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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Innenelementen, die mit einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelt sind.
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Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift
US 2010/0047613 A1 ist eine Verbundstrebe bekannt, die eine Reihe von flachen inneren Verbundlagen und zwei abgestufte Einsätze umfasst, die mit einer anderen Reihe von flachen äußeren Verbundlagen überlagert sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 059 933 A1 ist ein Faserverbundbauteil, insbesondere eine Zug/Druck-Strebe bekannt, umfassend: Ein Kernelement, welches zumindest eine konkav ausgebildete Stirnseite aufweist; wobei sich an die zumindest eine konkav ausgebildete Stirnseite des Kernelements eine Durchgangsöffnung anschließt; und wobei jeweils gegenüberliegende Quer- oder Längsseiten des Kernelements und die nicht von dem Kernelement begrenzte Seite der Durchgangsöffnung schlaufenartig von einem Faserverbund-Element umschlossen sind, wobei das Faserverbund-Element ein in einer Richtung senkrecht zu den Quer- oder Längsseiten geflochtenes Faserverbund-Element ist. Die internationale Offenlegungsschrift
WO 01/64570 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Harzverbundbauteils, bei dem beschichtete Fasern zwischen Wendepunkten und vollständig um mindestens einige der Wendepunkte herum geführt werden. Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 008 215 U1 offenbart eine rohrförmige Strebe mit einem gabelförmigen Krafteinleitungselement, wobei Fasern im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements schlaufenförmig um eine entsprechende Bohrung ausgerichtet sind. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2018 210 119 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers mit einer fachwerkartigen Profilstruktur, die aus Verstärkungsfasern gewickelt wird. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2017 221 235 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers mit Kreuzen von Verstärkungsfasern in einem Übergangsbereich zwischen einem Grundkörper und einem Befestigungsabschnitt. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 195 27 197 A1 offenbart ein Werkstück aus einem Faserverbundmaterial, bei dem eine einzige lange Faser beziehungsweise wenige lange Fasern derart über Streben durchlaufend angeordnet ist beziehungsweise sind, dass jede Strebe von mehreren etwa parallelen Abschnitten derselben Faser in Längsrichtung durchsetzt wird. Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 83 20 488 U1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels oder Stößels aus faserverstärktem Werkstoff, bei dem imprägnierte Endlosfasern nacheinander um jeweils zwei im Abstand stehende Dornen gewickelt und anschließend zwischen den Dornen diagonal von einem Dorn zum anderen eine Acht beschreibend gelegt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Herstellen eines Faserverbundbauteils mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Innenelementen, die mit einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelt sind, zu vereinfachen.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Innenelementen, die mit einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelt sind, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein erstes Innenelement um seine Drehachse verdreht wird, um das erste Innenelement mit einem ersten faserverstärkten Kunststoffband zu umwickeln, wobei ein zweites Innenelement um seine Drehachse verdreht wird, um das zweite Innenelement mit einem zweiten faserverstärkten Kunststoffband zu umwickeln, bevor das erste und das zweite Innenelement gemeinsam um eine dritte Drehachse verdreht werden, um das erste und das zweite Innenelement im Wechsel so mit dem ersten und dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband zu umwickeln, dass der Abstand zwischen den Innenelementen mit dem ersten und dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband überbrückt wird. So kann auf einfache Art und Weise ein sehr stabiles Faserverbundbauteil mit zwei voneinander beabstandeten Innenelementen oder Inserts vorteilhaft weitestgehend automatisiert hergestellt werden. Bei den Innenelementen, die auch als Inserts bezeichnet werden können, handelt