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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Faserwerkstoffrohlings gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 16.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Verbundwerkstoffbauteile herzustellen. Hierzu wird ein Faserwerkstoff bereitgestellt und mit einem Matrixharz versehen, so dass er als Faserverbundwerkstoff aushärtet. Diese Faserverbundwerkstoffbauteile haben gegenüber Blechbauteilen den Vorteil, dass sie ein geringeres Eigengewicht, bei gleichen oder verbesserten mechanischen Eigenschaften, besitzen. Insbesondere können flächige Bauteile, beispielsweise Karosserie- oder Strukturbauteile für ein Kraftfahrzeug, mit solchen Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden.
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Der Werkstoff wird in Form von Gelegen oder Geweben bereitgestellt und dann beispielsweise mit Matrixharz vorimprägniert und anschließend dem Formgebungsprozess unterzogen. Auch kann zunächst der Faserwerkstoff in eine Form eingelegt werden und im Anschluss daran wird ein Matrixharz injiziert. Ein solcher Prozess ist auch als RTM-Verfahren bekannt.
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Aus der
DE 10 2012 101 721 A1 , der
DE 10 2012 101 726 A1 und der
DE 10 2012 101 724 A1 sind Wickelvorrichtungen bekannt, bei denen ein Faserstrang über einen Wickelrahmen gewickelt wird. Somit kann ein flächiger Faserwerkstoffrohling hergestellt werden, der in dem Innenbereich des Wickelrahmens eine individuelle Faserstrangverteilung besitzt.
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Aus der
DE 10 2012 025 302 A1 ist weiterhin eine Rotationsflechtmaschine mit einer Flechtachse zum Verflechten von strangförmigen Materialien aus beispielsweise Kohlenstofffasern bekannt. Hierbei wird zum Antrieb eines ersten Spulenträgers eine berührungslose Koppelung mit Magneten in den Antriebsmitteln genutzt, um ohne Kontakt eine Bewegung zu übertragen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser aufzuzeigen, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, insbesondere einfacher und fehlerunanfälliger zu betreiben ist bei größerer Formgebungsfreiheit.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Wickelvorrichtung zur Herstellung von Faserwerkstoffrohlingen für die Produktion von Faserverbundwerkstoffbauteilen gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Teil wird mit einem Verfahren zum Herstellen eines Faserwerkstoffrohlings mit den Merkmalen im Patentanspruch 16 gelöst.
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Mit der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung werden Faserwerkstoffrohlinge hergestellt. Diese Faserwerkstoffrohlinge werden insbesondere für die Produktion von Faserverbundwerkstoffbauteilen, insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, eingesetzt. Mithin können Chassisbauteile, Strukturbauteile, beispielsweise aber auch Karosseriebauteile sowie Außenhautbauteile aus Faserverbundwerkstoff hergestellt werden.
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Mit der Wickelvorrichtung ist es möglich, einen Faserstrang auf einen Wickelrahmen zu wickeln. Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Anordnung umfassend eine Wickelvorrichtung, den Wickelrahmen, den Faserstrang sowie weitere notwendige Teile, um den Wickelvorgang auszuführen.
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Ein Faserstrang ist aus Faserwerkstoff ausgebildet. Hierzu können beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Carbonfasern oder andere bekannte Fasertypen eingesetzt werden. Auch kann der Faserstrang als Roving bzw. Faserroving bezeichnet werden. Andere Bezeichnungen für den Faserstrang wären Bündel oder auch Multifilamentgarn.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die Wickelvorrichtung dadurch aus, dass sie ein Fadenauge aufweist, aus welchem der Faserstrang austritt und anschließend auf den Wickelrahmen gewickelt wird. Weiterhin zeichnet sich die Wickelvorrichtung nunmehr dadurch aus, dass mindestens ein magnetischer Antriebskörper vorgesehen ist und der Wickelrahmen aus einem magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet ist. Bevorzugt sind zwei Antriebskörper in einem Abstand zueinander angeordnet. Die Antriebskörper sind insbesondere rotationssymmetrisch rund ausgebildet. Aufgrund der magnetischen Anziehungskraft ist der Wickelrahmen an den Antriebskörpern gehalten, entgegen der Erdanziehungskraft. Durch Drehbewegung zumindest eines Antriebskörpers wird der Wickelrahmen in Bewegung versetzt. Den bei der Bewegung des Wickelrahmens auftretenden Kräften wird ebenfalls durch magnetische Anziehungskraft der Antriebskörper derart entgegengewirkt, dass der Wickelrahmen an den Antriebskörpern gehalten ist. Die Bewegung des Wickelrahmens wird dergestalt ausgeführt, dass dadurch der Faserstrang sich über einen Mittelbereich des Wickelrahmes erstreckt.
