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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faservorformlings für ein zu fertigendes Faserverbundbauteil, bei dem eine Faseranordnung mittels Direktablage mindestens einer Rovingbahn auf einem Trägerwerkstoff angeordnet wird, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bekannte Textilprozesse zur Herstellung von Faserhalbzeugen führen in der Regel zu einer hohen Materialeinsatzquote aufgrund von Verschnitt, der dadurch entsteht, dass beispielsweise Prepreg Bahnen eingesetzt werden, die zur Bildung eines Faserhalbzeugs aneinander angeordnet werden, aus denen dann nach einer Matrixinjektion das spätere Faserverbundbauteil mittels eines Schneidvorgangs herausgearbeitet wird und somit viel Verschnitt in der Form von Faserverbundwerkstoff entsteht.
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Zur Vermeidung dieses Problems sind auch bereits TFP (Tailored Fiber Placement) Technologien bekannt geworden nach denen mittels Faserdirektablage Verstärkungsfasern in Hauptlastrichtung des späteren Faserverbundbauteils zur Bildung eines Faservorformlings abgelegt werden, um den Verschnittanteil zu verringern.
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Bei den bisherigen Verfahren der Faserdirektablage wurden die Verstärkungsfasern in komplexen Strukturen mit einer Vielzahl von Wendestellen der applizierten Verstärkungsfasern mittels eines automatisierten Legekopfs abgelegt, was dazu führt, dass der Legekopf an jeder Wendestelle aus der Verfahrbewegung abgebremst und nach Applikation der Verstärkungsfasern im Bereich der Wendestelle wieder beschleunigt werden muss, was wiederum dazu führt, dass die Laufzeit der Maschine mit dem Legekopf deutlich ansteigt und dies zu hohen Kosten bei der Herstellung des Faservorformlings führt.
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Darüber hinaus sind die bei der so gebildeten komplexen Faserarchitektur auftretenden vielen Wendestellen und engen Umkehrpunkte kontraproduktiv bei der späteren Matrixharzinjektion, da die Höhe bzw. Dichte der Faserpackung lokal so hoch sein kann, dass die Injektion bzw. vollständige Durchsetzung der Faserpackung mit Matrixharz nicht mehr möglich ist und es somit auch zu lokalen Luftentschlüssen führen kann, wodurch auch das optische Finish des fertigen Faserverbundbauteils leidet und Festigkeitsprobleme entstehen können.
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Anhand der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 10 2014 219 035 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von textilen Halbzeugen mittels Faserdirektablage bekannt geworden. Nach diesem bekannten Verfahren wird ein Trägermaterial bereitgestellt, auf das eine Vielzahl von unidirektionalen Kohlenstofffaserbändern abgelegt wird und die Kohlenstofffaserbänder dann am Trägermaterial zu einem Gewebestapel fixiert werden.
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Anhand eines weiteren, auf die Anmelderin zurückgehenden Verfahrens gemäß der
DE 10 2014 205 479 A1 wird ein Faservorformling für ein zu fertigendes Faserverbundbauteils dadurch gebildet, dass zunächst ein Zuschnitt aus einem Faserwerkstoff bereitgestellt wird, der Zuschnitt entsprechend der Richtung der Belastung des Zuschnitts im Faserverbundbauteils mittels einer automatisierten Handhabungseinrichtung ausgerichtet wird und am Trägerwerkstoff fixiert wird und der Aufbau aus Trägerwerkstoff und fixiertem Zuschnitt für einen Nachfolgeprozess bereitgestellt wird.
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Nach einem anhand der
DE 10 2008 057 462 A1 bekannten Verfahren wird ein Faserverbundwerkstoff zur Bildung einer Feder verwendet, die ähnlich einem mehrfach gefalteten Blatt Papier ausgebildet ist, wobei zu diesem Zweck Prepreg Lagen sinus- oder kosinusförmig wechselweise übereinandergelegt werden und so eine dreidimensionale Struktur entsteht, welche dem gefalteten Blatt Papier entspricht.
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Ausgehend von den vorstehend geschilderten Nachteilen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Faservorformlings für ein zu fertigendes Faserverbundbauteil bereitzustellen, mit dem einerseits der Zeitbedarf für die Herstellung des Faservorformlings verringert wird und andererseits die Komplexität der Faserablage reduziert wird.