es sich zum Beispiel um Hülsen, die aus Metall gebildet sind. Die Innenelemente oder Inserts dienen hauptsächlich zur Kraftanleitung in einen Faserverbund des Faserverbundbauteils. Die Innenelemente oder Inserts umfassen vorteilhaft eine zum Beispiel als Durchgangsloch ausgeführte Aufnahme, die bei einer Verwendung des Faserverbundbauteils als Verbindungselement, insbesondere als Lenker, im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, dazu eingerichtet ist, ein Gummilager aufzunehmen. Die Innenelemente können eine nahezu beliebige Gestalt aufweisen. Die Innenelemente können gleich ausgeführt sein. Die Innenelemente können aber auch unterschiedlich ausgeführt sein. Die Innenelemente können gleiche oder unterschiedlich große Durchmesser aufweisen. Wesentlich ist dabei, dass die Innenelemente eine Außenkontur aufweisen, die mit einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelbar ist. Zu diesem Zweck können die Innenelemente rotationssymmetrisch ausgeführt sein. Die Innenelemente können aber auch zum Beispiel die Gestalt eines Polygons aufweisen, dessen Außenflächen vorteilhaft bombiert sind. Bei dem faserverstärkten Kunststoffband handelt es sich zum Beispiel um ein Tape, das aus einem bandförmigen Prepreg-Material, insbesondere einem CFK-Prepreg-Material, gebildet ist. Es ist auch möglich, die Innenelemente mit trockenen Fasern zu umwickeln und am Ende des Herstellvorgangs dann Harz in ein zusätzliches Werkzeug zu injizieren. Die beiden faserverstärkten Kunststoffbänder können aus dem gleichen Material gebildet sein. Bei Bedarf können die beiden faserverstärkten Kunststoffbänder aber auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein und/oder unterschiedliche Fasern umfassen. Zunächst werden die beiden Innenelemente unabhängig voneinander mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern umwickelt. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass ein stabiler Verbund zwischen den beiden Innenelementen und den jeweils zugeordneten faserverstärkten Kunststoffbändern geschaffen wird. Im Anschluss daran werden die bereits mit jeweils einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelten Innenelemente dann gemeinsam mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern im Wechsel umwickelt. Dabei kann zwischen den beiden Innenelementen ein Zwischenelement angeordnet werden. Je nach Ausführung kann das Zwischenelement in dem Faserverbundbauteil verbleiben. Die beiden Innenelemente können beim Wickeln aber auch durch ein geeignetes Werkzeug in einem definierten Abstand relativ zueinander gehalten werden. Nach dem Umwickeln und Aushärten des Prepreg-Materials kann das Werkzeug, insbesondere ein entsprechender Abstandhalter des Werkzeugs, dann entfernt werden.
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Zwischen den Innenelementen kann ein Zwischenelement angeordnet sein, das im Wechsel mit dem ersten und dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband umwickelt ist. Bei dem Zwischenelement handelt es sich zum Beispiel um ein Pultrusionsprofil. Das Zwischenelement wird vorteilhaft zusammen mit den beiden Innenelementen im Wechsel mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern umwickelt. Dadurch wird ein extrem stabiler Verbund zwischen den beiden Innenelementen mit dem Zwischenelement in dem Faserverbundbauteil geschaffen.
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Die Innenelemente können jeweils eine insbesondere rotationssymmetrische Gestalt mit einer Drehachse aufweisen. Die Innenelemente können, wie bereits vorab beschrieben ist, rotationssymmetrisch ausgeführt sein, müssen aber nicht rotationssymmetrisch ausgeführt sein. Die Drehachse fällt zum Beispiel mit einer Längsachse eines Durchgangslochs in dem Innenelement zusammen. Die Drehachse ermöglicht vorteilhaft eine definierte Verdrehung der Innenelemente beim Umwickeln der Innenelemente mit dem jeweils zugeordneten faserverstärkten Kunststoffband. Das faserverstärkte Kunststoffband wird zum Beispiel auf einer Rolle bereitgestellt, von der das faserverstärkte Kunststoffband abgewickelt wird, wenn das jeweilige Innenelement um seine Drehachse verdreht wird. So können die Innenelemente, vorteilhaft in einem geeigneten Werkzeug, automatisch mit dem jeweils zugeordneten faserverstärkten Kunststoffband umwickelt werden.
