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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils durch Wickeln sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Zusammenbaus von wenigstens zwei durch Wickeln hergestellten, faserverstärkten Bauteilen.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 024 973 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest abschnittsweise schalenförmigen Bauteils durch Wickeln bekannt, wobei mindestens ein Ankerelement an oder in einer durch Wickeln zumindest teilweise hergestellten Wandung platziert wird, wobei das Ankerelement in die Wandung durch weiteres Aufwickeln des mit adhäsivem Medium versehenen Fasermaterials integriert wird, wobei nach Abschluss des Wickelns Verbindungsoberflächen des Ankerelements freigelegt werden, wonach Anbauteile an das Bauteil mittels der Verbindungselemente angebracht werden können. Bei dieser Vorgehensweise ist die Auswahl möglicher Geometrien für das Ankerelement beschränkt, da es zuerst vollständig eingewickelt und danach umständlich wieder freigelegt werden muss. Dies bedingt außerdem weitere Arbeitsschritte, insbesondere mittels zerspanender Bearbeitung, was das Verfahren aufwendig und teuer gestaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Zusammenbaus zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, in dem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils durch Wickeln geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Ein Wickelkern wird entlang zumindest einer Umfangsrichtung bis zu einem vorbestimmten Wickelfortschritt mit einem Fasermaterial umwickelt; wenigstens ein Anbindungselement wird auf dem gewickelten Fasermaterial angeordnet, und der Wickelkern sowie das wenigstens eine Anbindungselement werden weiter umwickelt, wobei ein Zugriffsbereich zu dem wenigstens einen Anbindungselement beim Wickeln freigelassen wird. Es kann so auf relativ einfache Weise ein faserverstärktes Bauteil, welches auch als Wickelbauteil bezeichnet wird, durch Wickeln hergestellt werden, wobei es keiner nachträglichen Freilegung von Verbindungsoberflächen des wenigstens einen Anbindungselements bedarf. Vielmehr werden solche Verbindungsoberflächen oder Zugriffsbereiche bereits beim Wickeln ausgespart oder freigelassen, sodass sie nach Abschluss des Wickelvorgangs zugänglich sind, ohne dass es weiterer Prozessschritte bedarf. Dies führt zum einen dazu, dass das Verfahren einen geringen Aufwand mit sich bringt und kostengünstig durchführbar ist, wobei es zum anderen eine größere Auswahl an Geometrien für Anbindungselemente erlaubt. Hinzu kommt, dass ein derartig hergestelltes Wickelbauteil leicht mit weiteren, vorzugsweise als Gleichteilen ausgebildeten Wickelbauteilen zur Bildung einer Fachwerkstruktur verbunden werden kann, da hierzu in einfacher Weise die bereits freiliegenden Zugriffsbereiche der Anbindungselemente genutzt werden können.
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Das Wickelbauteil wird vorzugsweise nach dem Beenden des Umwickelns und/oder während des Umwickelns konsolidiert. Es ist insbesondere möglich, dass der Wickelkern mit Fasern oder Faserbündeln umwickelt wird, welche bereits ein Matrixmaterial aufweisen, wobei sie insbesondere matrixgetränkt oder matrixbeschichtet sein können. Es ist möglich, dass das Matrixmaterial bereits beim Umwickeln erwärmt und insbesondere in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht wird, wobei eine Konsolidierung beim Wickeln erfolgen kann, insbesondere auch durch geeignetes Spannen der aufzuwickelnden Fasern. Es ist auch möglich, dass die das Matrixmaterial umfassenden Fasern zunächst ohne erwärmt zu werden auf den Wickelkern aufgewickelt werden, wobei das fertiggewickelte Bauteil dann anschließend in einem separaten Verfahrensschritt konsolidiert wird. Auch eine Kombination dieser Vorgehensweise, insbesondere unter Teilkonsolidierung des Bauteils beim Wickeln und Fertigkonsolidierung nach dem Wickeln ist möglich.
