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Querverweise auf verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 60/708,558 mit dem Titel "Apparatus,
System, and Method for Filament Wound Lattice Structure Manufacturing"
(Vorrichtung, System und Verfahren zur Herstellung fasergewickelter
Gitterstrukturen), die am 16. August 2005 für David W.
Jensen u. a. eingereicht wurde und auf die hier ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gitterstrukturen
aus Faserverbundwerkstoffen und insbesondere auf die automatisierte
Herstellung von Gitterstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen mit
einer Webekomponente, einer Formgebungskomponente und einer Härtungskomponente.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In
den Bereichen Bauwesen, Maschinenbau und in der Luftfahrt wird unablässig
nach statisch effizienten Strukturen gesucht. Eine Fachwerkstruktur ist
dann effizient, wenn zwischen Festigkeit und Gewicht und/oder Steifigkeit
und Gewicht ein gutes Verhältnis vorliegt. Eine Fachwerkstruktur
kann auch dann als effizient beschrieben werden, wenn sie relativ
kostengünstig ist, sich leicht fertigen und aufbauen lässt
und sparsam im Materialverbrauch ist.
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Moderne
Verbundstrukturen (Kompositstrukturen) wurden in vielen Anwendungsarten
zur Erzeugung statisch effizienter Strukturen eingesetzt. Einige dieser
Verbundstrukturen wurden zur Erzeugung von Strukturelementen eingesetzt,
die eine erhöhte Tragfähigkeit pro Masseeinheit
aufweisen und Mehrfachbelastungen widerstehen können. Ein
Beispiel dieser Kompositstrukturen ist eine Faserverbundstruktur, bei
der eine Vielzahl geradliniger Elemente in einer Gitterstruktur
gebunden ist, wie die IsoTruss-Fachwerkstrukturen.
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Diese
Gitterstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen können ein
ausgezeichnetes Gewicht/Leistungs-Verhältnis in Anwendungen
mit multiplanarer Biege-, Beul-, Axialbelastung sowie kombinierter
Last- und Verwindungsbeanspruchung bieten und sind deshalb sehr
hochwertig. Die Herstellung dieser Strukturen mit bestehenden Verfahren
ist jedoch arbeitsintensiv, zeitaufwändig und kostenintensiv.
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Aus
der vorstehenden Erörterung dürfte deutlich werden,
dass ein Bedarf an einer Vorrichtung, einem System und einem Verfahren
zur Herstellung einer Gitterstruktur aus Faserverbundwerkstoffen
besteht. Vorteilhafterweise würden eine solche Vorrichtung,
ein solches System und ein solches Verfahren den Prozess der Herstellung
von Faserverbundgitterstrukturen automatisieren und die Kosten senken,
die mit den bestehenden Herstellungsverfahren dieser Strukturen
verbunden sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Reaktion auf den gegenwärtigen
Stand der Technik entwickelt und insbesondere in Reaktion auf die
bekannten Probleme und Bedürfnisse, die durch die gegenwärtig verfügbaren
Verfahren zur Herstellung von Gitterstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen
noch nicht vollständig gelöst wurden. Dementsprechend
wurde die vorliegende Erfindung mit dem Ziel entwickelt, eine Vorrichtung,
ein System und ein Verfahren zur Herstellung von Gitterstrukturen
aus Faserverbundwerkstoffen zur Verfügung zu stellen, die
bzw. das viele oder alle der oben dargelegten, aus dem Stand der
Technik bekannten Mängel behebt.
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Die
Vorrichtung zur Herstellung von Gitterstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen
ist mit einer Mehrzahl von Modulen versehen, die zur funktionalen
Ausführung der notwendigen Schritte ausgebildet sind, d.
h. zum Weben einer Faserverbundgitterstruktur, zur Formgebung der
Faserverbundgitterstruktur und zur Überführung
der Faserverbundgitterstruktur von einem Webmechanismus zu einer
Formfixierungsstruktur. Diese Module in den beschriebenen Ausführungsformen
beinhalten einen Webmechanismus, der so gestaltet ist, dass er die
Fasern in einer Gitterstruktur positioniert, eine Formfixierungsstruktur,
die so gestaltet ist, dass sie die Fasern in Gitterstruktur hält,
und eine Überführungseinrichtung, die so gestaltet
ist, dass sie die Fasern vom Webmechanismus an die Formfixierungsstruktur übergibt.
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In
einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung ferner
eine Härtungseinrichtung, die so gestaltet ist, dass sie
an den in der Formfixierungsstruktur festgehaltenen Fasern Harz
härtet. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet
die Vorrichtung ferner eine Harzimprägniereinrichtung,
die so gestaltet ist, dass sie auf die Fasern in der Faserverbundgitterstruktur
Harz aufträgt. In einer weiteren Ausführungsform
beinhaltet die Vorrichtung eine Zieheinrichtung, die so gestaltet
ist, dass sie an die Faserverbundgitterstruktur eine Axialkraft
anlegt.
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Der
Webmechanismus der Vorrichtung umfasst in einer Ausführungsform
eine Vielzahl von Flügelrädern, die so gestaltet
sind, dass sie eine Spule bewegen, die Fasern über die
Fläche des Webmechanismus trägt. In einer weiteren
Ausführungsform werden ein oder mehrere Flügelräder
aus der Vielzahl von Flügelrädern von einem geradverzahnten Stirnrad
an einem oder mehreren angrenzenden Flügelrädern
aus der Vielzahl von Flügelrädern so angetrieben,
dass ein Motor, der an einem Flügelrad aus der Vielzahl
von Flügelrädern angebracht ist, die Vielzahl
von Flügelrädern antreibt. In einer anderen Ausführungsform
werden ein oder mehrere Flügelräder aus dieser
Vielzahl von Flügelrädern durch einen Einzelmotor
angetrieben.
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Der
Webmechanismus der Vorrichtung beinhaltet ferner in einer Ausführungsform
eine oder mehrere Weichen („switches"), die so ausgelegt
sind, dass sie die Spule von einem Flügelrad aus der Vielzahl
von Flügelrädern auf ein angrenzendes Flügelrad
aus der Vielzahl von Flügelrädern umsetzen. Ein oder
mehrere Flügelräder aus der Vielzahl von Flügelrädern
weisen in einer anderen Ausführungsform ferner eine Öffnung
auf, die so gestaltet ist, dass eine Faser die Öffnung
passieren kann. Ein oder mehrere Flügelräder aus
der Vielzahl von Flügelrädern weisen in einer
weiteren Ausführungsform ferner eine Getriebeeinheit auf,
die so ausgelegt ist, dass sie einzeln vom Webmechanismus abgenommen
werden kann.