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Die Innenelemente können jeweils mindestens eine umlaufende Vertiefung aufweisen, die eine axiale Sicherung für die faserverstärkten Kunststoffbänder darstellen. Zur Darstellung der umlaufenden Vertiefung können die Innenelemente, im Längsschnitt betrachtet, zum Beispiel konkav ausgebildet sein. Die Innenelemente können aber auch, im Längsschnitt betrachtet, einen axialen Abschnitt mit einem verringerten Innendurchmesser umfassen, der von zwei Absätzen begrenzt wird. Die umlaufende Vertiefung verhindert vorteilhaft ein axiales Auswandern der Kunststoffbänder beim Wickeln.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkten Kunststoffbänder zwischen den Innenelementen parallel zueinander abgelegt werden. Durch unidirektionale Ausrichtung wird ein stabiles Faserverbundbauteil geschaffen, das sowohl auf Zug als auch auf Druck hohe Belastungen aushält.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkten Kunststoffbänder zwischen den Innenelementen in einem Kreuzverbund abgelegt werden. Beim Ablegen der faserverstärkten Kunststoffbänder können verschiedene Wickelmuster realisiert werden. Je nach zu erwartender Belastung können die faserverstärkten Kunststoffbänder in unterschiedlichen Winkeln relativ zueinander abgelegt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in axialer Richtung übergroß dimensioniertes Faserverbundmaterial nach dem Wickeln quer zur axialen Richtung in mindestens zwei Faserverbundbauteile unterteilt wird. So können mit einem Wickelvorgang vorteilhaft mehrere Faserverbundbauteile hergestellt werden. Das Unterteilen wird mit einem geeigneten Trennwerkzeug durchgeführt.
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Bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Innenelementen, die mit einem faserverstärkten Kunststoffband umwickelt sind, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich durch einen ersten Drehantrieb für das erste Innenelement und einen zweiten Drehantrieb für das zweite Innenelement gelöst, wobei die beiden Drehantriebe an einem Kopplungsträger angebracht sind, der um eine dritte Drehachse drehbar ist, um das erste und das zweite Innenelement mit dem Abstand dazwischen im Wechsel mit dem ersten und dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband zu umwickeln. Der erste Drehantrieb dient dazu, das erste Innenelement so zu verdrehen, dass es mit dem ersten faserverstärkten Kunststoffband umwickelt wird. Der zweite Drehantrieb dient dazu, das zweite Innenelement so zu verdrehen, dass es mit dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband umwickelt wird. Die faserverstärkten Kunststoffbänder werden dabei vorteilhaft von zwei voneinander unabhängigen Rollen abgewickelt. Nachdem die beiden Innenelemente jeweils mit einer gewünschten Anzahl von Lagen des jeweils zugeordneten faserverstärkten Kunststoffbands umwickelt sind, werden die beiden Innenelemente gemeinsam um die dritte Drehachse verdreht. Dabei werden die beiden faserverstärkten Kunststoffbänder von beiden Rollen abgewickelt und im Wechsel abgelegt, um die beiden Innenelemente miteinander zu verbinden. Sobald eine gewünschte Anzahl von Lagen der beiden faserverstärkten Kunststoffbänder abgelegt ist, ist das Faserverbundbauteil fertig, das dann nur noch aushärten muss.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Anpressrolle umfasst, die zur Darstellung einer Spanneinrichtung für die faserverstärkten Kunststoffbänder zwischen den Innenelementen dient. So kann zum einen ein Umschlingungswinkel zwischen den faserverstärkten Kunststoffbändern und den Innenelementen vergrößert werden. Darüber hinaus kann sichergestellt werden, dass die faserverstärkten Kunststoffbänder beim Umwickeln an einem optionalen Zwischenelement zwischen den Innenelementen anliegen.
