DE19803744A1 - Flachmaterialstreifen und Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstücken mit derartigen Flachmaterialstreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachmaterialstreifen zur Her­ stellung von Faserverbundwerkstücken durch Auslegen desselben auf formgebenden Flächen, umfassend in definierter Orien­ tierung zu einer Längsrichtung des Flachmaterialstreifens in einer Streifenfläche nebeneinanderliegend angeordnete Ver­ stärkungsfasern, die miteinander eine Matte bilden.

Derartige Flachmaterialstreifen sind aus dem Stand der Tech­ nik bekannt. Bei diesen werden beispielsweise sämtliche Ver­ stärkungsfasern parallel zueinander in Längsrichtung aus­ gelegt, wobei die gesamten, in der Längsrichtung durchgehend verlaufenden Verstärkungsfasern dem Flachmaterialstreifen in der Längsrichtung eine derartige Dehnungssteifigkeit ver­ leihen, so daß ein Auslegen oder Drapieren eines derartigen Flachmaterialstreifens bei einer Abweichung von dem soge­ nannten natürlichen Pfad mit erheblichen Schwierigkeiten ver­ bunden ist, da ein Auslegen des Flachmaterialstreifens der­ gestalt, daß in einem Außenkonturbereich die eine Außenkontur länger ist als die andere, dazu führt, daß sich dies als Ver­ schiebung der Verstärkungsfasern relativ zueinander durch den gesamten Flachmaterialstreifen fortsetzt, so daß eine be­ sondere Vorrichtung zum Auslegen derartiger Flachmaterial­ streifen erforderlich ist, welche den Flachmaterialstreifen sozusagen "schubverformt", das heißt die in der Längsrichtung verlaufenden Verstärkungsfasern relativ zueinander ver­ schiebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flach­ materialstreifen der gattungsgemäßen Art derart zu ver­ bessern, daß dieser sich leicht drapieren läßt, das heißt, daß dieser sich leicht auch auf komplex geformten Flächen, beispielsweise zweifach gekrümmten Flächen, auslegen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Flachmaterialstreifen der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Flachmaterialstreifen eine Matte aus Verstärkungsfasern aufweist, die in der Matte relativ zueinander so bewegbar sind, daß die Matte lokal begrenzt in der Längsrichtung dehn­ bar ist und daß der Flachmaterialstreifen innerhalb eines sich in der Längsrichtung über eine Teilbreite des Flach­ materialstreifens erstreckenden Streifenbereichs eine in der Längsrichtung verlaufende und im wesentlichen undehnbare Ver­ legehilfsfaser umfaßt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist der, daß die Verlegehilfsfaser bewirkt, daß der Flachmaterialstreifen in dem Streifenbereich im wesentlichen in Längsrichtung undehn­ bar ist, jedoch seitlich des Streifenbereichs in Längsrich­ tung dehnbar ist und somit die Möglichkeit hat, sich unter­ schiedlichen Flächenverhältnissen anzupassen, zumindest insoweit, als diese Flächenverhältnisse gegenüber dem Streifenbereich, in welchem die Verlegehilfsfaser verläuft, eine lokale Dehnung der Matte erforderlich machen, das heißt beispielsweise Längendifferenzen in den Außenkonturen not­ wendig machen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, daß einerseits der Flachmaterialstreifen leicht aus­ legbar ist, da die Verlegehilfsfaser in der Längsrichtung die erforderliche Zugfestigkeit und Dehnungssteifigkeit gewähr­ leistet, andererseits aber die lokale Dehnbarkeit der Matte in Längsrichtung außerhalb des Streifenbereichs die Möglich­ keit eröffnet, daß sich die Matte in optimaler Weise an die Geometrie des Faserverbundwerkstücks durch lokale Dehnung anpassen kann, da die Verlegehilfsfaser nur in dem Streifen­ bereich, in dem sich diese erstreckt, eine Dehnung der Matte in der Längsrichtung verhindert.

Der Streifenbereich kann quer zur Längsrichtung des Flach­ materialstreifens gesehen, unterschiedlich angeordnet sein.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß der Streifen­ bereich nahe einer Außenkontur des Flachmaterialstreifens liegt, so daß der gesamte zwischen dem Streifenbereich und der gegenüberliegenden Außenkontur liegende Bereich der Matte in Längsrichtung lokal gedehnt werden kann, wenn dies zur Anpassung an eine vorgesehene Geometrie erforderlich ist.