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Es
wird auch ein erfindungsgemäßes System zur Herstellung
von Faserverbundgitterstrukturen vorgestellt. Das System kann einen
Webmechanismus, eine Formfixierungsstruktur und ein Steuermodul
realisieren. Insbesondere beinhaltet das System in einer Ausführungsform
einen Webmechanismus, der so gestaltet ist, dass er Fasern in einer
Gitterstruktur positioniert, eine Formfixierungsstruktur, die so
ausgelegt ist, dass sie mit einem Befestigungsmechanismus oder mehreren
Befestigungsmechanismen die Fasern in einer Gitterstruktur hält,
und ein Steuermodul, das so ausgelegt ist, dass es den Webmechanismus
steuert und die Positionierung der Fasern in der Gitterstruktur
dirigiert.
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Der
eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen im System können
in einer Ausführungsform ferner einen oder mehrere Haken
beinhalten, die so gestaltet sind, dass sie die Gitterstruktur in einer
gewünschten Konfiguration halten. Der eine oder die mehreren
Befestigungsmechanismen beinhalten in einer anderen Ausführungsform
einen oder mehrere Servomechanismen, die so gestaltet sind, dass
sie die Gitterstruktur in einer gewünschten Konfiguration
halten.
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In
einer Ausführungsform ist die relative Position des einen
oder der mehreren Befestigungsmechanismen variabel, so dass sich
in der vom System hergestellten Faserverbundgitterstruktur eine
Feldlänge verstellen lässt. In einer anderen Ausführungsform
ist die relative Position des einen oder der mehreren Befestigungsmechanismen
variabel, so dass sich in der vom System hergestellten Faserverbundgitterstruktur
ein Durchmesser verstellen lässt.
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Das
System beinhaltet in einer Ausführungsform einen oder mehrere
Befestigungsmechanismen, die sich im Zuge der Herstellung einer
Faserverbundgitterstruktur relativ zum Webmechanismus bewegen, so
dass die Faserverbundgitterstruktur kontinuierlich hergestellt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist die Formfixierungsstruktur
gekrümmt, so dass die vom System produzierte Faserverbundgitterstruktur
gekrümmt ist.
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Es
wird auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer Faserverbundgitterstruktur vorgestellt. Das Verfahren
in den offenbarten Ausführungsformen beinhaltet im Wesentlichen
die notwendigen Schritte für die Ausführung der
oben dargelegten Funktionen in Bezug auf den Betrieb der beschriebenen
Vorrichtung und des beschriebenen Systems. In einer Ausführungsform
beinhaltet das Verfahren die Positionierung von Fasern zur Ausbildung
einer Gitterstruktur mit einem Webmechanismus, die Übergabe
von Fasern in aufgebauter Gitterstruktur an eine Formfixierungsstruktur
und die Erzwingung der Geometrie der aufgebauten Gitterstruktur
in der Formgebungskomponente.
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Das
Verfahren beinhaltet in einer weiteren Ausführungsform
die Härtung von Harz in der erstellten Gitterstruktur.
Das Verfahren kann in einer anderen Ausführungsform das
Spannen der Fasern mit einer Zieheinrichtung beinhalten.
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Verweise
auf Merkmale, Vorteile oder ähnlicher Sprachgebrauch in
der vorliegenden Patentbeschreibung implizieren nicht, dass alle
mit der vorliegenden Erfindung realisierbaren Merkmale und Vorteile
in einer einzelnen Ausführungsform der Erfindung vorhanden
sein müssen oder sind. Sprachliche Verweise auf die Merkmale
und Vorteile bedeuten im Verständnis vielmehr, dass spezielle
Merkmale, Vorteile oder Eigenschaften, die jeweils im Zusammenhang
mit einer Ausführungsform beschrieben werden, in mindestens
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten
sind. Die Erörterung der Merkmale und Vorteile und ähnlicher
Sprachgebrauch in dieser Patentbeschreibung kann, aber muss nicht
notwendigerweise auf ein und dieselbe Ausführungsform verweisen.
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Die
beschriebenen Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung
können außerdem auf beliebige Art in einer oder
mehreren Ausführungsformen kombiniert sein. Ein Fachmann
auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Erfindung ohne eine oder
mehrere spezielle Merkmale oder Vorteile einer besonderen Ausführungsform
praktiziert werden kann. In anderen Fällen können
in einigen Ausführungsformen zusätzliche Merkmale
und Vorteile erkannt werden, die nicht in allen Ausführungsformen der
Erfindung vorhanden sein müssen.
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Diese
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche
umfassender verdeutlicht oder lassen sich der praktischen Anwendung
der Erfindung entnehmen, wie nachfolgend dargelegt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Zum
besseren Verständnis der Vorteile der Erfindung erfolgt
nunmehr eine speziellere Beschreibung der oben kurz beschriebenen
Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen, die
in den beigefügten Zeichnungen illustriert werden. Unter
der Maßgabe, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen
der Erfindung darstellen und deshalb als nicht einschränkend
für den Schutzumfang der Erfindung zu betrachten sind,
wird die Erfindung nunmehr unter Zuhilfenahme der Begleitzeichnungen
mit zusätzlicher Spezifizität und Detailgenauigkeit
beschrieben und erläutert, wobei gilt:
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1 ist
ein schematisches Blockschaltbild und illustriert eine Ausführungsform
eines Systems zur Herstellung einer Faserverbundgitterstruktur gemäß vorliegender
Erfindung;
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2 ist
eine Seitenansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundgitterstruktur
gemäß vorliegender Erfindung;
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3.
ist eine Vorderansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Webmechanismus-Vorrichtung;
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4 ist
eine Vorderansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Webmechanismus-Vorrichtung;
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5 ist
eine Seitenschnittansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit-Vorrichtung;
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6 ist
eine Seitenansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Spulenträger-Vorrichtung;
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7 ist
eine Seitenansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Formfixierungsstruktur-Vorrichtung;
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8 ist
eine Seitenansicht und illustriert eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Überführungseinrichtungs-Vorrichtung;
und
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9 ist
ein schematisches Fließbild und illustriert eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
einer Faserverbundgitterstruktur.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Viele
der in dieser Patentbeschreibung dargelegten Funktionseinheiten
wurden als Module bezeichnet, wodurch ihre Unabhängigkeit
bei der Realisierung besonders herausgestellt wird. Beispielsweise
kann ein Modul als Anordnung einer oder mehrerer mechanischer Komponenten,
eine Hardware-Schaltung mit kundenspezifischen VLSI-Schaltungen
oder Gatterfeldern, handelsübliche Halbleiter wie Logikchips,
Transistoren oder andere Einzelkomponente realisiert werden. Ein
Modul kann auch in programmierbaren Hardware-Geräten wie
feldprogrammierbaren Gate-Arrays, programmierbarer Array-Logik,
programmierbaren Logikgeräten oder dergleichen realisiert
werden.