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Bei dem durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Faserverbundbauteil handelt es sich zum Beispiel um einen Lenker oder um ein Koppelelement, das in einem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs verbaut ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 bis 4 Ausführungsbeispiele eines Faserverbundbauteils mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Innenelementen, die mit faserverstärkten Kunststoffbändern umwickelt sind, jeweils in perspektivischer Darstellung;
- 5 und 6 das Faserverbundbauteil aus 1 am Ende eines Wickelprozesses in verschiedenen Ansichten;
- 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen des Faserverbundbauteils am Beginn eines Wickelvorgangs;
- 8 bis 10 jeweils ein Innenelement des Faserverbundbauteils gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten im Längsschnitt;
- 11 und 12 weitere Ausführungsvarianten von Innenelementen jeweils in einer Draufsicht;
- 13 bis 19 unterschiedliche Ausführungen der Vorrichtung zum Herstellen des Faserverbundbauteils, jeweils in schematischer Darstellung und in verschiedenen Zuständen, um ein Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils zu veranschaulichen; und
- 20 bis 24 schematische Darstellungen von Ausführungsvarianten der Vorrichtung zum Herstellen des Faserverbundbauteils.
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In den 1 bis 4 ist ein Faserverbundbauteil 10 in vier verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils perspektivisch dargestellt. Das Faserverbundbauteil 10 umfasst ein erstes Innenelement 1 und ein zweites Innenelement 2. Die beiden Innenelemente 1, 2 werden auch als Inserts bezeichnet. Die Innenelemente oder Inserts 1, 2 sind zum Beispiel als Hülsen 3, 4 ausgeführt.
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Die Hülsen 3, 4 sind aus Metall gebildet und dienen, wie in den 2 und 4 gezeigt ist, zur Aufnahme von Gummilagern 6, 7. Die Innenelemente 1, 2 mit den Gummilagern 6, 7 dienen zum Beispiel zur Befestigung des Faserverbundbauteils10 an unterschiedlichen Stellen eines Kraftfahrzeugs.
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Bei dem Faserverbundbauteil 10 handelt es sich zum Beispiel um ein Kopplungselement oder einen Lenker zur Montage in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Das Faserverbundbauteil 10 wird mit dem ersten Innenelement 1, zum Beispiel mit Hilfe eines Befestigungsmittels, wie einer Schraube, an einem Radträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Mit dem zweiten Innenelement 2 wird das Faserverbundbauteil 10 dann, vorteilhaft ebenfalls mit einem geeigneten Befestigungsmittel, wie einer Schraube, an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt.
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Die beiden Innenelemente 1, 2 sind in einem definierten Abstand zueinander angeordnet. In den 1 und 2 ist ein Zwischenraum 5 zwischen den beiden Innenelementen 1, 2 leer. In den 3 und 4 ist zwischen den beiden Innenelementen 1, 2 ein Zwischenelement 8 angeordnet.
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Das erste Innenelement 1 ist mit mehreren Lagen eines ersten faserverstärkten Kunststoffbands 11 umwickelt. Das zweite Innenelement 2 ist mit mehreren Lagen eines zweiten faserverstärkten Kunststoffbands 12 umwickelt. Darüber hinaus sind die beiden Innenelemente 1, 2 und der Zwischenraum 5 beziehungsweise das Zwischenelement 8 sowohl mit dem ersten faserverstärkten Kunststoffband 11 als auch mit dem zweiten faserverstärkten Kunststoffband 12 umwickelt.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind die beiden Innenelemente 1, 2 zunächst nur jeweils mit dem ihnen zugeordneten faserverstärkten Kunststoffband 11, 12 umwickelt. Die so umwickelten Innenelemente 1, 2 wiederum sind dann gemeinsam im Wechsel mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 umwickelt.