Alternativ zum Positionieren des Streifenbereichs nahe einer Außenkontur sieht ein anderes vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel vor, daß der Streifenbereich ungefähr in einem mittigen Bereich zwischen den Außenkonturen des Flach­ materialstreifens liegt, so daß beiderseits des Streifen­ bereichs die Matte zur Anpassung an die jeweilige Flächenform lokal in der Längsrichtung dehnbar ist.

Hinsichtlich der vorgesehenen Verlegehilfsfaser wurde im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht. So wäre es beispielsweise denkbar, nicht nur eine, sondern mehrere Verlegehilfsfasern innerhalb des Streifenbereichs vorzusehen. Da jedoch die Zugbelastung des Flachmaterialstreifens beim Auslegen oder Drapieren des­ selben gering ist, sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß in dem Streifenbereich eine einzige Verlegehilfsfaser verläuft.

Besonders günstig ist es dabei, wenn sich die Verlegehilfs­ faser durchgehend über die gesamte Länge des jeweils einge­ setzten Flachmaterialstreifens erstreckt.

Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, mehrere lange, nebeneinanderliegende Verlegehilfsfasern einzusetzen, deren Länge jedoch geringer ist als die des gesamten Flachmaterial­ streifens, wobei beispielsweise bei ausreichender Überlappung aneinanderliegende, gegebenenfalls durch Bettungsmaterial miteinander verklebte Verlegehilfsfasern eine ausreichende Zugfestigkeit in der Längsrichtung gewährleisten, so daß eine Längsdehnung des Flachmaterialstreifens über seine gesamte Länge hinweg vermieden werden kann.

Die die Matte bildenden Verstärkungsfasern können dabei in unterschiedlichster Art und Weise angeordnet sein. Besonders leicht ist eine Dehnbarkeit der Matte dann erreichbar, wenn die Verstärkungsfasern als in der Matte ungefähr parallel zueinander verlaufende Verstärkungsfaserstücke angeordnet sind. Bei derartigen Verstärkungsfaserstücken erleichtert bereits deren begrenzte Länge, diese relativ zueinander zu verschieben und somit die lokale Dehnbarkeit in der Längs­ richtung herbeizuführen.

Eine Möglichkeit, diese Dehnbarkeit in der Längsrichtung her­ beizuführen, wäre beispielsweise die, daß die Matte relativ kurze Verstärkungsfaserstücke aufweist, die alle ungefähr parallel zueinander in Längsrichtung angeordnet sind, jedoch aufgrund ihrer begrenzten Länge in einfacher Weise durch lokale Schubverformung relativ zueinander der Matte eine lokale Dehnbarkeit in Längsrichtung verleihen. Beispielsweise lassen sich derartige Verstärkungsfasern zu einer Matte dadurch vereinigen, daß diese noch durch zusätzliche quer zur Längsrichtung verlaufende Einbindefasern miteinander ver­ bunden sind.

Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Ver­ stärkungsfasern in der Matte in einer Richtung quer zur Längsrichtung verlaufen. In einem derartigen Fall besteht die Möglichkeit, lokale Dehnungen in der Längsrichtung zu erzeu­ gen, in einfacher Weise darin, daß in diesen lokalen Bereichen der Abstand der Verstärkungsfasern relativ zuein­ ander vergrößert wird.

Eine besonders günstige Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Matte mit lokaler Dehnbarkeit in Längsrichtung herzustellen sieht vor, daß die Matte eine erste Schar von ersten Ver­ stärkungsfaserstücken aufweist, die alle bei in seiner Längs­ richtung geradegerichtet verlaufendem Flachmaterialstreifen mit der Längsrichtung im wesentlichen denselben positiven spitzen Winkel einschließen und daß die Matte eine zweite Schar von zweiten Verstärkungsfaserstücken aufweist, die alle bei in seiner Längsrichtung geradegerichtet verlaufendem Flachmaterialstreifen mit der Längsrichtung im wesentlichen denselben negativen spitzen Winkel einschließen. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die Matte aus zwei Scharen von in unterschiedlichen Richtungen quer zur Längs­ richtung verlaufenden Verstärkungsfaserstücken aufweist, die einander an Kreuzungsstellen überkreuzen und somit im Bereich dieser Kreuzungsstellen relativ leicht zueinander bewegbar sind, wobei bei ausreichender Eigensteifigkeit der Verstär­ kungsfasern in ihrer Längsrichtung und quer zu ihrer Längs­ richtung die Verstärkungsfasern nicht nur voneinander weg sondern auch aufeinander zu bewegbar sind.