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Module
können auch in einer Software zur Ausführung durch
verschiedene Arten von Prozessoren realisiert werden. Ein identifiziertes
Modul mit ausführbarem Code kann beispielsweise einen oder mehrere
physische oder logische Blöcke von Computeranweisungen
enthalten, die beispielsweise als ein Objekt, eine Prozedur oder
eine Funktion organisiert sind. Dabei müssen jedoch die
ausführbaren Elemente eines identifizierten Moduls körperlich
nicht zusammen angeordnet sein, sondern können disparate,
an verschiedenen Standorten abgelegte Anweisungen umfassen, die
bei logischer Zusammenlegung das Modul ergeben und den erklärten
Zweck für das Modul erzielen.
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In
der Realität kann ein Modul mit ausführbarem Code
eine Einzelanweisung oder viele Anweisungen sein und kann auch über
mehrere unterschiedliche Codesegmente, auf unterschiedliche Programme
und über mehrere Speichergeräte verteilt sein.
Gleicherweise können Betriebsdaten hier innerhalb von Modulen
identifiziert und dargestellt sein und in jeder geeigneten Form
verwirklicht sein und innerhalb jeder geeigneten Art von Datenstruktur organisiert
sein. Die Betriebsdaten können als Einzeldatensatz erfasst
sein oder auf unterschiedliche Standorte, darunter auch auf unterschiedliche
Speichergeräte, verteilt sein und können, zumindest
teilweise, als bloße elektronische Signale in einem System
oder Netz existieren.
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In
der gesamten vorliegenden Patentbeschreibung bedeutet eine Formulierung
wie „eine Ausführungsform" oder ähnlicher
Sprachgebrauch, dass besondere einzelne Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften,
die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben
werden, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung
enthalten sind. Wenn also die Formulierung „in einer Ausführungsform"
und ähnlicher Sprachgebrauch in der vorliegenden Patentbeschreibung
auftritt, so kann diese Formulierung sich auf ein und dieselbe Ausführungsform
beziehen, muss dies aber nicht.
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Die
Bezugnahme auf ein signaltragendes Medium kann jegliche Form annehmen,
die in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen, die Erzeugung eines
Signals zu bewirken oder die Ausführung eines Programms
mit maschinenlesbaren Anweisungen auf einem digitalen Verarbeitungsgerät
zu veranlassen. Ein signaltragendes Medium kann durch eine Übertragungsleitung,
eine Compactdisk (CD), eine Digitalvideodisk (DVD), ein Magnetband,
ein Bernoulli-Laufwerk, eine Magnetdisk, eine Lochkarte, einen Flash-Speicher,
integrierte Schaltkreise oder ein anderes Speichergerät
eines digitalen Verarbeitungsgerätes verwirklicht werden.
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Die
beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften der Erfindung
können ferner in geeigneter Weise in einer oder mehreren
Ausführungsformen kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung
werden zahlreiche spezifische Details vorgestellt, wie Beispiele
von Programmierungen, Software-Modulen, Nutzerauswahlhandlungen, Netztransaktionen,
Datenbankabfragen, Datenbankstrukturen, Hardware-Modulen, Hardware-Schaltungen,
Hardware-Chips usw., um ein tiefgehendes Verständnis für
Ausführungsformen der Erfindung zu gewährleisten.
Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die praktische Ausführung
der Erfindung ohne eine oder mehrere dieser spezifischen Details
bzw. mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. möglich
ist. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Strukturen,
Materialen oder Operationen nicht im Detail dargestellt oder beschrieben,
um nicht von Aspekten der Erfindung abzulenken.
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Grundlegende
Merkmale der Herstellung einer komplexen Verbundstruktur sind in
der US-Patentveröffentlichung Nr.
US2004/0247866A1 vom
9. Dezember 2004 beschrieben, auf die im vorliegenden Dokument ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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1 illustriert
ein System 100 zur Herstellung einer Gitterstruktur. Das
System 100 kann in einer Ausführungsform eine
Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102, einen Webmechanismus 104, eine Überführungseinrichtung 106,
eine Formfixierungsstruktur 108, eine Harzimprägniereinrichtung 110,
eine Härtungseinrichtung 112, eine Zieheinrichtung 114 und
ein Steuermodul 116 umfassen. Das System 100 stellt
eine Gitterstruktur aus Fasern her.
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Die
Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102 umfasst in einer
Ausführungsform einen Webmechanismus 104, eine Überführungseinrichtung 106, eine
Formfixierungsstruktur 108, eine Harzimprägniereinrichtung 110,
eine Härtungseinrichtung 112 und eine Zieheinrichtung 114.
Der Webmechanismus 104 weist einer Vielzahl von Fasern
die relative Position zur Ausbildung der Gitterstruktur zu. In einer Ausführungsform
kann der Webmechanismus 104 eine Vielzahl von Fasern verweben.
In einer anderen Ausführungsform kann der Webmechanismus 104 eine
Vielzahl von Fasern flechten. In einer weiteren Ausführungsform
kann der Webmechanismus 104 eine oder mehrere Fasern um
eine oder mehrere Fasern wickeln.
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Wie
für den Fachmann deutlich wird, ist davon auszugehen, dass
im Geltungsbereich der Erfindung eine Vielzahl von Konfigurationen
des Webmechanismus 104 in Betracht zu ziehen ist. Beispielsweise
kann der Webmechanismus 104 in einer Ausführungsform
Fasern an den Verbindungsstellen einer Gitterstruktur verweben,
die fester und haltbarer sind als unverwobene Verbindungsstellen.
In einer anderen Ausführungsform kann der Webmechanismus 104 Fasern
um die geradlinigen Elemente der Gitterstruktur wickeln, um die
Faserverfestigung zu unterstützen. In einer weiteren Ausführungsform kann
der Webmechanismus 104 in der Lage sein, Fasern in Mehrfachgitterkonfiguration,
wie IsoTruss-Fachwerke, rechtwinklige Fachwerkstrukturen, flache
Gitterstrukturtafeln und dergleichen anzuordnen.
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In
einer Ausführungsform führt die Überführungseinrichtung 106 Fasern
vom Webmechanismus 104 auf die Formfixierungsstruktur 108.
Die Überführungseinrichtung 106 kann
Haken, Spangen, Führungen oder dergleichen umfassen. Die Überführungseinrichtung 106 sorgt
dafür, dass die Fasern in eine korrekte Geometrie überführt
werden.