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Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Faservorformlings für ein zu fertigendes Faserverbundbauteil, bei dem eine Faseranordnung mittels Direktablage mindestens einer Rovingbahn auf einem Trägerwerkstoff angeordnet wird und sich das Verfahren durch die folgenden Schritte auszeichnet:
- - Bereitstellen eines Abschnitts des Trägerwerkstoff mit mindestens den Abmessungen des herzustellenden Faservorformlings entsprechenden Abmessungen
- - Ablage der mindestens einen Rovingbahn auf dem Trägerwerkstoff mittels eines automatisierten Legekopfes in einer zumindest weitgehend der Last Fahrtrichtung des zu fertigenden Faserverbundbauteils entsprechenden Ablagerichtung in einer sich entlang der Ablage Richtung wiederholenden Wellenform
- - Festlegen der mindestens einen Rovingbahn am Trägerwerkstoff.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Faservorformling für ein zu fertigendes Faserverbundbauteil bereitgestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs handeln kann in der Form beispielsweise einer Domstrebe, die zur Versteifung des Vorbaus der Karosserie eines Personenkraftwagens dienen kann.
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Die Faseranordnung wird dabei mittels Direktablage mindestens einer Rovingbahn auf einem Trägerwerkstoff durchgeführt, wobei es sich bei dem Trägerwerkstoff um ein Faserhalbzeug, beispielsweise um ein Glasgewebe, Glasvlies oder Gelege handeln kann. Die Rovingbahn kann eine Vielzahl von Einzelfasern aus Kohlenstoff aufweisen, es kann sich aber auch um Glasfasern oder Aramidfasern oder Fasern aus einem anderen Werkstoff handeln.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zuerst ein Abschnitt des Trägerwerkstoff bereitgestellt, der solche Abmessungen aufweist, die mindestens den Abmessungen des herzustellenden Faservorformlings entsprechen. In einem nächsten Schritt wird dann mindestens eine Rovingbahn auf dem Trägerwerkstoff mittels eines automatisierten Legekopfes abgelegt und zwar in einer zumindest weitgehend der Lastpfadrichtung des zu fertigenden Faserverbundbauteils entsprechenden Ablagerichtung und zwar in einer sich entlang der Ablagerichtung wiederholenden Wellenform.
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Die Lastpfadrichtung entspricht dabei der lokalen Hauptspannungsrichtung des Abschnitts oder Bereichs des Faserverbundbauteils, der in dem genannten Bereich oder Abschnitt bei dem späteren Einsatz des Faserverbundbauteils auftritt, was auch bedeutet, dass unterschiedliche Abschnitte des Faservorformlings unterschiedliche Ablagerichtungen der abgelegten Rovingbahn bzw. Rovingbahnen aufweisen.
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Durch die Ablage der Rovingbahn in einer sich entlang der Ablagerichtung wiederholenden Wellenform wird erreicht, dass die jeweiligen Wellenberge bzw. Wellentäler der Rovingbahn die äußeren Randbereiche des zu schaffenden Abschnitts des Faservorformlings begrenzen und gleichzeitig der Legekopf mit sehr hoher Fahrgeschwindigkeit von einem Endabschnitt des zu schaffenden Abschnitts bis zum anderen Endabschnitt des zu schaffenden Abschnitts verfahren kann, ohne dass der Legekopf entlang des zu schaffenden Abschnitts an Wendestellen oder Umkehrpunkten abgebremst und wieder beschleunigt werden muss.
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In einem nächsten Schritt wird dann die mindestens eine Rovingbahn am Trägerwerkstoff festgelegt, wobei dies beispielsweise durch einen textilen Nähvorgang stattfinden kann.
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Durch eine Wiederholung der Ablage einer weiteren Rovingbahn oder von weiteren Rovingbahnen an dem zu schaffenden Abschnitt, die zu der bereits abgelegten Rovingbahn versetzt angeordnet wird oder werden, kann ein Abschnitt des Vorformlings geschaffen werden, der ein definiertes Flächengewicht an Verstärkungsfasern aufweist, welches vorab beispielsweise mittels einer Auslegungsrechnung bestimmt wurde. Durch die wiederholte Ablage von versetzt zueinander angeordneten Rovingbahnen, die in einer sich entlang der Ablagerichtung wiederholenden Wellenform auf dem Trägerwerkstoff appliziert werden, wird letztlich ein Abschnitt in der benötigten Breite und in Verlegerichtung der Rovingbahnen benötigten Länge geschaffen, der sich berührende oder kreuzende Kontaktpunkte der einzelnen Rovingbahnen aufweist, die zu einem entsprechend der Auslegungsrechnung bestimmten Flächengewicht der so geschaffenen Lage oder Schicht der Verstärkungsfasern führt.