Dabei ist unter einem spitzen Winkel ein Winkel zwischen 0° und 90° zu verstehen.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Verstärkungs­ faserstücke der ersten Schar in der Längsrichtung gesehen aufeinanderfolgend im Abstand voneinander angeordnet sind, das heißt nicht über ihre gesamte Erstreckung in Faserlängs­ richtung aneinander anliegen.

Noch vorteilhafter ist es, wenn auch die Verstärkungsfaser­ stücke der zweiten Schar in der Längsrichtung gesehen mit definiertem Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind, so daß auch bezüglich der zweiten Schar nebeneinanderliegende Verstärkungsfaserstücke nicht über die gesamte Faserlängs­ richtung aneinander anliegen.

Bei derart mit Abstand voneinander angeordneten Verstärkungs­ faserstücken ist deren Beweglichkeit relativ zueinander größer, so daß zum Verschieben der Verstärkungsfasern relativ zueinander geringere Kräfte erforderlich sind, als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Schubverformung.

Die ersten Verstärkungsfaserstücke können sich beispielsweise lediglich über eine Teilbreite des Flachmaterialstreifens erstrecken und außerdem mit weiteren ersten Verstärkungs­ faserstücken in Kontakt stehen. Eine besonders günstige Lösung, insbesondere hinsichtlich der späteren Wirkung der Verstärkungsfaserstücke in dem Faserverbundwerkstück sieht vor, daß die ersten Verstärkungsfaserstücke von einer Außen­ kontur des Flachmaterialstreifens zur gegenüberliegenden Außenkontur verlaufen.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die zweiten Ver­ stärkungsfaserstücke von einer Außenkontur des Flachmaterial­ streifens zur gegenüberliegenden Außenkontur verlaufen.

Damit ist eine möglichst große, ohnehin durch die Breite des Flachmaterialstreifens begrenzte Länge der Verstärkungsfaser­ stücke vorgegeben, die dann für eine ausreichende Verstär­ kung, insbesondere im Hinblick auf Zugbelastungen, des Faser­ verbundwerkstücks verantwortlich sind.

Prinzipiell könnten die Verstärkungsfaserstücke Abschnitte von durchgehend verlaufenden Verstärkungsfasern sein. Eine herstellungstechnisch besonders günstige Lösung sieht vor, daß jedes Verstärkungsfaserstück an den beiden gegenüber­ liegenden Außenkonturen endet.

Hinsichtlich der Verbindung der ersten und zweiten Verstär­ kungsfaserstücke in der Matte wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel vor, daß die Verstärkungsfasern webtechnisch mitein­ ander verbunden sind, so daß damit bereits die Möglichkeit eröffnet ist, die Matte so zu gestalten, daß die Matte mit den Verstärkungsfaserstücken in sich zusammenhält.

Um auch sicherzustellen, daß die Verlegehilfsfaser mit der Matte verbunden und insbesondere relativ zu dieser in der einmal vorgesehenen Orientierung verbleibt, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Verstärkungsfasern mit der Verlegehilfs­ faser webtechnisch verbunden sind.

Prinzipiell wäre es ausreichend, die Verstärkungsfasern web­ technisch miteinander zu verbinden. Noch besser ist die Ver­ bindung derselben jedoch dann, wenn die Verstärkungsfasern durch eine Bettungsmasse miteinander verbunden sind.

Noch besser läßt sich auch die Verbindung zwischen der Ver­ legehilfsfaser und der Matte dann gestalten, wenn diese mit den Verstärkungsfasern mittels einer Bettungsmasse verbunden ist.

Die Bettungsmasse kann dabei als nachträglich auf den Flach­ materialstreifen aufgetragene Bettungsmasse vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, die Verstärkungsfasern und gege­ benenfalls auch noch die Verlegehilfsfaser mit der Bettungs­ masse vor einem Auslegen des Flachmaterialstreifens zu imprä­ gnieren.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Bettungsmasse ein Matrixmaterial des späteren Faserverbundwerkstücks bildet.

Beispielsweise können derartige Bettungsmassen thermo­ plastische oder duroplastische Bettungsmassen, beispielsweise Harzmassen sein.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstücks erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Flachmaterialstreifen gemäß einem der voranstehend beschriebenen Ausführungs­ beispiele relativ zur Form des herzustellenden Faserverbund­ werkstücks so gelegt werden, daß die Belastungen des Faser­ verbundwerkstücks zu Zugbelastungen oder Druckbelastungen der Verstärkungsfasern führen.

