DE102015214698A1

DE102015214698A1 - Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Verbundwerkstück

Info

Publication number: DE102015214698A1
Application number: DE102015214698.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Ebel; Andre Scharnagl; Maximilian Mitwalsky
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-08-01
Also published as: DE102015214698B4

Abstract

Die Erfindung nennt ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings (1) für ein Faserverbundwerkstück, wobei in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage (2) Fäden (6) eines Fasermaterials auf einen Formkern (8) lagenweise zu einem Geflecht (10) des Vorform-lings (1) geflochten werden, wobei zur Verringerung der lokalen Wandstärke im Faserverbundwerkstück eine lokale Aussparung (42) einer Geflechtlage (14) im Geflecht (10) erzeugt wird, indem eine äußere Geflechtlage (14) unmittelbar um den Formkern (8) oder um eine innere Geflechtlage (12) aufgeflochten wird, die äußere Geflechtlage (14) in einer den Formkern (8) umlaufenden Rich-tung in zwei Teile (30, 32) durchtrennt wird, und wenigstens einer der beiden Teile (32) der äußeren Geflechtlage (14) in seiner Position unter Ausbildung der lokalen Aussparung (42) relativ zum Formkern (8) verschoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück, wobei in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage Fäden eines Fasermaterials auf einen Formkern lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings geflochten werden.
Faserverstärkte Kunststoffe (z.B.: CFK, GFK) eignen sich auf Grund ihrer hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit hervorragend als Leichtbauwerkstoffe. Faserverstärkte Bauteile bestehen aus einem Verbund von zwei Werkstoffen: Den Fasern und einer Kunststoff-Matrix. Sofern keine vorimprägnierten Materialien zur Anwendung kommen, werden in einem ersten Schritt trockene Fasern, z.B. Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern oder Glasfasern, zu einem Vorformling verarbeitet. Für diesen ersten Schritt werden häufig aus der Textiltechnik stammende Verfahren verwendet, wie beispielweise Flechtprozesse. Bei der im zweiten Schritt folgenden Infiltration wird die Kunststoff-Matrix insbesondere mit einer Druckdifferenz in den Vorformling eingebracht und ausgehärtet.
Da es sich bei der Kunststoff-Matrix oftmals um duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe handelt, kann das Bauteil nach dem Aushärten dann nicht mehr oder nur noch unter erheblichem Mehraufwand umgeformt werden. Daraus leitet sich die Anforderung nach einer endkonturnahen Faserablage bei der Herstellung des Vorformlings ab. Das heißt, die Fasern sollten bereits im Vorformling weitgehend ihren endgültigen Verlauf aufweisen. Im Flechtprozess wird dies durch das Umflechten eines sogenannten Formkerns bewerkstelligt. Die Infiltration mit der Kunststoff-Matrix ist dabei ein von der Herstellung des Vorformlings weitestgehend unabhängiger Schritt.
Im erwähnten Flechtprozess erzeugt eine meist ringförmige Flechtanlage einen Geflechtschlauch, welcher auf dem durch den Anlagenmittelpunkt hindurch geführten Formkern abgelegt wird. Durch die Spannung der beim Flechten verwendeten Fäden legt sich der Schlauch an die Oberfläche des Formkerns an und bildet somit dessen Geometrie ab. Folglich wird beim Flechten für einen Vorformling die Geometrie des Formkerns so gewählt, dass sie möglichst der Form des späteren faserverstärkten Bauteils entspricht. Nach der Infiltration wird der Formkern nicht mehr benötigt, da der Verbund aus Faser-Geflecht und Kunststoff-Matrix nun selbst über eine ausreichend hohe Steifigkeit verfügt. Der Formkern wird daher anschließend meist wieder entfernt.
