DE102011121987A1

DE102011121987A1 - Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings sowie Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings

Info

Publication number: DE102011121987A1
Application number: DE102011121987A
Authority: DE
Inventors: Ingo Bork; Thomas Seufert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20
Also published as: JP2015505753A; EP2790887A1; WO2013087775A1; US20140352873A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, eine Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, wobei mit einem Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang auf einen drehbar angetriebenen Wickelkern aufgewickelt werden, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Hohlkörperformlings entspricht und wobei nach einem anschließenden Härten des Hohlkörperformlings mittels Wärmezufuhr der Hohlkörperformling von dem Wickelkern abgezogen wird. Der Außendurchmesser des Wickelkerns weist zum Wickelvorgang und/oder zu Härten des Hohlkörperformlings einen den Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser auf, der zum Abziehen des Hohlkörperformlings von dem Wickelkern auf einen geringeren Außendurchmesser reduziert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, eine Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, wobei mit einem Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang auf einen drehbar angetriebenen Wickelkern aufgewickelt werden, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Hohlkörperformlings entspricht und wobei nach einem anschließenden Härten des Hohlkörperformlings mittels Wärmezufuhr der Hohlkörperformling von dem Wickelkern abgezogen wird.
Bei derartigen Wickelverfahren stellt sich nach dem Aushärten des Hohlkörperformlings automatisch ein Innendurchmesser des Hohlkörperformlings ein. Dieser wird direkt beeinflusst durch die Aushärtetemperatur, den Laminataufbau des Hohlkörperformlings, die Wärmeausdehnung des Wickelkerns, Faser- und Matrixmaterial, Matrixschrumpf und so weiter. Dies hat zur Folge, dass sich ein Innendurchmesser des Hohlkörperformlings innerhalb enger Toleranzen (z. B. H6) gar nicht oder nur sehr schwer herstellen lässt. Eine spezielle Anpassung des Wickelkerns muss unter Umständen nach jeder Änderung z. B. im Laminataufbau, Faser- und Matrixmaterial oder Aushärtezyklus wiederholt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, eine Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings und ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings zu schaffen, durch die auf einfache Weise Hohlkörperformlinge herstellbar sind, die mit einem Innendurchmesser mit hoher Toleranzgenauigkeit reproduzierbar fertigbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, wobei mit einem Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang auf einen drehbar angetriebenen Wickelkern aufgewickelt werden, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Hohlkörperformlings entspricht und wobei nach einem anschließenden Härten des Hohlkörperformlings mittels Wärmezufuhr der Hohlkörperformling von dem Wickelkern abgezogen wird, dadurch gelöst, dass der Außendurchmesser des Wickelkerns zum Wickelvorgang und/oder zum Härten des Hohlkörperformlings einen dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser aufweist, der zum Abziehen des Hohlkörperformlings von dem Wickelkern auf einen geringeren Außendurchmesser reduziert wird.
Durch dieses Verfahren ist ein Entformen nach dem Aushärten einfach und prozesssicher.
Da die Gefahr einer Beschädigung der Außenoberfläche des Wickelkerns gering ist, ist auch die Gefahr einer Beschädigung der Innenoberfläche des Hohlkörpers gering, so dass Hohlkörper innerhalb enger Toleranzen wie z. B. H6 reproduzierbar gefertigt werden können.
Außerdem wird eine hohe Standzeit des Wickelkerns erreicht, wodurch Stillstandszeiten zum Austausch des Wickelkerns stark reduziert werden.
Weist der Wickelkern zum Wickelvorgang den geringeren Außendurchmesser auf und wird zum Härten auf den dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser vergrößert, so werden nach dem Wickelvorgang und vor dem Härten die Verstärkungsfasern gespannt und damit eine günstige Eigenspannung für eine spätere Innendruckbelastung des Hohlkörperformlings eingebracht.
Wird der dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechende Außendurchmesser während des Verfahrens auf einen bestimmten Außendurchmesser reguliert, so kann zum Beispiel die Wärmedehnung des insbesondere metallischen Wickelkerns während der Wärmebeaufschlagung beim Härten berücksichtigt werden.
Dies kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einer bestimmten Aufweitungskraftkennlinie zum Vergrößern des Außendurchmessers des Wickelkerns erfolgen, die mit der Härtungstemperatur korrespondiert.
Durch Aufweitung des Außendurchmessers des Wickelkerns kann der Innendurchmesser des Hohlkörperformlings genau eingestellt werden, wobei dieser etwas größer ist als die zu erwartende Wärmeausdehnung des Wickelkerns.
Nach dem Aushärten und Abkühlen entsteht ein Spalt zwischen dem Wickelkern und dem Hohlkörperformling, der zum leichten Entformen genutzt werden kann.