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Die Bewegung selbst wird insbesondere als Rotationsbewegung des Wickelrahmes ausgeführt. Die Rotationsbewegung muss dabei jedoch nicht rotationssymmetrisch um eine Achse verstanden werden, sondern ist abhängig von der Außenkontur des Wickelrahmens. Insbesondere kann der Wickelrahmen, aufgrund der magnetischen Halterung an seiner Außenkontur, Innenrundungen und Außenrundungen aufweisen. Der Wickelrahmen vollzieht somit bei Drehbewegung des Antriebskörpers eine Rotationsbewegung mit variierender Rotationsgeschwindigkeit und aufgrund der Außenkontur unter Umständen auch variierender Rotationsrichtung. Der Wickelrahmen kann jedoch auch gerade Abschnitte haben, so dass bei Ausführung der Bewegung des Wickelrahmens nicht zwingend immer eine Rotation entsteht.
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Die Antriebskraft wird nunmehr formschlüssig oder reibschlüssig auf den Wickelrahmen übertragen. Hierzu wird der mindestens eine Antriebskörper durch einen Antrieb angetrieben und in Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung überträgt sich dann formschlüssig oder reibschlüssig auf den Rahmen, so dass auch der Rahmen in Rotation versetzt wird. Insbesondere bei formschlüssiger Übertragung ist der Antriebskörper selbst als Ritzel ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, den Antriebskörper als runden bzw. zylindrischen Körper auszubilden und insbesondere an seiner Außenmantelfläche mit einer die Reibkraft erhöhenden Beschichtung zu versehen, die sich dann auf die Außenmantelfläche des Rahmens überträgt.
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Ein Ritzel ist vorzugsweise als Zahnrad bzw. zahnradförmiger Körper ausgebildet. Das Ritzel weist somit nach außen stehende Zähne auf. Der Wickelrahmen selbst weist bevorzugt ebenfalls nach außen stehende Zähne auf. Die Zähne des Ritzels sowie die Zähne des Wickelrahmens kommen somit formschlüssig in Eingriff. Der Antrieb eines Ritzels, wobei bevorzugt beide Ritzel angetrieben sind, kann beispielsweise über einen Elektromotor oder ähnliches erfolgen. Eine Drehbewegung des Ritzels sorgt dann auch für eine Rotationsbewegung des Wickelrahmens. Die Antriebskraft des Ritzels wird aufgrund des formschlüssigen Eingriffs der Zähne von Ritzel und Wickelrahmen übertragen.
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Durch die Ausgestaltung mittels zweier Ritzel sowie der magnetischen Haltekraft des Wickelrahmens ist es weiterhin möglich, Wickelrahmen nicht nur mit an der Außenkontur vorhandenen Außenrundungen, sondern auch Innenrundungen durch die Wickelvorrichtung zu führen.
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Weiterhin bevorzugt ist der Wickelrahmen selbst flächig ausgebildet. Die Zähne an dem Wickelrahmen sind nach außen abstehend in der Ebene der Fläche liegend ausgebildet. Der Wickelrahmen ist weiterhin besonders bevorzugt in einem Innenbereich hohl ausgebildet. Über den Innenbereich sich erstreckend kann der Faserstrang derart immer wieder auf den Wickelrahmen gewickelt werden, dass ein flächiger Faserwerkstoffrohling an dem Wickelrahmen entsteht.
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Damit die Wickelbewegung ausgeführt wird, ist das Fadenauge besonders bevorzugt relativ beweglich zu den Ritzeln gelagert. Insbesondere kann somit das Fadenauge auf eine Vorderseite und eine Rückseite des flächig ausgebildeten Wickelrahmens bewegt werden. Der Faserstrang wird bevorzugt durch die nach außen abstehenden Zähne des Wickelrahmens bei der Rotationsbewegung mitgenommen und erstreckt sich dann bei weiterer Rotationsbewegung jeweils flächig über den Innenbereich des Wickelrahmens. Somit ist das Fadenauge auf eine Vorderseite und eine Rückseite des Wickelrahmens bewegbar.