Die Wandstärke eines faserverstärkten Bauteils wird über die Anzahl der Geflechtlagen eingestellt. Für gewöhnlich besteht das Geflecht des Vorformlings aus mehreren Lagen, das heißt, der Formkern wird mehrfach durch die Flechtanlage bewegt. Die Fixierung jeder Geflechtlage an den Enden des Formkerns wird über die Einschnürung des Geflechtes oder über eine Klebung bewerkstelligt. Somit verfügt das Bauteil entlang der gesamten Länge über die gleiche Anzahl an Geflechtlagen im Vorformling. Erfordert eine lokale Belastung eine bestimmte Wandstärke, ist demnach das gesamte Bauteil, auch wenn die Belastung an anderen Stellen im Bauteil geringer ist, mit dieser geforderten Wandstärke herzustellen. Besonders bei faserverstärkten Bauteilen größerer Länge mit lokal isolierten Belastungszonen führen die Geflechtlagen, welche in den Bereichen geringerer Belastung - also meist der überwiegende Bereich eines Bauteils – nicht benötigt werden, zu einem hohen unnötigen Zusatzgewicht und zu erhöhten Materialkosten.
In der DE 10 2009 032 005 A1 ist ein Verfahren genannt, in welchem auf einen Formkern, welcher bereits mit einer inneren Geflechtlage überflochten ist, in einem Verbindungsbereich ein aktivierbares Bindemittel aufgetragen und in Nähe des Verbindungsbereiches ein Hilfsformkern auf der inneren Geflechtlage positioniert wird, bevor eine äußere Geflechtlage aufgeflochten wird. Nach Aktivieren des Bindemittels, wodurch im Verbindungsbereich die innere Geflechtlage mit der äußeren Geflechtlage fixiert ist, wird die äußere Geflechtlage durch einen radialen Schnitt durchtrennt, und der auf den Hilfsformkern aufgeflochtene Teil vom Verbindungsbereich weg bewegt. Anschließend wird ggf. der Hilfsformkern entfernt. Das Verfahren erfordert jedoch während des Flechtprozesses in einer Flechtanlage zusätzliche Verfahrensschritte zum Einbringen und Aktivieren des Bindemittels und zum Einbringen und Entfernen des Hilfsformkerns. Überdies ist auch die innere Flechtlage an der Stelle, an welcher die äußere Flechtlage durch den Schnitt in radialer Richtung durchtrennt wird, vor dem Schnitt gesondert zu schützen. All diese genannten zusätzlichen Prozessschritte erhöhen die Komplexität des Verfahrens.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück anzugeben, durch welches über den Vorformling in möglichst einfacher Weise lokale Änderungen in der Wandstärke des fertigen Faserverbundwerkstücks zu erreichen sein sollen.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück, wobei in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage Fäden eines Fasermaterials auf einen Formkern lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings geflochten werden, wobei zur Verringerung der lokalen Wandstärke im Faserverbundwerkstück eine lokale Aussparung einer Geflechtlage im Geflecht erzeugt wird, indem eine äußere Geflechtlage unmittelbar um den Formkern oder um eine innere Geflechtlage aufgeflochten wird, die äußere Geflechtlage in einer den Formkern umlaufenden Richtung in zwei Teile durchtrennt wird, und wenigstens einer der beiden Teile der äußeren Geflechtlage in seiner Position unter Ausbildung der lokalen Aussparung relativ zum Formkern verschoben wird. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Unter einem Faserverbundwerkstück ist vorliegend ein Werkstück zu verstehen, welches durch einen Verbund eines Vorformlings aus einem Fasermaterial mit einem Füllmittel gebildet wird. Als Fasermaterialien sind hierbei z.B. Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern und Keramikfasern umfasst. Unter einem Füllmittel sind dabei z.B. Duroplaste, Thermoplaste und Keramiken umfasst. Insbesondere weist dabei ein Teil der zu beflechtenden Oberfläche des Formkerns die Form der Innenkontur des fertigen Faserverbundwerkstücks auf.
Eine Variation der lokalen Wandstärke im fertigen Faserverbundwerkstück wird erreicht, indem im Geflecht des Vorformlings an Bereichen, in welchen eine höhere Wandstärke vorgesehen ist, zusätzliche lokale Geflechtlagen angebracht werden, beziehungsweise an Bereichen, in welchen eine geringere Wandstärke im fertigen Faserverbundwerkstück vorgesehen ist, einzelne Geflechtlagen lokale Aussparungen aufweisen. Die lokale Aussparung wird hierbei erzielt, indem die äußere Geflechtlage, welche gerade in der Flechtanlage auf den Vorformling geflochten wird, in umlaufender Richtung derart durchtrennt wird, dass die äußere Geflechtlage in zwei Teile zerteilt wird: Ein ggf. noch weiter zu flechtender Teil der äußeren Geflechtlage, welcher insbesondere mit den Fäden verbunden ist, welche in der Flechtanlage an deren Fadenspulen aufgewickelt und/oder befestigt sind, sowie ein abgetrennter Teil, welcher zu den im Flechtprozess der Flechtanlage verwendeten Fäden keine Verbindung mehr aufweist.