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Die
Formfixierungsstruktur 108 übernimmt in einer
Ausführungsform Fasern von der Überführungseinrichtung 106 und
hält die Fasern in der der Gitterstruktur entsprechenden
Form. Die Formfixierungsstruktur 108 erzwingt die Geometrie
der Gitterstruktur und behält die Geometrie bis zur Aushärtung der
Struktur bei. Die Formfixierungsstruktur 108 kann so gestaltet
sein, dass sie während der Ausbildung der Gitterstruktur
kontinuierlich arbeitet, fertig ausgehärtete Teilabschnitte
der Struktur freigibt und zusätzliche ungehärtete
Teilabschnitte der Gitterstruktur von der Überführungseinrichtung 106 entgegennimmt.
In einer Ausführungsform kann die Formfixierungsstruktur 108 Haken,
Spangen, Greifer oder dergleichen umfassen, die in einem Rahmen
gehalten und an der Gitterstruktur angebracht werden.
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Ein
Fachmann wird erkennen, dass im Geltungsbereich der Erfindung eine
Vielzahl von Konfigurationen der Formfixierungsstruktur 108 in
Betracht zu ziehen ist. In einer Ausführungsform kann die
Formfixierungsstruktur 108 beispielsweise einen Dorn aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Formfixierungsstruktur 108 eine
integrale Überführungseinrichtung 106 beinhalten.
In einer anderen Ausführungsform kann die Formfixierungsstruktur 108 Roboterarme
aufweisen, die die Geometrie der Gitterstruktur erzwingen. In einer
weiteren Ausführungsform kann die Formfixierungsstruktur 108 einen
Rahmen veränderlicher Geometrie aufweisen, so dass die
Gitterstruktur gekrümmt werden kann.
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Die
Harzimprägniereinrichtung 110 trägt Harz
auf die Fasern in der Gitterstruktur auf. Das Harz wird später
gehärtet und hält in seiner Matrix-Funktion die
Fasern in ihrer Position. In einer Ausführungsform sprüht
die Harzimprägniereinrichtung 110 Harz auf Fasern,
die in der Formfixierungsstruktur 108 gehalten werden.
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In
einer anderen Ausführungsform trägt die Harzimprägniereinrichtung 110 Harz
auf Fasern auf, die sich im Webmechanismus 104 befinden.
In einer weiteren Ausführungsform trägt die Harzimprägniereinrichtung
Harz auf Fasern auf, die sich in der Überführungseinrichtung 106 befinden.
In einer anderen Ausführungsform werden die Fasern mit
Harz vorimprägniert (Prepreg) und ist die Harzimprägniereinrichtung 110 nicht
enthalten.
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Die
Härtungseinrichtung 112 härtet in einer Ausführungsform
das Harz in der von der Formfixierungsstruktur 108 gehaltenen
Gitterstruktur. Die Härtungseinrichtung 112 kann
das Harz in der Gitterstruktur kontinuierlich härten, während
die Gitterstruktur erstellt wird. In einer Ausführungsform
kann die Härtungseinrichtung 112 eine Vorrichtung
zur Warmhärtung beinhalten.
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Wie
vom Fachmann zu erkennen, kann eine Vielzahl von Arten und Konfigurationen
der Härtungseinrichtung 112 realisiert werden,
ohne dass vom Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abgewichen
wird. In einer Ausführungsform kann die Härtungseinrichtung 112 eine
Vorrichtung zur Mikrowellenhärtung verwenden. In einer
anderen Ausführungsform kann die Härtungseinrichtung 112 eine Vorrichtung
zur Härtung mit ultraviolettem Licht (UV-Härtung)
verwenden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Härtungseinrichtung 112 das Harz
in der Gitterstruktur vollständig aushärten. In
einer anderen Ausführungsform kann die Härtungseinrichtung 112 die
Außenlage der Gitterstruktur härten, um die Geometrie
der Struktur aufrechtzuerhalten.
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Die
Zieheinrichtung 114 legt in einer Ausführungsform
eine Axialkraft an die Gitterstruktur an. Die Axialkraft kann durch
die Gitterstruktur auf die Fasern im Webmechanismus 104 übertragen
werden. Die von der Zieheinrichtung 114 erzeugte Axialkraft
zieht die Gitterstruktur aus der Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102 im
Zuge der Erstellung der Struktur fortschreitend heraus und hält
während der Erstellung der Gitterstruktur die richtige
Faserspannung. In einer Ausführung umfasst die Zieheinrichtung 114 eine
motorisch betriebene Winde mit einem an der Gitterstruktur befestigten
Seil.
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Ein
Fachmann wird erkennen, dass eine Vielzahl von Typen und Konfigurationen
der Zieheinrichtung 114 realisiert werden kann, ohne dass
vom Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Zieheinrichtung 114 beispielsweise
ein Gewicht, das an einem an der Gitterstruktur befestigten Seil befestigt
ist. Die Zieheinrichtung 114 beinhaltet in einer anderen
Ausführungsform eine Zugspannung, die von der an der Gitterstruktur
angelegten Formfixierungsstruktur 108 angelegt wird.
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Das
Steuermodul 116 gewährleistet in einer Ausführungsform
die Ansteuerung der verschiedenen Komponenten der Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102.
Das Steuermodul 116 kann ein Rechengerät umfassen,
das innerhalb von Softwarecode so ausgebildet ist, dass es die Bewegung
und Aktionen des Webmechanismus 104, der Überführungseinrichtung 106,
der Formfixierungsstruktur 108, der Harzimprägniereinrichtung 110,
der Härtungseinrichtung 112 und/oder der Zieheinrichtung 114 steuert.
In einer Ausführungsform kann das Steuermodul 116 so
konfiguriert sein, dass einem Nutzer die Möglichkeit gegeben
wird, die Geometrie einer Gitterstruktur auszuwählen oder
zu gestalten, die Komponenten der Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102 für
die Erstellung dieser Struktur einzustellen und die Aktion der Komponenten
der Gitterstruktur-Herstellungseinrichtung 102 im Zuge
der Erzeugung der gewünschten Struktur zu steuern.
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2 zeigt
eine Ausführungsform als Seitenansicht einer Vorrichtung 200 zur
Herstellung einer Faserverbundgitterstruktur. Die Vorrichtung 200 kann
einen Webmechanismus 104, eine Überführungseinrichtung 106,
eine Formfixierungsstruktur 108, eine Härtungseinrichtung 112 und
eine Zieheinrichtung 114 umfassen. Ebenso dargestellt sind
eine Vielzahl von Fasern 202 und eine Gitterstruktur 204. Die
Vorrichtung 200 stellt aus Fasern eine Gitterstruktur her.