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Bei den faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 handelt es sich vorzugsweise um Tapes aus einem Prepreg-Material. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kunststoffbänder 11, 12 mit Kohlefasern verstärkt. Das entsprechende Prepreg-Material wird als CFK-Prepreg-Material bezeichnet.
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Die faserverstärkten Kunststoffbänder oder Tapes 11, 12 sind zum Beispiel Streifen aus unidirektionalen Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, die mit einer Matrix, insbesondere einem Epoxidharz, vorimprägniert sind. Die so vorimprägnierten Bänder oder Streifen werden um die Innenelemente 1, 2 gewickelt.
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Nach dem Wickeln wird das gewickelte Bauteil vorzugsweise einer Wärmebehandlung unterzogen, damit das Matrixmaterial, insbesondere das Epoxidharz, mit den darin eingebetteten Fasern aushärtet. Nach dem Aushärten sind die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 fest und stellen eine stabile Verbindung zwischen den Innenelementen 1, 2 dar.
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Der Zwischenraum 5 zwischen den Innenelementen 1 und 2 kann, wie man in den 1 und 2 sieht, freibleiben. In dem Zwischenraum 5 zwischen den Innenelementen 1, 2 kann aber auch das Zwischenteil oder Zwischenelement 8 angeordnet bleiben, wie man in den 3, 4 sieht. Bei dem Zwischenelement, Zwischenteil oder Mittelteil 8 handelt es sich zum Beispiel um ein Pultrusionsprofil.
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In den 5 und 6 ist das Faserverbundbauteil 10 aus 1 am Ende des Wickelvorgangs dargestellt. Oben in den 5 und 6 wurde zuletzt eine Lage des zweiten faserverstärkten Kunststoffbands 12 abgelegt. Unten in den 5 und 6 wurde zuletzt eine Lage des ersten faserverstärkten Kunststoffbands 11 abgelegt. In 6 sind eine erste Drehachse 13 für das erste Innenelement 1 und eine zweite Drehachse 14 für das zweite Innenelement 2 angedeutet.
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In 7 ist schematisch eine Vorrichtung 40 angedeutet, die vorteilhaft zur Herstellung des Faserverbundbauteils genutzt werden kann. Die Vorrichtung 40 umfasst einen Kopplungsträger 17, an welchem zwei Innenelemente 1, 2 drehbar angebracht sind. In seiner Mitte umfasst der Kopplungsträger 17 einen Drehantrieb 18. Mit Hilfe des Drehantriebs 18 ist der Kopplungsträger 17 mit den drehbar daran angebrachten Innenelementen 1, 2 um eine dritte Drehachse 19 drehbar.
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In 7 ist durch einen Pfeil 15 angedeutet, wie das erste faserverstärkte Kunststoffband 11 um das erste Innenelement 1 herumgewickelt wird. Durch einen Pfeil 16 ist angedeutet, wie das zweite faserverstärkte Kunststoffband 12 in mehreren Lagen um das zweite Innenelement 2 herumgewickelt wird. Durch das Umwickeln der Innenelemente 1, 2 mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 wird eine stabile Anbindung an die Innenelemente 1, 2 sichergestellt.
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Sobald genügend Lagen der faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 um die Innenelemente 1 und 2 herumgewickelt sind, kann in einer zweiten Stufe des Wickelvorgangs der Kopplungsträger 17 mit den bereits umwickelten Innenelementen 1, 2 mit Hilfe des Drehantriebs 18 um die dritte Drehachse 19 verdreht werden, um eine Verbindung zwischen den bereits vorumwickelten Innenelementen 1, 2 miteinander herzustellen. Der fortschreitende Wickelprozess ist in den 14 bis 16 veranschaulicht.