Wenigstens einer der beiden Teile der äußeren Geflechtlage wird nun über seine Unterlage auf dem Formkern hinweg in axialer Richtung derart verschoben, dass sich zwischen den beiden Teilen der äußeren Geflechtlage eine lokale Aussparung bildet, an welcher der Formkern von der äußeren Geflechtlage frei bleibt. Die axiale Richtung des Formkerns ist hierbei jeweils als diejenige Richtung zu betrachten, in welcher in der Flechtanlage der Flechtprozess auf dem Formkern fortschreitet, also das Geflecht auf den Formkern aufgeflochten wird. Die Unterlage der äußeren Geflechtlage ist hierbei gebildet durch die Oberfläche des Formkerns oder eine innere Geflechtlage, welche in einem vorangehenden Prozessschritt aufgeflochten wurde. Im letzten Fall weist insbesondere die innere Geflechtlage selbst lokale Aussparungen auf, und insbesondere ist zwischen der inneren Geflechtlage und der Oberfläche des Formkerns noch eine Anzahl an weiteren Geflechtlagen aufgeflochten.
Der Vorteil eines direkten Aufflechtens der äußeren Geflechtlage auf den Formkern oder auf eine innere Geflechtlage, also ohne dazwischenliegende Binde- oder Fixiermittel, besteht einerseits in der Einfachheit des Prozesses. Anderseits wird hierdurch eine Beweglichkeit der äußeren Geflechtlage über ihre Unterlage auf dem Formkern ermöglicht, was sowohl das Verschieben nach dem Durchtrennen zur Ausbildung der lokalen Aussparung erleichtert, als auch die Möglichkeit eröffnet, für das Durchtrennen die äußere Geflechtlage an entsprechender Stelle lokal derart zu stauchen, dass dadurch eine Wölbung ausgebildet wird, welche nicht mehr direkt auf der Unterlage aufliegt. Hierdurch kann bei einem Durchtrennen der äußeren Geflechtlage an der Wölbung eine Gefährdung der Unterlage, also des Formkerns oder einer inneren Geflechtlage, durch das zum Durchtrennen verwendete Werkzeug ohne weitere Maßnahmen vermieden werden.
Bevorzugt wird die äußere Gelfechtlage zum Durchtrennen wenigstens durch eine erste Klemme von außen in ihrer Position auf dem Formkern vorübergehen fixiert. Hierunter ist zu verstehen, dass die erste Klemme von außen reversibel auf die äußere Geflechtlage aufgebracht wird, und durch eine Klemmwirkung die Relativposition des lokalen Geflechts der äußeren Geflechtlage bezüglich des Formkerns fixiert. Dieses Vorgehen erspart einerseits die Fixierung der äußeren Geflechtlage durch zusätzliche Fixier- oder Bindemittel zwischen der äußeren Geflechtlage selbst und ihrer Unterlage, also der Oberfläche des Formkerns oder einer inneren Geflechtlage, was den Prozess vereinfacht. Durch die Klemmwirkung der ersten Klemme kann die äußere Geflechtlage andererseits lokal immer noch hinreichend fixiert werden, um den Trennvorgang durchführen zu können. Der Vorteil der reversiblen Befestigung der ersten Klemme liegt darin, die äußere Geflechtlage in einem späteren Prozessschritt nach Entfernen der ersten Klemme ohne Weiteres erneut überflechten zu können, um insbesondere weitere lokale Geflechtlagen beziehungsweise lokale Aussparungen im Geflecht erzeugen zu können. Die erste Klemme ist dabei bevorzugt zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile der ersten Klemme um den Formkern auf die äußere Geflechtlage aufgesetzt werden und durch ein Anpressen der inneren Oberfläche der ersten Klemme ihre Klemmwirkung entfalten.
