DE102010053635A1 - Element for the production of a semi-finished fiber product, method and computer program product for the production of the element, apparatus and method for the production of a semi-finished fiber product and system for producing a fiber product - Google Patents
Element for the production of a semi-finished fiber product, method and computer program product for the production of the element, apparatus and method for the production of a semi-finished fiber product and system for producing a fiber product Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Element (212; 318; 400) zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Herstellung eines solchen Elements (212; 318; 400) umfassend: Abbilden des Oberflächeninhalts eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs (104; 200; 300; 412) auf eine Hüllfläche, Definieren des Elements (212; 318; 400) anhand der Hüllfläche und Ausbilden des Elements (212; 318; 400) gemäß der Hüllfläche. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs umfassend: Definieren eines ersten Winkels (312, 314) einer Faser (302, 304, 306, 308, 322; 416) bezüglich einer Längsachse (202; 310; 414) eines Faserprodukts (104; 200; 300; 412), Definieren eines zweiten Winkels (324, 326) in Abhängigkeit vom definierten ersten Winkel (312, 314) und Anordnen der Faser (302, 304, 306, 308, 322; 416) auf einem Element (212; 318; 400) zur Herstellung eines Faserhalbzeugs, um das Faserhalbzeug im ersten (312, 314) und/oder zweiten Winkel (324, 326) bezüglich einer Längsachse (214; 320; 402) des Elements (212; 318; 400) auszubilden. Schließlich betrifft die Erfindung ein System (100) zur Herstellung eines Faserprodukts (104; 200; 300; 412).The invention relates to an element (212; 318; 400) for producing a semifinished fiber product, a method and a computer program product for producing such an element (212; 318; 400) comprising: mapping of the surface content of a further processed semifinished fiber product (104; 200; 300; 412 ) onto an envelope surface, defining the element (212; 318; 400) on the basis of the envelope surface and forming the element (212; 318; 400) according to the envelope surface. The invention also relates to a device and a method for producing a semifinished fiber product comprising: defining a first angle (312, 314) of a fiber (302, 304, 306, 308, 322; 416) with respect to a longitudinal axis (202; 310; 414) of a Fiber product (104; 200; 300; 412), defining a second angle (324, 326) depending on the defined first angle (312, 314) and arranging the fiber (302, 304, 306, 308, 322; 416) on a Element (212; 318; 400) for producing a semifinished fiber product, around the semifinished fiber product at the first (312, 314) and / or second angle (324, 326) with respect to a longitudinal axis (214; 320; 402) of the element (212; 318; 400) to train. Finally, the invention relates to a system (100) for producing a fiber product (104; 200; 300; 412).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs und ein Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Herstellung des Elements, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs sowie ein System zur Herstellung eines Faserprodukts.The present invention relates to an element for producing a semi-finished fiber product and a method and computer program product for producing the element, to an apparatus and a method for producing a semifinished fiber product and to a system for producing a fiber product.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Als Elemente zur Herstellung eines Faserhalbzeugs sind beispielsweise Kerne, auch Wickelkerne oder Urformen bekannt. Ferner sind Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs aus dem
Geeignete Fasern sind z. B. Kohlefasern, auch Carbonfasern genannt, Glasfasern, Aramidfasern oder ähnliches und/oder auch Kombinationen aus solchen Fasern. Bei zylinder- und kegelförmigen Formteilen mit einseitigem Boden kann der Wickelkern nach dem Herstellungsprozess aus dem Formteil herausgezogen und später wieder verwendet werden. Bei anderen Formteilen verbleiben die Wickelkerne im Formteil. Sie werden verlorene Kerne genannt und können z. B. die Diffusionsfestigkeit eines Formteils verbessern. Es sind auch ausschmelzbare Kerne bekannt.Suitable fibers are z. As carbon fibers, also called carbon fibers, glass fibers, aramid fibers or the like and / or combinations of such fibers. In cylindrical and conical moldings with one-sided bottom, the winding core can be pulled out of the molded part after the manufacturing process and reused later. In other moldings, the hubs remain in the molding. They are called lost cores and can, for. B. improve the diffusion resistance of a molded part. There are also known fusible cores.
Zu den bekannten Herstellungsverfahren gehören auch das Umfangswickeln und Kreuzwickeln, bei dem ein Fadenableger ein oder mehrere Endlosfasern oder Faserbündel (Rovings), auf einen rotierenden Wickelkern ablegt.The known production processes also include circumferential winding and cross-winding, in which a thread take-off stores one or more endless fibers or fiber bundles (rovings) on a rotating winding core.
Eine zur Einbettung der Fasern vorgesehene Matrix besteht z. B. aus geeigneten Kunstharzmischungen. Geeignete Matrixsysteme sind beim Wickeln formbar, geben nach dem Aushärten dem Verbundteil seine Form und stellen die Kraftübertragung zwischen den Fasern und Faserschichten sicher.A provided for embedding the fibers matrix consists for. B. from suitable resin mixtures. Suitable matrix systems are formable during winding, give the composite part its shape after curing and ensure the transmission of force between the fibers and fiber layers.
Ferner ist aus dem
Weiter ist aus der
Schließlich beschreibt die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Faserhalbzeuge und Faserprodukte kostengünstiger herzustellen.The object of the present invention is to produce semi-finished fiber products and fiber products more cost-effectively.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by the independent claims.
Erfindungsgemäß umfasst ein Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs eine Hüllfläche, die das Element definiert, und auf der das Faserhalbzeug ausbildbar ist. Die Hüllfläche ist in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet.According to the invention, an element for producing a semi-finished fiber product comprises an envelope surface which defines the element and on which the semifinished fiber article can be formed. The envelope surface is formed as a function of the surface content of a further processed semi-finished fiber product.
Vorzugsweise kann das Element als ein Kern, ein Wickelkern, eine Urform und dergleichen ausgebildet sein. Dabei kann das Element als bewickelbarer Zylinder, Kegel, Kegelstumpf, Paraboloid oder Körper mit sonstigen geeigneten Geometrien ausgebildet sein. Auch daraus zusammengesetzte Körper, wie Zylinder mit angesetztem Kegel, Sanduhrartiger Doppelkegel, Kegel-Zylinder-Kegel etc. sind umfasst. Außerdem kann das Element Formen mit Hinterschneidungen umfassen.Preferably, the element may be formed as a core, a winding core, a master mold and the like. In this case, the element as a rollable cylinder, cone, truncated cone, paraboloid or body with other suitable geometries be educated. Also composed of bodies, such as cylinders with attached cone, hourglass-like double cone, cone-cylinder cone, etc. are included. In addition, the element may include shapes with undercuts.
Dadurch dass das Element Hinterschneidungen oder andere komplexe Formen aufweisen kann, unterscheidet es sich von bekannten herausnehmbaren Urformen. Eine Hinterschneidung ist im Allgemeinen ein Profil, ein Relief oder eine andere hervorstehende Form. Hinterschneidungen in Faserhalbzeugen oder weiterverarbeiteten Faserhalbzeugen können mit einem gängigen Faserwickelverfahren und herausnehmbaren Wickelkernen praktisch nicht realisiert werden. Der Wickelkern wäre durch die Hinterschneidung blockiert und könnte nicht mehr aus dem Faserhalbzeug herausgenommen werden. Das erfindungsgemäße Element muss jedoch vorzugsweise nicht aus dem Faserhalbzeug herausgezogen werden, sodass Hinterschneidungen im Faserhalbzeug herstellbar sind.The fact that the element can have undercuts or other complex shapes, it differs from known removable archetypes. An undercut is generally a profile, relief or other protruding shape. Undercuts in semifinished or further processed semifinished fiber products can practically not be realized with a common fiber winding process and removable hubs. The winding core would be blocked by the undercut and could not be removed from the semi-finished fiber. However, the element according to the invention preferably does not have to be pulled out of the semi-finished fiber, so that undercuts can be produced in the semi-finished fiber.