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Unter einem Wickelkern wird insbesondere ein Körper verstanden, der entlang wenigstens einer Umfangslinie mit dem Fasermaterial umwickelt werden kann. Dabei kann es sich insbesondere um einen rotationssymmetrischen, bevorzugt aber auch um einen nicht-rotationssymmetrischen Körper handeln. Besonders bevorzugt wird ein nicht-rotationssymmetrisches Wickelbauteil hergestellt, indem das Fasermaterial auf einen nicht-rotationssymmetrischen Wickelkern gewickelt wird. Dieser kann beispielsweise eine mehreckige, insbesondere dreieckförmige, rechteckförmige oder quadratische Geometrie aufweisen, wobei der Körper bevorzugt entlang eines Umfangs des Mehreckes umwickelt wird. Es ist möglich, dass der Wickelkern in dem faserverstärkten Bauteil verbleibt und so Teil des faserverstärkten Bauteils wird. Es ist aber auch möglich, dass der Wickelkern nach dem Umwickeln entfernt wird, sodass er nicht Teil des faserverstärkten Bauteils wird, wobei er insbesondere wiederverwendet werden kann.
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Unter einem Fasermaterial wird hier insbesondere ein in Form von wickelfähigen Fasern oder Faserbündeln vorliegendes Material verstanden, wobei das Fasermaterial auch in Form von sogenannten Tapes oder Bändern vorliegen kann, also insbesondere als zweidimensionale Anordnung von Fasern oder Faserbündeln. Als Fasern werden vorzugsweise Endlosfasern oder Endlosfaserbündel verwendet, wobei es möglich ist, zu Endlosfasern gesponnene Kurzfasern zu verwenden. Als Fasern werden bevorzugt Naturfasern, organische Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, Keramikfasern oder Metallfasern, oder auch andere geeignete Fasern verwendet. Auch eine Kombination von zwei oder mehr geeigneten Faserarten ist möglich.
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Die Fasern sind vorzugsweise bereits mit einem Matrixmaterial ausgestattet, insbesondere matrixgetränkt oder matrixbeschichtet ausgebildet, wobei als Matrixmaterial insbesondere Kunststoffe, in besonders bevorzugter Weise Thermoplaste oder thermoplastische Elastomere in Frage kommen.
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Unter einem vorbestimmten Wickelfortschritt wird insbesondere ein Maß dafür verstanden, wie weit das Umwickeln des Wickelkerns seit Beginn des Verfahrens fortgeschritten ist. Der Wickelfortschritt kann beispielsweise als Dicke der seit Beginn des Verfahrens erreichten Wicklung oder als Anzahl der seit Beginn des Verfahrens aufgebrachten Windungen oder Wicklungen erfasst werden. Nach Erreichen des vorbestimmen Wickelfortschritts wird das Umwickeln bevorzugt unterbrochen, und das wenigstens eine Anbindungselement wird auf dem bisher gewickelten Fasermaterial angeordnet, wonach dann der Wickelkern weiter umwickelt wird. Dabei ist es möglich, dass das Umwickeln vor dem Erreichen des vorbestimmten Wickelfortschritts mit einem ersten Fasermaterial erfolgt, wobei das Weiterumwickeln nach dem Anordnen des Anbindungselements auf dem gewickelten Fasermaterial mit einem zweiten Fasermaterial erfolgt, wobei das erste Fasermaterial von dem zweiten Fasermaterial verschieden sein kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass ein gleiches erstes und zweites Fasermaterial verwendet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, das verwendete Fasermaterial während eines Wickelvorgangs, also beispielsweise vor Erreichen des vorbestimmten Wickelfortschritts oder nach Anordnen des Anbindungselements auf dem gewickelten Fasermaterial zu wechseln. Es können so quasi hybride Wickelbauteile hergestellt werden, welche eine Mehrzahl verschiedener Fasermaterialien aufweisen.
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Unter einem Anbindungselement wird insbesondere ein Element verstanden, welches eingerichtet ist, um eine Verbindung zu einem weiteren Bauteil oder Anbindungselement zu schaffen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Nut-Feder-Element, welches insbesondere entweder eine Nut oder eine Feder aufweist, um eine Gewindehülse, eine Befestigungsbuchse für den Durchgriff eines Befestigungselements, oder dergleichen handeln.