Günstigerweise wird dabei die äußere Geflechtlage durch eine zweite Klemme von außen in ihrer Position auf den Formkern vorübergehend fixiert, wobei die äußere Geflechtlage zwischen der ersten Klemme und der zweiten Klemme durchtrennt wird. Durch eine vorübergehende Fixierung mit zwei Klemmen, welche bevorzugt in unmittelbarer Nähe zueinander auf dem Formkern anzubringen sind, kann der Bereich der äußeren Geflechtlage zwischen der ersten Klemme und der zweiten Klemme in einfacher Weise durchtrennt werden. Die zweite Klemme ist dabei insbesondere komplementär zum Formkern, und bevorzugt zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile der zweite Klemme um den Formkern auf die äußere Geflechtlage aufgesetzt werden und durch ein Anpressen ihre Klemmwirkung entfalten.
Als vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die erste Klemme und/oder die zweite Klemme zueinander hin unter Verringerung ihres Abstands verschoben werden, so dass dabei eine Wölbung der äußeren Geflechtlage ausgebildet wird, wobei die äußere Geflechtlage an der Wölbung durchtrennt wird. Durch die Klemmwirkung der ersten Klemme bzw. der zweiten Klemme wird die äußere Geflechtlage zunächst lokal bzgl. der jeweiligen Klemme fixiert, d.h., durch die Klemmwirkung wird die lokale Geflechtstruktur des äußeren Geflechts bei einer leichten axialen Bewegung der jeweiligen Klemme über die Unterlage mit bewegt, soweit die leichte Bewegung die Fadenspannung im Geflecht nicht merklich verändert. Dieses Mitbewegen geschieht insbesondere infolge der Abwesenheit weiterer Bindeund/oder Fixiermittel zwischen der äußeren Geflechtlage und ihrer Unterlage.
Werden nun die erste Klemme und die zweite Klemme, bevorzugt in unmittelbarer Nähe zueinander, auf die äußere Geflechtlage unter Entfaltung der Klemmwirkung aufgebracht, und weiter zueinander verschoben, so folgt die äußere Geflechtlage lokal der Bewegung der jeweiligen Klemme in oben beschriebener Weise, wodurch aufgrund der Nähe der beiden Klemmen die äußere Geflechtlage zwischen diesen zu einer Wölbung gestaucht wird, welche sich von ihrer Unterlage abhebt. Hierdurch kann bei einem geeigneten Durchtrennen der äußeren Geflechtlage an der Wölbung eine Gefährdung der Unterlage, also des Formkerns oder einer inneren Geflechtlage, durch das zum Durchtrennen verwendete Werkzeug ohne die Erfordernis weiterer Maßnahmen vermieden werden.
Bevorzugt wird dabei die äußere Geflechtlage durch ein Widerlager der ersten Klemme und eine Stanzkante der zweiten Klemme mit einen Schnitt durch die Wölbung in einer den Formkern umlaufenden Richtung durchtrennt. Hierdurch wird die Bewegung der beiden Klemmen in doppelter Weise genutzt: Einerseits wird durch die Klemmwirkung der beiden Klemmen, welche die äußere Geflechtlage jeweils lokal und bevorzugt in unmittelbarer Nähe zueinander fixieren, eine Wölbung der äußeren Geflechtlage erreicht, wodurch diese dort durchtrennt werden kann, ohne beim Trennprozess deren Unterlage zu gefährden.