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Der Wickelrahmen selbst kann rund ausgebildet sein, insbesondere kreisförmig rund. Der Wickelrahmen kann jedoch auch andere Außenkonturen aufweisen, beispielsweise eckige Auskonturen mit insbesondere abgerundeten Ecken.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die beiden Ritzel in einer Ebene mit einem Abstand ihrer Rotationsachen zueinander angeordnet, dergestalt, dass zwischen den Ritzeln ein Freiraum verbleibt. Insbesondere sind die Ritzel nicht ineinander bzw. untereinander in formschlüssigem Eingriff. Weiterhin bevorzugt kann ein Ritzel relativ verlagert zu dem anderen Ritzel gelagert sein. Die relative Verlagerung erfolgt insbesondere translatorisch in der Ebene, in der die Ritzel liegen. Beispielsweise kann sich dies vorteilig bei Durchführen von abgerundeten Ecken des Wickelrahmens auswirken, so dass kein Verkanten des Wickelrahmens geschieht.
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Die Ritzel sind weiterhin bevorzugt an einem gehäuseartigen Träger drehbar gekoppelt. Im dem gehäuseartigen Träger können dann beispielsweise Elektromotoren zum Antrieb der Ritzel untergebracht sein. Weiterhin können in dem gehäuseartigen Träger auch Magnetvorrichtungen zur Magnetisierung der Ritzel ausgebildet sein, insbesondere wären dies Elektromagnete. Der gehäuseartige Träger ist insbesondere schwenkbar an einem Ständer oder an einer Aufhängung gekoppelt. Aufgrund der durch die Erdanziehungskraft entstehenden Gewichtskraft des Wickelrahmens sorgt die Schwenkbarkeit des Trägers dafür, dass der Wickelrahmen bei Ausführen der Rotationsbewegung auf die Vertikalrichtung bezogen immer nach unten orientiert ist. Eine weite Auslenkung bzw. Auskragung des Wickelrahmens in Horizontalrichtung wird hierdurch vermieden.
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Damit nunmehr der Wickelrahmen an der Wickelvorrichtung, mithin an den Ritzeln, gehalten ist, sind die Ritzel magnetisiert. Die Ritzel können dazu entweder als Dauermagnet ausgebildet sein und/oder als Elektromagnet ausgebildet sein. Letzterenfalls ist an der Wickelvorrichtung eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen, so dass die Ritzel durch Anlegen einer elektrischen Spannung magnetisiert werden. Der Wickelrahmen kann somit an die Ritzel angesetzt werden und wird aufgrund der magnetischen Anziehungskraft an diesen gehalten. Nach Beendigung des Wickelvorganges kann der Rahmen mit dem auf den Rahmen gewickelten Faserwerkstoff von den Ritzeln entnommen werden.
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Der auf den Wickelrahmen gewickelte Faserstrang wird insbesondere zwischen zwei Zähnen des Wickelrahmens angeordnet bzw. durch jeweils einen Zahn bei Ausführung der Bewegung mitgenommen und ordnet sich dann in einem Tal zwischen zwei Zähnen an. Damit bei erneutem Passieren der Ritzel nunmehr der auf den Wickelrahmen gewickelte Faserstrang nicht beschädigt wird, ist weiterhin die Außenkontur der Ritzel kleiner der korrespondierenden Außenkontur der Zähne des Wickelrahmens ausgebildet. Es verbleiben somit Hohlräume bzw., bei mit den Zähnen des Wickelrahmens in Eingriff stehendem Ritzel, Freiräume bzw. Hohlräume im Tal bzw. Grund zwischen zwei Zähnen des Wickelrahmens, so dass der auf den Wickelrahmen bereits gewickelte Faserstrang nicht beschädigt wird, beispielsweise nicht gequetscht oder abgescherrt wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Faserwerkstoffrohlings unter Verwendung einer zuvor genannten Wickelvorrichtung.
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Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- – Bereitstellen eines Wickelrahmens, ausgebildet aus einem magnetisierbarem Werkstoff,
- – Ansetzen des Wickelrahmens an den Antriebskörpern, wobei der Wickelrahmen aufgrund der von den Antriebskörpern ausgeübten magnetischen Kraft gehalten ist,
- – Ansetzen eines Endes des Faserstranges an den Wickelrahmen,
- – Antreiben des Antriebskörpers, so dass der Wickelrahmen in Bewegung, insbesondere Rotation, versetzt wird, und
- – Aufwickeln des Faserstranges auf den Rahmen.