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Unter einem Zugriffsbereich zu dem Anbindungselement wird insbesondere ein im Bereich des Anbindungselements lokal vorgesehener Bereich verstanden, in welchem ein Zugang zu dem Anbindungselement zum Zwecke der Verbindung des Anbindungselements mit einem weiteren Anbindungselement oder Bauteil möglich ist. Dies kann beispielsweise eine Öffnung einer Bohrung des Anbindungselements, eine Nutöffnung eines als Nut ausgebildeten Nut-Feder-Elements oder der Bereich einer Feder eines federartigen Nut-Feder-Elements sein.
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Dass der Zugriffsbereich beim Wickeln freigelassen wird, bedeutet insbesondere, dass das Wickeln derart erfolgt, dass der Zugriffsbereich nicht umwickelt wird, sodass er nach Beenden des Wickelns zugänglich ist. Dagegen wird das Anbindungselement in Bereichen, die zu dem Zugriffsbereich benachbart angeordnet sind, bevorzugt umwickelt und derart an dem Bauteil fixiert.
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Es ist möglich, dass das wenigstens eine Anbindungselement lokal auf dem gewickelten Fasermaterial angeordnet wird, beispielsweise als einzelne Schraubenhülse, Befestigungsbuchse oder dergleichen. Es ist auch möglich, dass eine Mehrzahl von Anbindungselementen auf dem gewickelten Fasermaterial angeordnet wird.
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Besonders bevorzugt erstreckt sich das Anbindungselement zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung, insbesondere in Richtung des Umwickelns, sodass es einen größeren Bereich des Umfangs des Bauteils, insbesondere entlang der Wickelrichtung, abdeckt. Es ist möglich, dass sich das Anbindungselement vollständig entlang einer Umfangslinie um das Bauteil herum erstreckt, wobei es besonders bevorzugt – in Umfangsrichtung gesehen – geschlossen ausgebildet ist. Unter einer Wickelrichtung wird dabei insbesondere eine Umfangsrichtung verstanden, entlang der der Wickelkern umwickelt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Anbindungselement beim Wickeln – und insbesondere durch das Wickeln – unverrückbar eingeschlossen wird. Auf diese Weise wird das Anbindungselement einfach, schnell und kostengünstig sowie äußerst wirksam an dem faserverstärkten Bauteil fixiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Anbindungselement verwendet wird, welches als Nut-Feder-Element ausgebildet ist. Mithilfe eines solchen Elements kann in besonders schneller und günstiger Weise eine Verbindung zu weiteren Anbindungselementen und/oder Bauteilen geschaffen werden. Dabei weist das Nut-Feder-Element vorzugsweise entweder eine Nut oder eine Feder, oder bereichsweise wenigstens eine Nut und bereichsweise wenigstens eine Feder auf. Die Nut ist dabei in bekannter Weise eingerichtet zur Aufnahme einer Feder eines weiteren Anbindungselements. Die Feder ist eingerichtet zum Eingriff in die Nut eines weiteren Anbindungselements.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Wickelkern ein hohler Trägerkörper verwendet wird. Hierdurch kann der Trägerkörper zugleich leicht und einfach herstellbar sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Wickelkern ein Profil verwendet wird. Ein Profil kann insbesondere bereits inhärent aufgrund seiner Form eine hohe Stabilität haben, welche ohne weiteres dem Wickeldruck standhalten kann.
