DE102015007935A1

DE102015007935A1 - Method for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015007935A1
Application number: DE102015007935.2A
Authority: DE
Inventors: Farbod Nezami; Matthias Müller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, bei welchem wenigstens ein Faserstrang (12) auf einen Wickelrahmen (10) gewickelt wird, während der Wickelrahmen (10) um eine Drehachse (16) gedreht wird, wobei der Wickelrahmen (10) um eine von der Drehachse (16) unterschiedliche Schwenkachse verschwenkt wird.The invention relates to a method for producing a fiber composite component, in which at least one fiber strand (12) is wound on a winding frame (10) while the winding frame (10) is rotated about an axis of rotation (16), wherein the winding frame (10) around a from the rotation axis (16) different pivot axis is pivoted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, das heißt eines aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellten Bauteils ist beispielsweise bereits der DE 10 2012 101 724 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein Faserstrang auf einen Wickelrahmen gewickelt, während der Wickelrahmen um eine Drehachse gedreht wird. Durch dieses Aufwickeln des Faserstrangs auf den Wickelrahmen wird beispielsweise ein Halbzeug, insbesondere ein Faserhalbzeug, gebildet, wobei schließlich aus diesem Halbzeug das Faserverbundbauteil hergestellt werden kann beziehungsweise das Halbzeug wird zum Herstellen des Faserverbundbauteils verwendet.Such a method for producing a fiber composite component, that is, a component made of a fiber-reinforced plastic, for example, is already the DE 10 2012 101 724 A1 to be known as known. In the method, at least one fiber strand is wound on a winding frame, while the winding frame is rotated about a rotation axis. By this winding of the fiber strand on the winding frame, for example, a semifinished product, in particular a semifinished fiber, is formed, which finally from this semi-finished fiber composite component can be produced or the semifinished product is used for producing the fiber composite component.

Der Vorteil von Faserverbundbauteilen, das heißt von aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellten Bauteilen, welche auch als faserverstärkte Bauteile bezeichnet werden, ist, dass das Gewicht von solchen Faserverbundbauteilen besonders gering gehalten werden kann. Gleichzeitig kann jedoch eine besonders hohe Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit oder Stabilität realisiert werden. Üblicherweise ist jedoch die Herstellung von Faserverbundbauteilen kostenaufwändig.The advantage of fiber composite components, that is, made of a fiber-reinforced plastic components, which are also referred to as fiber-reinforced components, is that the weight of such fiber composite components can be kept very low. At the same time, however, a particularly high strength or rigidity or stability can be realized. Usually, however, the production of fiber composite components is costly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders kostengünstige und flexible Herstellung von Faserverbundbauteilen realisierbar ist.Object of the present invention is therefore to develop a method of the type mentioned in such a way that a particularly cost-effective and flexible production of fiber composite components can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders kostengünstige und flexible Herstellung von Faserverbundbauteilen realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wickelrahmen um eine von der Drehachse unterschiedliche Schwenkachse verschwenkt wird. Der Wickelrahmen kann dabei beispielsweise verschwenkt werden, während der Faserstrang auf den Wickelrahmen aufgewickelt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Wickelrahmen in Wickelpausen verschwenkt wird, in denen der Faserstrang nicht auf den Wickelrahmen gewickelt wird beziehungsweise in denen der Wickelvorgang zumindest vorübergehend unterbrochen ist.In order to develop a method specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly cost-effective and flexible production of fiber composite components can be realized, it is inventively provided that the winding frame is pivoted about a different axis of rotation of the pivot axis. The winding frame can be pivoted, for example, while the fiber strand is wound onto the winding frame. Alternatively or additionally, it is conceivable that the winding frame is pivoted in winding breaks in which the fiber strand is not wound on the winding frame or in which the winding process is at least temporarily interrupted.

Durch den Einsatz der zusätzlich zur Drehachse vorgesehenen Schwenkachse ist es möglich, durch das Aufwickeln des Faserstrangs auf den Wickelrahmen und somit aus dem wenigstens einen Faserstrang einen frei definierbaren Laminataufbau herzustellen. Hierdurch lässt sich im Vergleich zum Stand der Technik ein höherer Leichtbaugrad durch eine lastpfadangepasste Laminatgestaltung realisieren. Ferner können auch komplexe Geometrien des Faserverbundbauteils beziehungsweise eines Halbzeugs, aus welchem das Faserverbundbauteil hergestellt wird und welches aus dem wenigstens einen Faserstrang hergestellt wird, auf kostengünstige Weise realisiert werden.By using the additional axis of rotation provided for the pivot axis, it is possible to produce by the winding of the fiber strand on the winding frame and thus from the at least one fiber strand a freely definable laminate structure. As a result, a higher degree of lightweight construction can be achieved by a load path-adapted laminate design compared to the prior art. Furthermore, even complex geometries of the fiber composite component or of a semifinished product from which the fiber composite component is produced and which is produced from the at least one fiber strand can be realized in a cost-effective manner.

Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Faserstrang dem Wickelrahmen über ein Führungselement zugeführt wird, welches entlang einer von der Drehachse und beispielsweise der Schwenkachse unterschiedlichen Bewegungsachse translatorisch relativ zu dem Wickelrahmen, insbesondere entlang des Wickelrahmens, bewegt wird. Die Bewegungsachse ist eine Legeachse, welche beispielsweise zusätzlich zur Drehachse und zur Schwenkachse vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich ein besonders vorteilhafter Laminataufbau realisieren. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine automatisierte und kostengünstige Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere für den Großserieneinsatz und für komplexe Geometrien bei einstellbarer Faserorientierung. Der Faserstrang ist beispielsweise ein sogenanntes Roving, welches ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus Fasern beziehungsweise Filamenten ist. Bei den Fasern handelt es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern, so dass das Faserverbundbauteil als kohlefaserverstärktes Kunststoffverbundbauteil hergestellt werden kann.Furthermore, it has proven to be advantageous if the fiber strand is fed to the winding frame via a guide element which is moved in translation relative to the winding frame, in particular along the winding frame, along a movement axis different from the axis of rotation and, for example, the pivot axis. The movement axis is a leg axis, which is provided for example in addition to the rotation axis and the pivot axis. This makes it possible to realize a particularly advantageous laminate structure. Overall, the inventive method allows an automated and cost-effective production of fiber-reinforced components, especially for mass production and for complex geometries with adjustable fiber orientation. The fiber strand is for example a so-called roving, which is a bundle, strand or multifilament yarn made of fibers or filaments. The fibers are, for example, carbon fibers, so that the fiber composite component can be produced as a carbon fiber reinforced plastic composite component.

Im Gegensatz zu dem Faserwickeln können auf einfache Weise auch komplexe Geometrien erzeugt werden. Das Faserwickeln an sich ist ein hochproduktives Verfahren und wird beispielsweise zur Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile genutzt, wobei durch das Faserwickeln ein nur geringer Komplexitätsgrad realisierbar ist. Durch das Faserwickeln sind gegebenenfalls auch nicht-rotationssymmetrische Bauteile herstellbar, allerdings nur als durchgängig konvexe, geschlossene Strukturen. Hierbei werden beispielsweise Fasern zunächst auf einen Rotationskörper gewickelt, dann aufgeschnitten und anschließend umgeformt. Zwar lassen sich auf diese Weise auch komplexe Geometrien erzeugen, da eine zumindest freie Bewegbarkeit der Fasern beim Umformen vorgesehen ist, allerdings tritt durch das Verarbeiten rechteckiger Strukturen stets ein hoher Verschnitt auf. Die nasse Verarbeitung von Halbzeugen erschwert dabei jedoch die Automatisierung und birgt gesundheitliche Risiken. Diese Probleme können durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.In contrast to fiber winding, complex geometries can be generated in a simple way. The fiber winding itself is a highly productive process and is used for example for the production of rotationally symmetrical components, whereby only a small degree of complexity can be realized by the fiber winding. If necessary, non-rotationally symmetrical components can also be produced by fiber winding, but only as completely convex, closed structures. For example, fibers are first wound on a rotating body, then cut open and then formed. Although it is also possible to produce complex geometries in this way, since an at least free mobility of the fibers during shaping is provided, however, a high waste always occurs through the processing of rectangular structures. The wet processing of semi-finished products, however, complicates the automation and poses health risks. These problems can be avoided by the method according to the invention.

Ferner ist der Einsatz von sogenannten Prepregs, Organoblechen und Spritzpressen bekannt, welches auch als RTM (Resin Transfer Molding) bezeichnet wird. Dabei können auch Halbzeuge wie Trockentextilien, Prepregs und Organobleche umformtechnisch verarbeitet werden. Allerdings sind diese Halbzeuge teurer als die Verarbeitung des direkten Rovings beziehungsweise Garns, das heißt des Faserstrangs. Durch die verwobene beziehungsweise verwebte Struktur der Halbzeuge, insbesondere bei Geweben und Multiaxialgelegen, ist auch der erreichbare Umformgrad durch die Beschränkung der Faserbewegung begrenzt. Zudem können gegenüber dem Wickeln die Faserausrichtungen nur begrenzt beeinflusst werden. Zusätzlich müssen die Halbzeuge entweder vorgewärmt, insbesondere bei Organoblechen und Prepregs, oder in teuren Werkzeugen infiltriert werden. Auch diese Probleme können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden.Furthermore, the use of so-called prepregs, organo sheets and transfer molding is known, which is also referred to as RTM (Resin Transfer Molding). Semifinished products such as dry textiles, prepregs and organic sheets can also be processed by forming technology. However, these semi-finished products are more expensive than the processing of the direct roving or yarn, ie the fiber strand. Due to the interwoven or woven structure of the semi-finished products, especially in tissues and Multiaxialgelegen, the achievable degree of deformation is limited by the limitation of the fiber movement. In addition, the fiber orientations can be influenced only limited compared to the winding. In addition, the semi-finished products must be either preheated, especially in organic sheets and prepregs, or infiltrated in expensive tools. These problems can also be avoided by means of the method according to the invention.