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Nachfolgend wird der Antriebskörper als Ritzel beschrieben.
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Demnach kann der Wickelrahmen an die Ritzel angesetzt werden. Beispielsweise bei dauerhaft magnetisierten Ritzeln würde der Wickelrahmen zum Lösen mit erhöhter Entnahmekraft abgezogen werden. Bei elektromagnetisch aktivierbaren Ritzeln kann der Rahmen an die Ritzel angesetzt werden und durch Anlegung einer Spannung gezielt gehalten werden. Zum Lösen des aufgewickelten Wickelrahmens wird dann die Spannung abgeschaltet und die Ritzel verlieren einen Großteil ihrer magnetischen Kraft, so dass der Rahmen von den Ritzeln abgenommen werden kann.
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Ist der Rahmen an die Ritzel angesetzt, wird ein Ende des Faserstranges am Rahmen befestigt und ein Ritzel durch einen Antrieb in Drehbewegung versetzt. Der Rahmen beginnt sodann aufgrund der sich übertragenden Drehbewegung mit einer Rotationsbewegung.
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Der im Rahmen befestigte Anfang des Faserstranges erstreckt sich dann nach ca. einer 180 Grad Rotationsbewegung des Rahmens über den flächigen Innenbereich des Rahmens. Das Fadenauge kann dann beispielsweise von einer Vorderseite auf eine Rückseite bewegt werden, so dass der Faserstrang eine Kante des Wickelrahmens umfasst und durch einen folgenden Zahn bei der Rotationsbewegung mitgenommen wird. Weitere Teile des Faserstranges werden dann wieder sich über den flächigen Bereich des Wickelrahmens erstreckend aufgewickelt, wobei nach Erreichen der gewünschten Position das Fadenauge wieder von der Rückseite auf die Vorderseite gewickelt wird und dadurch der Faserstrang wiederum um die Kante des Wickelrahmens gelegt wird und von dem darauf folgenden Zahn bei Rotationsbewegung mitgenommen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 bis 5 eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung mit Wickelrahmen in verschiedenen Positionen des Wickelrahmens bei Ausführen des Wickelvorganges,
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6 und 7 die Wickelvorrichtung in Seitenansicht,
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8 verschiedene Bewicklungsmuster eines erfindungsgemäßen Wickelrahmens,
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9 eine schematische Ansicht auf eine Wickelvorrichtung mit einem Antriebskörper,
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10 eine perspektivische Ansicht auf eine Wickelvorrichtung und
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11 ein gemäß der Erfindung ausgeführter Wickelvorgang.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine Wickelvorrichtung 1 aufweisend einen gehäuseartigen Träger 2 sowie an dem Träger 2 zwei drehbar angeordnete Ritzel 3. Zwischen den Ritzeln 3 ist ein Fadenauge 4 angeordnet. Aus dem Fadenauge 4 tritt ein Faserstrang 5 aus, welcher auf den Wickelrahmen 6 gewickelt werden soll. Die Ritzel 3 sind in einem Abstand A angeordnet, so dass die Ritzel 3 nicht untereinander in formschlüssigem Eingriff stehen.
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Ein Ende 7 des Faserstranges 5 wird an den Wickelrahmen 6 gekoppelt und sodann wird zumindest ein Ritzel 3 von einem nicht näher dargestellten Antrieb in eine Drehbewegung 8 versetzt. Die Ritzel 3 weisen außen liegende Zähne 9 auf, welche in nach außen abstehende Zähne 10 des Wickelrahmens 6 zumindest teilweise formschlüssig eingreifen. Es verbleiben bevorzugt Freiräume 18, so dass ein aufgewickelter Faserstrang 5 nicht zwischen den Zähnen 9 und 10 gequetscht wird. Aufgrund der Drehbewegung 8 der Ritzel 3 wird eine Bewegung, insbesondere Rotationsbewegung 11, des Rahmens 6 hervorgerufen.
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Der Rahmen 6 wird durch in den Ritzeln 3 nicht näher dargestellte Magnete gehalten. Die von den Ritzeln 3 ausgeübte Magnetkraft ist derart groß, dass zum einen ein Herunterfallen des Rahmens 6 aufgrund der Erdanziehungskraft g vermieden wird. Zum anderen können die bei der Rotationsbewegung 11 auftretenden Fliehkräfte des Rahmens 6 ebenfalls kompensiert werden.