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Durch die Wiederholung dieses Vorgangs zur Bildung einer weiteren Lage oder Schicht an Verstärkungsfasern auf der bereits gebildeten Lage oder Schicht kann ein Stapel aus Lagen oder Schichten an Verstärkungsfasern gebildet werden, der auch pro Lage oder Schicht unterschiedliche Flächengewichte aufweist und somit ein Abschnitt eines Vorformlings gebildet werden, der den erwarteten Belastungen des Abschnitts des späteren Faserverbundbauteils entspricht.
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Die Erfindung sieht also nach einer Weiterbildung des Verfahrens auch vor, dass nach der Ablage der Rovingbahn mindestens eine zur abgelegten Rovingbahn versetzte Rovingbahn in Wellenform auf dem Trägerwerkstoff abgelegt wird, was zur Bildung der bereits oben angesprochenen Lage oder Schicht an Verstärkungsfasern im jeweiligen Abschnitt des Faservorformlings führt.
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Es ist dabei nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen, dass eine dem zu erreichenden Flächengewicht an Faserwerkstoff entsprechende Zahl von Rovingbahnen auf dem Trägerwerkstoff abgelegt wird, die so gebildete Lage oder Schicht also das anhand der Auslegungsrechnung bestimmte Flächengewicht entsprechend der erwarteten Belastung des späteren Faserverbundbauteils besitzt.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Wellenform einer periodischen Funktion, insbesondere einer Sinusfunktion oder einer zur Sinusfunktion um einen Periodenanteil versetzten Funktion entspricht, die Wellenform kann also einer sinusähnlichen Bahnform oder einer kosinusähnlichen Bahnform entsprechen. Durch eine Wiederholung der Ablage von weiteren Rovingbahnen, die um einen Periodenwinkel relativ zu der oder den bereits verlegten Rovingbahnen in Ablagerichtung versetzt auf dem Trägerwerkstoff appliziert werden, kann eine Lage oder Schicht aus Verstärkungsfasern geschaffen werden, die ein Flächengewicht aufweist, welches in Abhängigkeit des gewählten Periodenwinkels gesteuert werden kann.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass der Versatz zwischen benachbarten Wellenbahnen eine in abgelegene Richtung zueinander versetzte Anordnung von Wellenbergen und/oder Wellentälern der wellenförmig abgelegten Rovingbahnen bildet. Die benachbarten Wellenbahnen und/oder Wellentäler der Rovingbahnen bilden also die äußeren Randbereiche oder Grenzen des jeweiligen Abschnitts des Faservorformlings aus und über eine Steuerung des Versatzes oder des Periodenwinkels der einzelnen Rovingbahnen relativ zueinander kann das Flächengewicht und die Packungsdichte der Lage oder Schicht beeinflusst werden.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Winkellage eines jeweiligen weitgehend geradlinigen Abschnitts der Wellenband zwischen einem Wellental und einem nachfolgenden Wellenberg der Rovingbahn durch die Wellenlänge der Wellenform veränderbar ist. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass der Lagenwinkel der einzelnen Rovingbahn durch eine geeignete Wahl der Wellenlänge der Schwingung oder Wellenform beeinflusst werden kann, also der positive oder negative offaxis Winkel der Rovingbahn beeinflusst werden kann.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass ein in senkrechter Richtung zwischen einander gegenüberliegenden Wellenbergen und Wellentälern bestimmter Abstand durch die Amplitude der Wellenform veränderbar ist. Es kann also auf diese Weise durch eine in Ablagerichtung veränderte Amplitude ein Abschnitt des Vorformlings geschaffen werden, der eine sich in Ablagerichtung verändernde Breite aufweist, also beispielsweise eine Breite besitzt, die in Ablagerichtung zunimmt oder abnimmt oder sich beispielsweise auch wellenförmig verändert.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass sich der Legekopf bei der Ablage von Rovingbahnen in Richtung der bei der Ablage der ersten Rovingbahn bestimmten Ablagerichtung und/oder entgegen der Ablagerichtung bewegt. Der Legekopf bewegt sich also beispielsweise bei der Ablage der ersten Rovingbahn in Wellenform von links nach rechts und bei der Ablage der unmittelbar darauffolgenden zweiten Wellenbahn von rechts nach links, also vom rechten Endabschnitt des zu schaffenden Abschnitts des Faservorformlings vom rechten Endabschnitt der bereits verlegten ersten Rovingbahn in Richtung zum linken Endabschnitt der bereits verlegten Rovingbahn, sodass nach dieser Vorgehensweise Totfahrwege des Legekopfes vermieden werden, da sich der Legekopf jeweils zwischen den Endabschnitten in Wellenform hin und her bewegt und dabei jeweils eine weitere Rovingbahn zur Bildung des zu schaffenden Abschnitts des Faservorformlings auf dem Trägerwerkstoff ablegt.