Dadurch, dass sich üblicherweise nur zumindest im Wesentlichen rechteckige Halbzeuge herstellen lassen, aus welchen dann das jeweilige Faserverbundbauteil hergestellt wird, kommt es zu einem hohen Verschnitt, da das jeweilige, zumindest im Wesentlichen rechteckige Halbzeug, insbesondere Faserhalbzeug, beschnitten werden muss. Ein solcher, übermäßiger Verschnitt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden, da aus dem wenigstens einen Faserstrang ein Halbzeug, insbesondere Faserhalbzeug, mit einer vorteilhaften Kontur hergestellt werden kann, die die Vermeidung eines übermäßigen Verschnitts ermöglicht. Mit anderen Worten kann das Halbzeug hinsichtlich seiner Kontur derart hergestellt werden, dass das Halbzeug zum Herstellen des Faserverbundbauteils nicht oder nur noch geringfügig beschnitten werden muss. Dies bedeutet, dass das Faserhalbzeug derart hergestellt werden kann, dass die Kontur des Halbzeugs bereits der Endkontur des Faserverbundbauteils entspricht oder dieser Endkontur stark ähnelt.Because it is usually only possible to produce at least substantially rectangular semi-finished products, from which the respective fiber composite component is then produced, a high waste occurs because the respective, at least substantially rectangular, semi-finished product, in particular semifinished fiber product, has to be trimmed. Such an excessive waste can be avoided by the method according to the invention, since from the at least one fiber strand, a semifinished product, in particular semi-finished fiber, can be produced with an advantageous contour, which allows the avoidance of excessive waste. In other words, the semifinished product can be produced with respect to its contour such that the semifinished product for producing the fiber composite component does not have to be trimmed or only marginally. This means that the semifinished fiber product can be produced in such a way that the contour of the semifinished product already corresponds to the final contour of the fiber composite component or strongly resembles this final contour.

Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Realisierung eines automatisierten Umformens des Halbzeugs, welches aus dem wenigstens einen Faserstrang hergestellt wird. Somit ist es möglich, ein automatisiertes Umformen von frei konfektionierten, verschnittarmen und vorkonsolidierten Verstärkungsstrukturen zu realisieren.Furthermore, the inventive method allows the realization of an automated forming of the semifinished product, which is produced from the at least one fiber strand. Thus, it is possible to realize an automated forming of freely assembled, low-defect and preconsolidated reinforcement structures.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, wobei die Vorrichtung einen Wickelrahmen aufweist, welcher um eine Drehachse gedreht sowie um eine von der Drehachse unterschiedliche Schwenkachse verschwenkt wird; 1 a schematic perspective view of an apparatus for producing a fiber composite component, wherein the device comprises a winding frame, which is rotated about an axis of rotation and pivoted about a different axis of rotation of the pivot axis;

2 eine schematische und perspektivische Draufsicht des Wickelrahmens, auf welchen wenigstens ein Faserstrang aufgewickelt ist; 2 a schematic and perspective plan view of the winding frame on which at least one fiber strand is wound;

3 eine schematische Perspektivansicht des Wickelrahmens gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 3 a schematic perspective view of the winding frame according to another embodiment; and

4 eine schematische und perspektivische Draufsicht des Wickelrahmens, welcher zusammen mit einem Halbzeug, welches aus dem zuvor genannten Faserstrang hergestellt ist, einem Umformwerkzeug zugeführt wird, mittels welchem das Halbzeug umgeformt wird. 4 a schematic and perspective plan view of the winding frame, which is supplied together with a semi-finished product, which is made from the aforementioned fiber strand, a forming tool, by means of which the semi-finished product is formed.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Mit anderen Worten wird mittels der Vorrichtung ein Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils durchgeführt. Die Vorrichtung umfasst einen Wickelrahmen 10, auf welchen wenigstens ein Faserstrang 12 gewickelt wird. Der Faserstrang 12 ist vorliegend ein Roving, das von einer Spule 14 abgewickelt und während des Abwickelns auf den Wickelrahmen 10 gewickelt wird. Dies bedeutet, dass das Abwickeln des Faserstrangs 12 von der Spule 14 und das Aufwickeln auf den Wickelrahmen 10 gleichzeitig erfolgen. Der Faserstrang 12 ist beispielsweise aus Kohlefasern gebildet, die auf den Wickelrahmen 10 gewickelt werden. Der Faserstrang 12 wird auf den Wickelrahmen 10 gewickelt, während beziehungsweise indem der Wickelrahmen 10 um eine Drehachse 16 gedreht wird. Diese Drehung beziehungsweise rotatorische Bewegung des Wickelrahmens 10 um die Drehachse 16 ist in 1 durch einen Richtungspfeil 18 veranschaulicht. 1 shows a schematic perspective view of an apparatus for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle such as a passenger car. In other words, a method for producing the fiber composite component is performed by means of the device. The device comprises a winding frame 10 on which at least one fiber strand 12 is wound. The fiber strand 12 In this case, a roving is that of a coil 14 unwound and while unwinding on the winding frame 10 is wound. This means that the unwinding of the fiber strand 12 from the coil 14 and winding on the winding frame 10 take place simultaneously. The fiber strand 12 is made of carbon fibers, for example, on the winding frame 10 be wrapped. The fiber strand 12 gets on the winding frame 10 wrapped while or by the winding frame 10 around a rotation axis 16 is turned. This rotation or rotational movement of the winding frame 10 around the axis of rotation 16 is in 1 by a directional arrow 18 illustrated.