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2 zeigt den Wickelrahmen bei Durchlaufen einer Ecke 17 des Wickelrahmens 6 zwischen den Ritzeln 3. Dabei führt der gehäuseartige Träger 2 eine Schwenkbewegung 16 aus, so dass er in einem Winkel α zur Horizontalen H steht. Aufgrund der Erdanziehungskraft g ist somit der Wickelrahmen 6 auf die Vertikalrichtung V immer nach unten orientiert. Ein zu weites Auskragen des Wickelrahmens auf die Bildebene bezogen nach links oder rechts wird somit durch die Schwenkbarkeit des gehäuseartigen Trägers 2 vermieden.
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Gemäß 3 wird dann der Faserstrang 5 sich über einen hohlen Innenbereich 12 des Rahmens 6 erstreckend auf diesen aufgewickelt.
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Gemäß 4 durchläuft eine weitere Ecke 17 des Wickelrahmens 6 den Freiraum zwischen den Ritzeln. Der Träger 2 ist zunächst gemäß 3 wieder in im Wesentlichen in die Horizontale H zurückgeschwenkt und führt dann gemäß 4 eine zu 2 entgegengesetzte Schwenkbewegung 16 aus, so dass während des gesamten Wickelvorganges der Wickelrahmen 6 im Wesentlichen auf die Bildebene in Vertikalrichtung V bezogen nach unten orientiert ist.
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In 5 ist eine ca. 180 Grad Rotationsbewegung des Rahmens 6 ausgeführt worden, so dass der Faserstrang 5 sich über den hohlen Innenbereich 12 des Wickelrahmens 6 erstreckt.
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Die Länge L, mit welcher sich der Faserstrang 5 vom Austritt aus dem Fadenauge 4 bis zum gegenüberliegenden Punkt an dem Wickelrahmen 6 erstreckt, kann in zweierlei Hinsicht beschrieben werden. Während des gesamten Wickelvorgangs von 1 bis zu 5 hat die Länge L kontinuierlich zugenommen. Nunmehr wird dann gemäß 6 und 7 das Fadenauge 4 von einer Vorderseite 13 auf eine Rückseite 14 des Wickelrahmens 6 bewegt. Sollte die Länge L des Faserstrangs 5 aufgrund weiterer Rotationsbewegungen 11 des Wickelrahmens 8 abnehmen, wäre es bereits möglich, zuvor das Fadenauge 4 von einer Vorderseite 13 auf eine Rückseite 14 zu bewegen, so dass ein erneuter Teil des Faserstranges 5 wiederum sich über den Innenbereich 12 erstreckend auf den Wickelrahmen 6 gewickelt wird. Auch ist es jedoch möglich, dass der Faserstrang 5 aus dem Fadenauge 4 derart austritt, dass dieser bei weiterer Ausführung der Rotationsbewegung 11 und dabei Verkürzung der Länge L in das Fadenauge 4 zurückgezogen wird.
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6 und 7 zeigen nunmehr eine Schnittansicht gemäß V-V aus 5. Das Fadenauge 4 gemäß 6 und 7 von einer Vorderseite 13 auf eine Rückseite 14 des Wickelrahmens 6 bewegt. Bei weiterer Rotationsbewegung des Rahmens 6 wird der Faserstrang 5 von einem Zahn 10 des Rahmens 6 mitgenommen und erstreckt sich dann an der Rückseite 14 wiederum über den hohlen Innenbereich 12. Der Vorgang wird dann derart weitergeführt, dass das Fadenauge 4 wiederum von der Rückseite 14 auf die Vorderseite 13 bewegt wird und der Faserstrang 5 wiederum von dem nächstkommenden Zahn 10 mitgenommen wird. Der Träger 2 der Wickelvorrichtung 1 ist bevorzugt an einem Ständer 15 aufgehangen mit entsprechendem Abstand zum Boden, so dass auch große Wickelrahmen 6 mit der Wickelvorrichtung 1 bewickelt werden können.
