Härtungstrigger.
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Nicht vorimprägnierte Materialien werden vor ihrer Härtung gezielt mit Matrixharz und/oder einem entsprechenden Binder imprägniert, welches beispielsweise im Bereich der Umformeinheit auf das Geflecht oder im Vorfeld auf die einzelnen Fasern ein- sowie aufgebracht wird.
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Nach ausreichender Verfestigung eines Bereichs des Geflechts kann eine benachbarte Wandung des Geflechts angefahren und bearbeitet werden. Die Geschwindigkeit des Formungsprozesses sowie der Aushärtung wird dabei zusätzlich durch den Einsatz geeigneter Materialien und Härtungsverfahren gesteuert.
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Der besondere Vorteil liegt in der universellen Einsetzbarkeit der Flechtvorrichtung, da im Vorfeld eine aufwendige und mit entsprechenden Kosten verbundene Herstellung eines Formkerns entfällt. Neben dem Wegfall der Herstellung, Lagerung sowie Entsorgung des sonst üblichen Kernmaterials gestaltet sich das Handling insgesamt deutlich einfacher. Das im Ergebnis wirtschaftlich hergestellte hohle Bauteil weist eine Ersparnis im Bereich der Herstellungszeit, des Energieaufwands und somit eine Kostenersparnis auf. Der durch das Geflecht gebildete Grundkörper kann noch bis zur lokalen Aushärtung beeinflusst sowie verändert werden. Durch die schnelle Umsetzung von Geometrien für hohle Bauteile eignet sich die Flechtvorrichtung in vorteilhafter Weise zum rapid prototyping.
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Darüber hinaus offenbart die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Bauteils aus Fasern mittels einer Flechtvorrichtung. Die Flechtvorrichtung weist hierfür eine Umformeinheit auf, wobei die einzelnen Fasern abschnittsweise zunächst zu einem Geflecht verflochten werden, welches dann durch die Umformeinheit inkrementell umgeformt und partiell gehärtet wird. Die Härtung selbst meint hierbei grundsätzlich sämtliche Härtungsstufen von unausgehärtet bis einschließlich ausgehärtet. Das Geflecht aus einzelnen Fasern bildet hierfür bereits einen in sich geschlossenen Grundkörper. Durch die Ausrichtung der einzelnen Fasern innerhalb des Geflechts besitzt der so erstellte Grundkörper bereits eine gewisse Eigensteifigkeit. Durch gezielte Zugkraftsteuerung einzelner Fasern oder Faserbündel wird diese zusätzlich unterstützt. Hierdurch ist auch eine Vorausrichtung des Geflechts in Bezug auf dessen Geometrie und räumlicher Lage realisierbar. Anschließend werden einzelne Bereiche der Wandung des Geflechts gezielt inkrementell umgeformt und partiell gehärtet. Bereits gehärtete Bereiche bieten hierbei gegenüber nicht gehärteten Fasern ein entsprechendes Widerlager, wodurch eine Neuausrichtung der noch ungehärteten Fasern gegenüber der bereits geformten und gehärteten Wandung des Geflechts ermöglicht wird.
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Das aus den einzelnen Fasern gebildete Geflecht wird von einem Außenumfang aus durch die Umformeinheit inkrementell umgeformt. Hierfür ist die Umformeinheit um das Geflecht herumgeführt und bildet eine in sich geschlossen ringförmige Struktur.
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Die Umformeinheit weist hierfür mindestens einen verschieblichen Stempel auf, wobei der Stempel das Geflecht inkrementell umformt. Der Stempel wird hierfür auf die Wandung des Geflechts zubewegt, so dass eine weitere Verschiebung des Stempels einzelne Fasern eines Bereichs des Geflechts aus ihrer Ursprungslage verdrängt und gegenüber bereits gehärteten Bereichen beispielsweise eine Abwinkelung schafft.
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Das Geflecht wird dabei durch einen Härtungstrigger innerhalb der Umformeinheit partiell gehärtet. Der Härtungstrigger dient der Aktivierung des Aushärtungsprozesses des Harzes. Die Härtung des Geflechts kann vor, während oder nach deren Umformung erfolgen. Die Härtung selbst meint hierbei grundsätzlich sämtliche Härtungsstufen von unausgehärtet bis einschließlich ausgehärtet. Sofern der Grundkörper bereits der zu erhaltenden hohlen Bauteilgeometrie entspricht, erfolgt die Härtung einzelner Bereiche oder des gesamten, innerhalb der Umformeinrichtung gelegenen Abschnitts des Geflechts. Durch den Zeitpunkt des Wärmeeintrags in das Geflecht kann die Umformung einzelner Bereich vor oder während des Aushärtungsprozesses erfolgen. Die jeweilige Ausführung richtet sich nach den individuellen Erfordernissen.