Um nun eine besonders flexible und kostengünstige Herstellung des Faserverbundbauteils zu realisieren, wird der Wickelrahmen 10 im Rahmen des Verfahrens um eine von der Drehachse 16 unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Schwenkachse verschwenkt, wobei dieses Verschwenken beziehungsweise die Schwenkachse durch einen Doppelpfeil 20 veranschaulicht ist. Zur Realisierung dieses Verschwenkens des Wickelrahmens 10 ist beispielsweise eine Führung 22 vorgesehen, entlang welcher der Wickelrahmen 10 – insbesondere während der Faserstrang 12 auf den Wickelrahmen 10 gewickelt wird – bewegt und dadurch um die Schwenkachse verschwenkt wird. Die Schwenkbewegung des Wickelrahmens 10 ist in 1 auch durch eine gestrichelte, zumindest im Wesentlichen kreisrunde Linie veranschaulicht. Der Faserstrang 12 beziehungsweise die Fasern werden vor dem Aufwickeln auf den Wickelrahmen 10 mit einem Matrixwerkstoff, insbesondere einem flüssigen Matrixwerkstoff, getränkt. Bei diesem Matrixwerkstoff handelt es sich beispielsweise um eine Schmelze aus einem Kunststoff, insbesondere einen Thermoplast oder Duroplast. Hierzu ist ein Tränkbad 24 vorgesehen, in welchem der Matrixwerkstoff, insbesondere im flüssigen Zustand, aufgenommen ist. Der Faserstrang 12 wird während des Aufwickeln auf den Wickelrahmen 10 von der Spule 14, welche auch als Fadenspule bezeichnet wird, abgewickelt, durch das Tränkbad 24 und somit den flüssigen Matrixwerkstoff hindurchgeführt und dadurch mit dem Matrixwerkstoff getränkt und daran anschließend auf den Wickelrahmen 10 gewickelt. Dies bedeutet, dass das Aufwickeln, das Abwickeln und das Versehen des Faserstrangs 12 mit dem Matrixwerkstoff zumindest im Wesentlichen kontinuierlich beziehungsweise gleichzeitig erfolgen. In dem Tränkbad 24 sind Umlenkrollen 26 aufgenommen, mittels welchen der Faserstrang 12 auf seinem Weg durch das Tränkbad 24 geführt und insbesondere umgelenkt wird, so dass der Faserstrang 12 beispielsweise straff gehalten wird. In order to realize a particularly flexible and cost-effective production of the fiber composite component, the winding frame 10 in the context of the procedure around one of the axis of rotation 16 different, additionally provided pivot axis pivoted, said pivoting or the pivot axis by a double arrow 20 is illustrated. To realize this pivoting of the winding frame 10 is, for example, a guide 22 provided along which the winding frame 10 - especially during the fiber strand 12 on the winding frame 10 is wound - moved and thereby pivoted about the pivot axis. The pivoting movement of the winding frame 10 is in 1 also illustrated by a dashed, at least substantially circular line. The fiber strand 12 or the fibers are before winding on the winding frame 10 impregnated with a matrix material, in particular a liquid matrix material. This matrix material is, for example, a melt made of a plastic, in particular a thermoplastic or duroplastic. This is an impregnation bath 24 provided, in which the matrix material, in particular in the liquid state, is added. The fiber strand 12 gets on the winding frame during winding 10 from the coil 14 , which is also referred to as a bobbin, unwound, through the impregnation bath 24 and thus passed through the liquid matrix material and thereby impregnated with the matrix material and subsequently to the winding frame 10 wound. This means that the winding, unwinding and lapping of the fiber strand 12 with the matrix material at least substantially continuously or simultaneously. In the drinking bath 24 are pulleys 26 received, by means of which the fiber strand 12 on his way through the drinking bath 24 led and in particular is deflected, so that the fiber strand 12 for example, is kept tight.