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Besonderes bevorzugt wir ein Wickelkern verwendet, der als – im Querschnitt gesehen – C-förmiges Profil ausgebildete ist. Ein solcher Wickelkern weist zwei Profilschenkel auf, zwischen denen ein besonders gut definierter, seitlicher Halt für das Fasermaterial gegeben ist, wenn es zwischen den Profilschenkeln des C-förmigen Profils aufgewickelt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Wickelkern ein gebogenes Blech verwendet wird. Die stellt ebenfalls eine einfache und zugleich stabile Ausgestaltung eines Wickelkerns dar. Insbesondere wenn der Wickelkern Kunststoff umfasst oder aus Kunststoff besteht kann er auch als Platte oder Organoblech, insbesondere als gebogene Platte oder gebogenes Organoblech, ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Wickelkern ein Rohrabschnitt verwendet wird. Auch ein Rohrabschnitt stellt eine ebenso einfache wie stabile Geometrie für den Wickelkern dar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Wickelkern verwendet wird, der wenigstens ein Metall oder eine Metalllegierung, wenigstens einen Kunststoff und/oder wenigstens ein Faser-Matrix-Verbund-Material aufweist, oder der aus wenigstens einem Metall oder wenigstens einer Metalllegierung, aus wenigstens einem Kunststoff, oder aus wenigstens einem Faser-Matrix-Verbund-Material besteht. Aus solchen Materialien sind besonders stabile und zugleich auch leichte Wickelkerne herstellbar. Die Wandstärke oder Wanddicke des Wickelkerns wird insbesondere so ausgelegt, dass er dem Wickeldruck standhält.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Anbindungselement wenigstens ein Metall oder wenigstens eine Metalllegierung, wenigstens einen Kunststoff und/oder wenigstens ein Faser-Matrix-Verbund-Material aufweist. Es ist auch möglich, dass das Anbindungselement aus wenigstens einem Metall oder wenigstens einer Metalllegierung, wenigstens einem Kunststoff oder wenigstens einem Faser-Matrix-Verbund-Material besteht. Aus diesen Materialien, ganz besonders aber aus Metall, sind hochstabile und feste Anbindungselemente herstellbar.
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Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Anbindungselement verwendet wird, welches aus einem leicht schmelzbaren oder niedrig schmelzenden Material, insbesondere einem Kunststoff, besteht, wobei dieses insbesondere beim Konsolidieren mit der Matrix des Fasermaterials verschmelzen kann. Dadurch kann das Anbindungselement im Ergebnis an dem faserverstärkten Bauteil durch eine reine Faserverbundbauweise verwirklicht werden. Insbesondere eine Nut an einer Umfangslinie des faserverstärkten Bauteils ist so in reiner Faserverbundbauweise darstellbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Anbindungselement verwendet wird, welches ringförmig ausgebildet ist, wobei es sich vollständig um eine Umfangslinie des faserverstärkten Bauteils herum erstreckt, besonders bevorzugt in Wickelrichtung. In diesem Fall kann das Anbindungselement dem Wickelbauteil zusätzlich zu seiner Verbindungsfunktion Steifigkeit verleihen, sodass dieses hochsteif ausgebildet ist. Weiterhin ist eine hohe Flexibilität für eine Anbindung weiterer Bauteile an das Wickelbauteil gegeben, weil diese an jedem Ort – entlang der Umfangslinie gesehen – mit dem Wickelbauteil verbunden werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Anbindungselement als Nut-Feder-Element ausgebildet ist, wobei sich bevorzugt eine Nut und/oder eine Feder entlang der gesamten Umfangslinie erstreckt.
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Ein ringförmig ausgebildetes Anbindungselement liegt bevorzugt am Umfang des Wickelkerns oder des gewickelten Fasermaterials umlaufend an. Hierdurch wird dem entstehenden Wickelbauteil eine besonders hohe Steifigkeit verliehen. Erstreckt sich das Anbindungselement außerdem entlang der Wickelrichtung, ist die Wicklungsführung sehr einfach gestaltet, da diese weitgehend in Umfangsrichtung des Wickelkerns und zugleich in Umfangsrichtung des Anbindungselements verläuft.
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Gemäß einer Weiterbilddung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Anbindungselement verwendet wird, das – im Querschnitt gesehen – wenigstens einen Hinterschnitt aufweist. In diesem Fall ist insbesondere eine formschlüssige Verbindung mit dem Anbindungselement möglich. Besonders bevorzugt weist das Anbindungselement eine Befestigungsnut auf, wobei bevorzugt – im Querschnitt gesehen – zwei Hinterschnitte ausgebildet sind, die insbesondere von einem ankerartigen Element hintergriffen werden können. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das Anbindungselement zangenartig ausgebildet ist. Bevorzugt kann in das Anbindungselement ein weiteres Verbindungselement eingreifen, welches einen ankerartigen Fuß aufweist.