Das heißt, daß erfindungsgemäß der Flachmaterialstreifen so auszulegen ist, daß die Verstärkungsfasern im letztlich her­ gestellten Faserverbundwerkstück so orientiert sind, daß die Belastungen desselben zu einer Zugbelastung führen, für deren Aufnahme die Verstärkungsfasern geeignet sind.

Hier kommt ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zum Tragen, nämlich der, daß die Drapierung oder das Auslegen der Flachmaterialstreifen entsprechend der Orien­ tierung der Verstärkungsfasern in der Matte erfolgen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Flachmaterialstreifen muß keine Rücksicht darauf genommen werden, längs welcher Bahnen der Flachmaterialstreifen überhaupt verlegt werden kann, ohne daß übergroße Schubverformungen erforderlich sind oder ohne daß sich die Schubverformungen extrem akkumulieren und über die Länge des Flachmaterialstreifens aufsummieren, so daß sie letztlich nicht mehr von dem Flachmaterialstreifen aufge­ nommen werden können. Die Berücksichtigung all derartiger Gesichtspunkte entfällt bei dem erfindungsgemäßen Flach­ materialstreifen, da dieser aufgrund der vorhandenen Matte ausdrücklich so ausgelegt ist, daß dieser in der Lage ist, sich über lokal begrenzte Deformationen in Längsrichtung an beliebige Flächen anzupassen, ohne daß sich diese Verfor­ mungen akkumulieren und in geradegerichtete Bereiche, in denen derartige Verformungen in der Längsrichtung nicht erforderlich sind, fortsetzen.

Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß der Flach­ materialstreifen so ausgelegt wird, daß eine Dehnung der Matte in der Längsrichtung nur im Bereich einer der Außen­ konturen erforderlich ist, so daß bei diesem Ausführungs­ beispiel vorzugsweise der Streifenbereich nahe der Außen­ kontur liegt, die nicht gedehnt werden soll.

Ferner sieht ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Lösung vor, daß die auf einer Seite des Streifenbereichs liegende Außenkontur zumindest abschnitts­ weise eine Dehnung erfährt, während die auf der anderen Seite des Streifenbereichs liegende Außenkontur zumindest abschnittsweise eine Verkürzung erfährt. Dies ist in Grenzen dadurch realisierbar, daß die Verstärkungsfaserstücke in sich eine ausreichende Steifigkeit in ihrer Längsrichtung und gegen Biegungen quer zur Längsrichtung aufweisen und somit sich im Bereich einer Innenseite eines gebogenen Abschnitts des Flachmaterialstreifens in Richtung einer Verringerung ihres relativen Abstandes aufeinander zu bewegen, wobei die Steifigkeit so groß sein muß, daß die von der Klebewirkung der Bettungsmasse ausgeübten Kräfte überwunden werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Dar­ stellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel eines Ablegekerns, auf welchen Flachmaterialstreifen zur Bildung eines Faserverbundwerkstücks aufgelegt werden;

Fig. 2 einen in der Ebene dargestellten Verlauf der Flachmaterialstreifen für den in Fig. 1 dar­ gestellten Abdeckkern;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Flachmaterialstreifens;

Fig. 4 eine Darstellung einer Möglichkeit des Drapierens des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flachmaterialstreifens;

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Flachmaterialstreifens und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Möglichkeit des Drapierens des zweiten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Flachmaterial­ streifens.

Flachmaterialstreifen der erfindungsgemäßen Art werden unter anderem auch dazu eingesetzt, Faserverbundwerkstücke herzu­ stellen, die komplexe Formen, beispielsweise zweifach gekrümmten Flächen, aufweisen.

Ein Beispiel für eine derartige komplexe Form ist beispiels­ weise ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Ablegekern, welcher als ersten Oberflächenbereich eine kreiszylindrische Ring­ fläche 12 aufweist und als zweiten Oberflächenbereich eine Kugelkappe 14. Dieser Ablegekern 10 dient beispielsweise dazu, Hohlkappen von Druckbehältern herzustellen, wobei hierzu Flachmaterialstreifen 20 in unterschiedliche Rich­ tungen verlaufend und in mehreren Lagen auf den Abdeckkern 10 aufgelegt und in eine Bettungsmasse eingebettet werden, so daß nach Aushärten der Bettungsmasse ein aus den mehreren Lagen der Flachmaterialstreifen 20 und der Bettungsmasse gebildetes Faserverbundwerkstück 22 von dem Ablegekern 10 abnehmbar ist.