Das Durchtrennen mittels eine Stanzkante und einem zu dieser komplementären Widerlager, welche jeweils an den beiden Klemmen angeordnet sind, führt den Trennprozess zudem ohne einen radialen Schnitt durch; die Stanzkante bewegt sich bzgl. des Formkerns, und damit bzgl. der Unterlage der äußeren Geflechtlage in axialer Richtung, was für die Unterlage – also die Oberfläche des Formkerns oder eine innere Geflechtlage – besonders sicher ist. Somit kann darauf verzichtet werden, zwischen der Unterlage und der äußeren Geflechtlage einen Ringkörper o.ä. zum Schutz der Unterlage bei einem radialen Schnitt anzubringen, wodurch der Prozess vereinfacht und kostengünstiger gestaltet wird. Überdies kann durch das Stanzen zum Durchtrennen der äußeren Geflechtlage erreicht werden, dass die beiden Teile an der Trennstelle jeweils einen geraden Kantenverlauf aufweisen, wodurch einerseits ein Ausfransen unterbinden werden kann, und andererseits die Kontur des Vorformlings klar definiert bleibt, was sich vorteilhaft auf das fertige Faserverbundwerkstück auswirkt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird einer der beiden Teile der äußeren Geflechtlage in seiner Position relativ zum Formkern verschoben, indem eine an einer Klemme befestigte Membran die äußere Geflechtlage von außen in ihrer Position bezüglich der Klemme fixiert, und der Formkern in axialer Richtung relativ zur Klemme bewegt wird, wodurch die Membran die äußere Geflechtlage über den Formkern zieht. Die äußere Geflechtlage ist somit durch die Membran lokal bezüglich der Klemme fixiert, wobei sich die Membran infolge ihrer Flexibilität an Änderungen der Geometrie des Formkörpers anpassen kann, während dieser zum Ausbilden der lokalen Aussparung der äußeren Geflechtlage durch die Klemme bewegt wird. Insbesondere wird die Membran dabei auch mit Druckluft beaufschlagt, wodurch dann die Klemme ihre Klemmwirkung entfaltet. Die Klemme selbst ist bevorzugt durch einen zweiteiligen Ringkörper gebildet, welcher um den Formkern herum anzubringen ist. In diesem Fall weist die Membran zwei einzelne Membranstücke auf, welche jeweils an einem Teil des Ringkörpers anschießen, und welche den Formkörper bei Druckluftbeaufschlagung beider Membranstücke möglichst dicht umschließen.
Zweckmäßigerweise wird dabei die äußere Geflechtlage durch eine Membran der ersten Klemme von außen in ihrer Position auf dem Formkern vorübergehend fixiert, wobei die äußere Geflechtlage durch die zweite Klemme von außen in ihrer Position auf dem Formkern vorübergehend fixiert wird, wobei die erste Klemme und/oder die zweite Klemme unter Verringerung ihres Abstands und unter Ausbildung einer Wölbung der äußeren Geflechtlage verschoben werden, wobei die äußere Geflechtlage durch ein Widerlager der ersten Klemme und eine Stanzkante der zweiten Klemme mit einen Schnitt durch die Wölbung in einer den Formkern umlaufenden Richtung durchtrennt wird, und wobei der Formkern in axialer Richtung relativ zur ersten Klemme bewegt wird, wodurch die Membran die äußere Geflechtlage über den Formkern zieht.
Insbesondere wird je nach Ausgestaltung des Widerlagers der ersten Klemme dieses für die Bewegung des Formkerns relativ zur ersten Klemme entfernt, um ein Hängenbleiben der äußeren Geflechtlage am Widerlager zu verhindern. Durch die Integration des Widerlagers und der Membran in derselben Klemme kann die äußere Geflechtlage zu einer Wölbung gestaucht und durch Stanzen getrennt werden und anschließend die lokale Ausbildung erzeugt werden, ohne dass zwischenzeitlich ein prozesstechnisch aufwendiges Ersetzen einer Klemme zur NeuJustierung der Fixierung erforderlich wäre.
Alternativ dazu wird die äußere Geflechtlage durch die erste Klemme von außen in ihrer Position auf dem Formkern vorübergehend fixiert wird, wobei die äußere Geflechtlage durch eine Membran der zweiten Klemme von außen in ihrer Position auf dem Formkern vorübergehend fixiert wird, wobei die erste Klemme und/oder die zweite Klemme unter Verringerung ihres Abstands und unter Ausbildung einer Wölbung der äußeren Geflechtlage verschoben werden, wobei die äußere Geflechtlage durch ein Widerlager der ersten Klemme und eine Stanzkante der zweiten Klemme mit einen Schnitt durch die Wölbung in einer den Formkern umlaufenden Richtung durchtrennt wird, und wobei der Formkern in axialer Richtung relativ zur zweiten Klemme bewegt wird, wodurch die Membran die äußere Geflechtlage über den Formkern zieht.
Insbesondere wird je nach Ausgestaltung der Stanzkante der zweiten Klemme die Stanzkante für die Bewegung des Formkerns relativ zur zweiten Klemme entfernt, um ein Hängenbleiben oder eine Beschädigung der äußeren Geflechtlage an der Stanzkante durch die Relativbewegung zu verhindern. Auch durch die Integration der Stanzkante und der Membran in derselben Klemme kann die äußere Geflechtlage zu einer Wölbung gestaucht und durch Stanzen getrennt werden und anschließend die lokale Ausbildung erzeugt werden, ohne dass zwischenzeitlich ein prozesstechnisch aufwendiges Ersetzen einer Klemme zur Neu-Justierung der Fixierung erforderlich wäre.