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Je nach Größe und Ausgestaltung des Geflechts werden mögliche Freiräume zwischen den Fasern oder Faserbündeln gezielt mit Harz gefüllt. Bei Überschreitung zulässiger Größen der Freiräume oder zur Erhöhung der Festigkeit werden zusätzliche Fasern eingearbeitet.
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Auch wenn die einzelnen Fasern vor Ort in einem entsprechend chemischen Prozess hergestellt werden können, sind diese in vorteilhafter Weise auf entsprechenden Spulenkörpern bereitgestellt, wobei die einzelnen Fasern von den Spulenkörpern abgespult werden und in einer mit den Spulenkörpern versehenen Flecht-Wickeleinheit ihren Ursprung haben. Über die Spulenkörper wird die Zugkraft auf einzelne Fasern gesteuert. Hierfür werden die Spulenkörper gezielt gebremst oder verdreht, um die Faserzugkraft einzustellen.
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Das Verfahren sieht vor, dass die freien Enden der einzelnen Fasern zunächst an einer Grundplatte festgelegt werden. Die Festlegung der Fasern an der Grundplatte richtet sich bezüglich der Anordnung zumindest ansatzweise an der Anfangskontur des hohlen Bauteils aus. In vorteilhafter Weise werden die einzelnen Fasern auf der Grundplatte zunächst kreisförmig festgelegt, wobei die Grundplatte mit den daran festgelegten Fasern über eine Führungseinheit räumlich geführt und positioniert wird. Die Führungseinheit selbst kann hierbei beispielsweise durch einen Roboter oder einen anderen mechanischen Aufbau gebildet werden. Die Führungseinheit ermöglicht es, dass die Grundplatte gezielt in ihrer Lage gegenüber dem Ursprung der Fasern ausgerichtet werden kann.
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Um einen Endlosprozess zu realisieren, ist eine Übergangskontur zwischen Anfang und Ende zweier Bauteile denkbar, die über einen entsprechenden Greifer gefasst werden kann. Somit kann das Ummontieren der Grundplatte entfallen.
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In einem nächsten Schritt werden die zwischen der Grundplatte und ihrem Ursprung gespannten Fasern von einer Blende umgriffen, welche die einzelnen Fasern ausrichtet. Über die Blende kann die Faserausrichtung für die aktuell zu bearbeitende Geometrie des zu erstellenden Bauteils gezielt eingestellt werden. Analog einer Iris wird die Blende bei Bedarf in ihrem Umfang verändert, so dass deren Querschnittsveränderung unmittelbar die durch sie hindurchgeführten Fasern näher zusammenrückt oder weiter voneinander beabstandet. In vorteilhafter Weise wird die Blende so eingestellt, dass die zwischen der Grundplatte und der Blende zu dem Geflecht miteinander verflochtenen Fasern einen im Wesentlichen parallelen Verlauf der Wandung des Geflechts bilden. Die so eingestellte zylindrische Form des Grundkörpers des Geflechts bietet eine gute Ausgangsbasis für die inkrementelle Umformung und partielle Aushärtung.
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Um eine präzise Formgebung zu erhalten, sieht das Verfahren vor, dass das Geflecht zwischen der Umformeinheit und einer Gegenlagereinheit inkrementell umgeformt wird. Die hierdurch zwischen der Umformeinheit und der Gegenlagereinheit befindliche Wandung des Geflechts wird dabei gezielt zwischen diesen ausgerichtet und über deren Härtung fixiert.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Flechtvorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellungsweise. Ausgehend von einem Ursprung 2 in Form einer Flecht-Wickeleinheit gehen einzelne Fasern 3 ab, deren jeweiligen freien Enden zuvor an einer Grundplatte 4 festgelegt wurden. Der Ursprung 2 umfasst dabei einzelne Spulenkörper 5, welche kreisförmig angeordnet sind. Die einzelnen Fasern 3 werden von den Spulenkörpern 5 abgewickelt und verlaufen in einem gespannten Zustand durch eine ringförmige Blende 6 hindurch. Zwischen den Spulenkörpern 5 und der Blende 6 weisen die Fasern 3 einen kegelstumpfförmigen Verlauf zueinander auf.
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Zwischen der Grundplatte 4 und der Blende 6 sind die Fasern in einem Abschnitt zu einem Geflecht 7 miteinander verflochten. Das Geflecht 7 erstreckt sich ausgehend von der Blende 6 in Richtung der Grundplatte 4 und weist eine zylindrische Form auf, wobei eine Wandung 8 des Geflechts 7 aus den miteinander verflochtenen Fasern 3 gebildet ist und die umfangsseitige Formgebung der zylindrischen Grundform bildet.