Der Webmechanismus 104, die Überführungseinrichtung 106,
die Formfixierungsstruktur 108, die Härtungseinrichtung 112 und
die Zieheinrichtung 114 ähneln in ihrer Funktion
den gleicherweise nummerierten Elementen, die oben in Bezug auf 1 erörtert
wurden.
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Die
Vielzahl von Fasern 202 umfasst in einer Ausführungsform
Fasern, die von der Vorrichtung 200 in eine Gitterstruktur
geformt werden. Die Fasern 202 können jegliche
Faser sein, die zur Herstellung von Verbundstrukturen verwendet
wird, wie Carbonfaser, Aramidfaser, Glasfaser oder dergleichen.
In einer Ausführungsform werden die Fasern 202 vor
Einlauf in die Vorrichtung 200 mit Harz imprägniert.
In einer anderen Ausführungsform werden die Fasern 202 vor
Einlauf in die Vorrichtung 200 nicht mit Harz imprägniert.
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Die
Gitterstruktur 204 wird durch die Vorrichtung 200 aus
der Vielzahl von Fasern 202 gebildet. In einer Ausführungsform
kann die Gitterstruktur 204 eine IsoTruss-Fachwerkstruktur
sein. In einer anderen Ausführung kann die Gitterstruktur 204 ein
Gitterstrukturfachwerk mit rechtwinkligem Querschnitt sein. In einer
weiteren Ausführungsform kann die Gitterstruktur 204 eine
flache Gitterstrukturtafel sein. In einer anderen Ausführungsform
kann die Gitterstruktur 204 eine gekrümmte Gitterstruktur
sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Gitterstruktur 204 eine
konische Gitterstruktur sein.
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3 zeigt
eine Frontansicht einer Ausführungsform eines Webmechanismus 300.
Der Webmechanismus 300 umfasst eine Vielzahl von Flügelrädern 302 und
einen oder mehrere Spulenträger 304. Der Webmechanismus 300 transportiert
den einen oder die mehreren Spulenträger 304 auf
einem Pfad quer über die Fläche des Webmechanismus 300 und
positioniert so die Fasern in einer Gitterstruktur.
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Wie
für den Fachmann deutlich wird, ist davon auszugehen, dass
Abänderungen des Webmechanismus 300, die jegliche
Anzahl von Hornflügeln 302 beinhalten und in beliebiger
Form angeordnet sind, dem Umfang und Wesen der Erfindung mit zuzurechnen
sind. 3 zeigt einen Webmechanismus 300, der
16 Flügelräder 302 enthält,
die in einem quadratischen Feld angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform
kann der Webmechanismus 300 hunderte von Flügelrädern 302 enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform können die Flügelräder 302 quer über
der Fläche des Webmechanismus 300 in einem Kreis
angeordnet sein.
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In
einer Ausführungsform beinhaltet jedes Flügelrad 302 aus
der Vielzahl von Flügelrädern 302 einen
oder mehrere Einschnitte 306, eine Öffnung 308 und
eine Rotationsachse 310. Jedes Flügelrad 302 dreht
sich um die eigene Rotationsachse 310 und kann in einem
Einschnitt 306 einen Spulenträger 304 tragen.
Ein Flügelrad 302 kann einen Spulenträger 304 an
ein benachbartes Flügelrad 302 übergeben.
Die Übergabe eines Spulenträgers 304 kann
in Abhängigkeit von der entsprechenden Ausrichtung der
Einschnitte 306 der beiden Flügelräder 302 und der
Ansteuerung einer (nicht dargestellten) Weiche erfolgen. Durch diese
Umsetzungen kann ein Spulenträger 304 einen Weg über
die Oberfläche des Webmechanismus 300 zurücklegen.
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Die
Vielzahl von Flügelrädern 302 kann zahnradmäßig
so angetrieben sein, dass sich jedes Flügelrad 302 mit
der gleichen Drehzahl wie jedes benachbarte Flügelrad 302,
aber gegenläufig dreht. In einer anderen Ausführungsform
wird die Rotation eines jeden Flügelrades 302 einzeln
angesteuert. Die Vielzahl von Flügelrädern 302 kann
von einem oder mehreren Motoren angetrieben werden.
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Jedes
Flügelrad 302 aus der Vielzahl von Flügelrädern 302 kann
an der Rotationsachse 310 eine Öffnung 308 beinhalten.
Eine oder mehrere Fasern können durch die Öffnung 308 verlaufen
und in die Gitterstruktur eingebaut werden. In einer Ausführungsform
bilden die durch eine Öffnung 308 gehenden Fasern
die Längselemente der Gitterstruktur. Die durch eine Öffnung 308 gehenden
Fasern können durch das Fortschreiten der Gitterstruktur
durch die Öffnung 308 gezogen werden.
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Der
eine oder die mehreren Spulenträger 304 können
in einer Ausführungsform beim Überqueren des Webmechanismus 300 jeweils
eine Faserspule tragen. Durch die Bewegung der Spulenträger 304 und
das Fortschreiten der Gitterstruktur kann Faser von den Spulen abgezogen
und in einer Gitterstruktur angeordnet werden. Im Zuge der Bewegung der
Spulenträger 304 über den Webmechanismus 300 können
Fasern geflochten, gewoben und/oder umeinander gewunden werden.
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4 zeigt
eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Webmechanismus 400.
Der Webmechanismus 400 beinhaltet eine Vielzahl von Flügelrädern 302,
einen oder mehrere Spulenträger 304 und eine oder
mehrere Weichen 402. Der Webmechanismus 400 transportiert
den einen oder die mehreren Spulenträger 304 auf
einem Weg quer über die Fläche des Webmechanismus 400 und
positioniert so die Fasern in einer Gitterstruktur.
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Die
Vielzahl von Flügelrädern 302 und der eine
oder die mehreren Spulenträger 304 sind in einer
Ausführungsform vorzugsweise ähnlich konfiguriert
wie die gleichweise nummerierten Komponenten, die in Bezug auf 3 oben
beschrieben wurden. Die eine oder mehreren Weichen 402 steuern die
Umsetzung der Spulenträger 304 zwischen Flügelrädern 302.
In einer Ausführungsform sind die Weichen 402 an
der Schnittstelle zwischen den Flügelrädern 302 angeordnet.
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Die
eine oder mehreren Weichen 402 beinhalten in einer Ausführungsform
eine Führung mit veränderlicher Geometrie, die
zwischen einem Umschaltungszustand und einem Weiterschaltungszustand
umgestellt wird. Ein Spulenträger 304, der durch
eine Weiche 402 geht, die sich in Umschaltstellung befindet,
wird an das benachbarte Flügelrad 302 übergeben.