Weiter meint Hüllfläche eine Fläche, die das Volumen des Elements einschließt, umgibt bzw. umhüllt. Die Hüllfläche ist nicht auf eine Fläche beschränkt die von etwas umhüllt wird. Die Hüllfläche kann allgemein auch eine Oberfläche oder die Summe mehrerer Oberflächen sein, die ein beliebig geformtes Volumen umgeben.Furthermore envelope surface means a surface which encloses, surrounds or surrounds the volume of the element. The envelope surface is not limited to an area that is covered by something. The envelope surface can also generally be a surface or the sum of a number of surfaces surrounding an arbitrarily shaped volume.
Das Ausbilden des Faserhalbzeugs auf der Hüllfläche umfasst vorzugsweise ein Bewickeln, Belegen, Bespannen oder dergleichen der Hüllfläche mit einer Faser, mit einem Faserroving, einem Faserband oder mit einem ähnlichen langgestreckten, dünnen, biegsamen und zugfesten Faser-Material. Die Faser kann als eine Endlosfaser ausgebildet sein. Alternativ kann die Faser jedoch auch mehrere kurze oder lange Einzelfasern bzw. Faserbündel umfassen.The formation of the semifinished fiber product on the envelope surface preferably comprises a winding, covering, covering or the like of the envelope surface with a fiber, with a fiber roving, a sliver or with a similar elongated, thin, flexible and tensile fiber material. The fiber may be formed as an endless fiber. Alternatively, however, the fiber may also comprise a plurality of short or long individual fibers or fiber bundles.
Die Hüllfläche des Elements kann flächengleich zum Oberflächeninhalt gebildet sein. Alternativ kann sie größer ausgebildet sein. Ein Vorteil der Flächengleichheit liegt darin, dass ein Faserhalbzeug mit vorbestimmten End- oder Zielmaßen herstellbar ist und nachträgliches Zuschneiden verringert oder vermieden wird. Da Fasermaterialien, wie Carbon und Aramid teuer sind, können durch die Flächengleichheit verschnittarme oder verschnittfreie Faserhalbzeuge auf preisgünstige Weise hergestellt werden.The envelope surface of the element can be formed coextensive with the surface content. Alternatively, it can be made larger. An advantage of the surface equality is that a semifinished fiber product can be produced with predetermined end or target dimensions and subsequent cutting is reduced or avoided. Since fiber materials, such as carbon and aramid are expensive, can be produced in a low-cost manner by the area equality low-waste or waste-free semi-finished fiber products.
Vorzugsweise kann die Hüllfläche näherungsweise flächengleich zum Oberflächeninhalt gebildet sein, d. h. 80% bis 99% Flächengleichheit.Preferably, the envelope surface may be formed approximately coextensive with the surface content, i. H. 80% to 99% surface equality.
Das Material der Faser kann beispielsweise folgende Materialien umfassen: Kohlenstoff, Carbon, Keramik, Borkarbid, Quarzglas, Silizium, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid-Nitrid, Bornitrid, Glas, synthetisches Material, Aramid, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Metall, Bor, Wolfram, Stahl, Aluminium, natürliches Material, Pflanzenfasern, Flachsfasern, Sisalfasern und Kombinationen daraus, z. B. ein erstes Material für eine Faserseele mit einer Umwicklung aus einem zweiten Material.The material of the fiber may include, for example, carbon, carbon, ceramic, boron carbide, quartz glass, silicon, silicon carbide, alumina, silicon carbide nitride, boron nitride, glass, synthetic material, aramid, polyethylene, polyamide, polyester, metal, boron, tungsten , Steel, aluminum, natural material, vegetable fibers, flax fibers, sisal fibers and combinations thereof, e.g. B. a first material for a fiber core with a wrap of a second material.
Das ausgebildete Faserhalbzeug ist vorzugsweise eine Gewirke, Geflecht oder Gelege aus Fasern ohne oder im Wesentlichen ohne eine Matrix. Außerdem ist das Faserverbundhalbzeug vorzugsweise kein Hohlkörper, wie er etwa bei einem bekannten Wickelkern-Verfahren hergestellt wird.The formed semi-finished fiber product is preferably a knitted fabric, mesh or scrim made of fibers without or substantially without a matrix. In addition, the fiber composite semifinished product is preferably not a hollow body, such as is produced in a known hub process.
Das Faserhalbzeug kann auch eine Matrix umfassen. Der Stoff der Matrix umfasst vorzugsweise Duromere, wie Epoxydharz, oder Thermoplasten. Für thermisch hoch belastete Faserprodukte kann für die Matrix auch auf Keramik oder Metalle zurückgegriffen werden.The semi-finished fiber product may also comprise a matrix. The fabric of the matrix preferably comprises thermosets, such as epoxy resin, or thermoplastics. For thermally highly loaded fiber products can be used for the matrix on ceramic or metals.
Die Matrix dient vorzugsweise als Klebstoff zwischen aneinanderliegenden Abschnitten der Faser, ist jedoch nicht auf die Wirkung eines Klebstoffs beschränkt. Die Faser und eine nichtausgehärtete Matrix bilden zusammen vorzugsweise ein Faserverbundhalbzeug, Faserhalbfabrikat oder dergleichen. Auch im ausgehärteten Zustand können die Matrix und die Faser zusammen als Faserhalbzeug verstanden werden, nämlich insbesondere dann, wenn das Faserhalbzeug zu einem weiteren Halbzeug oder Endprodukt weiterverarbeitet wird.The matrix preferably serves as an adhesive between adjacent portions of the fiber, but is not limited to the action of an adhesive. The fiber and a non-cured matrix together preferably form a semi-finished fiber composite, semi-finished fiber or the like. Even in the cured state, the matrix and the fiber can be understood together as semi-finished fiber, namely in particular when the semifinished fiber is further processed into a further semi-finished or finished product.
Die Weiterverarbeitung des Faserhalbzeugs kann eine Form-, Zustands- (z. B. Aushärten) und Abmessungsänderung umfassen. Das Faserhalbzeug kann dabei in bestimmten Abschnitten gestaucht, in anderen gestreckt werden. Das Stauchen oder Strecken kann zu einer Änderung des Oberflächeninhalts des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs im Vergleich zu einem ausgebildeten Faserhalbzeug führen.The further processing of the semifinished fiber product may include a shape, state (eg curing) and dimensional change. The semi-finished fiber can be compressed in certain sections, stretched in others. The upsetting or stretching can lead to a change in the surface content of the further processed semi-finished fiber product compared to a trained semi-finished fiber.
Die einzelnen Fasern bzw. die Endlosfaser können seitlich nebeneinander liegend auf der Hüllfläche angeordnet werden. Außerdem kann die Faser garnspulenartig in übereinander liegenden Schichten angeordnet sein.The individual fibers or the endless fiber can be arranged side by side lying on the envelope surface. In addition, the fiber can be arranged in the form of a yarn package in superimposed layers.