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Es ist nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen, dass eine erste Rovinganordnung mit mindestens einer Rovingbahn in einer ersten Ablagerichtung gebildet wird und eine zweite Rovinganordnung mit mindestens einer Rovingbahn in einer zur ersten Ablagerichtung unterschiedlichen Ablagerichtung gebildet wird und die erste und zweite Rovinganordnung mit mindestens einer Kontaktstelle zwischen den Rovinganordnungen angeordnet werden.
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Auf diese Weise kann beispielsweise eine erste Rovinganordnung geschaffen werden, die eine Vielzahl von versetzt zueinander angeordnete Rovingbahnen aufweist, auf der dann eine zweite Rovinganordnung appliziert wird, die wiederum eine Vielzahl von versetzt zueinander angeordnete Rovingbahnen aufweist und die erste Rovinganordnung in einem Winkel zur zweiten Rovinganordnung ausgerichtet ist, die zweite Rovinganordnung also die erste Rovinganordnung kreuzt.
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Es ist einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen, dass verschiedene Rovinganordnungen gleiche oder unterschiedliche Flächengewichte pro Rovinganordnung aufweisen, wobei eine jeweilige Rovinganordnung auch aus unterschiedlichen Lagen oder Schichten von versetzt zueinander angeordneten Rovingbahnen bestehen kann, und die einzelnen Lagen oder Schichten jeweils in der Rovinganordnung unterschiedliche Flächengewichte aufweisen.
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Schließlich ist es deiner Weiterbildung der Erfindung auch nur vorgesehen, dass die mindestens eine Rovingbahn oder Rovinganordnung am Trägerwerkstoff mittels eines Nähvorgang festgelegt wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also einerseits erreicht, dass der Legekopf bei der Ablage der jeweiligen Rovingbahn mit hoher Geschwindigkeit vom ersten Endabschnitt zum zweiten Endabschnitt der in Wellenform abgelegten Rovingbahn verfahren werden kann, ohne dass er dazwischen an einer Wendestelle oder einem Umkehrpunkt abgebremst und wieder beschleunigt werden muss, wodurch die Maschinenstundenzahl zur Bildung der einzelnen Abschnitte des Faservorformlings reduziert werden kann.
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Da aufgrund dieser Vorgehensweise bei der Faserdirektablage auch die Zahl der Kontaktstellen der einzelnen Rovingbahnen zueinander verringert wird, wird auch die Komplexität der Faserarchitektur in der Form von vielen Wendestellen und engen Umkehrpunkten verringert und auf diese Weise das Problem beseitigt, dass das später injizierte Matrixharz nicht den kompletten Faseraufbau durchdringen kann und somit wird auch die Gefahr von lokalen Lufteinschlüssen in der Struktur des gefertigten Faserverbundbauteils verringert. Durch die erfindungsgemäße Applikation von Rovingbahnen können auch Abschnitte des Faservorformlings geschaffen werden, die gewünschte Durchbrüche des späteren Faserverbundbauteils von der Faserdirektablage ausnehmen, sodass der Faserwerkstoff, der nach den bekannten Verfahren über die gewünschten Durchbrüche hinweg verlegt wurde, auch nicht mittels eines Schneid- oder Stanzvorgangs aus dem Faserverbundbauteil herausgearbeitet werden muss, wodurch der Verschnitt an Faserwerkstoff verringert wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Rovinganordnung mit einer Vielzahl von Rovingbahnen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelegt worden sind;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer ersten Rovinganordnung sowie einer diese kreuzenden zweiten Rovinganordnung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Rovinganordnung mit zunehmender Breite;
- 4 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Rovinganordnung zur Erläuterung des Lagenwinkels;
- 5 einen Ausschnitt eines Faservorformlings zur Bildung einer Domstrebe mit einer nach einem bekannten Verfahren abgelegten Rovingbahn; und
- 6 einen Ausschnitt des Faservorformlings zur Bildung der Domstrebe mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelegten Rovingbahnen.