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Es ist möglich, dass das wenigstens eine Anbindungselement, insbesondere wenn ein als Nut-Feder-Element ausgebildetes Anbindungselement verwendet wird, als gebogenes Blechteil oder – insbesondere im Querschnitt gesehen C-förmiges – Profil ausgebildet ist. Ein derartiges Anbindungselement ermöglicht eine flächige Einleitung von Kräften in das Wickelbauteil und verringert somit Spannungsspitzen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Anbindungselement an einem Außenumfang des Wickelkerns angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das wenigstens eine Anbindungselement an einem Innenumfang des Wickelkerns angeordnet wird. Insbesondere ist möglich, dass wenigstens ein erstes Anbindungselement an einem Außenumfang und zugleich wenigstens ein zweites Anbindungselement an einem Innenumfang des Wickelkerns angeordnet wird. Es ist so sehr flexibel möglich, ein nach außen oder nach innen verbindbares Wickelbauteil herzustellen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Zusammenbaus geschaffen wird, wobei wenigstens zwei Wickelbauteile miteinander verbunden werden, die hergestellt sind gemäß einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dabei wird ein erstes Wickelbauteil der wenigstens zwei Wickelbauteile mit einem zweiten Wickelbauteil der wenigstens zwei Wickelbauteile unter Verwendung der jeweiligen Anbindungselemente der Wickelbauteile verbunden. Auf diese Weise kann sehr einfach eine Struktur aus einer Mehrzahl von Wickelbauteilen geschaffen werden, wobei diese insbesondere zu einer Fachwerkstruktur verbunden werden können. Es ist möglich, dass die Wickelbauteile unmittelbar mit ihren jeweiligen Anbindungselementen verbunden werden, ohne dass Zwischenverbindungsteile nötig sind. Hierzu weist vorzugsweise das zweite Wickelbauteil ein Anbindungselement auf, welches komplementär zu dem Anbindungselement des ersten Wickelbauteils ausgestaltet ist. Beispielsweise ist es möglich, dass das erste Wickelbauteil ein nutartiges Nut-Feder-Element aufweist, wobei das zweite Wickelbauteil ein federartiges Nut-Feder-Element als Anbindungselement aufweist, wobei zum Verbinden der Wickelbauteile das federartige Nut-Feder-Element in das nutartige Nut-Feder-Element eingreift.
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Es ist aber auch möglich, dass die Wickelbauteile unter Verwendung eines Zwischenverbindungsteils miteinander verbunden werden. Dies kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn die Wickelbauteile gleiche oder ähnliche Anbindungselemente aufweisen. Solche Zwischenverbindungsteile weisen vorzugsweise eine komplementäre Ausgestaltung zu den Anbindungselementen der Wickelbauteile auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Wickelbauteile verwendet werden, die als Gleichteile ausgebildet sind. Der Zusammenbau kann damit besonders einfach und auch kostengünstig hergestellt werden, weil die Wickelbauteile insbesondere identisch ausgebildet sein können.
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Insgesamt können insbesondere biege- und torsionssteife Wickelbauteile erzeugt werden, welche formschlüssig integrierte metallische Funktionselemente für die Anbindung und Verbindung von Komponenten besitzen.
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Mithilfe der hier vorgeschlagenen Verfahren sind insbesondere Zug- und Druckgurte in unidirektionaler Faserverbundbauweise herstellbar. Dabei können Fügestellen reduziert werden, insbesondere indem ein durchgängiger Faserverlauf in den Knotenpunkten geschaffen wird. Es ist eine Hybridbauweise zur Erzeugung von Hohlstrukturen zur Aufnahme von Torsionsbelastungen möglich. Somit ergibt sich insgesamt ein flexibles, einfaches und lösbares Fügekonzept. Dabei wird ein höchster Leichtbaugrad realisiert.