Die Hüllfläche kann auch in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Das Abbilden meint in diesem Fall einen mathematischen Zusammenhang zwischen dem Oberflächeninhalt und der Hüllfläche.The envelope can also be dependent be imaged by the surface content of the further processed semi-finished fiber product. The mapping in this case means a mathematical relationship between the surface content and the envelope surface.
Das Vermeiden oder Verringern von Faserverschnitt kann auf vorteilhafte Weise mit dem erfindungsgemäßen Element dadurch erreicht werden, dass die Hüllfläche des Elements in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet ist. Würde sich beispielsweise der Oberflächeninhalt bei der Weiterverarbeitung des Faserhalbzeugs z. B. durch Stauchung oder Streckung derart verändern, dass er zu groß (oder auch zu klein) für ein Faserprodukt ist, kann die Hüllfläche des Elements durch die Abhängigkeit bereits im Vorhinein entsprechend angepasst werden. Durch weniger bzw. keinen anfallenden Faserverschnitt kann das Faserhalbzeug so preiswerter hergestellt werden.The avoidance or reduction of fiber cutting can be achieved in an advantageous manner with the element according to the invention in that the envelope surface of the element is formed as a function of the surface content of the further processed semifinished fiber product. If, for example, the surface content in the further processing of the semifinished fiber z. B. by compression or stretching so that it is too large (or too small) for a fiber product, the envelope of the element can be adjusted by the dependence already in advance accordingly. As a result of less or no accumulating fiber waste, the semifinished fiber product can be produced more cheaply.
Ferner meint Bilden auch ein Herstellen oder Bearbeiten, wie fräsen, drehen, schleifen etc.Further, forming also means making or machining, such as milling, turning, grinding, etc.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche um eine Längsachse des Elements eine rotationssymmetrische Mantelfläche sein.According to the invention, the envelope surface may be a rotationally symmetrical lateral surface about a longitudinal axis of the element.
Die rotationssymmetrische Mantelfläche bildet vorzugsweise einen Spezialfall der Hüllfläche.The rotationally symmetrical lateral surface preferably forms a special case of the envelope surface.
Ein Vorteil einer rotationssymmetrischen Mantelfläche liegt in einer vereinfachten Herstellung des Elements z. B. mittels einer Drehmaschine oder Drehbank. Drehmaschinen sind meist einfach aufgebaute 2-dimensionale Bearbeitungsmaschinen und daher weniger aufwendig gebaut als 3-, 4- oder 5-achsige Fräsmaschinen. Auch das Verhältnis von Arbeitsraum und Bearbeitungsmaschinenpreis kann bei Drehmaschinen günstiger ausfallen, sodass dass Element mit einer Drehmaschine preiswerter herstellbar ist.An advantage of a rotationally symmetrical lateral surface lies in a simplified production of the element z. B. by means of a lathe or lathe. Lathes are usually simply constructed 2-dimensional processing machines and therefore built less expensive than 3-, 4- or 5-axis milling machines. The ratio of working space and processing machine price can also be cheaper for lathes, so that the element with a lathe is cheaper to produce.
Vorzugsweise umfasst eine solche Mantelfläche zusätzlich auch eine Boden- und/oder Deckelfläche des von der Mantelfläche umschlossenen Elements.Such a lateral surface preferably additionally comprises a bottom and / or cover surface of the element enclosed by the lateral surface.
Die Hüllfläche oder die Mantelfläche kann glatt sein, Führungsrillen, eine Antirutschbeschichtung oder anderweitig raue Oberfläche besitzen. Eine raue Oberfläche oder Führungsrillen können für das Bewickeln mit einer Faser vorteilhaft sein, um ein Verrutschen der Faser auf dem Element zu verhindern.The envelope surface or the lateral surface may be smooth, have guide grooves, an anti-slip coating or otherwise rough surface. A rough surface or guide grooves may be advantageous for winding with a fiber to prevent slippage of the fiber on the element.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche des Elements in Abhängigkeit von der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet sein.According to the invention, the envelope surface of the element can be formed as a function of the edge shape of the further processed semi-finished fiber product.
Die Randform, bzw. der Rand, kann als Begrenzung des Oberflächeninhalts des weiterarbeiteten Faserhalbzeugs verstanden werden.The edge shape, or the edge, can be understood as a limitation of the surface content of the further processed semi-finished fiber product.
Beispielsweise führt eine rechteckige Randform beim Abbilden zu einer zylindrischen Hüllfläche des Elements. Als weiteres Beispiel führt eine trapezförmige Randform des im weiterverarbeiteten Zustand vorliegenden Faserhalbzeugs zu einer kegelstumpfförmigen Hüllfläche des Elements.For example, a rectangular edge shape during imaging leads to a cylindrical envelope surface of the element. As a further example, a trapezoidal edge shape of the semi-finished fiber product present in the further processed state leads to a frustoconical envelope surface of the element.
Liegt ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug vor, das einfachen geometrischen Formen entspricht, wie z. B. Rechteck, Quadrat, Dreieck, Trapez, so kann vorteilhaft schnell und einfach eine Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet werden. Die Abhängigkeit entspricht in diesem Fall einer Aufwicklung der einfachen geometrischen Form zu einer geschlossenen Fläche, nämlich der Hüllfläche. Durch die Aufwicklung einer solchen einfachen geometrischen Form kann eine röhrenförmige Hüllfläche entstehen, die einen Deckel und/oder Boden umfasst.If there is a further processed semi-finished fiber, which corresponds to simple geometric shapes, such. As rectangle, square, triangle, trapezoid, it can be advantageously formed quickly and easily an envelope depending on the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber product. The dependence corresponds in this case to a winding of the simple geometric shape to a closed surface, namely the envelope surface. By winding such a simple geometric shape, a tubular envelope surface may be formed, which comprises a lid and / or bottom.
Erfindungsgemäß können Mantelumfänge in Abständen entlang der Längsachse des Elements Faserhalbzeug-Modell-Querlängen in denselben Abständen entlang einer Längsachse eines Faserhalbzeug-Modells entsprechenAccording to the invention, shell circumferences at intervals along the longitudinal axis of the element can correspond to semifinished fiber model transverse lengths at the same distances along a longitudinal axis of a semi-finished fiber model
Das Faserhalbzeug-Modell kann z. B. als Prototyp vorliegen oder erstellt werden. Vorzugsweise ist das Faserhalbzeug-Modell aus einem leicht modellierbaren Material, wie Holz, Ton, Kunststoff etc., hergestellt.The semifinished fiber model can z. B. be present as a prototype or created. Preferably, the semifinished fiber model is made of an easily modelable material, such as wood, clay, plastic, etc.
Vorzugsweise sind die Längsachsen des Elements und des Faserhalbzeug-Modells festgelegt. Das Festlegen der Längsachse erfolgt vorzugsweise vor dem Herstellen des Elements und vor der Erstellung des Faserhalbzeug-Modells z. B. auch in einer technischen Zeichnung.Preferably, the longitudinal axes of the element and the semifinished fiber model are fixed. The determination of the longitudinal axis is preferably carried out before the production of the element and before the preparation of the semi-finished fiber model z. B. also in a technical drawing.