Die Erfindung nennt weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, umfassend die Verfahrensschritte Herstellung eines Vorformlings des Faserverbundwerkstücks aus einem Fasermaterial mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Infiltration des Vorformlings mit einem Füllmittel, und Aushärten des Füllmittels. Unter einem Füllmittel sind dabei z.B. Duroplaste, Thermoplaste und Keramiken umfasst. Die für das Verfahren zur Herstellung des Vorformlings und seine Weiterbildungen angegebenen Vorteile können dabei sinngemäß auf das Verfahren zur Herstellung des Faserverbundwerkstücks übertragen werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
1a–f in einer Schnittdarstellung die Prozessschritte in einer Flechtanlage für das Herstellen einer lokalen Geflechtlage im Geflecht eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück.
In 1a bis 1f ist in einer Schnittdarstellung schematisch ein Vorformling 1 dargestellt, welcher in einer Flechtanlage 2 hergestellt wird. Die Flechtanlage 2 umfasst dabei einen Flechtring 4, über welchen Fäden 6 von nicht näher dargestellten Fadenspulen auf einen Formkern 8 zu einem Geflecht 10 des Vorformlings 1 aufgeflochten werden. Auf dem Formkern 8 ist in einem vorherigen, nicht näher dargestellten Prozessschritt bereits eine innere Geflechtlage 12 aufgeflochten, welche in 1a gepunktet dargestellt ist. Auf die innere Geflechtlage 12 wird nun in einem ersten Prozessschritt für die Herstellung einer lokalen Geflechtlage eine äußere Geflechtlage 14 aufgeflochten (1a). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umgibt dabei die innere Geflechtlage 12 den Formkern 8 entlang seiner gesamten Länge. Jedoch kann der Prozess zur Erzeugung lokaler Geflechtlagen auch mehrfach hintereinander stattfinden, so dass in einem solchen Fall auch die innere Geflechtlage 12 selbst Bereiche mit lokalen Geflechtlagen sowie lokale Aussparungen aufweist.
Zur Erzeugung eines Bereiches, in welchem die Wandstärke des fertigen Faserverbundwerkstücks vergleichsweise geringer ausfallen soll als die maximale Wandstärke, wird nun an der entsprechenden Stelle im Vorformling 1 das Geflecht 10 in entsprechend geringerer Lagenanzahl aufgeflochten.
Hierfür wird zunächst eine erste Klemme 16 angebracht, welche eine Membran 18 aufweist. Für die Klemmwirkung der ersten Klemme 16 wird dabei die Membran 18 von innen mit Druckluft beaufschlagt, und hierdurch derart auf die äußere Geflechtlage 14 gepresst, dass diese in ihrer Position auf dem Formkern 8 für die Zeit der Druckluftbeaufschlagung fixiert bleibt. Des Weiteren wird eine zweite Klemme 20 auf die äußere Geflechtlage 14 angebracht, welche ebenso der Fixierung der Position der äußeren Geflechtlage 14 auf dem Formkern 8 dient. Insbesondere ist hierbei die zweite Klemme 20 als ein zweiteiliger Ring ausgebildet, so dass zum Fixieren der äußeren Geflechtlage 14 nur die beiden Ringstücke der zweiten Klemme 20 eng anliegend auf dem Formkern 8 zu befestigen sind. Auch die erste Klemme 16 kann hierbei zweiteilig ausgestaltet sein, wobei gegebenenfalls die Membran 18 durch zwei einzelne, entsprechende Membranstücke gebildet wird, welche jeweils möglichst luftdicht am Ringkörper 22 der ersten Klemme abschließen, um eine möglichst gute Presswirkung bei Druckbeaufschlagung zu erzielen (1b).