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Es ergibt sich ein hohes Gewichtseinsparungspotential insbesondere durch die leichtbaugerechte Umsetzung von struktursteifen Elementen und faserverbundgerechte Nutzung des Materials entlang seiner Vorzugsrichtung, insbesondere der Faserrichtung, in einem Fachwerk ohne Fügestellen in den Knotenelementen.
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Es ist möglich, Schmaltextilien, insbesondere Gewebebänder oder ähnliches, für weitere Verstärkungsrichtungen zu integrieren. Im Vergleich zu einer Schalenbauweise ergibt sich ein deutlich reduzierter Verschnitt. Verschiedene Werkstoffe, beispielsweise Glas- und Kohlefasern, sind möglich. Autoklav-, Injektions- oder Infusionsprozesse können entfallen. Es ergibt sich eine schnelle Umsetzbarkeit von weiteren Strukturen, insbesondere indem ein Lochmuster in einer Drehplatte verwendet wird. Ein schnelles Aushärten durch Temperierung von Wickelplatten ist möglich. Wird eine Kompaktierung mithilfe von Platten durchgeführt, sind saubere Oberflächen realisierbar. Das Wickeln kann insbesondere durch wenigstens einen Roboter durchgeführt werden, wobei sich ein geringer Energieverbrauch bei der Handhabung der Greifer des Roboters ergibt.
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Die gewickelte Struktur selbst kann eine hohe dynamische Tragfähigkeit aufweisen, sodass ein schnelleres Handling durch den Roboter möglich ist. Es ergibt sich auch eine geringere Abnutzung des Robotergetriebes und des Antriebsstrangs.
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Insbesondere über das Nut-Anker-Prinzip sind metallische Profile beliebig anbindbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils;
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2 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines mit dem Verfahren hergestellten, faserverstärkten Bauteils, und
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3 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines solchen faserverstärkten Bauteils.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils, nämlich eines Wickelbauteils 1 durch Wickeln, wobei ein Wickelkern 3 mit einem Fasermaterial 5 umwickelt wird. Dabei ist hier schematisch eine Wickelvorrichtung 7 dargestellt, die eingerichtet ist, um den Wickelkern 3 um eine Wickelachse 9 zu drehen, wobei das Fasermaterial 5 hier beispielhaft von einer Spule 11 abgewickelt wird. Die Umfangsrichtung, entlang derer der Wickelkern 3 mit dem Fasermaterial 5 umwickelt wird, erstreckt sich entlang einer gedachten Umfangslinie um die Wickelachse 9, insbesondere konzentrisch zu der Wickelachse 9. Diese Richtung entspricht einer Wickelrichtung. Es ist möglich, dass der Wickelkern 3 entlang von mehr als einer Wickelrichtung umwickelt wird.
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Der Wickelkern 3 ist hier als Profil mit C-förmigem Querschnitt ausgebildet, was dem Fasermaterial 5 einen sehr guten seitlichen Halt beim Wickeln verleiht. Bevorzugt weist der Wickelkern Metall, Kunststoff oder ein Faser-Matrix-Verbund-Material auf, oder besteht aus einem solchen Material.
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Während in 1a) die Wickelvorrichtung 7 dargestellt ist, zeigt 1b) schematisch eine Abfolge von Verfahrensschritten der hier dargestellten Ausführungsform des Verfahrens, nämlich in einer Querschnittsansicht in der in 1a) dargestellten Ebene A-A.
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Dabei ist zunächst bei i) der noch leere Wickelkern 3 dargestellt. Das Verfahren kann also mit dem bloßen Wickelkern 3 ohne bereits aufgebrachtes Fasermaterial starten. Es ist allerdings alternativ auch möglich, dass zu Beginn des Verfahrens bereits Fasermaterial 5 auf den Wickelkern 3 aufgebracht ist, wobei dann dieses Fasermaterial 5 weiter umwickelt wird.