Die Längsachsen dienen vorteilhaft als gemeinsame Bezugslinie für die Abstände. Ist eine Längsachse im Faserhalbzeug-Modell festgelegt, so kann eine Faserhalbzeug-Modell-Querlänge der Länge einer Senkrechten zu dieser Längsachse entsprechen, wobei die Faserhalbzeug-Modell-Querlänge durch den Rand des Faserhalbzeug-Modells begrenzt ist.The longitudinal axes serve advantageously as a common reference line for the distances. If a longitudinal axis is defined in the semifinished fiber model, then a semifinished fiber model transverse length can correspond to the length of a perpendicular to this longitudinal axis, the semifinished fiber model transverse length being limited by the edge of the semi-finished fiber model.
Außerdem kam ein Bezugspunkt definiert werden, wobei Punkte auf dem Faserhalbzeug bzw. Faserhalbzeug-Modell oder dem Element mittels Vektoren bezüglich des Bezugspunkts bestimmt sind. Durch eine Vektortransformation kann der Oberflächeninhalt und/oder die Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf das Element abbildbar sein.In addition, a reference point has been defined, wherein points on the semi-finished fiber product or semifinished fiber model or the element are determined by means of vectors with respect to the reference point. By means of a vector transformation, the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber product can be imaged onto the element.
Ein Vorteil eines Faserhalbzeug-Modells liegt darin, dass der Oberflächeninhalt und/oder die Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs exakt oder wenigstens näherungsweise auf die Hüllfläche des Elements abbildbar ist, ohne ein Computermodell des Faserhalbzeugs als Ausgangsbasis verwenden zu müssen.One advantage of a semi-finished fiber model is that the surface content and / or the edge shape of the further processed semifinished fiber can be reproduced exactly or at least approximately on the envelope surface of the element, without having to use a computer model of the semi-finished fiber as the starting point.
Das Faserhalbzeug-Modell kann aber auch ein Computermodell, d. h. ein virtuelles Modell sein. Ein Vorteil des Computermodells liegt darin, dass kein Prototyp oder dergleichen als Faserhalbzeug-Modell anzufertigen ist, so dass die Kosten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elements reduziert werden können. The semi-finished fiber model can also be a computer model, ie a virtual model. An advantage of the computer model is that no prototype or the like is to be made as a semifinished fiber model, so that the cost of producing the element according to the invention can be reduced.
Erfindungsgemäß können die Abstände in Bereichen einer Krümmung des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs bzw. des Faserhalbzeug-Modells gering sein und in linearen Bereichen des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs groß sein.According to the invention, the distances in regions of a curvature of the further processed semi-finished fiber product or semifinished fiber model may be small and large in linear regions of the further processed semi-finished fiber product.
Die Krümmungen können an den Rändern des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs vorliegen. Die Krümmungen können jedoch auch Wölbungen in der Fläche des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs umfassen.The curvatures can be present at the edges of the further processed semifinished fiber product. However, the curvatures may also include bulges in the surface of the further processed semi-finished fiber product.
Ein linearer Bereich kann Ebenen bzw. gerade, plane Flächen, aber auch Bereiche mit geringer Krümmung umfassen. Vorzugsweise genügt in einem linearen Bereich des weitverarbeiteten Faserhalbzeugs ein Abstand, der durch Anfang und Endes des linearen Bereichs definiert ist, um den linearen Bereich auf die Hüllfläche des Elements abzubilden.A linear region may include planes or even, flat surfaces, but also areas with a small curvature. Preferably, in a linear region of the wide-processed semi-finished fiber product, a distance defined by the beginning and end of the linear region is sufficient to image the linear region onto the envelope surface of the element.
In Bereichen geringer Krümmung können kleinere Abstände vorgesehen sein, als in Bereichen mit großer Krümmung.In areas of low curvature smaller distances may be provided, as in areas with large curvature.
Ein Vorteil kleinerer Abstände liegt darin, dass die Mantel- oder Hüllfläche des Elements genauer dem Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs entsprechen können. Ein Vorteil der genaueren Entsprechung der Flächen kann in weniger bis gar keinem anfallendem Verschnitt am Faserhalbzeug liegen.An advantage of smaller distances is that the mantle or envelope surface of the element can more accurately correspond to the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber product. An advantage of the more precise correspondence of the surfaces can lie in less to no accumulating waste on the semi-finished fiber product.
Liegen viele nur lineare Bereiche im Faserhalbzeug vor, so kann vorteilhafterweise mit wenigen Abständen eine Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder von der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs gebildet werden.If there are many only linear regions in the semifinished fiber product, it is advantageously possible to form an enveloping surface with a few spacings as a function of the surface content and / or of the edge shape of the further processed semi-finished fiber product.
Ferner umfasst erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Herstellung eines Faserhalbzeugs Abbilden eines Oberflächeninhalts eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs auf eine Hüllfläche, Definieren des Elements anhand der Hüllfläche und Ausbilden des Elements gemäß der Hüllfläche.Furthermore, according to the invention, a method for producing an element for producing a semifinished fiber article comprises imaging a surface content of a further processed semi-finished fiber product onto an enveloping surface, defining the element based on the enveloping surface and forming the element according to the enveloping surface.
Das Abbilden kann wie zuvor beschrieben mechanisch anhand eines gegenständlichen Faserhalbzeug-Modells und/oder virtuell anhand eines computererzeugten Faserhalbzeug-Modells erfolgen. Das Abbilden kann auch das Ausbilden umfassen.The mapping can be carried out mechanically as described above on the basis of an objective semifinished fiber model and / or virtually on the basis of a computer-generated semifinished fiber model. The imaging may also include forming.
Wird das Faserhalbzeug auf der Hüllfläche gebildet und nicht weiterverarbeitet, so kann der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeugs im Wesentlichen dem Oberflächeninhalt der Hüllfläche entsprechen. Wird das Faserhalbzeug weiterverarbeitet, kann sich der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeugs dadurch wenigstens Abschnittsweise verändern. Wird das Faserhalbzeug beispielsweise gepresst oder anderweitig umgeformt, kann das Faserhalbzeug gestaucht oder gestreckt werden, so dass sich der Oberflächeninhalt ändert.If the semi-finished fiber product is formed on the envelope surface and not further processed, then the surface content of the semifinished fiber product can essentially correspond to the surface content of the envelope surface. If the semifinished fiber product is further processed, the surface content of the semifinished fiber product may thereby change at least in sections. For example, if the semi-finished fiber product is pressed or otherwise shaped, the semifinished fiber product can be compressed or stretched so that the surface content changes.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche als rotationssymmetrische Mantelfläche abgebildet werden. Der Oberflächeninhalt des weiterarbeiteten Fasehalbzeugs kann mathematisch auf die rotationssymmetrische Mantelfläche abgebildet werden. Dies kann in diesem Fall eine Aufwicklung, d. h. eine umgekehrte Abwicklung sein.According to the invention, the envelope surface can be imaged as a rotationally symmetrical lateral surface. The surface content of the further processed chaff can be mapped mathematically on the rotationally symmetrical lateral surface. This may in this case be a winding, i. H. be a reverse process.