Für ein Durchtrennen der äußeren Geflechtlage 14 werden nun zunächst die erste Klemme 16 und die zweite Klemme 20 zueinander hin verschoben, so dass die äußere Geflechtlage 14 auf dem Formkern 8 eine Wölbung 24 ausbildet, welche den Formkern 8 ringförmig umgibt (1c). Insbesondere bleibt hierbei die Position der zweiten Klammer 20 relativ zum Formkern 8 konstant, so dass sich nur die Position der ersten Klemme 16 relativ zum Formkern 8 verändert. Eine derartige Ausgestaltung der relativen Verschiebung von erster Klemme 16 und zweiter Klemme 20 zueinander liegt darin begründet, dass für die Ausbildung der Wölbung 24 die äußere Geflechtlage 14 axial über den Formkörper 8 zu bewegen ist. Da jedoch oftmals an einem Ende des Formkörpers 8 eine jeweilige Geflechtlage durch ein Einschnüren fixiert ist, kann eine axiale Verschiebung der zweiten Klammer 20 vom Ende des Formkerns 8 weg zu einer unerwünschten Dehnung der äußeren Geflechtlage 14 führen. Eine axiale Verschiebung der ersten Klemme 16 ist oftmals einfacher zu bewerkstelligen, da die mit Druckluft beaufschlagte Membran 18 die äußere Geflechtlage 14 nur gegen den Reibungswiderstand mit der inneren Geflechtlage 12 und gegen den Zug der Fäden 6, welcher hierfür entsprechend relativ relaxiert werden kann, zu verschieben hat.
Die erste Klemme 16 weist ein Widerlager 26 auf, welches zu einer die zweite Klemme 20 umlaufende Stanzkante 28 komplementär ist. Durch das Verschieben der ersten Klemme 16 zur zweiten Klemme 20 hin, wird die sich beim Verschieben ausbildende Wölbung 24 von der Stanzkante 28 am Widerlager 26 in axialer Richtung in vollem Umfang durchtrennt. Insbesondere kann hierfür die Stanzkante 28 auch zusätzlich in Richtung des Widerlagers 26 aus der Klemme 20 gefahren werden. Die äußere Geflechtlage 14 ist somit in zwei Teile 30, 32 zerteilt (1d), wobei derjenige Teil 32, an welchen durch die Flechtanlage 2 weiter Fäden 6 aufgeflochten werden, durch die erste Klemme 16 über den mit der inneren Flechtlage 12 umflochtenen Formkern 8 gezogen werden kann, während der Formkern 8 derart durch die Flechtanlage 2 bewegt wird, dass der noch zu flechtende Teil 32 der äußeren Geflechtlage 14 sich vom abgetrennten Teil 30 der äußeren Geflechtlage 14 entfernt. Dies ist in 1e dargestellt.
Hierbei erweist sich die mit Druckluft beaufschlagte Membran 18 der ersten Klemme 16 als besonders vorteilhaft. Beim Prozessschritt, den noch zu flechtenden Teil 32 der äußeren Geflechtlage 14 über den Formkern 8 abzuziehen, sorgt die Membran 18 für eine Anpassung der Klemmwirkung an Änderungen der Geometrie des Formkerns 8, wie sie beispielsweise durch die Krümmung 34 gegeben ist. Nachdem die erste Klemme 16 den noch zu flechtenden Teil 32 der äußeren Geflechtlage 14 in die auf dem Formkern 8 vorgesehene Position gebracht hat, kann der Flechtprozess fortgesetzt werden (1f). Hierfür kann gegebenenfalls die erste Klemme 16 durch einen fixen Klemmring 36 ersetzt werden. Das Resultat der in 1a–f dargestellten Prozessschritte ist ein Vorformling 1 dessen Geflecht 10 im Bereich der Krümmung 38 des Formkerns 8 durch eine lokale Geflechtlage 40 verstärkt ist, was später im fertigen Faserverbundwerkstück zu einer erhöhten Wandstärke führt. Im Bereich der Krümmung 34 des Formkerns 8 hingegen liegt im Geflecht 10 infolge der lokalen Aussparung 42 nur die innere Geflechtlage 12 (und gegebenenfalls weitere, tiefer liegende Geflechtlagen) vor, so dass im fertigen Faserverbundwerkstück an entsprechender Stelle die Wandstärke geringer ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorformling
2: Flechtanlage
4: Flechtring
6: Fäden
8: Formkern
10: Geflecht
12: innere Geflechtlage
14: äußere Geflechtlage
16: erste Klemme
18: Membran
20: zweite Klemme
22: Ringkörper
24: Wölbung
26: Widerlager
28: Stanzkante
30: abgetrennter Teil (der äußeren Geflechtlage)
32: noch zu flechtender Teil (der äußeren Geflechtlage)
34: Krümmung
36: Klemmring
38: Krümmung
40: lokale Geflechtlage