Ein Spulenträger 304, der durch eine Weiche 402 geht,
die sich in Weiterschaltstellung befindet, verbleibt auf seinem
aktuellen Flügelrad 302.
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Die
einen oder mehreren Weichen 402 können durch einen
Magneten zwischen einem Umschaltungszustand und einem Weiterschaltungszustand
hin und her geschaltet werden. In einer anderen Ausführungsform
kann die Schaltung der einen oder mehreren Weichen 402 durch
einen Motor erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform
können die einen oder mehreren Weichen 402 pneumatisch
geschaltet werden.
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5 zeigt
eine Seitenquerschnittsansicht einer Ausführungsform einer
Getriebeeinheit 500. Die Getriebeeinheit 500 umfasst
ein Flügelrad 302, eine Webmechanismusfläche 502,
eine Achse 504 und ein Antriebsrad 506. Die Getriebeeinheit 500 steuert
die Rotation des Flügelrades 302 in einem Webmechanismus.
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In
einer Ausführungsform beinhaltet das Flügelrad 302 eine Öffnung 308 und
eine Rotationsachse 310. Flügelrad 302, Öffnung 308 und
Rotationsachse 310 sind vorzugsweise ähnlich den
gleich nummerierten Komponenten konfiguriert, die oben in Bezug
auf 3 beschrieben wurden. Das Flügelrad 302 dreht
sich um Rotationsachse 310 und kann einen oder mehrere
Spulenträger 304 quer über den Webmechanismus 300 tragen.
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Die
Webmechanismusfläche 502 stellt in einer Ausführungsform
eine Gleitfläche für den Spulenträger
bereit. In einer Ausführungsform ist die Webmechanismusfläche 502 in
Abschnitte unterteilt, so dass jede Getriebeeinheit 500 zur
Wartung und Instandsetzung herausgenommen werden kann. Die Getriebeeinheit 500 kann
zum Herausnehmen in Richtung Flügelrad 302 verschoben
werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Getriebeeinheit 500 zum
Herausnehmen in Richtung Antriebsrad 506 verschoben werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die segmentierte
Webmechanismusfläche 502 mit einem Befestigungsmittel
an den angrenzenden Webmechanismusflächen 502 abnehmbar
angebracht sein.
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Die
Achse 504 kann in einer Ausführungsform am Flügelrad 302 befestigt
sein und eine gemeinsame Rotationsachse 310 mit dem Flügelrad 302 besitzen.
Die Achse 504 überträgt die Bewegung vom
Antriebsrad 506 auf das Flügelrad 302.
In einer anderen Ausführungsform ist die Achse 504 hohl
und weist eine Öffnung 308 auf. Durch diese Öffnung 308 kann
Fasermaterial verlaufen, das zur Bildung einer Gitterstruktur verwendet
wird. Die Achse 504 kann aus jeglichem Werkstoff hergestellt
werden, der fest und steif genug ist, um Kraft vom Antriebsrad 506 auf das
Flügelrad 302 zu übertragen, wie Stahl,
Aluminium, Legierungen, Kunststoff, Verbundwerkstoffe oder dergleichen.
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Das
Antriebsrad 506 kann in einer Ausführungsform
an der Achse 504 angebracht sein und eine gemeinsame Rotationsachse
mit der Achse 504 und dem Flügelrad 302 aufweisen.
Das Antriebsrad 506 kann ein geradverzahntes Stirnrad sein,
das in angrenzende Antriebsräder 506 angrenzender
Getriebeeinheiten 500 eingreift. Das Antriebsrad 506 kann
durch ein angrenzendes Antriebsrad 506 angetrieben werden.
Das Antriebsrad 506 kann ein angrenzendes Antriebsrad 506 antreiben.
Das Antriebsrad 506 überträgt eine Drehbewegung
auf die Achse 504 zum Antreiben des Flügelrades 302.
Das Antriebsrad 506 kann aus einem Material gefertigt sein,
das ausreichend fest, steif und dauerhaft ist, um eine Drehbewegung
zu übertragen, wie Stahl, Aluminium, Legierungen, Kunststoff,
Verbundwerkstoffe oder dergleichen.
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Wie
der Fachmann erkennen wird, kann eine Vielzahl von Konfigurationen
des Antriebsrades 506 eingesetzt werden, ohne dass vom
Umfang und Wesen der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann
das Antriebsrad 506 in einer Ausführungsform durch
einen Motor unabhängig angetrieben werden. In einer anderen
Ausführungsform kann das Antriebsrad 506 durch
einen Riemen angetrieben werden.
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6 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Spulenträgers 600.
Der Spulenträger 600 umfasst eine Spule 602,
eine Flügelradschnittstelle 604 und eine Bahnführung 606.
Der Spulenträger 600 wird von einem Flügelrad 302 quer über
eine Webmechanismusfläche 502 transportiert und
trägt eine Faserspule, während Fasermaterial von
der Spule 602 zur Herstellung der Gitterstruktur abgezogen
wird.
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In
einer Ausführungsform ist um die Spule 602 ein
einzelner Faserstrang gewickelt, der von der Spule 602 abgezogen
wird. Die Spule 602 kann vom Spulenträger abnehmbar
sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Spule 602 integraler
Bestandteil des Spulenträgers 600. In einer weiteren
Ausführungsform trägt die Spule 602 mehr
als einen Faserstrang.
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Die
Flügelradschnittstelle 604 hat in einer Ausführungsform
eine Form, die auf die Einschnitte am Flügelrad 302 im
Webmechanismus abgestimmt ist. Die Flügelradschnittstelle 604 gewährleistet
den sicheren Sitz des Spulenträgers 600 in einem
Flügelrad 302 während der Bewegung des
Spulenträgers 600. In einer Ausführungsform
kann die Flügelradschnittstelle 604 einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, der im Einschnitt eines Flügelrades 302 eine beliebige
Rotationsausrichtung ermöglicht. In einer anderen Ausführungsform
kann die Flügelradschnittstelle 604 einen profilierten
Querschnitt aufweisen, der im Einschnitt eines Flügelrades 302 spezifische Rotationsausrichtungen
ermöglicht.
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Die
Bahnführung 606 besitzt in einer Ausführungsform
eine Schnittstelle mit einer Bahn auf der Webmechanismusfläche 502 und
führt die Bewegung des Spulenträgers 600.
Zur Steuerung der Umsetzung des Spulenrades zwischen Flügelrädern kann
die Bahnführung 606 in Wechselwirkung mit einer
Weiche treten.