Erfindungsgemäß kann die Hüllfläche in Abhängigkeit von der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Liegt beispielsweise ein weiterverarbeitetes Faserhalbzeug vor, das einfachen geometrischen Formen entspricht, so kann vorteilhaft schnell und einfach die Hüllfläche in Abhängigkeit vom Oberflächeninhalt und/oder der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs abgebildet werden. Die Abhängigkeit kann in diesem Fall einer Aufwicklung der einfachen geometrischen Form zu einer geschlossenen Fläche umfassen, nämlich der Hüllfläche. Durch die Aufwicklung einer solchen einfachen geometrischen Form kann eine röhrenförmige Hüllfläche entstehen, die einen Deckel und/oder Boden umfasst.According to the invention, the envelope surface can be imaged as a function of the edge shape of the further processed semi-finished fiber product. For example, if there is a further processed semi-finished fiber, which corresponds to simple geometric shapes, so advantageous quickly and easily the envelope surface depending on the surface content and / or the edge shape of the further processed semi-finished fiber products are displayed. The dependency may in this case comprise a winding of the simple geometric shape into a closed surface, namely the envelope surface. By winding such a simple geometric shape, a tubular envelope surface may be formed, which comprises a lid and / or bottom.
Erfindungsgemäß kann der Oberflächeninhalt des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs flächengleich auf die Hüllfläche abgebildet werden. Flächengleich Abbilden kann auch ein einfaches, insbesondere mechanisches, Kopieren der Oberflächen eines weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs umfassen.According to the invention, the surface content of the further processed semifinished fiber product can be imaged in the same area on the enveloping surface. Imaging can also include a simple, in particular mechanical, copying the surfaces of a further processed semifinished fiber product.
Erfindungsgemäß können die Form des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs ermittelt werden, Abstände entlang einer Längsachse des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs festgelegt werden, Faserhalbzeug-Querlängen in den Abständen ermittelt werden und Faserhalbzeug-Querlängen auf Mantelumfänge des Elements in den Abständen entlang einer Längsachse des Elements abgebildet werden.According to the invention, the shape of the further processed semifinished fiber product can be determined, distances along a longitudinal axis of the further processed semifinished fiber product determined, semi-finished cross-fiber lengths are determined in the distances and fiber semi-finished cross-sections are mapped to cladding circumferences of the element at intervals along a longitudinal axis of the element.
Vorzugsweise werden dabei die Längsachsen entlang des Elements bzw. entlang des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs festgelegt. Das Festlegen kann anhand einer technischen Zeichnung erfolgen.Preferably, the longitudinal axes are determined along the element or along the further processed semi-finished fiber product. The setting can be made using a technical drawing.
Das Ermitteln der Form meint auch ein vorab Definieren oder Festlegen der Form, insbesondere des Oberflächeninhalts und der Randform des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs. Das Ermitteln oder Definieren der Form kann anhand einer einfachen technischen Zeichnung durchgeführt werden. Das Festlegen der Abstände kann beispielsweise zeichnerisch erfolgen. Das Ermitteln der Faserhalbzeug-Querlängen kann mittels eines Längenmessmittels erfolgen. Das Abbilden der Faserhalbzeug-Querlängen meint beispielsweise ein Übertragen der gemessenen Faserhalbzeug-Querlängen auf Mantelumfänge des Elements. Eine gemessene Faserhalbzeug-Querlänge kann dabei genauso lang sein wie der entsprechende Mantelumfang. Die vorgenannten Schritte können mit einfachen Mitteln, wie z. B. Papier, Maßband und dergleichen oder auch mit einem einfachen Computerprogramm und einer CAD-Zeichnung des Faserhalbzeugs, bzw. des weiterverarbeiteten Faserhalbzeugs durchgeführt werden.Determining the shape also means predefining or fixing the shape, in particular the surface content and the edge shape of the further processed semi-finished fiber product. The determination or definition of the shape can be carried out on the basis of a simple technical drawing. The setting of the distances can be done for example by drawing. The determination of the semi-finished fiber transverse lengths can be done by means of a length measuring means. The imaging of the semifinished fiber cross-sections means, for example, a transfer of the measured semifinished fiber cross-lengths on the outer circumference of the element. A measured fiber semi-finished transverse length can be just as long as the corresponding shell circumference. The above steps can with simple means such. As paper, tape and the like, or even with a simple computer program and a CAD drawing of the semifinished fiber product, or the further processed semi-finished fiber products are performed.
Erfindungsgemäß umfasst ein Computerprogrammprodukt zur Erstellung eines Element-Modells eine Funktion zum Abbilden eines Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug-Modells auf eine Hüllfläche, die das Element-Modell definiert. Das Computerprogrammprodukt umfasst vorzugsweise eine CAD-(Computer Aided Design)-Programm und ein CAM-(Computer Aided Manufacturing)-Programm. CAD meint in diesem Fall einen rechnergestützten Entwurf des Element-Modells und/oder des Faserhalbzeug-Modells. Der Oberflächeninhalt des Faserhalbzeug-Modells kann durch eine mathematische Funktion auf die Hüllfläche des Element-Modells abgebildet werden. Mittels eines CAM-Programms kann dann das erstellte Element-Modell rechnergestützt z. B. mittels einer CNC-Drehmaschine hergestellt werden. Durch die computergestützte Erstellung des Element-Modells kann der Herstellprozess für ein Element schnell, wiederholbar, zuverlässig und genau werden.According to the invention, a computer program product for creating an element model comprises a function for mapping a surface content of a semifinished fiber model onto an envelope surface, which defines the element model. The computer program product preferably includes a CAD (Computer Aided Design) program and a CAM (Computer Aided Manufacturing) program. CAD in this case means a computer-aided design of the element model and / or the semi-finished fiber model. The surface content of the semi-finished fiber model can be mapped by a mathematical function on the envelope surface of the element model. By means of a CAM program then the created element model can be computer-aided z. B. be made by means of a CNC lathe. The computer-aided creation of the element model makes the manufacturing process for an element fast, repeatable, reliable, and accurate.
Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserhalbzeugs ein Element mit einer Längsachse, eine Faserablegeeinrichtung, die eine Faser auf dem Element in einem definierten ersten Winkel zur Längsachse anordnet, um das Faserhalbzeug auszubilden, eine Weiterverarbeitungseinrichtung zum Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs zu einem Faserprodukt, wobei der definierte erste Winkel in Abhängigkeit von einem zweiten Winkel der Faser im Faserprodukt bezüglich einer Längsachse des Faserprodukts bestimmt ist.According to the invention, an apparatus for producing a semi-finished fiber product comprises an element with a longitudinal axis, a Faserablegeeinrichtung which arranges a fiber on the element at a defined first angle to the longitudinal axis to form the semi-finished fiber, further processing means for further processing the semifinished fiber into a fiber product, wherein the defined first angle is determined as a function of a second angle of the fiber in the fiber product with respect to a longitudinal axis of the fiber product.
Eine Faserablegeeinrichtung kann jede Einrichtung umfassen, die eine Faser auf dem Element anordnen kann, z. B. eine Führungs-Öse, ein Roboterarm und dergleichen. Die Faserablegeeinrichtung bewegt sich vorzugsweise mit einem bestimmten Vorschub relativ zum Element, um die Faser im definierten Winkel zur Längsachse anordnen zu können. Die Vorschubgeschwindigkeit der Faserablegeeinrichtung kann dabei die Steigung der aufgebrachten Fasern bestimmen.A Faserablegeeinrichtung may include any device that can arrange a fiber on the element, for. As a guide eye, a robot arm and the like. The Faserablegeeinrichtung preferably moves with a certain feed relative to the element in order to arrange the fiber at a defined angle to the longitudinal axis can. The feed rate of the Faserablegeeinrichtung can determine the slope of the applied fibers.
Eine Schneideeinrichtung kann dazu vorgesehen sein, das auf dem Element gebildete Faserhalbzeug aufzutrennen und es vom Element abzunehmen. Das aufgetrennte Faserhalbzeug kann auch selbstständig vom Element herabfallen.A cutting device can be provided to separate the semi-finished fiber formed on the element and remove it from the element. The separated fiber semi-finished product can also fall down automatically from the element.