Der entstehende Spalt ist in der Regel größer als bei einem herkömmlichen Entformungsvorgang, so dass das Entformen bedeutend einfacher und prozesssicherer ist, die Standzeit des Wickelkerns verlängert und die Gefahr die Innenoberfläche des Hohlkörperformlings zu beschädigen geringer wird.
Wird durch das Wickelverfahren ein Behälter oder ein Hydraulikspeicher oder ein Hydraulikzylinder oder ein Rohr hergestellt, so erhalten diese Bauteile bei hoher Belastungsfähigkeit ein geringes Gewicht. Sie können daher vorteilhaft in der Mobilhydraulik, als Speicher für Fahrzeuge mit hydraulischem Antrieb und für hydraulische Hybridfahrzeuge angewandt werden.
Bezüglich einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, mit einem drehbar antreibbaren Wickelkern, auf dessen mittleren Bereich mit Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang zu einem Hohlkörperformling aufwickelbar sind wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wickelkern in dem von den Verstärkungsfasern zu umwickelnden Bereich als rohrartiger Hohlkörper mit einer elastisch verformbaren Wandung ausgebildet ist, dessen Innenraum mit einem Hydraulikfluid gefüllt und durch Beaufschlagung mit einem bestimmten Druck in seinem Außendurchmesser von einem geringeren Außendurchmesser zu einem dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser erweiterbar ist.
Damit kann durch Druckbeaufschlagung beziehungsweise Druckentlastung auf einfache Weise ein Vergrößern beziehungsweise Reduzieren des Außendurchmessers des Wickelkerns erfolgen, wodurch durch die Vorrichtung das vorgenannte Wickelverfahren durchgeführt und dessen Vorteile erreicht werden können.
Durch Regeln des Drucks im mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum des rohrartigen Hohlkörpers des Wickelkerns kann der Außendurchmesser des Wickelkerns trotz dessen Wärmeausdehnung während der Wärmebehandlung beim Härten konstant gehalten und so eine hohe Toleranz des Innendurchmessers des Hohlkörperformlings reproduzierbar eingehalten werden.
Zur Druckzuführung kann der Wickelkern eine Zuführleitung aufweisen, die von Außen zum Innenraum des rohrartigen Hohlkörpers führt und über die der Innenraum des rohrartigen Hohlkörpers druckbeaufschlagbar ist, wobei sich die Zuführleitung vorzugsweise koaxial durch den Wickelkern erstreckt.
In einer vorteilhaften Ausbildung weist der Wickelkern zwei in einem Abstand koaxial zueinander angeordnete Wickelzapfen auf, wobei der Abstand zwischen den Wickelzapfen von einem den zu umwickelnden Bereich bildenden Wickelrohr umschlossen ist, das mit seinen axialen Enden fest und dicht mit den einander zugewandten axialen Enden der Wickelzapfen verbunden ist und dessen Innenraum den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum bildet.
Der Wickelkern kann aber auch einen einteiligen Wickelzapfen aufweisen, der von einem den zu umwickelnden Bereich bildenden Wickelrohr mit einem radialen Abstand umschlossen ist, wobei der durch den radialen Abstand gebildete Ringraum zwischen Wickelzapfen und Wickelrohr den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum bildet.
Zur guten Entformbarkeit weist vorteilhafterweise das Wickelrohr einen größeren Außendurchmesser auf als die sich axial daran anschließenden Bereiche des oder der Wickelzapfen.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, mit einem drehbar antreibbaren Wickelkern, auf dessen mittleren Bereich mit Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang zu einem Hohlkörperformling aufwickelbar sind und in seinem von den Verstärkungsfasern zu umwickelnden Bereich als rohrartiger Hohlkörper mit einer elastisch verformbaren Wandung ausgebildet ist, dessen Innenraum mit einem Hydraulikfluid gefüllt und durch Beaufschlagung mit einem bestimmten Druck in seinem Außendurchmesser von einem geringeren Außendurchmesser zu einem dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkorperformlings entsprechenden Außendurchmesser erweiterbar ist, dadurch gelöst, dass der Innenraum des Hohlkörpers mit einem bestimmten Druck beaufschlagt wird und dadurch der Außendurchmesser des zu umwickelnden Bereichs des rohrartigen Hohlkörpers durch elastische Verformung seiner elastisch verformbaren Wandung von einem geringeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings zu einem größeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings erweitert wird und dass unter Beibehaltung der Druckbeaufschlagung die radial umlaufende Mantelfläche des rohrartigen Hohlkörpers durch Materialabtrag auf einen dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser reduziert wird.