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Um das Geflecht 7 herum ist eine ringförmige Umformeinheit 9 angeordnet, wobei das Geflecht innerhalb des Bearbeitungszentrums der Umformeinheit 9 zumindest temporär angeordnet ist. Die Umformeinheit 9 weist einen Stempel 10 auf, welcher radial auf das Bearbeitungszentrum und somit auf das innerhalb der Umformeinheit 9 angeordnete Geflecht 7 gerichtet ist. Der Stempel 10 ist innerhalb eines Linearantriebs 11 angeordnet, wodurch der Stempel 10 linear in Richtung des Bearbeitungszentrums der Umformeinheit 9 verschieblich ist. Der Linearantrieb 11 kann hierbei beispielsweise elektrisch, pneumatisch sowie hydraulisch ausgebildet sein.
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Die Umformeinheit 9 formt einzelne Bereiche des Geflechts 7 inkrementell um, so dass diese über einen nicht näher dargestellten Härtungstrigger partiell härtbar sind. Das umgeformte und gehärtete Geflecht 7 bildet hierbei das auf einer dem Geflecht 7 gegenüberliegenden Seite der Umformeinheit 9 im Ergebnis erzeugte Bauteil 12. Die Grundplatte 4, an welcher die einzelnen Fasern 3 bereits zu Beginn festgelegt sind, ist mit einer Führungseinheit 13 verbunden, wodurch die Grundplatte 4 räumlich geführt und positioniert ist. Die Führungseinheit 13 wird hierbei aus einem Roboter gebildet.
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Innerhalb des Bearbeitungszentrums der Umformeinheit 9 ist optional eine nicht näher dargestellte Gegenlagereinheit angeordnet, welche als Gegenspieler zur Umformeinheit 9 agiert, wobei die Wandung 8 des Geflechts 7 partiell zwischen der Umformeinheit 9 und der Gegenlagereinheit inkrementell umgeformt wird.
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Beim Einsatz der Flechtvorrichtung 1 in der Praxis werden, ausgehend von dem Ursprung 2 in Form der Flecht-Wickeleinheit, die einzelne Fasern 3 über ihre freien Enden mit der Grundplatte 4 verbunden. Die Fasern 3 werden hierbei von den Spulenkörpern 5 abgewickelt. Die Fasern 3 durchlaufen zur Grundplatte 4 hin die Blende 6, wodurch die einzelnen Fasern 3 ausgerichtet und vor ihrer Umformung gebündelt werden.
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Das aus den miteinander verflochtenen Fasern 3 gebildete Geflecht 7 wird anschließend zumindest in einzelnen Bereichen seiner Wandung 8 durch die Umformeinheit 9 inkrementell umgeformt, wobei die Stempel 10 einzelne Fasern 3 des Geflechts 7 aus ihrer Ursprungslage verdrängen. Die nicht näher dargestellte, optionale Gegenlagereinheit innerhalb des Bearbeitungszentrums der Umformeinheit 9 unterstützt hierbei die Formgebung seitens des Stempels 10 von der Innenseite des Geflechts 7 heraus. Der Stempel 10 wird hierbei jeweils durch den Linearantrieb 11 bewegt.
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Sobald ein Abschnitt des Geflechts 7 umgeformt und gehärtet ist, wird entweder die Umformeinheit 9 oder aber das Geflecht 7 über die Grundplatte 4 verschoben, wodurch ein benachbarter Abschnitt des Geflechts 7 durch die Umformeinheit 9 und die nicht näher dargestellte Gegenlagereinheit bearbeitet werden kann.
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Die Grundplatte 4 wird bei entsprechenden Anforderungen über die Führungseinheit 13 sowohl in Längsrichtung des Geflechts 7 als auch quer dazu bewegt, wodurch entsprechende Formgebungen möglich sind. Im Ergebnis des umgeformten und gehärteten Geflechts 7 erstreckt sich das fertige Bauteil 12 zwischen der Grundplatte 4 und der Umformeinheit 9. Das fertige Bauteil wird von dem umgeformten und gehärteten Geflecht 7 abgetrennt. In vorteilhafter Weise wird hierbei ein gehärteter Abschnitt des Geflechts 7 an dem Geflecht 7 zurückgelassen, so dass dieser gehärtete Abschnitt wieder an der Grundplatte 4 befestigt werden kann.
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Hiernach kann die Herstellung eines weiteren Bauteils 12 beginnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flechtvorrichtung
- 2
- Ursprung v. 3
- 3
- Faser
- 4
- Grundplatte
- 5
- Spulenkörper
- 6
- Blende
- 7
- Geflecht
- 8
- Wandung v. 7
- 9
- Umformeinheit
- 10
- Stempel v. 9
- 11
- Linearantrieb v. 10
- 12
- Bauteil
- 13
- Führungseinheit v. 4