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8a bis d zeigen verschiedene Bewicklungsmuster eines erfindungsgemäßen Wickelrahmens 6 mit einem Faserstrang 5. Gemäß 6a ist der Wickelrahmen 6 mit dem Faserstrang 5 in unidirektionaler Richtung 19 aufgewickelt. Dies bedeutet, dass alle Faserstränge 5 in eine Richtung orientiert sind, also parallel zueinander verlaufen. Die Bewicklung kann derart erfolgen, dass sich zwischen den Fasersträngen 5, wie hier dargestellt, ein Zwischenraum 20 ergibt. Die Faserstränge können jedoch auch so dicht auf den Wickelrahmen 6 gewickelt sein, dass sie ohne Zwischenraum 20 nebeneinander oder aber teilweise überlappend angeordnet sind. Im Innenbereich 12 des Wickelrahmens 6 entsteht somit ein im Wesentlich flächig ausgebildeter Faserwerkstoffrohling 21.
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Gemäß der 8b ist eine Bewicklung in zwei unidirektionale Richtungen 28 möglich, wobei dann die zwei unidirektionalen Richtungen 28 in einem Winkel β zueinander angeordnet sind. Hier dargestellt ist ein Winkel β von im Wesentlichen 90°, es ist jedoch auch jede beliebige Winkellage der zwei unidirektionalen Richtungen 19 zueinander möglich. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, 3, 4 oder mehr unidirektionale Richtungen 19 auszubilden. Auch hier ergeben sich Zwischenräume 20, die je nach Art der Bewicklung, Dichte des Faserstrangs 5 und Materials als Freiräume ausgebildet sein können oder aber auch durch ein direktes benachbartes Anliegen der Faserstränge 5 zueinander gefüllt sein können.
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8c zeigt eine weitere Ausführungsvariante als Bewicklungsmöglichkeit des Wickelrahmens 6, wobei hier die Fasern unidirektional übereinander gelegt sind. D. h. die Fasern von Vorderseite 13 und Rückseite 14 des Wickelrahmens 6 sind jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet, so dass sich ein entsprechend mehrdirektionales Geflecht für den im Innenbereich 12 des Wickelrahmens 6 ergebenden Faserwerkstoffrohlings einstellt. Die Dichte des Fasermaterials ist, in 8c gut erkennbar, steuerbar, so dass ein Innenteil gänzlich freibleibend ist und sich von dem Innenteil zu dem äußeren Rand erstreckend verschiedene Faserdichten einstellen.
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Gemäß der Ausführung in 8d ist der Wickelrahmen 6 derart exzentrisch mit dem Faserwerkstoff umwickelt worden, dass zwar ein Innenteil gleich bleibend zu 8c freibleibt, jedoch die Faserdichte sich zu einer Seite hin verlagert und auch dort konzentriert. Mit einem solch hergestellten Faserwerkstoffrohling ist es beispielsweise möglich, ein nicht näher dargestelltes, U-förmiges Faserwerkstoffverbundbauteil herzustellen, das dann in dem Bereich der höchsten Dichte seine höchste Festigkeit hat und beispielsweise zwei Ausleger mit geringeren Festigkeitsanforderungen aufweist. Der so in 8d dargestellte Faserwerkstoffrohling ist optimal an das herzustellende Faserwerkstoffverbundbauteil angepasst, so dass wenig Verschnitt beim Herstellungsprozess auftaucht.
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Der Teil der Faserstränge 5, welcher sich über den Innenbereich 12 erstreckt, kann untereinander fixiert werden, beispielsweise durch Verkleben und im Anschluss aus dem Wickelrahmen 6 ausgeschnitten werden. Der Wickelrahmen 6 kann dann einem erneuten Bewicklungsvorgang zugeführt werden.
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9 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung 1. Hierbei ist der Antriebskörper als Antriebsrolle 22 ausgebildet. An einer Außenmantelfläche 25 der Antriebsrolle 22 ist eine den Reibbeiwert erhöhende Beschichtung 23 aufgebracht. Der Wickelrahmen 6 ist aufgrund der Magnetkraft an dem Rad 22 gehalten. In einer Kontaktfläche 24 wird eine Drehbewegung 8 der Antriebsrolle 22 kraftschlüssig bzw. reibschlüssig übertragen in eine Rotationsbewegung 11 des Rahmens 6.