Damit erhält der Wickelkern unter den realen Einsatzbedingungen entsprechenden Bedingungen und damit mit hoher Maßhaltigkeit seinen größeren Außendurchmesser, der den Innendurchmesser des Hohlkörperformlings bestimmt.
Im Produktionseinsatz muss dann nur noch eine exakte Druckbeaufschlagung mit dem bestimmten Druck erfolgen, um die elastisch verformbare Wandung des Wickelkerns mit hoher Maßhaltigkeit auf den größeren Außendurchmesser zu erweitern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wickelkerns im Längsschnitt mit schematiischer Darstellung eher Druckversorgungseinrichtung und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wickelkerns im Längsschnitt.
Die in den Figuren dargestellten Wickelkerne 1, 1' sind Teil einer Wickelvorrichtung zur Durchführung eines Wickelverfahrens zur Herstellung von Hohlkörperformlingen als Faserverbundbauteile.
Bei diesem Verfahren werden mit einem Harz insbesondere Kunststoffharz getränkte Verstärkungsfasern auf den um eine Drehachse 8 drehbar angetriebenen Wickelkern aufgewickelt.
Der in 1 dargestellte Wickelkern 1 besitzt zwei koaxial in einem Abstand 3 zueinander angeordnete Wickelzapfen 2, 2'.
An den radial umlaufenden Mantelflächen der einander zugewandten Endbereiche der Wickelzapfen 2, 2' sind zu den einander zugewandten freien Enden hin offene radial umlaufende Nuten 4, 4' ausgebildet.
Ein zum Wickelkern 1 gehörendes Wickelrohr 5 ist den Abstand 3 überbrückend in die Nuten 4, 4' dicht eingesetzt, wobei der Außendurchmesser des Wickelrohres größer ist als der Außendurchmesser der Wickelzapfen 2, 2'.
Von den einander zugewandten Stirnseiten ausgehend sind in den Wickelzapfen 2, 2' koaxiale Grundbohrungen 6, 6' ausgebildet, die zusammen mit dem von dem Wickelrohr 5 umschlossenen Abstand 3 einen mit einem Hydraulikfluid gefüllten Innenraum 7 bilden.
Von der äußeren Stirnseite her ist in dem Wickelzapfen 2 koaxial eine zum Innenraum 7 führende Zuführleitung 9 ausgebildet.
Eine Druckversorgungseinrichtung 10 besitzt eine Hydraulikpumpe 11, die von einem Behälter 12 Hydraulikfluid ansaugt und über ein elektrisch betätigbares 2/2-Wegeventil 13, eine hydraulische Schnellkupplung 15 mit Rückschlagventil 14 und eine hydraulische Drehdurchführung 16 zu dem nach außen mündenden Ende der Zuführleitung 9 führt und an dieser angeschlossen ist.
An den von der Hydraulikpumpe 11 zum 2/2-Wegeventil 13 führenden Abschnitt der Zuführleitung 9 ist ein elektrisches Druckbegrenzungsventil 17 angeschlossen.
Der den Innenraum 7 beaufschlagende Hydraulikdruck, der beispielsweise in der Größenordnung von 200 bar sein, wird, wenn er durch das 2/2-Wegeventil 13 zugeschaltet ist, wird durch die Hydraulikpumpe 11 aufgebracht und durch das Druckbegrenzungsventil 17 eingestellt. Das Druckbegrenzungsventil 17 und damit der den Innenraum 7 beaufschlagende Druck kann entweder ein in einer nicht dargestellten Elektronik hinterlegte Druckkennlinie, die mit der Härtungstemperatur korrespondiert, durchfahren oder es kann die Härtungstemperatur direkt als Führungsgröße der Regelung durch das Druckbegrenzungsventil 7 verwendet werden.
Die hydraulische Schnellkupplung 15 dient dazu den Wickelkern 1 eventuell auch unter Innendruck von der Druckversorgung abzuklemmen.
Der in 2 dargstellte Wickelkern 1' besitzt einen schematisch dargestellten rotationssymmetrischen, in der Realität mehrteiligen Wickelzapfen 18, der in seinem von den Verstärkungsfasern zu umwickelnden Bereich eine radial umlaufende Ringnut 19 aufweist, die mit radialem Abstand von einem zum Wickelkern 1' gehörenden Wickelrohr 20 umschlossen ist.
Über Dichtungen 21 ist das Wickelrohr 20 an seinen axialen Enden gegenüber dem Boden der Ringnut 19 abgedichtet, wodurch zwischen dem Boden der Ringnut 19 und dem Wickelrohr 20 ein nach außen abgedichteter, mit einem Hydraulikfluid gefüllter Ringraum 22 gebildet ist.