42: lokale Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009032005 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings (1) für ein Faserverbundwerkstück, wobei in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage (2) Fäden (6) eines Fasermaterials auf einen Formkern (8) lagenweise zu einem Geflecht (10) des Vorformlings (1) geflochten werden, wobei zur Verringerung der lokalen Wandstärke im Faserverbundwerkstück eine lokale Aussparung (42) einer Geflechtlage (14) im Geflecht (10) erzeugt wird, indem – eine äußere Geflechtlage (14) unmittelbar um den Formkern (8) oder um eine innere Geflechtlage (12) aufgeflochten wird, – die äußere Geflechtlage (14) in einer den Formkern (8) umlaufenden Richtung in zwei Teile (30, 32) durchtrennt wird, und – wenigstens einer der beiden Teile (32) der äußeren Geflechtlage (14) in seiner Position unter Ausbildung der lokalen Aussparung (42) relativ zum Formkern (8) verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die äußere Geflechtlage (14) zum Durchtrennen wenigstens durch eine erste Klemme (16) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch eine zweite Klemme (20) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird, und wobei die äußere Geflechtlage (14) zwischen der ersten Klemme (16) und der zweiten Klemme (20) durchtrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Klemme (16) und/oder die zweite Klemme (20) unter Verringerung ihres Abstands verschoben werden, so dass dabei eine Wölbung (24) der äußeren Geflechtlage (14) ausgebildet wird, und wobei die äußere Geflechtlage (14) an der Wölbung (24) durchtrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch ein Widerlager (26) der ersten Klemme (16) und eine Stanzkante (28) der zweiten Klemme (20) mit einem Schnitt durch die Wölbung (24) in einer den Formkern (8) umlaufenden Richtung durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei einer der beiden Teile (32) der äußeren Geflechtlage (14) in seiner Position relativ zum Formkern (8) verschoben wird, indem eine an einer Klemme (16) befestigte Membran (18) die äußere Geflechtlage (14) von außen in ihrer Position bezüglich der Klemme (16) fixiert, und der Formkern (8) in axialer Richtung relativ zur Klemme (16) bewegt wird, wodurch die Membran (18) die äußere Geflechtlage (14) über den Formkern (8) zieht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch eine Membran (18) der ersten Klemme (16) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch die zweite Klemme (20) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird, wobei die erste Klemme (16) und/oder die zweite Klemme (20) unter Verringerung ihres Abstands und unter Ausbildung einer Wölbung (24) der äußeren Geflechtlage (14) verschoben werden, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch ein Widerlager (26) der ersten Klemme (16) und eine Stanzkante (28) der zweiten Klemme (20) mit einen Schnitt durch die Wölbung (24) in einer den Formkern (8) umlaufenden Richtung durchtrennt wird, und wobei der Formkern (8) in axialer Richtung relativ zur ersten Klemme (16) bewegt wird, wodurch die Membran (18) die äußere Geflechtlage (14) über den Formkern (8) zieht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch die erste Klemme (16) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch eine Membran (18) der zweiten Klemme (20) von außen in ihrer Position auf dem Formkern (8) vorübergehend fixiert wird, wobei die erste Klemme (16) und/oder die zweite Klemme (20) unter Verringerung ihres Abstands und unter Ausbildung einer Wölbung (24) der äußeren Geflechtlage (14) verschoben werden, wobei die äußere Geflechtlage (14) durch ein Widerlager (26) der ersten Klemme (16) und eine Stanzkante (28) der zweiten Klemme (20) mit einen Schnitt durch die Wölbung (24) in einer den Formkern (8) umlaufenden Richtung durchtrennt wird, und wobei der Formkern (8) in axialer Richtung relativ zur zweiten Klemme (20) bewegt wird, wodurch die Membran (8) die äußere Geflechtlage (14) über den Formkern (8) zieht.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, umfassend die Verfahrensschritte – Herstellung eines Vorformlings (1) des Faserverbundwerkstücks aus einem Fasermaterial mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – Infiltration des Vorformlings (1) mit einem Füllmittel, und Aushärten des Füllmittels.