Die Weiterverarbeitungseinrichtung kann das Faserhalbzeug zu einem weiteren Faserhalbzeug, Faserhalberzeugnis, zu einem Faserprodukt bzw. zu einem Faserendprodukt weiterverarbeiten.The further processing device can further process the semifinished fiber product into a further semi-finished fiber product, semi-finished fiber product, into a fiber product or to a fiber end product.
Da sich die Orientierung der Faser in Faserhalbzeug durch Weiterverarbeitung verändern kann, liegt ein Vorteil der Abhängigkeit des definierten ersten Winkels vom zweiten Winkel darin, dass eine in einem Faserprodukt gewünschte Faserorientierung oder Faserrichtung bereits beim Ausbilden des Faserhalbzeugs auf dem Element berücksichtigt wird. Dadurch kann die Faserorientierung nach der Weiterverarbeitung der gewünschten Faserorientierung im Faserprodukt entsprechen.Since the orientation of the fiber in semifinished fiber products can change as a result of further processing, an advantage of the dependence of the defined first angle on the second angle is that a fiber orientation or fiber direction desired in a fiber product is already taken into account when the semifinished fiber product is formed on the element. As a result, the fiber orientation after further processing can correspond to the desired fiber orientation in the fiber product.
Durch die Abhängigkeit des definierten ersten Winkels von dem zweiten Winkel der Faser im Faserprodukt kann das Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis des gesamten Faserprodukts vorteilhaft verbessert werden. Das ist insbesondere dadurch erreichbar, dass die Faser, und damit das Fasergewicht, durch die definierte Orientierung bzw. den definierten Winkel im Wesentlichen dort im Faserprodukt eingesetzt, gewickelt, gewebt, verbaut etc. wird, wo die Faser die gewünschte Wirkung, wie z. B. Steifigkeit für das gesamte Faserprodukt erzielt. An Stellen des Faserprodukts, an denen bei Gebrauch eine stärkere Belastung wirkt, können dadurch mehr Fasermaterial bzw. dickere Faserschichten vorliegen als an Stellen, an denen bei Gebrauch des Faserprodukts geringer Belastungen wirken.By the dependence of the defined first angle of the second angle of the fiber in the fiber product, the stiffness-to-weight ratio of the entire fiber product can be advantageously improved. This is particularly achievable by the fact that the fiber, and thus the fiber weight, by the defined orientation or the defined angle substantially there in the fiber product used, wound, woven, installed, etc., where the fiber has the desired effect, such. B. Stiffness achieved for the entire fiber product. There may be more fiber material or thicker fiber layers at locations of the fibrous product that are subjected to a heavier load during use than at locations where less stress is applied when using the fibrous product.
Eine gewünschte Faserorientierung im Faserprodukt ermöglicht des Weiteren eine Versteifung oder Erhöhung der Zugfestigkeit im Faserprodukt in einer oder mehreren bestimmten Richtungen.A desired fiber orientation in the fiber product further allows for stiffening or increasing the tensile strength in the fiber product in one or more particular directions.
Vorzugsweise ist das vorgenannte Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs ein erfindungsgemäßes Element.Preferably, the aforementioned element for producing a semi-finished fiber product is an element according to the invention.
Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung die Faser wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element anordnen.According to the invention, the fiber depositing device can at least partially arrange the fiber geodetically on the element.
Geodätisch bedeutet im Allgemeinen die theoretisch kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten auf einer gekrümmten Fläche, die sog. geodätische Linie. Auf einer Kugelfläche ist eine geodätische Verbindung beispielsweise ein Kreisbogen. Die Faser geodätisch auf dem Element anzuordnen bedeutet im Wesentlichen, die Faser auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten auf dem Element anzuordnen. Ein Vorteil des geodätischen Anordnens kann darin liegen, dass die Faser dadurch auf dem Element weniger verrutscht.Geodetic generally means the theoretically shortest connection between two points on a curved surface, the so-called geodesic line. On a spherical surface is a geodesic compound, for example, a circular arc. The Arranging fiber geodetically on the element essentially means arranging the fiber on the shortest path between two points on the element. An advantage of geodetic placement may be that the fiber thereby slips less on the element.
Vorzugsweise kann die Faser auf den Abschnitten des Elements geodätisch und auf anderen Abschnitten im definierten ersten Winkel angeordnet sein, z. B. um die Zugfestigkeit des Faserhalbzeugs in dieser Orientierung zu verbessern. Abschnitte können in diesem Fall Teilstücke der Faser oder auch Schichten von übereinanderliegenden Fasern umfassen.Preferably, the fiber may be arranged on the sections of the element geodesic and on other sections in the defined first angle, for. B. to improve the tensile strength of the semifinished fiber in this orientation. Sections may in this case include portions of the fiber or layers of superimposed fibers.
Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung wenigstens einen Freiheitsgrad aufweisen.According to the invention, the fiber depositing device can have at least one degree of freedom.
Ein Freiheitsgrad entspricht im Allgemeinen der Anzahl der Bewegungsmöglichkeiten zweier Gegenstände zu einander, z. B. eine Rotation der Faserablegeeinrichtung um das Element oder eine Translation der Faserablegeinrichtung entlang des Elements.One degree of freedom generally corresponds to the number of movement possibilities of two objects to each other, for. B. a rotation of Faserablegeeinrichtung to the element or a translation of Faserablageinrichtung along the element.
Erfindungsgemäß kann die Faserablegeeinrichtung die Faser abschnittsweise auf dem Element im definierten Winkel zur Längsachse des Elements anordnenAccording to the invention, the fiber depositing device can arrange the fiber in sections on the element at a defined angle to the longitudinal axis of the element
Erfindungsgemäß kann das Element um seine Längsachse drehbar sein und die Faserablegeeinrichtung kann parallel zur Längsachse bewegbar sein.According to the invention, the element can be rotatable about its longitudinal axis and the Faserablegeeinrichtung can be moved parallel to the longitudinal axis.
Durch diese Konfiguration kann das Faserhalbzeug kostengünstig hergestellt werden, da nur ein Gestell zur Aufnahme des Elements, ein Drehantrieb zum Drehen des Elements und eine auf einer Schiene gelagerte Faserablegeeinrichtung mit einem Linearantrieb erforderlich sein kann.With this configuration, the semifinished fiber can be produced inexpensively, since only a frame for receiving the element, a rotary drive for rotating the element and a mounted on a rail Faserablegeeinrichtung may be required with a linear drive.
Erfindungsgemäß kann die Weiterverarbeitungseinrichtung eine Schneideeinrichtung und/oder eine Presse umfassen.According to the invention, the further processing device may comprise a cutting device and / or a press.
Eine Schneideeinrichtung ist beispielsweise ein Messer, eine Schere oder dergleichen, die dazu eingesetzt werden kann, das auf dem Element gebildete Faserhalbzeug entlang des Elements mit einem Schnitt aufzutrennen, um so ein flächiges Faserhalbzeug zu erhalten. Das Faserhalbzeug kann nach dem Schnitt vom Element herabfallen. Alternativ kann das Faserhalbzeug vom Element abgenommen werden und einer Presse zugeführt werden. Anschließend kann das Faserhalbzeug entsprechend einem Press-Stempel, einer Matrize bzw. Patrize geformt und gehärtet werden.A cutting device is, for example, a knife, a pair of scissors or the like, which can be used to cut the semifinished fiber product formed on the element along the element with a cut, so as to obtain a flat semifinished fiber product. The semifinished fiber product may fall off the element after the cut. Alternatively, the semifinished fiber can be removed from the element and fed to a press. Subsequently, the semifinished fiber can be shaped and cured according to a pressing punch, a die or male.