Der beispielhafte Verlauf der Flachmaterialstreifen 20 beim Auflegen auf den Ablegekern 10 ist dabei in Fig. 2 in Abwick­ lung dargestellt, wobei erkennbar ist, daß jeder sich in seiner Längsrichtung 24 erstreckende Flachmaterialstreifen 20 nach einem flächenhaften Auflegen auf die Kugelkappe 14 in einem Abschnitt 20a unterschiedliche Längen einander gegen­ überliegender Außenkonturabschnitte 30a und 32a aufweist, während in einem Abschnitt 20b des Flachmaterialstreifens 20, welcher auf der Ringfläche 12 aufliegt, die Außenkonturab­ schnitte 30b und 32b ungefähr gleich lang sind.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flach­ materialstreifens, welcher flächenhaft aufliegend in einer derartigen Art und Weise auslegbar, das heißt drapierbar, ist, ist in Vergrößerung ausschnittsweise in Fig. 3 darge­ stellt.

Der erfindungsgemäße Flachmaterialstreifen 20 weist dabei eine erste Schar von ersten Verstärkungsfaserstücken 40 auf, welche sich in einem geradegerichtet verlaufenden Abschnitt 20b mit einem ersten spitzen und positiven Winkel α quer zur Längsrichtung 24 in der Streifenfläche 26 erstrecken und in der Längsrichtung 24 aufeinanderfolgend, beispielsweise mit einem konstanten Abstand A, angeordnet sind.

Desweiteren umfaßt der Flachmaterialstreifen 20 eine zweite Schar zweiter Faserstücke 42, welche in dem geradegerichtet verlaufenden Abschnitt 20b mit der Längsrichtung 24 einen negativen Winkel β einschließen, wobei beispielsweise der negative Winkel β betragsmäßig gleich groß ist als der positive Winkel α.

Auch die zweite Schar von zweiten Faserstücken 42 ist in der Längsrichtung 24 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei jeweils aufeinanderfolgende Faserstücke 42 der zweiten Schar in der Längsrichtung 24 einen Abstand B voneinander aufweisen.

Die ersten und zweiten Verstärkungsfaserstücke bilden, da sie miteinander verwoben, sind eine Matte 38, welche sich in der Streifenfläche 26 erstreckt.

In dem geradegerichteten Abschnitt 20b sind außerdem die Außenkonturabschnitte 30b und 32b ebenfalls gleich lang.

Erfolgt nun eine Deformation des Flachmaterialstreifens 20 beim Drapieren, beispielsweise in der in Fig. 3 dargestellten Zeichenebene durch ein Umbiegen der Längsrichtung 24, so ist in einem derartigen gekrümmten Abschnitt 20a des Flachmate­ rialstreifens 20 der Außenkonturabschnitt 32a kürzer als der Außenkonturabschnitt 30a. Dies ist entweder dadurch erreich­ bar, daß eine Dehnung oder Längung des Außenkonturabschnitts 30a relativ zum Außenkonturabschnitt 32a erfolgt und zusätz­ lich zu der Längung oder Dehnung des Außenkonturabschnitts 30a eine Verkürzung des Außenkonturabschnitts 32a.

Die Längenänderungen der Außenkonturabschnitte 32a und 30a sind jedoch nur dadurch möglich, daß in diesem Fall die Faserstücke 40 und 42 nicht mehr geradegerichtet, wie in geradegerichteten Abschnitt 20b und im Winkel α bzw. β zur Längsrichtung 24 verlaufen, sondern zumindest abschnittsweise gekrümmt, wie in Fig. 3 dargestellt.

Längenänderungen in den Außenkonturabschnitten 30a und 32a sind jedoch nur dadurch möglich, daß ein Winkel γ zwischen den ersten Faserstücken 40 und den zweiten Faserstücken 42 im geradegerichteten Abschnitt 20b die Größe γb aufweist, jedoch im gekrümmten Abschnitt 20a nahe den jeweiligen Außenkontur­ anschnitten 30a und 32a unterschiedlichen Werte einnehmen kann, nämlich beispielsweise die Größe γa2 und γa1, wobei im Bereich des längeren Außenkonturabschnitts 30a der ent­ sprechende Winkel γa1 größer ist als der Winkel γa2 im Bereich des kürzeren Außenkonturabschnitts 32a, dadurch sind lokale Dehnungen und Kontraktionen der Matte 38 möglich.

Da im Außenkonturabschnitt 32a noch eine Verkürzung gegenüber dem geradegerichteten Abschnitt 20b eintritt, ist der Winkel γa2 kleiner als γb, außerdem ist der Winkel γa1 im längeren Bereich des Außenkonturabschnitts 30a größer als γb.