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7 illustriert
eine Ausführungsform einer Formfixierungsstruktur 700.
Die Formfixierungsstruktur 700 umfasst einen Rahmen 702 und
einen oder mehrere Befestigungsmechanismen 704. Die Formfixierungsstruktur 700 erzwingt
die Geometrie einer härtenden Gitterstruktur 700.
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In
einer Ausführungsform kann der Rahmen 702 eine
Grundfläche für den einen oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 bereitstellen.
Der Rahmen 702 kann während der Erstellung der
Gitterstruktur 706 stationär bleiben und dem einen
oder den mehreren Befestigungsmechanismen 704 ein Mitfahren
mit der Gitterstruktur 706 ermöglichen. In einer
alternativen Ausführungsform kann der Rahmen 702 im
Zuge der Gitterstrukturerstellung mit der Gitterstruktur 706 mitlaufen.
In einer Ausführungsform kann der Rahmen 702 eine
oder mehrere Schienen beinhalten, die rings um die Gitterstruktur 706 angeordnet
sind.
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Wie
für den Fachmann deutlich, kann eine Vielzahl von Typen
und Konfigurationen von Rahmen 702 realisiert werden, ohne
dass vom Umfang und Wesen der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise
kann der Rahmen 702 in einer Ausführungsform einen
oder mehrere Ringe aufweisen, die die Gitterstruktur 706 umgeben.
In einer anderen Ausführungsform kann der Rahmen 702 eine
oder mehrere Bahnen aufweisen, die rings um die Gitterstruktur 706 angeordnet
sind. In einer anderen Ausführungsform kann der Rahmen 702 eine
Grundfläche beinhalten, auf der Stellglieder für
die Steuerung des einen oder der mehreren Befestigungsmechanismen 704 montiert
sind.
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In
einer Ausführungsform ist der Rahmen 702 verstellbar,
so dass ein Durchmesser 708 der Gitterstruktur 706 variiert
werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist der Rahmen 702 so
verstellbar, dass eine Feldlänge 710 der Gitterstruktur 706 variiert
werden kann. In einer weiteren Ausführungsform lassen sich
Durchmesser 708 und/oder Feldlänge 710 während
des Erstellungsvorgangs einer Gitterstruktur 706 verstellen.
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In
einer anderen Ausführungsform kann der Rahmen 702 so
verstellbar sein, dass die Gitterstruktur 706 in einer
gebogenen oder gekrümmten Stellung gehalten wird. Der Rahmen 702 kann
in einer weiteren Ausführungsform so ausgebildet sein,
dass er eine Gitterstruktur 706 in einer IsoTruss-Fachwerkkonfiguration
hält. In einer anderen Ausführungsform kann der
Rahmen 702 so ausgebildet sein, dass er eine Gitterstruktur 706 in
einer Flachtafelkonfiguration hält. In einer weiteren Ausführungsform
kann der Rahmen so ausgebildet sein, dass er eine Gitterstruktur 706 in
einer Konfiguration mit rechtwinkligem Querschnitt hält.
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Der
eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 sind
an der Gitterstruktur 706 befestigt und fixieren die Geometrie
der Gitterstruktur 706. Die Gitterstruktur 706 wird
während des Aushärtens in Form gehalten. In einer
Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 Haken,
die mit dem Rahmen 702 verbunden sind.
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Wie
vom Fachmann zu erkennen, kann eine Vielzahl von Typen und Konfigurationen
des einen oder der mehreren Befestigungsmechanismen 704 eingesetzt
werden, ohne dass vom Umfang und Wesen der Erfindung abgewichen
wird. Der eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 können
in einer Ausführungsform beispielsweise einen Greifermechanismus
umfassen. In einer anderen Ausführungsform können
der eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 einen
Mechanismus veränderlicher Geometrie umfassen, der die
Befestigung und das Lösen der Gitterstruktur 706 gestattet. Der
eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 können
in einer weiteren Ausführungsform einen oder mehrere Roboterarme
mit ansteuerbaren Servomechanismen beinhalten.
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In
einer anderen Ausführungsform können der eine
oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 verstellbar
sein, so dass der Durchmesser 708 der Gitterstruktur 706 variiert
werden kann. In einer anderen Ausführungsform können
der eine oder die mehreren Befestigungsmechanismen 704 so
verstellbar sein, dass die Feldlänge 710 der Gitterstruktur 706 variiert
werden kann. In einer weiteren Ausführungsform lassen sich
der Durchmesser 708 und/oder die Feldlänge 710 während
des Erstellungsvorgangs einer Gitterstruktur 706 verstellen.
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In
einer Ausführungsform kann die Formfixierungsstruktur 700 als
Zieheinrichtung fungieren. Die Formfixierungsstruktur 700 kann
in den Fasern eine Spannung für den Herstellungsprozess
bereitstellen. Die Formfixierungsstruktur 700 kann auch Fasern
von den Spulen abziehen und im Zuge der Erstellung der Gitterstruktur 706 die
Gitterstruktur 706 vom Webmechanismus wegbewegen.
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8 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Überführungseinrichtung 800.
Die Überführungseinrichtung 800 beinhaltet
ein oder mehrere Übergangsräder 802.
Die Überführungsvorrichtung 800 führt
Fasern vom Webmechanismus 104 an die Formfixierungsstruktur 108.
Das eine oder die mehreren Übergangsräder 802 können
jeweils eine Nabe 804 und einen oder mehrere Haken 806 beinhalten.
In einer Ausführungsform ist die Nabe 804 eine
Drehnabe und bietet eine Befestigung für den einen oder
die mehreren Haken 806. In einer Ausführungsform
greifen der eine oder die mehreren Haken 806 während
der Rotation der Nabe 804 Fasern vom Webmechanismus 104 ab.
Der eine oder die mehreren Haken können die Faser in einer
vorherbestimmten Ausrichtung an die Formfixierungsstruktur 108 tragen.
In einer Ausführungsform können der eine oder
die mehreren Haken 806 die Fasern in Reaktion auf die Faserbelegung
der Formfixierungsstruktur 108 freigeben.
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Wie
vom Fachmann zu erkennen, kann eine Vielzahl von Typen und Konfigurationen
von Überführungseinrichtungen 800 genutzt
werden, ohne dass vom Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abgewichen
wird. Beispielsweise kann die Überführungseinrichtung 800 in
einer Ausführungsform einen oder mehrere servomotorisch
betriebene Stellglieder beinhalten, die so ausgelegt sind, dass
sie Fasern greifen und an die Formfixierungsstruktur 108 übergeben.