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1. Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Rovinganordnung 1 mit einer Vielzahl von Rovingbahnen 2, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelegt worden sind.
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Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, besitzt die Rovinganordnung 1 bei der dargestellten Ausführungsform 14 Rovingbahnen, die in einer sinusähnlichen Wellenform in der mit dem Pfeil 3 bezeichneten Ablagerichtung auf einem in 1 nicht ersichtlichen, aber in 6. Zeichnung schematisch dargestellten Trägerwerkstoff 4 abgelegt worden sind.
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Die Rovingbahnen 2 besitzen dabei einen in Ablagerichtung 3 bestimmten Abstand, der zur Einstellung des vorbestimmten Flächengewichts der Rovinganordnung verändert werden kann. Die Rovingbahnen 2 werden dabei mittels eines nicht näher dargestellten Legekopfes einer automatisierten Handhabungseinrichtung in der Form beispielsweise eines Roboters auf dem Trägerwerkstoff 4 abgelegt, wobei hierzu der Legekopf am in der Zeichnungsebene linken Endabschnitt der Rovinganordnung 1 mit der Ablage der in Klammern gesetzten Rovingbahn (1) beginnt und in Ablagerichtung 3 in der Zeichnungsebene in Richtung nach rechts verfährt und dabei die aus vielen Einzelfasern bestehende Rovingbahn (1) in einer sich in Ablagerichtung 3 wiederholenden Wellenform ablegt und zwar in einer Breite „B“, die der Breite des Abschnitts des Faservorformlings 5 am jeweiligen Abschnitt des Faservorformlings 5 entspricht, wodurch viel Faserwerkstoff eingespart werden kann, da kein Faserwerkstoff verlegt werden muss, der deutlich über die benötigte Breite des Abschnitts des zu fertigenden Faserverbundbauteil hinausgeht.
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Nach der Ablage der Rovingbahn (1) entsprechend der in Ablagerichtung 3 benötigten Länge des Abschnitts des zu fertigenden Faservorformlings 5 wird vom Legekopf die nächste Rovingbahn (2) bei der dargestellten Ausführungsform um einen Periodenwinkel von 2 π /14 versetzt entgegengesetzte Ablagerichtung 8 vom rechten Endabschnitt in Richtung zum linken Endabschnitt abgelegt, sodass sich danach eine Rovinganordnung mit bereits zwei abgelegten Rovingbahnen (1) und (2) ergibt. Sodann wird eine nächste Rovingbahn (3) vom linken Endabschnitt der Rovinganordnung 1 ausgehend vom Legekopf in Ablagerichtung 3 bis zum rechten Endabschnitt der Rovinganordnung abgelegt, gefolgt von der Ablage der dann nächsten Rovingbahn (4) vom rechten Endabschnitt ausgehend in Richtung zum linken Endabschnitt usw., wobei der jeweilige Abstand der Rovingbahnen zueinander einem jeweiligen Periodenwinkel von 2 π /14 entspricht.
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Dadurch, dass der Legekopf während seines gesamten Verfahrwegs in Ablagerichtung 3 oder entgegengesetzt zur Ablagerichtung 3 jeweils nur eine bestimmte Breite „B“ überfahren muss, und dabei jeweils nur von einer gedachten Mittellinie in Längsachsrichtung der Rovinganordnung 1 zwischen einem Wellenberg 6 und einem benachbarten Wellental 7 oszillieren muss, aber entlang seines Verfahrwegs keinen Umkehrpunkt mit einer Änderung seiner Bewegungsrichtung um beispielsweise 180° bewerkstelligen muss, kann der Legekopf in Ablagerichtung 3 oder entgegengesetzt zur Ablagerichtung 3, also in Ablagerichtung 8 mit sehr hoher Fahrgeschwindigkeit operieren und die vorgegebene Bahnkurve daher ausgesprochen schnell abfahren.