Der erfindungsgemäße Flachmaterialstreifen hat jedoch auf­ grund der Möglichkeit, den Winkel γ zwischen den Verstär­ kungsfaserstücken 40 und 42 variabel zu gestalten, eine lokale Längenveränderbarkeit, die es nicht erlaubt, den Flachmaterialstreifen 20 mit Zug in Längsrichtung 24 auszu­ legen, da der Flachmaterialstreifen 20, sofern er lediglich aus den Verstärkungsfaserstücken 40 und 42 zusammengesetzt wäre, zu einem Verziehen in Längsrichtung neigt.

Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße Flachmaterial­ streifen 20 zusätzlich mit einer Verlegehilfsfaser 50 ver­ sehen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel in einem mittigen Streifenbereich 52 des Flachmaterialstreifens 20 in dessen Längsrichtung 24, stets ungefähr mittig zwischen den Außenkonturen 30 und 32 verläuft und mit den Verstärkungs­ faserstücken 40 und 42 verbunden ist. Damit wirkt sich die Verlegehilfsfaser 50 aufgrund der Tatsache, daß diese zumin­ dest im wesentlichen längeninvariant ist, für die Verbindung der Verstärkungsfaserstücke 40 und 42 mit der Verlegehilfs­ faser 50 dahingehend aus, daß deren Abstände A und B im Streifenbereich 52 im wesentlichen konstant bleiben, so daß in dem gekrümmten Abschnitt 20a einerseits des Streifen­ bereichs 52 die Abstände A und B vergrößert werden, nämlich ausgehend von dem Streifenbereich 52 quer zur Längsrichtung 24 in zunehmendem Maße bis zum Außenkonturabschnitt 30a und andererseits des Streifenbereichs 52 die Abstände A und B verkleinert werden, nämlich ausgehend von dem Streifenbereich 52 quer zur Längsrichtung 24 in zunehmendem Maß bis zum Außenkonturabschnitt 32a, wobei die Vergrößerung und Ver­ kleinerung der Abstände A und B einhergeht mit einer Ver­ größerung oder Verkleinerung des Winkels γ.

Vorzugsweise sind die Verstärkungsfaserstücke 40 und 42 sowie auch die Verlegehilfsfaser 52 einerseits webtechnisch mit­ einander verbunden und im übrigen bereits vor deren Auslegen mit einer Bettungsmasse versehen, welche eine zusätzliche Verbindung zwischen den Verstärkungsfaserstücken 40 und 42 untereinander und der Verlegehilfsfaser 50 schafft.

Da die ersten Verstärkungsfaserstücke 40 und die zweiten Ver­ stärkungsfaserstücke 42 aufgrund ihrer Orientierung relativ zur Längsrichtung 24 sich jeweils an Kreuzungsstellen 44 berühren und durch die Bettungsmasse noch zusätzlich eine Verbindung erfahren, ansonsten aber gegeneinander beweglich sind, behindert die Bettungsmasse aufgrund ihrer Zähigkeit im Bereich der Kreuzungsstellen 44 eine Veränderung des Winkels γ zwischen dem jeweils ersten Verstärkungsfaserstück 40 und dem jeweils zweiten Verstärkungsfaserstück 42 nur in geringem Maße, so daß sich in einzelnen Bereichen des Flachmaterial­ streifens die bei geradegerichteten Flachmaterialstreifen vorliegenden Abstände A und B zwischen den Verstärkungsfaser­ stücken 40 bzw. 42 nur mit geringem Widerstand den geo­ metrisch notwendigen Abständen A und B zwischen diesen Ver­ stärkungsfaserstücken 40 und 42 anpassen können.