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In den 8 bis 10 sind Ausführungsvarianten des Innenelements 1 jeweils im Längsschnitt dargestellt. Das Innenelement 1 in 8 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. In den 9 und 10 ist angedeutet, dass das Innenelement 1 mit einer umlaufenden Vertiefung 20 ausgestattet sein kann. Dadurch wird eine Zentrierung des faserverstärkten Kunststoffbands 11 beim Umwickeln des Innenelements 1 ermöglicht. Des Weiteren wird ein unerwünschtes seitliches Auswandern des faserverstärkten Kunststoffbands 11 beim Wickeln verhindert.
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In den 11 und 12 sind Innenelemente 21, 22 gezeigt, die nicht rotationssymmetrisch sind. Wesentlich ist nur, dass die Innenelemente 21, 22 umwickelbar sind. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Innenelemente 21, 22 um eine Drehachse 13, 14 drehbar sind. Scharfe Kanten können worteilhaft durch Abrunden oder Bombieren entschärft werden.
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In den 13 bis 15 ist die Vorrichtung 40 beim Herstellen des Faserverbundbauteils in verschiedenen Verfahrensschritten gezeigt. Im Unterschied zu 7 ist zwischen den Innenelementen 1 und 2 ein Zwischenelement 23 angeordnet. In 13 sieht man, dass die Innenelemente 1 und 2 zunächst unabhängig voneinander mit dem jeweils zugeordneten faserverstärkten Kunststoffband 11, 12 umwickelt wurden.
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In den 14 und 15 ist durch jeweils einen Pfeil 25 angedeutet, wie das Zwischenprodukt aus 13 in einer zweiten Wickelstufe mit den beiden faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 umwickelt wird. Mit Hilfe einer geeigneten Drehvorrichtung 24 wird der Kopplungsträger 17 mit den beiden Innenelementen 1, 2 um die dritte Drehachse 19 im Uhrzeigersinn verdreht. Dabei werden im Wechsel Lagen der faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 abgelegt.
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Das Zwischenelement 23 dient dabei vorteilhaft zur Druckabstützung der Innenelemente 1, 2 beim Wickeln. Darüber hinaus übt das Zwischenelement 23 die Funktion eines Zwickels im Übergangsbereich aus.
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In 16 ist gezeigt, dass das Faserverbundbauteil mit Hilfe der Vorrichtung 40 auch ohne Zwischenelement umwickelt werden kann.
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In den 17 bis 19 ist gezeigt, dass das Zwischenelement 23 im Unterschied zu den 13 bis 15 auch tailliert ausgeführt sein kann. In 17 ist angedeutet, dass die Innenelemente 1, 2 beim Umwickeln mit den faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 von dem Zwischenelement 23 beabstandet sind. Durch Pfeile 27, 28 sind Kräfte angedeutet, die beim Umwickeln der Innenelemente 1, 2 auf die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 wirken.
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In 18 ist durch Pfeile 29, 30 angedeutet, dass die Innenelemente 1, 2 nach ihrem Umwickeln zur Druckabstützung auf das Zwischenelement 23 zu bewegt werden. Zu diesem Zweck ist der Kopplungsträger 17 der Vorrichtung 40 vorteilhaft verstellbar ausgeführt.
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In 19 ist gezeigt, dass die Vorrichtung 40 auch mit Anpressrollen 31, 32 kombiniert werden kann. Die Anpressrollen 31, 32 dienen zur Darstellung einer Spanneinrichtung 33. Die Spanneinrichtung 33 umfasst eine nur angedeutete Aufhängung mit Federeinrichtungen für die Anpressrollen 31, 32. Durch Doppelpfeile 34, 35 ist in 19 angedeutet, dass die Anpressrollen 31, 32 aufeinander zu bewegt werden können, um die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 in Anlage an dem Zwischenelement 23 zu bringen.
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Durch die Spanneinrichtung 33 mit den Anpressrollen 31, 32 kann eine gewünschte Kompaktierung der Einzellagen beim Umwickeln mit den faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 verbessert werden. Darüber hinaus wird durch eine Kombination aus Spannung und Adhäsion eine stabile Ablage auf einer nach innen gerichteten oder taillierten Kontur ermöglicht.