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Durch den Entfall von Sprungstellen oder Unstetigkeitsstellen auf der vom Legekopf abzufahrenden Bahnkurve entfällt auch die Notwendigkeit, den Legekopf auf der Bahnkurve vor der Richtungsänderung an einer Sprungstelle oder Unstetigkeitsstellen abzubremsen und danach wieder zu beschleunigen, sodass sich eine kontinuierliche Ablage von Rovingbahnen in Ablagerichtung oder entgegengesetzt zur Ablagerichtung einstellt mit kontinuierlich hoher Fahrgeschwindigkeit des Legekopfes.
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Nach der Ablage der Rovingbahn (14) wiederholt sich das Ablagemuster bei der Ausführungsform nach 1 wieder mit der Rovingbahn (1).
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2 der Zeichnung zeigt eine modifizierte Ausführungsform eines Rovingaufbaus 9 mit einer ersten Rovinganordnung 10 und einer zweiten Rovinganordnung 11, die in einem 90 ° Winkel zur ersten Rovinganordnung 10 verläuft.
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Die erste Rovinganordnung 10 ist dabei nach einem modifizierten Ablagemuster hergestellt worden mit einem höheren Periodenwinkelabstand pro Einzellage zwischen den einzelnen Rovingbahnen, sodass sich ein geringeres Flächengewicht der Rovinganordnung 10 einstellt als dies bei der Rovinganordnung 1 nach 1 der Zeichnung der Fall ist.
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Die im rechten Winkel zur Rovinganordnung 10 verlaufende Rovinganordnung 11 ist ebenfalls nach einem modifizierten Ablagemuster mit höherem Periodenwinkelabstand pro Einzellage hergestellt worden. Im Bereich des Rechtecks 12 weist die erste Rovinganordnung 10 bereits eine Dicke von zwei Einzellagen an Rovingbahnen 2 auf, da sich das Ablagemuster zur Herstellung der Rovinganordnung 10 nach einer Schwingung wiederholt, wie dies durch die in Klammern gesetzte Zahl (1) gezeigt ist. In ähnlicher Weise wiederholt sich das Ablagemuster zur Herstellung der Rovinganordnung 11 nach einer vollständigen Schwingung, wie dies durch die in Klammern gesetzte Zahl (2) gezeigt ist, sodass im Bereich des Rechtecks 12 eine in Richtung aus der Zeichnungsebene heraus bestimmte Lagendicke von vier Einzellagen ergibt. An den Kreuzungsstellen der Rovingbahnen 2 stellen sich jeweils Knotenpunkte 13 ein, an denen also eine Verdoppelung der Lagendicke erreicht wird, sodass sich im Bereich des Rechtecks 12 der angesprochene vierfache Ladendicke einstellt.
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3 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Rovinganordnung 14 mit zunehmender Breite „B“. Die Breite der Rovinganordnung 14 nimmt aufgrund einer Vergrößerung der Schwingungsamplitude der Bahnkurven, nach denen die einzelnen Rovingbahnen abgelegt werden von der Breite B1 zu Breite B2 zu, sodass eine Ausweitung des Querschnitts des so gefertigten Abschnitts des Faservorformlings erreicht wird.
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4 der Zeichnung zeigt eine schematische vergrößerte Darstellung einer Rovinganordnung zur Erläuterung des Lagenwinkels.
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Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, kann der Lagenwinkels der einzelnen Rovingbahnen relativ zur Hauptlastrichtung durch eine Steuerung der Wellenlänge der Schwingung des Legekopfs in Ablagerichtung verändert werden, sodass sich bei der in 4 dargestellten Ausführungsform bei dem geradlinigen Abschnitt der Rovingbahn ein mit dem Pfeil 15 bezeichneter Lagewinkel von +45° einstellt und bei dem geradlinigen Abschnitt der Rovingbahn ein mit dem Fall 16 bezeichneter Lagewinkel von -45° einstellt. Durch die Veränderung der Wellenlänge der Schwingung der Bahnkurve kann der Lagewinkel verändert und an den jeweiligen Belastungsfall angepasst werden.