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In 10 ist die Wickelvorrichtung 1 zu sehen. Die Wickelvorrichtung 1 weist einen Rahmen 26 um den anzutreibenden Wickelrahmen 6 auf. Der Faserstrang 5 wird von einer Rolle 32 abgewickelt. Der Wickelrahmen 6 wird durch den Antrieb, hier die zwei Ritzel 3 bewegt. Der Faserstrang 5 ist hier im Querschnitt flächig ausgebildet. Der Faserstrang 5 kommt vom Punkt 27 und wird durch zwei Fadenableger 28, 29 auf die entsprechende Seite des Winkelrahmens 6 abgelegt. Dazu fahren die Fadenableger 28, 29 von einer Ruheposition in eine aktive Position mit Hilfe eines Linearantriebs. Am oberen Ende der Fadenableger 28, 29 befinden sich die Fadenaufnehmer 30, 31, die den Faserstrang 5 umgreifen. Dazu weisen die Fadenaufnehmer 30, 31 eine offene Seite auf, die mit Hilfe eines Aktuators entsprechend verstellt wird, damit der Faserstrang 5 in die Fadenaufnahme 30, 31 eingefädelt werden kann. Damit der Faserstrang 5 die Seite des Wickelrahmens 6 wechseln kann und von dem jeweiligen Fadenaufnehmer 30, 31 gegriffen werden kann, ist das Fadenauge 4, welches auch eine Umlenkvorrichtung sein kann, ebenfalls mit einem Linearaktuator ausgestattet und wird entsprechend in Richtung einer Horizontalen H verfahren. Ferner dargestellt ist eine Gerade 33, auch eingezeichnet in 4, welche durch die Mittelpunkte der Ritzel 3 verläuft. Der Rahmen 26 wird bevorzugt derart geschwenkt, dass er zu der Geraden 33 im Rechten Winkel steht.
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Dargestellt ist dies nochmals in 11. Zunächst tritt der Faserstrang 5 aus dem Fadenauge 4 aus. Das Fadenauge 4 wird in Horizontalrichtung, auf die Bildebene bezogen nach rechts, verschoben. Der Faserstrang 5 wird von der Fadenaufnahme 30 des auf die Bildebene bezogenen rechten Fadenablegers 28, 29 ergriffen. Der Fadenableger 28, 29 wird in Vertikalrichtung nach unten bewegt. Sodann wird der Wickelrahmen 6 durch den Antriebskörper bewegt. Der Faserstrang 5 greift zwischen die Zähne des Wickelrahmens 6 und wird dann aufgrund der Bewegung des Wickelrahmens 6 weiter mitgezogen. Hat der Wickelrahmen 6 eine ca. 180°-Rotation vollzogen, was bei der auf die Bildebene von links betrachteten vierten Darstellung von 11 der Fall ist, wird das Fadenauge 4 auf die Bildebene bezogen nach links bewegt und von dem Fadenaufnehmer 31 des linken Fadenablegers 29 ergriffen. Der Fadenableger 29 wird sodann auf die Bildebene bezogen auf die Vertikalrichtung V nach unten bewegt und der Faserstrang 5 greift wiederum in die Zähne 10 des Wickelrahmens 6 ein und wird aufgrund einer Bewegung des Wickelrahmens 6 mitgenommen. Dieser Vorgang wird dann beliebig fortgesetzt. Auch kann bereits nach einer Drehung von deutlich weniger als 180°, beispielsweise einer Vierteldrehung, der Faserstrang 5 von einem der jeweiligen Fadenableger 28, 29 ergriffen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wickelvorrichtung
- 2
- Träger
- 3
- Ritzel
- 4
- Fadenauge
- 5
- Faserstrang
- 6
- Wickelrahmen
- 7
- Ende zu 5
- 8
- Drehbewegung von 3
- 9
- Zahn zu 3
- 10
- Zahn zu 6
- 11
- Rotationsbewegung von 6
- 12
- Innenbereich zu 6
- 13
- Vorderseite zu 6
- 14
- Rückseite zu 6
- 15
- Ständer zu 1
- 16
- Schwenkbewegung von 2
- 17
- Ecke zu 6
- 18
- Freiraum zwischen 9 und 10
- 19
- unidirektionale Richtung
- 20
- Zwischenraum
- 21
- Faserwerkstoffrohling
- 22
- Antriebsrolle
- 23
- Beschichtung
- 24
- Kontaktfläche
- 25
- Außenmantelfläche zu 22
- 26
- Rahmen
- 27
- Punkt
- 28
- Fadenableger
- 29
- Fadenableger
- 30
- Fadenaufnehmer
- 31
- Fadenaufnehmer
- 32
- Rolle
- 33
- Gerade
- g
- Erdanziehungskraft
- V
- Vertikalrichtung
- L
- Länge
- A
- Abstand
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- H
- Horizontale