Die Vorrichtung umfasst ferner ein Führungselement 28 sowie eine Führung 30, entlang welcher das Führungselement 28 translatorisch bewegbar ist. Diese translatorische Bewegbarkeit des Führungselements 28 entlang der Führung 30 ist in 1 durch einen Richtungspfeil 32 veranschaulicht. Das Führungselement 28 ist somit entlang einer von der Drehachse 16 und der genannten Schwenkachse unterschiedlichen und durch den Richtungspfeil 32 veranschaulichten Bewegungsachse translatorisch relativ zum Wickelrahmen 10 und insbesondere entlang des Wickelrahmens 10 bewegbar, da vorzugsweise die Bewegungsachse, welche auch als Legeachse bezeichnet wird, zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse 16 verläuft. Im Rahmen des Verfahrens wird der Faserstrang 12 über das Führungselement 28 dem Wickelrahmen 10 zugeführt. Hierzu umfasst das Führungselement 28 beispielsweise eine Öse 34, durch welche der Faserstrang 12 geführt wird. Durch Bewegen des Führungselements 30 entlang der Führung 30 kann somit der Faserstrang 12 relativ zum Wickelrahmen 10 bewegt werden, so dass der Faserstrang 12 gezielt positioniert und auf den Wickelrahmen 10 gewickelt werden kann. Durch den Einsatz der Drehachse 16, der Schwenkachse und der Bewegungsachse kann ein frei definierbarer Laminataufbau hergestellt werden, wobei dieser Laminataufbau durch das Aufwickeln des Faserstrangs 12 auf den Wickelrahmen 10, das heißt aus dem Faserstrang 12 hergestellt wird. Hierdurch kann ein besonders hoher Leichtbaugrad durch eine lastpfadangepasste Laminatgestaltung realisiert werden.The device further comprises a guide element 28 as well as a guide 30 along which the guide element 28 is translationally movable. This translational mobility of the guide element 28 along the guide 30 is in 1 by a directional arrow 32 illustrated. The guide element 28 is thus along one of the axis of rotation 16 and said pivot axis different and by the directional arrow 32 illustrated movement axis translational relative to the winding frame 10 and in particular along the winding frame 10 movable, since preferably the movement axis, which is also referred to as a leg axis, at least substantially parallel to the axis of rotation 16 runs. As part of the process, the fiber strand 12 over the guide element 28 the winding frame 10 fed. For this purpose, the guide element comprises 28 for example, an eyelet 34 through which the fiber strand 12 to be led. By moving the guide element 30 along the guide 30 thus can the fiber strand 12 relative to the winding frame 10 be moved so that the fiber strand 12 specifically positioned and on the winding frame 10 can be wound. By using the rotation axis 16 , the pivot axis and the axis of motion can be made of a freely definable laminate structure, this laminate structure by the winding up of the fiber strand 12 on the winding frame 10 that is, from the fiber strand 12 will be produced. As a result, a particularly high degree of lightweight construction can be realized by a load path-adapted laminate design.

Aus 2 ist erkennbar, dass durch das Aufwickeln mehrere, übereinander angeordnete Schichten des Faserstrangs 12 gebildet werden können, so dass ein aus 2 erkennbares Laminat 36 hergestellt wird. Das Laminat 36 ist der zuvor genannten Laminataufbau und dabei beispielsweise ein Halbzeug, insbesondere ein Faserhalbzeug, aus welchem das zuvor genannte Faserverbundbauteil hergestellt wird.Out 2 It can be seen that by winding several layers of the fiber strand arranged one above the other 12 can be formed so that one out 2 recognizable laminate 36 will be produced. The laminate 36 is the aforementioned laminate structure and thereby for example a semifinished product, in particular a semi-finished fiber product, from which the aforementioned fiber composite component is produced.

Da der Faserstrang 12 vor dem Wickeln auf den Wickelrahmen 10 getränkt wird, wird der Faserstrang 12 nass auf den Wickelrahmen 10 aufgewickelt, so dass im Rahmen des Verfahrens ein sogenanntes Nasswickeln realisierbar ist. Der Laminataufbau kann somit als frei definierter Laminataufbau durch Nasswickeln hergestellt werden. Der Wickelrahmen 10 ist ein Trägerrahmen, welcher rotatorisch bewegt wird, so dass der Faserstrang 12 auf den Trägerrahmen gewickelt wird. Somit ist ein rotatorisches Wickeln auf den Trägerrahmen dargestellt.Because of the fiber strand 12 before winding on the winding frame 10 is impregnated, the fiber strand 12 wet on the winding frame 10 wound, so that in the context of the method, a so-called wet winding can be realized. The laminate structure can thus be produced as a freely defined laminate structure by wet winding. The winding frame 10 is a support frame which is rotationally moved so that the fiber strand 12 is wound on the support frame. Thus, a rotatory winding is shown on the support frame.

Aus 2 ist erkennbar, dass der auf den Wickelrahmen 10 aufgewickelte Faserstrang 12 beziehungsweise der Laminataufbau mit wenigstens einer eigensteifen Fixierungsschicht zur Führung und/oder Fixierung des Faserstrangs 12 versehen wird. Die Fixierungsschicht ist beispielsweise durch ein Blech 38 gebildet, welches beispielsweise als Deckblech auf den Laminataufbau gelegt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, wenigstens ein Blech oder eine Mehrzahl von Blechen als Zwischenbleche in den Laminataufbau zu integrieren, um beispielsweise eine lagenspezifische Materialführung zu realisieren. Im Rahmen des in 1 bis 4 veranschaulichten Verfahrens wird das Blech 38 als Deckblech beziehungsweise Deckschicht auf den Laminataufbau aufgelegt und dient der Fixierung und/oder der Materialführung. Dieses Auflegen des Blechs 38 ist in 2 durch Richtungspfeile 40 veranschaulicht. Nach dem Auflegen des Blechs 38 wird der Faserstrang 12 beziehungsweise der Laminataufbau mittels einer Trenneinrichtung 42 getrennt, wodurch die Umschlingung des Faserstrangs 12 um den Wickelrahmen 10 getrennt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Laminataufbau beziehungsweise das Halbzeug in zwei Hälften getrennt wird, wobei der Laminataufbau zunächst noch am Wickelrahmen 10 gehalten ist beziehungsweise bleibt.Out 2 it is recognizable that the on the winding frame 10 wound fiber strand 12 or the laminate structure with at least one intrinsically rigid fixing layer for guiding and / or fixing the fiber strand 12 is provided. The fixation layer is for example by a metal sheet 38 formed, which is placed for example as a cover on the laminate structure. Alternatively or additionally, it is possible to integrate at least one sheet or a plurality of sheets as intermediate sheets in the laminate structure in order to realize, for example, a layer-specific material guide. As part of the in 1 to 4 Illustrated method is the sheet 38 as a cover plate or cover layer placed on the laminate structure and serves for fixation and / or material management. This laying of the sheet 38 is in 2 by directional arrows 40 illustrated. After placing the sheet 38 becomes the fiber strand 12 or the laminate structure by means of a separating device 42 separated, whereby the wrapping of the fiber strand 12 around the winding frame 10 is disconnected. It can be provided that the laminate structure or the semifinished product is separated into two halves, the laminate structure initially still on the winding frame 10 is held or remains.