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In den 20 bis 24 sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 40 schematisch dargestellt. Der Kopplungsträger 17 der Vorrichtung 40 ist in den 20 bis 24 als Rahmen mit drei Drehantrieben 41, 42, 43 ausgeführt. Der Drehantrieb 41 dient dazu, das Innenelement 1 beim Umwickeln mit dem faserverstärkten Kunststoffband 11 zu verdrehen. Der Drehantrieb 42 dient zum Verdrehen des Innenelements 2 beim Umwickeln mit dem faserverstärkten Kunststoffband 12.
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Der Drehantrieb 43 ermöglicht ein Verdrehen des als Rahmen ausgeführten Kopplungsträgers 17 zusammen mit den Innenelementen 1, 2 um die dritte Drehachse 19. Die Drehachsen 13, 14 und 19 verlaufen, wie man in 20 sieht, parallel zueinander. Die Drehachse 19 ist mittig zwischen den Drehachsen 13 und 14 angedeutet.
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Durch einen Doppelpfeil 45 ist in 20 angedeutet, dass der Kopplungsträger 17 verstellbar ausgeführt sein kann, um eine gewünschte Bewegung der Innenelemente 1, 2 aufeinander zu und gegebenenfalls auch voneinander weg zu ermöglichen. Diese Aufeinanderzubewegung der Innenelemente 1 und 2 ist in 18 durch die Pfeile 29 und 30 angedeutet.
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In 20 sind die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 relativ breit ausgeführt. In 21 ist angedeutet, dass die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 auch schmäler ausgeführt sein können.
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Durch einen Doppelpfeil 46 ist in 21 angedeutet, dass eine Rolle mit dem faserverstärkten Kunststoffband 12 auch in 21 nach oben und nach unten verfahrbar sein kann, um das Umwickeln des Innenelements 2 mit dem schmäleren faserverstärkten Kunststoffband 12 zu erleichtern.
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Durch einen Pfeil 47 ist in 21 angedeutet, dass auch der komplette Kopplungsträger 17 der Vorrichtung 40 verfahrbar sein kann, um das Ablegen der Kunststoffbänder 11, 12 zu erleichtern.
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In 22 ist veranschaulicht, dass die faserverstärkten Kunststoffbänder 11, 12 zwischen den Innenelementen 1, 2 auch in einem Kreuzverbund oder Kreuzverband 49 abgelegt werden können. Das Ablegen der Kunststoffbänder 11, 12 im Kreuzverbund 49 wird durch die Verfahrbarkeit 46, 47 erleichtert.
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Der Doppelpfeil 45 in den 20 bis 23 soll darüber hinaus veranschaulichen, dass mit der Vorrichtung 40 auf einfache Art und Weise auch unterschiedlich lange Faserverbundbauteile hergestellt werden können. Mit der Vorrichtung 40 wird ein kostengünstiges Anlagenkonzept bereitgestellt, das ohne zusätzliches Werkzeug und ohne Umspannen auskommt. So können die Herstellkosten wirksam reduziert werden. Darüber hinaus wird eine hohe Variabilität bei der Herstellung der Faserverbundbauteile ermöglicht.
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In 23 ist veranschaulicht, dass zum Umwickeln mit den faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 auch mehrere Spulen verwendet werden können.
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In 24 ist veranschaulicht, dass in dem Werkzeug 40 auch übergroße Innenelemente 51, 52 verwendet werden können, die, zum Beispiel im Kreuzverbund, mit den faserverstärkten Kunststoffbändern 11, 12 umwickelt werden. Daraus ergibt sich ein an sich überdimensioniertes Faserverbundbauteil 50, das anschließend, wie durch gestrichelte Linien 61 bis 64 angedeutet ist, in mehrere kleinere Faserverbundbauteile unterteilt wird.