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Bei ii) ist dargestellt, dass der Wickelkern 3 bis zu einem vorbestimmten Wickelfortschritt mit dem Fasermaterial 5 umwickelt wird. Dieser Wickelfortschritt kann insbesondere einer vorbestimmten Dicke des gewickelten Fasermaterials 5 und/oder einer vorbestimmten Anzahl von Wicklungen entsprechen.
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Bei iii) ist dargestellt, dass ein Anbindungselement 13 auf dem Fasermaterial 5 angeordnet wird. Dabei ist das Anbindungselement 13 hier insbesondere als Nut-Feder-Element ausgebildet, wobei es ringförmig ausgebildet ist und sich vollständig um eine Umfangslinie – entlang der Wickelrichtung – des faserverstärkten Bauteils 1 herum erstreckt. Es weist dabei – im Querschnitt gesehen – zwei Hinterschnitte auf und ist insbesondere zangenartig ausgebildet. Das Anbindungselement 13 ist insbesondere als nutartiges Nut-Feder-Element ausgebildet und weist eine Eingriffsnut 15 zum Eingriff eines Feder- und/oder Ankerelements auf.
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Bei iv) ist dargestellt, dass der Wickelkern 3 und das Anbindungselement 13 weiter umwickelt werden, wobei ein Zugriffsbereich 17 zu dem Anbindungselement 13 beim Wickeln freigelassen oder ausgespart wird. Das Anbindungselement 13 ist so nach Abschluss des Wickelvorgangs in einfacher Weise zugänglich, ohne dass es weiterer Verfahrensschritte und insbesondere keiner zerspanenden Bearbeitung bedarf.
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Es zeigt sich auch, dass das Anbindungselement 13 beim Wickeln und durch das Wickeln unverrückbar eingeschlossen wird.
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Das Anbindungselement 13 weist bevorzugt ein Metall, einen Kunststoff und/oder ein Faser-Matrix-Verbund-Material auf oder besteht aus einem solchen Material.
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Der Wickelkern 3 kann alternativ zu der hier dargestellten Ausgestaltung auch als hohler Trägerkörper, als gebogenes Blech und/oder als Rohrabschnitt ausgebildet sein.
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2 zeigt eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Wickelbauteils 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt 2a) eine dreidimensionale Ansicht des gesamten Wickelbauteils 1, wobei 2b) eine Querschnittsansicht in der in 2a) dargestellten Ebene A-A darstellt. Erkennbar ist, dass hier das Anbindungselement 13 an einem Außenumfang des nicht mehr vorhandenen Wickelkerns 3 angeordnet wurde, sodass sich der Zugriffsbereich 17 – insbesondere von der ursprünglichen Wickelachse 9 her gesehen – nach radial außen öffnet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wickelbauteils 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt wiederum 3a) eine dreidimensionale Ansicht des vollständigen Wickelbauteils 1, während 3b) eine Querschnittsansicht in der in 3a) dargestellten Schnittebene A-A zeigt. Es wird deutlich, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Anbindungselement 13 an einem Innenumfang des nicht mehr vorhandenen Wickelkerns 3 angeordnet wurde, sodass sich der Zugriffsbereich 17 nun – in radialer Richtung gesehen – nach innen öffnet.
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Die im Rahmen des Verfahrens hergestellten Wickelbauteile 1 sind in einfacher Weise miteinander verbindbar, wobei sie mittels ihrer Anbindungselemente 13 – gegebenenfalls unter Verwendung eines Zwischenverbindungsteils, miteinander verbunden werden können. Dabei können die Wickelbauteile 1 zu einem fachwerkartigen Zusammenbau verbunden werden. Bevorzugt werden dabei als Gleichteile ausgebildete Wickelbauteile 1 verwendet.
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Insgesamt zeigt sich so, dass mithilfe der hier vorgeschlagenen Verfahren in relativ einfacher Weise ein Wickelbauteil 1 als Faser-Matrix-Verbundbauteil geschaffen werden kann, wobei eine Mehrzahl solcher Wickelbauteile 1 zu einem fachwerkartigen Zusammenbau verbunden werden können. Die Wickelbauteile 1 sind hochsteif und einfach miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009024973 A1 [0002]