Erfindungsgemäß kann ein Verfahren zur Herstellung eines Faserhalbzeugs die Schritte umfassen: Definieren eines ersten Winkels einer Faser bezüglich einer Längsachse des Faserhalbzeugs, Definieren eines zweiten Winkels in Abhängigkeit vom definierten ersten Winkel und Anordnen der Faser auf dem Element zum Ausbilden des Faserhalbzeugs im zweiten Winkel bezüglich einer Längsachse des Elements.According to the invention, a method for producing a semi-finished fiber product may comprise the steps of defining a first angle of a fiber with respect to a longitudinal axis of the semifinished fiber product, defining a second angle as a function of the defined first angle and arranging the fiber on the element for forming the semifinished fiber article at a second angle with respect to a Longitudinal axis of the element.
Die Orientierung von Fasern in einem Faserhalbzeug kann sich auf die Zugfestigkeit bzw. Belastbarkeit des Faserhalbzeugs in bestimmte Richtungen auswirken. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Faserhalbzeugs kann darin liegen die die Genauigkeit der Orientierung der Fasern im Faserhalbzeug zu verbessern.The orientation of fibers in a semi-finished fiber can affect the tensile strength or resilience of the semi-finished fiber in certain directions. An advantage of the method according to the invention for the production of the semifinished fiber product may be that to improve the accuracy of the orientation of the fibers in the semifinished fiber product.
Erfindungsgemäß kann eine Matrix während oder vor dem Anordnen der Faser auf dem Element zugeführt werden.According to the invention, a matrix may be supplied during or before the fiber is placed on the element.
Ein Vorteil der Zufuhr der Matrix während des Anordnens der Faser auf dem Element kann darin liegen, dass mehr Zeit bis zum Aushärten oder teilweisen Aushärten der Matrix verbleibt. Ein Vorteil des Zuführens einer Matrix vor dem Anordnen der Faser auf dem Element kann darin liegen, dass die Faser besser mit der Matrix imprägnierbar ist, so dass weniger Lufteinschlüsse im Faserhalbzeug entstehen. Durch die Zufuhr einer Matrix aus dem Faserhalbzeug kann ein Faserverbundhalbzeug entstehen.An advantage of feeding the matrix during the placement of the fiber on the element may be that more time remains to cure or partially cure the matrix. An advantage of feeding a matrix prior to placing the fiber on the element may be that the fiber is better impregnated with the matrix so that less air pockets are formed in the semifinished fiber product. The supply of a matrix from the semifinished fiber product may result in a fiber composite semifinished product.
Erfindungsgemäß kann ein erster Winkel einer Faser bezüglich der Längsachse in Abschnitten festgelegt werden. Außerdem kann die Faser auf dem Element im zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Elements in Abschnitten angeordnet werden.According to the invention, a first angle of a fiber with respect to the longitudinal axis can be determined in sections. In addition, the fiber may be arranged on the element at the second angle with respect to the longitudinal axis of the element in sections.
Vorzugsweise führt eine Faser über mehreren Abschnitten hinweg mit jeweils einem definierten Winkel um das Element. Diese Faserführung kann die Zugfestigkeit bzw. Belastbarkeit des Faserhalbzeugs in bestimmte Richtungen verbessern.Preferably, a fiber passes over several sections, each with a defined angle around the element. This fiber guide can improve the tensile strength or resilience of the semi-finished fiber in certain directions.
Erfindungsgemäß kann die Faser wenigstens abschnittsweise geodätisch auf dem Element angeordnet werden. Dadurch verrutscht die Faser auf dem Element im Allgemeinen weniger.According to the invention, the fiber can be arranged at least in sections geodetically on the element. As a result, the fiber generally shifts less on the element.
Erfindungsgemäß kann das auf dem Element ausgebildete Faserhalbzeug, insbesondere entlang der Längsachse des Elements, aufgeschnitten werden und vom Element abgenommen werden.According to the invention, the semi-finished fiber formed on the element, in particular along the longitudinal axis of the element, be cut open and removed from the element.
Das Faserhalbzeug kann sowohl parallel zur Längsachse des Elements als auch in einem bestimmten Winkel dazu aufgeschnitten werden. Um ein bestimmte Randform des Faserhalbzeugs zu erreichen, kann das Faserhalbzeug außerdem in einer definierten Kurve aufgeschnitten werden.The semi-finished fiber can be cut both parallel to the longitudinal axis of the element as well as at a certain angle thereto. To a certain edge shape of the semifinished fiber to reach the semi-finished fiber can also be cut in a defined curve.
Erfindungsgemäß kann das Faserhalbzeug zu einem weiterverarbeiteten Faserhalbzeug und/oder zu einem Faserprodukt gepresst werden.According to the invention, the semi-finished fiber product can be pressed into a further processed semi-finished fiber product and / or into a fiber product.
Vorzugsweise umfasst das Pressen ein Umformen des Faserhalbzeugs von einer flächigen in eine dreidimensionale Form. Vorzugsweise umfasst das Pressen des Faserhalbzeugs auch ein Härten des Faserhalbzeugs zu einem Faserprodukt oder zu einem Faserverbundhalbzeug oder einem anderen Faserhalbfabrikat.Preferably, the pressing comprises forming the semifinished fiber product from a flat to a three-dimensional shape. Preferably, the pressing of the semifinished fiber product also includes hardening of the semifinished fiber product to form a fiber product or to a fiber composite semifinished product or another semifinished fiber product.
Erfindungsgemäß können mehrere Faserprodukte miteinander verklebt werden.According to the invention, a plurality of fiber products can be glued together.
Beispielsweise können Faserprodukt mit Faserhalbzeug, Faserprodukt mit Faserverbundhalbzeug, Faserverbundhalbzeug mit Faserverbundhalbzeug, Faserhalbzeug mit Faserhalbzeug und dergleichen miteinander verklebt werden.For example, fiber product with semifinished fiber product, fiber product with fiber composite semifinished product, fiber composite semifinished product with fiber composite semifinished product, semi-finished fiber product with semi-finished fiber products and the like can be glued together.
Vorzugsweise werden die Faserprodukte vor dem Pressen mit einem Trenmmittel versehen. Das Trennmittel kann ein Herausnehmen, Formen, Umformen oder Pressen des Faserhalbzeugs in der Presse erleichtern. Nach dem Pressen wird das Trennmittel vorzugsweise in wenigstens einem Abschnitt mit einem Laser abgelasert. Das Ablasern umfasst ein Verdampfen oder Abbrennen des Trennmittels.Preferably, the fiber products are provided with a detergent before pressing. The release agent can facilitate removal, molding, forming or pressing of the semifinished fiber product in the press. After pressing, the release agent is preferably laser cut in at least a portion. The laser ablation involves evaporation or burning of the release agent.