Damit besteht, wie in Fig. 4 nochmals verdeutlicht darge­ stellt, die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Flachmaterial­ streifen so auszulegen, daß geradegerichtete Abschnitte 20b und gekrümmte Abschnitte 20a aufeinanderfolgen, wobei problemlos auch ein Wechsel der Krümmung von einem beispiels­ weise links gekrümmten Abschnitt 20a' in rechts gekrümmte Abschnitte 20a'' möglich ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Flachmaterialstreifens ist darin zu sehen, daß jeweils nach dem entsprechenden ge­ krümmten Abschnitt 20a in den unmittelbar folgenden gerade­ gerichteten Abschnitten der Verlauf der Verstärkungsfaser­ stücke 40 und 42 dem des geradegerichteten Flachmaterial­ abschnitts 20b entspricht. Das heißt, daß jeweils die-Ab­ stände A zwischen den ersten Verstärkungsfaserstücken 40 und die Abschnitte B zwischen den zweiten Verstärkungsfaser­ stücken 42 denen des ursprünglich geradegerichteten Flach­ materialstreifens vor dem Drapieren entsprechen, das heißt also daß die gekrümmten Abschnitte 20a, keine Nachwirkung auf die nachfolgenden geradegerichteten Abschnitte haben, sondern die Matte 38 sich in den gekrümmten Abschnitten 20a jeweils durch lokale Änderung der Abstände A und B zwischen den Ver­ stärkungsfaserstücken 40 und 42 den geänderten geometrischen Bedingungen in vollem Umfang anpassen kann.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flachmaterialstreifens, dargestellt in Fig. 5, sind die­ jenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungs­ beispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen ver­ sehen, so daß hinsichtlich deren Beschreibung vollinhaltlich auf die Ausführungen hierzu Bezug genommen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3 und 4, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel, darge­ stellt in Fig. 5 die Verlegehilfsfaser 50' in einem Streifen­ bereich 52' angeordnet, der beispielsweise nahe der Außen­ kontur 32 verläuft, so daß im Extremfall die Verlegehilfs­ faser 50' an der Außenkontur 32 entlangläuft.

In diesem Fall ist die Außenkontur 32 aufgrund der Verlege­ hilfsfaser 50' längeninvariabel, so daß in dem gebogenen Ab­ schnitt 20a zwischen der Verlegehilfsfaser 50' und der Außen­ kontur 30 die Abstände A und B zwischen den Verstärkungs­ faserstücken 40 und 42 zunehmend in Richtung größerer Erstreckung variieren und somit in dem gebogenen Abschnitt 20a der Außenkonturabschnitt 30a eine Längung gegenüber dem Außenkonturabschnitt 32a erfährt, der seinerseits konstant bleibt.

Ein Flachmaterialstreifen gemäß dem zweiten, in Fig. 5 darge­ stellten Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise längs der­ artiger Konturen verlegt, daß der Verlegehilfsfaser 50' gegenüberliegende Abschnitte der Matte 38 bis zur Außenkontur 30 entweder längeninvariant verlaufen können oder eine Längung oder Dehnung erfahren, jedoch vorzugsweise nicht so, daß eine Verkürzung erforderlich ist, da eine Längung eine Zugbelastung der Verstärkungsfaserstücke 40 und 42 zur Folge hat, für welche die Verstärkungsfaserstücke 40 und 42 aus­ gelegt sind, während eine Verkürzung des Außenkontur­ abschnitts 30a mit einer Druckbelastung auf die Verstärkungs­ faserstücke 40 und 42 wirken würde und somit es erforderlich macht, daß die Verstärkungsfaserstücke 40 und 42 eine aus­ reichende Eigensteifigkeit aufweisen, um nicht - wie dies beispielsweise bei biegeschlaffen Fasern der Fall wäre - aufgrund der Druckbelastung einzuknicken oder auszubiegen.

Mit einem Flachmaterialstreifen gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel wäre beispielsweise ein Abschnitt 60 eines symmetrisch zu einer Rotationsachse 62 ausgebildeten sich von einem ersten Ende 66 in Richtung eines Mittenbereichs 68 konisch erweiternden Spannkörpers 70 belegbar, wobei die Ver­ legehilfsfaser 50' nahe der Außenkontur 32 liegt, welche auf dem Teil der Oberfläche liegt, deren radialer Abstand von der Achse 62 geringer ist als der der anderen Außenkontur 30 (Fig. 6).

Zum Belegen eines zweiten Abschnitts 72 des in Fig. 6 dar­ gestellten symmetrischen Körpers, welcher von dem mittigen Bereich 68 zu einem zweiten Ende 74 verläuft, läßt sich bei­ spielsweise der Flachmaterialstreifen gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel um die Längsrichtung 24 um 180° drehen, so daß die Verlegehilfsfaser 50' nahe der Außenkontur 32 liegt, die dann wiederum auf dem Teil der Fläche aufliegt, der den kleineren radialen Abstand von der Achse 62 aufweist als die Außenkontur 30, die stets auf dem Teil der von dem Flach­ materialstreifen 20' überdeckten Fläche liegt, der den größeren Abstand aufweist.