Aus 3 ist veranschaulicht, dass der Wickelrahmen 10 gegebenenfalls zwei Rahmenteile 44 und 46 umfasst, welche beispielsweise getrennt werden, um dadurch beispielsweise den Wickelrahmen 10 vertikal in zwei Hälften zu teilen. Eine Hälfte des Laminataufbaus ist dabei beispielsweise am Rahmenteil 44 gehalten, wobei die andere Hälfte des Laminataufbaus beispielsweise am Rahmenteil 46 gehalten ist.Out 3 is illustrated that the winding frame 10 if necessary, two frame parts 44 and 46 includes, which are separated, for example, thereby, for example, the winding frame 10 to divide vertically in half. One half of the laminate structure is, for example, on the frame part 44 held, the other half of the laminate structure, for example, on the frame part 46 is held.

Aus 4 ist erkennbar, dass der Laminataufbau beziehungsweise das genannte Halbzeug einem Umformwerkzeug 48 zugeführt wird, mittels welchem das Halbzeug beziehungsweise der Laminataufbau (Laminat 36) umgeformt wird. Da der Laminataufbau trotz des Trennens der Umschlingung noch am Wickelrahmen 10 gehalten ist, wird das Halbzeug zusammen mit dem Wickelrahmen 10 dem Umformwerkzeug 48 zugeführt. Das Umformwerkzeug 48 weist zwei Werkzeughälften 50 und 52 auf, zwischen welchen der Laminataufbau und der Wickelrahmen 10 positioniert werden. Da vor dem Zuführen des Laminataufbaus in das Umformwerkzeug 48 das Blech 38 auf den Laminataufbau aufgelegt wurde, wird auch das Blech 38 als Deckblech in das Umformwerkzeug 48 eingebracht beziehungsweise zwischen den Werkzeughälften 50 und 52 angeordnet. Der Wickelrahmen 10 und das Blech 38 weisen jeweilige Positionierelemente 54 mit Laschen 56 und die Laschen 56 durchdringenden Durchgangsöffnungen 58 auf, wobei das Umformwerkzeug 48, insbesondere die Werkzeughälfte 52, mit den Positionierelementen 54 korrespondierende, weitere Positionierelemente in Form von Positionierdornen 60 aufweist. Der Laminataufbau (Laminat 36) wird zusammen mit dem Wickelrahmen 10 und dem Blech 38 derart im Umformwerkzeug 48 positioniert, dass die Positionierdorne 60 durch die Durchgangsöffnungen 58 hindurchgesteckt werden. Dadurch werden der Wickelrahmen 10 und das Blech 38 und somit das Laminat 36 (Laminataufbau) relativ zum Umformwerkzeug 48 ausgerichtet beziehungsweise positioniert.Out 4 it can be seen that the laminate structure or the mentioned semifinished product is a forming tool 48 is fed, by means of which the semifinished product or the laminate structure (laminate 36 ) is transformed. Since the laminate structure, despite the separation of the loop still on the winding frame 10 held, the semi-finished product is together with the winding frame 10 the forming tool 48 fed. The forming tool 48 has two tool halves 50 and 52 on, between which the laminate structure and the winding frame 10 be positioned. Because before feeding the laminate structure into the forming tool 48 the sheet 38 was placed on the laminate structure, is also the sheet 38 as a cover plate in the forming tool 48 introduced or between the tool halves 50 and 52 arranged. The winding frame 10 and the sheet 38 have respective positioning elements 54 with tabs 56 and the tabs 56 penetrating through holes 58 on, with the forming tool 48 , especially the tool half 52 , with the positioning elements 54 Corresponding, further positioning elements in the form of positioning mandrels 60 having. The laminate structure (laminate 36 ) becomes together with the winding frame 10 and the tin 38 such in the forming tool 48 positioned that positioning pins 60 through the passage openings 58 be put through. This will make the winding frame 10 and the sheet 38 and thus the laminate 36 (Laminate structure) relative to the forming tool 48 aligned or positioned.