Von der einen Stirnseite des Wickelzapfens 18 führt eine Zuführleitung 9 zu dem Ringraum 22, an die eine Druckversorgungseinrichtung 10 entsprechend 1 oder eine anders aufgebaute Druckversorgungseinrichtung angeschlossen werden kann.
Entsprechend 1 ist durch die Druckversorgungseinrichtung der Ringraum 22 druckbeaufschlagbar und dadurch der Außendurchmesser des Wickelrohres 20 von einem reduzierten Außendurchmesser auf einen dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden größeren Außendurchmesser elastisch erweiterbar und kann entsprechend 1 auch in Abhängigkeit von der Härtungstemperatur geregelt werden.

Claims

Wickelverfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, wobei mit einem Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang auf einen drehbar angetriebenen Wickelkern aufgewickelt werden, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Hohlkörperformlings entspricht und wobei nach einem anschließenden Härten des Hohlkörperformlings mittels Wärmezufuhr der Hohlkörperformling von dem Wickelkern abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Wickelkerns (1, 1') zum Wickelvorgang und/oder zum Härten des Hohlkörperformlings einen dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser aufweist, der zum Abziehen des Hohlkörperformlings von dem Wickelkern (1, 1') auf einen geringeren Außendurchmesser reduziert wird.
Wickelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (1, 1') zum Wickelvorgang den geringeren Außendurchmesser aufweist und zum Härten auf den dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser vergrößert wird.
Wickelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechende Außendurchmesser während des Verfahrens auf einen bestimmten Außendurchmesser reguliert wird.
Wickelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Wickelverfahren ein Behälter oder ein Hydraulikspeicher oder ein Hydraulikzylinder oder ein Rohr hergestellt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, mit einem drehbar antreibbaren Wickelkern, auf dessen mittleren Bereich mit Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang zu einem Hohlkörperformling aufwickelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (1, 1') in dem von den Verstärkungsfasern zu umwickelnden Bereich als rohrartiger Hohlkörper (%, 20) mit einer elastisch verformbaren Wandung ausgebildet ist, dessen Innenraum (7, 22) mit einem Hydraulikfluid gefüllt und durch Beaufschlagung mit einem bestimmten Druck in seinem Außendurchmesser von einem geringeren Außendurchmesser zu einem dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser erweiterbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (1, 1') eine Zuführleitung (9) aufweist, die von Außen zum Innenraum (7, 22) des rohrartigen Hohlkörpers führt und über die der Innenraum (7, 22) des rohrartigen Hohlkörpers druckbeaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (1) zwei in einem Abstand koaxial zueinander angeordnete Wickelzapfen (2, 2') aufweist, wobei der Abstand (3) zwischen den Wickelzapfen (2, 2') von einem den zu umwickelnden Bereich bildenden Wickelrohr (5) umschlossen ist, das mit seinen axialen Enden fest und dicht mit den einander zugewandten axialen Enden der Wickelzapfen (2, 2') verbunden ist und dessen Innenraum (7) den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum (7) bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkern (1') einen Wickelzapfen (18) aufweist, der von einem den zu umwickelnden Bereich bildenden Wickelrohr (20) mit einem radialen Abstand umschlossen ist, wobei der durch den radialen Abstand gebildete Ringraum (22) zwischen Wickelzapfen (18) und Wickelrohr (20) den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelrohr (5, 20) einen größeren Außendurchmesser aufweist als die sich axial daran anschließenden Bereiche des oder der Wickelzapfen (2, 2'; 18).
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines rotationssymmetrischen, rohrartigen Hohlkörperformlings, mit einem drehbar antreibbaren Wickelkern, auf dessen mittleren Bereich mit Harz getränkte Verstärkungsfasern in einem Wickelvorgang zu einem Hohlkörperformling aufwickelbar sind und in seinem von den Verstärkungsfasern zu umwickelnden Bereich als rohrartiger Hohlkörper mit einer elastisch verformbaren Wandung ausgebildet ist, dessen Innenraum mit einem Hydraulikfluid gefüllt und durch Beaufschlagung mit einem bestimmten Druck in seinem Außendurchmesser von einem geringeren Außendurchmesser zu einem dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser erweiterbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (7, 22) des Hohlkörpers mit einem bestimmten Druck beaufschlagt wird und dadurch der Außendurchmesser des zu umwickelnden Bereichs des rohrartigen Hohlkörpers durch elastische Verformung seiner elastisch verformbaren Wandung von einem geringeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings zu einem größeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings erweitert wird und dass unter Beibehaltung der Druckbeaufschlagung die radial umlaufende Mantelfläche des rohrartigen Hohlkörpers durch Materialabtrag auf einen dem Innendurchmesser des herzustellenden Hohlkörperformlings entsprechenden Außendurchmesser reduziert wird.