In einer anderen Ausführungsform kann die Überführungseinrichtung
ein Gelenkviereck beinhalten, das so ausgelegt ist, dass es die
Fasern auf einem vorherbestimmten Pfad vom Webmechanismus 104 zur
Formfixierungsstruktur 108 führt.
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Die
folgenden schematischen Flussdiagramme werden als logische Flussdiagramme
allgemein dargelegt. Die dargestellte Reihenfolge und die bezeichneten
Schritte weisen dementsprechend auf nur eine Ausführungsform
des dargelegten Verfahrens hin. Es lassen sich andere Schritte und
Verfahren ersinnen, die einer oder mehreren Schritten bzw. Teilschritten
des dargestellten Verfahrens in punkto Funktion, Logik oder Wirkung
entsprechen. Das verwendete Format und die eingesetzten Symbole
sollen ferner die logischen Schritte des Verfahrens erläutern
und sind nicht als Einschränkung des Umfangs des Verfahrens
zu verstehen. Zwar werden in den Flussdiagrammen verschiedene Pfeiltypen
und Linienarten verwendet, aber diese sind nicht als Einschränkung
des Umfangs des Verfahrens zu verstehen. Mitunter werden Pfeile
oder andere Verbindungsglieder nur verwendet, um den logischen Ablauf
des Verfahrens anzuzeigen. Beispielsweise kann ein Pfeil eine Wartezeit
oder Überwachungsfrist unbestimmter Dauer zwischen aufgezählten
Schritten des dargestellten Verfahrens anzeigen. Darüber
hinaus kann die Reihenfolge, in der ein bestimmtes Verfahren auftritt,
die Reihenfolge der gezeigten entsprechenden Schritte genau einhalten
oder auch nicht.
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9 illustriert
ein Verfahren 900 zur Herstellung einer Gitterstruktur.
Zu Beginn werden in der Herstellungsvorrichtung Faserzüge
angeordnet 902. In ausgewählten Ausführungsformen
können Fasern durch eine Öffnung 308 in
einem Flügelrad 302 gefädelt werden oder
auf eine Spule auf einem Spulenträger 304 aufgebracht
werden 602. Die gewünschte Anordnung der Fasern
kann durch die zu erzeugende Gitterstruktur bestimmt werden.
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Danach
werden die Fasern an der Zieheinrichtung befestigt 904.
Die Fasern können an die Zieheinrichtung gebunden werden.
In einer anderen Ausführungsform werden die Fasern mit
Befestigungsmitteln an der Zieheinrichtung angebracht. Anschließend
werden die Fasern durch die Zieheinrichtung gespannt 906.
Die von der Zieheinrichtung angelegte Spannung hält die
Fasern in Position. Die Spannung kann auch Fasern durch die Vorrichtung ziehen.
In einer anderen Ausführungsform zieht die Spannung die
erstellte Gitterstruktur durch die Vorrichtung.
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Im
nächsten Schritt werden die Fasern durch den Webmechanismus
positioniert 908. Fasern können vom Webmechanismus
Seite an Seite angeordnet werden, um andere Fasern gewickelt werden, miteinander
verwoben werden und/oder miteinander verflochten werden. Die Positionierung
der Fasern kann vom Webmechanismus so gesteuert werden, dass sich
die Fasern in der gewünschten Konfiguration anordnen und
eine Gitterstruktur ausbilden.
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Daraufhin
wird die erstellte Gitterstruktur auf eine Formfixierungsstruktur 910 überführt.
Die Gitterstruktur kann auf Führungen und/oder an Befestigungsmechanismen 704 platziert
werden.
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Anschließend
wird die Geometrie der Gitterstruktur durch die Formfixierungseinheit
erzwungen 912. Die Formfixierungsstruktur fixiert die Gitterstruktur
in der gewünschten Form und Konfiguration, während
die Struktur flexibel ist. Die Formfixierungsstruktur kann die Fasern
auch spannen.
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Im
nächsten Schritt wird das Harz in der Gitterstruktur gehärtet 914.
Durch den Härtungsprozess erlangt die in der Formfixierungsstruktur
eingespannte flexible Struktur ihre Steifigkeit. Das Harz kann durch
ein Wärmeverfahren, ein Mikrowellenverfahren, ein Ultraviolettverfahren
oder dergleichen gehärtet werden. In einer Ausführungsform
kann das Harz in der Formfixierungsstruktur vollständig
ausgehärtet werden. In einem anderen Ausführungsverfahren kann
das Harz in der Formfixierungsstruktur teilweise gehärtet
werden.
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Anschließend
wird die Gitterstruktur von der Formfixierungsstruktur freigegeben 916.
Die Freigabe der Struktur kann durch die Aktion eines oder mehrerer
Befestigungsmechanismen 704 erfolgen. In einer anderen
Ausführungsvorrichtung kann die Freigabe der Struktur durch
die Entspannung eines oder mehrerer Befestigungsmechanismen 704 erfolgen.
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt
werden, ohne dass von ihrem Wesen oder ihren wesentlichen Eigenschaften
abgewichen wird. Die beschriebenen Ausführungsformen sind
in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend
zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird somit nicht durch die vorangehende
Beschreibung, sondern vielmehr durch die angehängten Ansprüche
angezeigt. Alle Abwandlungen im Sinne und im Äquivalenzbereich der
Ansprüche sind im Umfang mit erfasst.
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Offenbart
wird eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Herstellung
von Verbundgitterstrukturen bestehend aus einem Webmechanismus 104,
der so ausgebildet ist, dass er Fasern in einer Gitterstruktur positioniert,
und einer Formfixierungsstruktur 108, die so ausgebildet
ist, dass sie die Fasern in Gitterstruktur hält. Der Webmechanismus 104 beinhaltet
eine oder mehrere Spulen 304, die jeweils so ausgebildet
sind, dass sie Faser tragen. Der Webmechanismus 104 beinhaltet
eine Vielzahl von Flügelrädern 302, die
so ausgebildet sind, dass sie die eine oder mehreren Spulen 304 quer über
die Fläche des Webmechanismus 104 bewegen und
die Position der Faser in der Gitterstruktur steuern. Vorteilhafterweise
würden eine solche Vorrichtung, ein solches System und
ein solches Verfahren den Prozess der Herstellung von Verbundgitterstrukturen
automatisieren und die Kosten senken, die mit bestehenden Verfahren
zur Herstellung solcher Strukturen verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2004/0247866
A1 [0037]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "Apparatus,
System, and Method for Filament Wound Lattice Structure Manufacturing"
(Vorrichtung, System und Verfahren zur Herstellung fasergewickelter
Gitterstrukturen), die am 16. August 2005 für David W.
Jensen [0001]