Das Laminat 36 wird beispielsweise mittels des Umformwerkzeugs 48 derart umgeformt, dass die Werkzeughälften 50 und 52 aufeinander zu bewegt werden. Hierbei weist der Wickelrahmen 10 eine Durchgangsöffnung 62 auf, welche von dem Faserstrang 12 überspannt ist. Dabei wird das Halbzeug beim Umformen durch die Durchgangsöffnung 62 hindurchbewegt und dadurch hindurch umgeformt. Da – wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben – die Umschlingung des Faserstrangs 12 um den Wickelrahmen 10 getrennt beziehungsweise gelöst wurde, kann das Laminat 36 beim Umformen relativ zum Wickelrahmen 10 bewegt werden beziehungsweise verrutschen, wodurch ein Materialeinzug ermöglicht wird. Aus 1 bis 4 ist erkennbar, dass der Wickelrahmen 10 hinsichtlich seiner beispielsweise die Durchgangsöffnung 62 begrenzenden Innenkante der Bauteilkontur, das heißt insbesondere der fertigen Kontur des Faserverbundbauteils entspricht. Ferner entspricht der Wickelrahmen 10 hinsichtlich seiner Außenkontur der beim Umformen zusätzlich notwendigen Materialeinzugslänge, so dass ein vorteilhaftes Umformen realisiert werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass der Wickelrahmen 10 dreidimensional ausgeführt ist. Dabei kann der Wickelrahmen 10 gekrümmt, gebogen und/oder anderweitig ausgestaltet sein, so dass auch komplexe Geometrien auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden können. Hierdurch kann ein Verschnitt gering gehalten werden, da beispielsweise die Kontur des Halbzeugs der gewünschten Endkontur des Faserverbundbauteils stark ähnelt oder gar entspricht.The laminate 36 is for example by means of the forming tool 48 reshaped so that the tool halves 50 and 52 be moved towards each other. Here, the winding frame 10 a passage opening 62 on which of the fiber strand 12 is overstretched. In this case, the semifinished product during forming through the passage opening 62 moved through and reshaped through it. There - as in connection with 2 described - the wrap of the fiber strand 12 around the winding frame 10 was separated or dissolved, the laminate can 36 when forming relative to the winding frame 10 be moved or slip, whereby a material feeder is made possible. Out 1 to 4 is recognizable that the winding frame 10 in terms of its example, the passage opening 62 limiting inner edge of the component contour, that is in particular corresponds to the finished contour of the fiber composite component. Furthermore, the winding frame corresponds 10 in terms of its outer contour of the additional material required during the forming material insertion length, so that an advantageous forming can be realized. In particular, it is possible that the winding frame 10 is executed in three dimensions. In this case, the winding frame 10 curved, bent and / or otherwise configured, so that even complex geometries can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. In this way, a waste can be kept low because, for example, the contour of the semifinished product closely resembles or even corresponds to the desired final contour of the fiber composite component.

Das Zuführen des Laminats 36 in das Umformwerkzeug 48 erfolgt im Rahmen einer Handhabung. Ferner erfolgt beispielsweise beim Umformen eine Konsolidierung des Laminats 36. Die Vorrichtung beziehungsweise das Verfahren ermöglicht eine freie Beweglichkeit der Faser bei der Umformung. Ferner ist eine direkte Infiltration des Rovings im Laminataufbau realisierbar, so dass gegenüber RTM eine Taktzeitreduktion darstellbar ist, da bei RTM die Infiltration in einem separaten Werkzeug erfolgt. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kann der Verschnittanteil reduziert werden durch eine dem notwendigen Einzug entsprechenden Materialreserve auf dem Wickelrahmen 10. Somit kann das Faserverbundbauteil besonders kostengünstig hergestellt werden. Durch die Positionierelemente kann eine genaue Halbzeugablage realisiert werden, da sich beispielsweise durch die Positionierelemente mechanische Anschläge wie Dorne etc. realisieren lassen. Dadurch ist eine Reproduzierbarkeit beziehungsweise eine reproduzierbare Herstellung von Faserverbundbauteilen realisierbar. Der Wickelrahmen 10 stellt eine mechanische Trägerstruktur dar, welche eine einfache Handhabung vorgetränkter Halbzeuge ermöglicht. Dadurch können Engineeringkosten gering gehalten werden. Ferner lässt sich ein steuerbarer Materialeinzug beim Umformen durch Integration von Niederhalter-, Materialführungs- oder Klemmvorrichtungen auf dem Trägerrahmen oder auf dem Deck- beziehungsweise Zwischenblech realisieren, so dass eine Qualitätssteigerung und eine Erhöhung des erreichbaren Umformgrades darstellbar sind. Schließlich ist eine parallelisierbare Fertigung von Halbzeuglagen auf einer Rotationsachse möglich, so dass eine Skalierbarkeit gegeben ist.Feeding the laminate 36 in the forming tool 48 takes place within the scope of a handling. Furthermore, for example, during the consolidation of the laminate takes place 36 , The device or the method allows a free mobility of the fiber during the forming. Furthermore, a direct infiltration of the roving in the laminate structure can be realized, so that compared to RTM a cycle time reduction can be represented, since with RTM the infiltration takes place in a separate tool. Compared to conventional methods, the proportion of waste can be reduced by a material reserve corresponding to the necessary intake on the winding frame 10 , Thus, the fiber composite component can be produced particularly inexpensively. The positioning elements can be used to realize an accurate semifinished product placement, since, for example, mechanical stops such as mandrels etc. can be realized by the positioning elements. As a result, a reproducibility or a reproducible production of fiber composite components can be realized. The winding frame 10 represents a mechanical support structure, which allows easy handling pre-impregnated semi-finished products. As a result, engineering costs can be kept low. Furthermore, a controllable material feed during forming by integration of hold-down, Materialführungs- or clamping devices on the support frame or on the cover or intermediate plate can be realized, so that an increase in quality and an increase in the achievable degree of deformation can be displayed. Finally, a parallelisable production of semi-finished layers on a rotation axis is possible, so that a scalability is given.