Claims (21)

1. Flachmaterialstreifen zur Herstellung von Faserverbund­ werkstücken durch Auslegen derselben auf formgebenden Flächen, umfassend in definierter Orientierung zu einer Längsrichtung des Flachmaterialstreifens in einer Streifenfläche nebeneinanderliegend angeordnete Ver­ stärkungsfasern, die miteinander eine Matte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (38) Verstärkungsfasern (40, 42) aufweist, die in der Matte (38) relativ zueinander so bewegbar sind, daß die Matte (38) lokal begrenzt in der Längsrichtung (24) dehnbar ist, und daß der Flachmaterialstreifen (20) innerhalb eines sich in der Längsrichtung (24) über eine Teilbreite des Flachmaterialstreifens (20) erstreckenden Streifenbereichs (52) eine in der Längsrichtung (24) verlaufende und im wesentlichen undehnbare Verlegehilfs­ faser (50) umfaßt.

2. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Streifenbereich (52) nahe einer Außen­ kontur (30, 32) des Flachmaterialstreifens liegt.

3. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Streifenbereich (52) ungefähr in einem mittigen Bereich zwischen Außenkonturen (30, 32) des Flachmaterialstreifens (20) liegt.

4. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Streifen­ bereich (52) eine einzige Verlegehilfsfaser (50) ver­ läuft.

5. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verlege­ hilfsfaser (50) durchgehend über die gesamte Länge des jeweils eingesetzten Flachmaterialstreifens (20) erstreckt.

6. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ fasern als in der Matte ungefähr parallel zueinander verlaufende Verstärkungsfaserstücke (40, 42) angeordnet sind.

7. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ fasern (40, 42) in der Matte (38) in einer Richtung quer zur Längsrichtung (24) verlaufen.

8. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Matte (38) eine erste Schar von ersten Verstärkungsfaserstücken (40) aufweist, die alle bei in seiner Längsrichtung (24) geradegerichtet verlaufendem Flachmaterialstreifen (20) mit der Längsrichtung (24) im wesentlichen denselben positiven spitzen Winkel (α) ein­ schließen und daß die Matte (38) eine zweite Schar von zweiten Verstärkungsfaserstücken (42) aufweist, die alle bei in seiner Längsrichtung (24) geradegerichtet ver­ laufendem Flachmaterialstreifen (20) mit der Längsrich­ tung (24) im wesentlichen denselben negativen spitzen Winkel (α) einschließen.

9. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungsfaserstücke (40) der ersten Schar in der Längsrichtung (24) gesehen aufein­ anderfolgend im Abstand (A) voneinander angeordnet sind.

10. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserstücke (42) der zweiten Schar in der Längsrichtung (24) gesehen in definiertem Abstand (B) aufeinanderfolgend angeordnet sind.

11. Flachmaterialstreifen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verstärkungs­ faserstücke (40) von einer Außenkontur (30) des Flach­ materialstreifens (20) zur gegenüberliegenden Außen­ kontur verlaufen.

12. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verstärkungsfaserstücke (42) von einer Außenkontur (32) des Flachmaterial­ streifens zur gegenüberliegenden Außenkontur (30) ver­ laufen.

13. Flachmaterialstreifen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserstücke (40, 42) an den gegenüberliegenden Außenkonturen (30, 32) enden.

14. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ fasern (40, 42) webtechnisch miteinander verbunden sind.

15. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ fasern (40, 42) mit der Verlegehilfsfaser (50) webtech­ nisch verbunden sind.

16. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ fasern (40, 42) durch eine Bettungsmasse (60) mitein­ ander verbunden sind.

17. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlegehilfs­ faser (50) mit den Verstärkungsfasern (40, 42) mittels einer Bettungsmasse (60) verbunden ist.

18. Flachmaterialstreifen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ faser und die Verlegehilfsfaser mit der Bettungsmasse (60) imprägniert sind.

19. Verfahren zum Herstellen eines-Faserverbundwerkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß Flachmaterialstreifen (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 relativ zur Form des herzustellenden Faserverbundwerkstücks so gelegt werden, daß die Belastungen des Faserverbundwerkstücks zu Zug­ belastungen oder Druckbelastungen der Verstärkungsfasern (40, 42) führen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachmaterialstreifen (20) so ausgelegt wird, daß eine Dehnung der Matte (38) in der Längsrichtung (24) nur im Bereich einer der Außenkonturen (30, 32) erfor­ derlich ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Seite des Streifenbereichs (52) liegende Außenkontur (30) zumindest abschnittsweise (30a) eine Dehnung erfährt, während die auf der anderen Seite des Streifenbereichs (52) liegende Außenkontur (32) zumin­ dest abschnittsweise (32a) eine Verkürzung erfährt.