Vorzugsweise wird das Faserprodukt am abgelaserten Abschnitt mit einem Haftmittel, z. B. Klebstoff, versehen und mit einem anderen Faserprodukt verbunden. Dadurch können stabile, belastbare, insbesondere hohle, und dadurch leichte Faserverbundprofile hergestellt werden.Preferably, the fiber product at the eroded portion with an adhesive, for. As adhesive provided and connected to another fiber product. As a result, stable, loadable, in particular hollow, and thus lightweight fiber composite profiles can be produced.
Erfindungsgemäß kann das Element zur Herstellung eines Faserhalbzeugs für die vorgenannten Schritte ein erfindungsgemäßes Element sein.According to the invention, the element for producing a semi-finished fiber product for the aforementioned steps may be an element according to the invention.
Erfindungsgemäß umfasst ein System zur Herstellung eines Faserprodukts eine Abbildeeinheit zum Abbilden des Oberflächeninhalts eines Faserhalbzeug-Modells auf eine Hüllfläche eines herzustellenden Wickelkerns, eine Herstelleinheit zum Herstellen des Wickelkerns anhand der Hüllfläche, eine Wickeleinheit zum Bewickeln der Hüllfläche des Wickelkerns mit einer Faser mit einem definierten Winkel, um ein Faserhalbzeug herzustellen, eine Schneideeinheit, die das Faserhalbzeug entlang des Wickelkerns aufschneidet, eine Trennmitteleinheit, die das aufgeschnittene Faserhalbzeug mit Trennmittel versieht, eine Presseinheit, die das mit Trennmittel versehene Faserhalbzeug zu einem Faserprodukt formt und härtet, und eine Lasereinheit, die das Trennmittel vom Faserprodukt ablasert.According to the invention, a system for producing a fiber product comprises an imaging unit for imaging the surface content of a semifinished fiber model onto an enveloping surface of a winding core to be produced, a manufacturing unit for producing the winding core based on the enveloping surface, a winding unit for winding the enveloping surface of the winding core with a fiber having a defined angle to produce a semi-finished fiber product, a cutting unit that cuts the semifinished fiber along the winding core, a release agent unit that provides the sliced semi-finished fiber with release agent, a press unit that forms and cures the release-containing fiber into a fiber product, and a laser unit, the Release agent from the fiber product ablasert.
Das Faserhalbzeug kann nach dem Aufschneiden von selbst vom Wickelkern herabfallen oder auch von einem Abnahmemittel abgenommen und der Trennmitteleinheit zugeführt werden.The semifinished fiber product may drop after cutting itself from the winding core or removed from a pickup and fed to the release agent unit.
Vorzugsweise umfasst eine Abbildeeinheit einen Computer oder Simulationsrechner. Die Abbildeeinheit kann auch eine mechanische Kopiervorrichtung, Markierungspunkte und Maßband etc. umfassen. Die Herstelleinheit umfasst vorzugsweise eine CNC-gesteuerte Fräsmaschine oder Drehbank. Die Presseinheit umfasst vorzugsweise eine mechanische Presse. Die Lasereinheit umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung zum Erzeugen einer hochenergetischen Strahlung.Preferably, an imaging unit comprises a computer or simulation computer. The imaging unit may also include a mechanical copying device, marking dots and measuring tape, etc. The manufacturing unit preferably comprises a CNC-controlled milling machine or lathe. The pressing unit preferably comprises a mechanical press. The laser unit preferably comprises a device for generating a high-energy radiation.
Erfindungemäß kann die Faser mit einer Matrix imprägniert sein. Wenn die Faser Matriximprägniert ist, kann auf den Wickelkern ein Faserverbundhalbzeug hergestellt werden. Das Faserverbundhalbzeug kann dadurch formstabiler sein als das Faserhalbzeug, bei dem nur Faser über Faser liegt.According to the invention, the fiber may be impregnated with a matrix. If the fiber is impregnated with matrix, a fiber composite semi-finished product can be produced on the winding core. The fiber composite semifinished product can thus be more dimensionally stable than the semifinished fiber product in which only fiber is above fiber.
Der Stoff der Matrix umfasst vorzugsweise Duromere, wie Epoxydharz, oder Thermoplasten. Bei thermisch hoch belastbaren Faserprodukten kann für die Matrix auch auf Keramik oder Metalle zurückgegriffen werden.The fabric of the matrix preferably comprises thermosets, such as epoxy resin, or thermoplastics. For thermally highly resilient fiber products can be used for the matrix on ceramic or metals.
Erfindungsgemäß kann eine Verbindungseinheit mehrere Faserprodukte und/oder Faserhalbzeuge mit einem Haftmittel versehen und miteinander verbinden. Dadurch können stabile, belastbare, insbesondere hohle und dadurch leichte Faserverbundprofile hergestellt werden. Das Haftmittel umfasst vorzugsweise einen Matrix-Stoff. Aber auch geeignete Klebstoffe können verwendet werden.According to the invention, a connection unit can provide a plurality of fiber products and / or semi-finished fiber products with an adhesive and connect them together. As a result, stable, loadable, in particular hollow and therefore lightweight fiber composite profiles can be produced. The adhesive preferably comprises a matrix material. But also suitable adhesives can be used.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:The attached drawings show:
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.
Der fertige Wickelkern wird drehbar gelagert und von einem Drehantrieb (nicht gezeigt) angetrieben. Eine Faserimprägnier- und ablegeeinrichtung
Eine Schneideeinrichtung
Systemgemäß wird das Faserverbundprodukt
Anstatt des Element-Modells
In
Mit der in
Die Orientierung der Fasern
Das weiterverarbeitete Faserhalbzeug
Der Wickelkern
Die Faserhalbzeugwinkel
Das Abbilden der Winkel kann mittels folgender Schritte erfolgen:
- 1. abschnittsweise
Aufbringen von Markierungen 328 auf die Endlosfaser des aufdem Element 318 angeordneten Faserhalbzeugs, - 2.
Feststellen des Wickelkernwinkels 324 eines Abschnitts zwischen zwei Markierungen328 bezüglich der Drehachse320 , - 3. anschließendes Abschneiden, Abnehmen und Weiterverarbeiten des Faserhalbzeugs
- 4.
Feststellen des Faserhalbzeugwinkels 314 eines Abschnitts zwischen zwei Markierungen328 bezüglich der Längsachse310 , - 5. Feststellen der Abweichung des
Faserhalbzeugwinkels 314 von einem gewünschten Faserhalbzeugwinkel, - 6. wieder bei Schritt 1 beginnen und
den Wickelkernwinkel 324 derart verändern bzw. anpassen, dass die Abweichung in Schritt 5 kleiner wird, - 7. Iteration beenden, wenn die Abweichung unterhalb einer bestimmten Toleranz liegt.
- 1. partial application of
markings 328 on the endless fiber of theelement 318 arranged semifinished fiber product, - 2. Determining the winding core angle
324 a section between twomarks 328 with respect to the axis ofrotation 320 . - 3. subsequent cutting, removal and further processing of the semifinished fiber product
- 4. Determining the fiber semifinished product angle
314 a section between twomarks 328 with respect to thelongitudinal axis 310 . - 5. Determining the deviation of the fiber
semifinished product angle 314 from a desired semi-finished fiber angle, - 6. Start again at step 1 and the winding
core angle 324 change or adjust so that the deviation in step 5 becomes smaller, - 7. Stop the iteration if the deviation is below a certain tolerance.
Durch Übertragung mehrerer Abstände und Rumpfquerschnittslängen auf den Wickelkern und einem Ausbilden des Wickelkerns an Hand dieser Abmessungen ist der Wickelkern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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