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5 der Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines Faservorformlings zur Bildung einer Domstrebe mit einer nach einem bekannten Verfahren abgelegten Rovingbahn. Dabei zeigt die innere Randlinie 18 einen inneren Randbereich eines Durchbruchs 19 des zu fertigenden Faserverbundbauteils in Form der Domstrebe und die äußere Randlinie den äußeren Randbereich des Durchbruchs 19.
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Die Linien 20 und 21 zeigen jeweils äußere Randbereiche bzw. Begrenzungslinien der zu fertigenden Domstrebe. Die Linie 22 zeigt die nach dem bekannten Verfahren verlegte Rovingbahn, die eine Vielzahl von Wendestellen 23 aufweist, an denen die Bahnkurve des Legekopfes jeweils eine 180° Kehre aufweist, der Legekopf also im Bereich der Wendestelle 23 sowohl abgebremst als auch wieder beschleunigt werden muss, was die Maschinenstundenzahl bei der Herstellung des Faservorformlings für die Domstrebe deutlich erhöht. Darüber hinaus ist sofort ersichtlich, dass die kontinuierliche Ablage der Rovingbahn 22 über den späteren Durchbruch 19 hindurch zu einem deutlichen Anstieg des Verschnitt an Faserwerkstoff führt, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde.
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6 der Zeichnung hingegen zeigt einen Ausschnitt des Faservorformlings zur Bildung der Domstrebe mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelegten Rovingbahnen. Der Ausschnitt nach 6 weist die gleichen Randbereiche 20, 21 und die gleichen inneren und äußeren Randlinien 17, 18 auf und auch den Durchbruch 19. Der Abschnitt 24 liegt in einem Bereich, der bei der Domstrebe im Betrieb mit Zugspannungen in Längsrichtung des Abschnitts 24 beaufschlagt wird. Die Rovingbahnen im Abschnitt 24 liegen daher in einem Lagenwinkel von +45° und -45° vor und die jeweiligen Wellentäler und Wellenberge in einem Lagenwinkel von 0°, sodass die Rovingbahnen zumindest weitgehend der Lastpfadrichtung des dem Abschnitt 24 der späteren Domstrebe entsprechenden Bereich des Faservorformlings entsprechend abgelegt sind.
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Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt die Rovinganordnung 1 aber nicht über den späteren Durchbruch 19 hindurch verlegt, sondern nur entlang des Abschnitts 24, der einem späteren Bauteilbereich der zu fertigenden Domstrebe entspricht, sodass beispielsweise bereits der nach dem bekannten Verfahren im Bereich des Durchbruchs 19 anfallende Verschnitt an Faserwerkstoff vermieden werden kann. In ähnlicher Weise kann eine Rovinganordnung 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Abschnitt 25 der zu fertigenden Domstrebe zur Bildung eines Faservorformlings bereitgestellt werden, sodass auch ein über die Randbereiche 20 und 21 nach dem bekannten Verfahren anfallender Verschnitt an Faserwerkstoff entfällt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf diese Weise sowohl die Beschleunigung der Ablage an Faserwerkstoff zur Bildung eines Faservorformlings als auch die deutliche Verringerung an Verschnitt hinsichtlich des gewendeten Faserwerkstoffs.
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Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Rovinganordnung
- 2.
- Rovingbahn
- 3.
- Ablagerichtung
- 4.
- Trägerwerkstoff
- 5.
- Faservorformling
- 6.
- Wellenberg
- 7.
- Wellental
- 8.
- Ablagerichtung
- 9.
- Rovingaufbau
- 10.
- Rovinganordnung
- 11.
- Rovinganordnung
- 12.
- Rechteck
- 13.
- Knotenpunkt
- 14.
- Rovinganordnung
- 15.
- Pfeil
- 16.
- Pfeil
- 17.
- äußere Randlinie
- 18.
- innere Randlinie
- 19.
- Durchbruch
- 20.
- Randbereich
- 21.
- Randbereich
- 22.
- Rovingbahn
- 23.
- Wendestelle
- 24.
- Abschnitt
- 25.
- Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014219035 A1 [0006]
- DE 102014205479 A1 [0007]
- DE 102008057462 A1 [0008]