Durch das Führen des Faserstrangs 12 durch das Tränkbad 24 ist eine direkte Infiltration geschaffen. Ferner kann der Verschnitt gering gehalten werden, da die notwendigen Materialeinzugslänge beziehungsweise der notwendige Materialeinzug auf dem Trägerrahmen berücksichtigt wird. Offene Flächen können gering gehalten werden, so dass der Faserstrang 12 beziehungsweise der Laminataufbau besonders vorteilhaft mit dem Matrixwerkstoff, welcher beispielsweise ein Harz ist, versehen werden kann. Darüber hinaus lässt sich eine einfache und kostengünstige Automatisierung darstellen, insbesondere mithilfe des besonders gut handhabbaren Wickelrahmens 10. Eine genaue Halbzeugablage auf dem Umformwerkzeug 48 ist durch die Positionierelemente darstellbar. Über entsprechende Gestaltung des Wickelablaufs kann eine zumindest nahezu freie Laminatdefinition erfolgen, so dass eine leichtbaugerechte Herstellung darstellbar ist. Durch eine freie Beweglichkeit der Fasern können hohe Umformgrade realisiert werden. Ferner kann eine Einflussnahme auf die Umformung erfolgen durch aktive Materialführungssysteme in Form der Bleche. Ferner ist eine Integration von Niederhalterfunktionalitäten auf dem Wickelrahmen 10 möglich. By passing the fiber strand 12 through the drinking bath 24 is created a direct infiltration. Furthermore, the waste can be kept low because the necessary material intake length or the necessary material feed on the support frame is taken into account. Open areas can be kept low so that the fiber strand 12 or the laminate structure can be provided particularly advantageously with the matrix material, which is, for example, a resin. In addition, a simple and cost-effective automation can be represented, in particular by using the particularly easy to handle winding frame 10 , An accurate semi-finished tray on the forming tool 48 is represented by the positioning elements. By appropriate design of the winding process, an at least almost free laminate definition can take place, so that lightweight construction can be achieved. By a free mobility of the fibers high degrees of deformation can be realized. Furthermore, an influence on the forming can take place by means of active material guiding systems in the form of the sheets. Furthermore, an integration of hold-down functionalities on the winding frame 10 possible.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012101724 A1 [0002]

Claims

Method for producing a fiber composite component, in which at least one fiber strand ( 12 ) on a winding frame ( 10 ), while the winding frame ( 10 ) about a rotation axis ( 16 ), characterized in that the winding frame ( 10 ) about one of the axis of rotation ( 16 ) different pivot axis is pivoted.

Method according to claim 1, characterized in that the fiber strand ( 12 ) before winding on the winding frame ( 10 ) is impregnated with a matrix material.

Method according to claim 2, characterized in that the fiber strand ( 12 ) during winding on the winding frame ( 10 ) from a coil ( 14 ), through an impregnation bath ( 24 ), in which the liquid matrix material is received, passed and thereby impregnated with the matrix material and then on the winding frame ( 10 ) is wound.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strand ( 12 ) the winding frame ( 10 ) via a guide element ( 28 ), which is along one of the axis of rotation ( 16 ) different movement axis translational relative to the winding frame ( 10 ), in particular along the winding frame ( 10 ), is moved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the winding frame ( 10 ) wound fiber strand ( 12 ) with at least one intrinsically rigid fixation layer ( 38 ) for guiding and / or fixing the fiber strand ( 12 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by winding a semifinished product is formed, which is a forming tool ( 48 ) is fed, by means of which the semi-finished product is transformed.

A method according to claim 6, characterized in that the semifinished product together with the winding frame ( 10 ) the forming tool ( 48 ) and in particular via the winding frame ( 10 ) relative to the forming tool ( 48 ) is positioned.

Method according to claim 6 or 7, characterized in that the winding frame ( 10 ) a passage opening ( 62 ), by which the semifinished product by means of the forming tool ( 48 ) is moved through during forming.

A method according to claim 8, characterized in that a passage opening ( 62 ) limiting inner edge of the winding frame ( 10 ) a contour of the fiber composite component and an outer contour of the winding frame ( 10 ) corresponds to an additionally required during material forming Materialeinzugslänge.