DE19903516A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche - Google Patents
Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale OberflächeInfo
- Publication number
- DE19903516A1 DE19903516A1 DE1999103516 DE19903516A DE19903516A1 DE 19903516 A1 DE19903516 A1 DE 19903516A1 DE 1999103516 DE1999103516 DE 1999103516 DE 19903516 A DE19903516 A DE 19903516A DE 19903516 A1 DE19903516 A1 DE 19903516A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fiber arrangement
- fiber
- surface element
- fibers
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
- B29C45/77—Measuring, controlling or regulating of velocity or pressure of moulding material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachten Faseranordnung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Druckkopf wenigstens ein elastisches Flächenelement aufweist, das derart steuerbar, in Art einer dynamischen Wellenform, verformbar ist, daß sich das Flächenelement relativ zur Faseranordnung eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermeidung von auf die Faseranordnung einwirkender Scher- oder Schubkräfte.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Anord
nen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberflä
che mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranord
nung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwir
kende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist.
In weiten Bereichen des Maschinenbaus sowie der allgemeinen Gerätetechnik wer
den hohe Anforderungen an einzelne Bauteile in puncto Robustheit, möglichst gerin
ges Gewicht und Langlebigkeit gestellt, die vielfach aufgrund der bisherigen Verwen
dung konventioneller, metallischer Werkstoffe für die Herstellung der jeweiligen
Bauteile bereits aus Gründen des hohen spezifischen Gewichtes nicht mehr erfüllt
werden können.
Hingegen sind moderne faserverstärkte Verbundwerkstoffe hinsichtlich ihrer Belast
barkeit, Langlebigkeit und Steifigkeit, um nur einige vorteilhafte Eigenschaften zu
nennen, durchaus in der Lage mit metallischen Materialien und insbesondere mit
Leichtmetallen zu konkurrieren.
Insbesondere bei Geräten oder Maschinen, in denen einzelne Bauteile ohne großen
Energieaufwand zu beschleunigen oder hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind,
eignen sich faserverstärkte Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer hohen Festigkeit und
Steifigkeit und insbesondere aufgrund ihres nur geringen Gewichtes, wodurch diese
Werkstoffe vielfach metallischen Materialien überlegen sind. Selbst im Vergleich zwi
schen leichtmetallische Materialien, wie beispielsweise Aluminium oder Titanlegie
rungen, sind hochmoderne faserverstärkte Verbundwerkstoffe hinsichtlich ihres Sta
bilitäts-/Gewichtsverhältnisses sowie Steifigkeits-/Gewichtsverhältnisses den Leicht
metallen weitaus überlegen.
Von besonderer Bedeutung sind unter den allgemein bezeichneten Verbundwerk
stoffen jene zu nennen, die auf faserverstärkten Polymeren basieren. Klassische
Vertreter derartiger faserverstärkter Verbundwerkstoffe sind glasfaserverstärkte
Kunststoffe, die jedoch hinsichtlich ihres relativ hohen spezifischen Gewichtes durch
leichtgewichtige Carbonfaserverbundwerkstoffe verdrängt werden und an Bedeutung
verlieren.
Es müssen jedoch große Anstrengungen unternommen werden die vorstehend ge
nannten physikalischen Eigenschaften bei der Verarbeitung von Faserverbundwerk
stoffe zu erhalten, insbesondere im Falle komplizierter Bauteilformen, die aus eben
diesen Verbundwerkstoffen geformt werden sollen. Besonders großes Augenmerk ist
bei der Herstellung dieser Bauteilen auf die gegenseitige Orientierung der einzelnen,
zu verlegenden Fasern zu legen, die je nach Lagenabfolge in unterschiedliche Rich
tungen zu verlegen sind.
Herkömmliche Fabrikationsmethoden sehen ein manuelles Auflegen einer Faser
matte, die mit einem thermisch aushärtbaren Harz vorbehandelt ist, auf eine formge
bende Oberfläche vor, die nachfolgend in ein abgeschlossenes Behältnis einge
bracht wird und unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen vollständig
aushärtet. Nach dem erfolgten Aushärtevorgang wird der ausgehärtete, faserver
stärkte Verbundwerkstoff von der formgebenden Oberfläche getrennt und zur Quali
tätsprüfung beispielsweise mittels Ultraschall untersucht. Nachteilig bei dieser be
kannten Verfahrensweise zur Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe ist der
hohe Arbeitseinsatz sowie die überaus hohe Ausschußrate und die nur begrenzte
Reproduzierbarkeit von baugleichen Bauteilen. Insbesondere beim manuellen Aufle
gen der Fasermatte auf die formgebende Oberfläche muß mit besonderer Sorgfalt
gearbeitet werden, denn bereits geringfügige laterale Verspannungen innerhalb der
auf der Oberfläche aufgelegten Fasermatten können Ursache für später auftretende
Schwachstellen sein, die die Belastbarkeit des faserverstärkten Verbundwerkstückes
entscheidend herabsetzen. Es muß daher dafür Sorge getragen werden die Verle
gung der Faseranordnung ohne das Auftreten von Schub- oder Scherspannungen
vorzunehmen, was aufgrund der manuellen Verlegetechnik nahezu unvermeidbar ist.
Für die Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile, die aus den vorstehend ge
nannten faserverstärkten Verbundwerkstoffen gefertigt werden, sind Techniken be
kannt, mit denen die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten weitgehend umgan
gen werden können. Im Rahmen sogenannter Faserwicklungsherstellverfahren ist es
möglich, die Bauteile automatisch mit einer zuverlässigen Reproduzierbarkeit auch
unter Bedingungen der Massenproduktion zu fertigen. Hierbei wird ein Strang aus
einer Vielzahl, als Meterware vorliegenden einzelnen Fasern ineinander verwoben
und auf eine rotierende Spindel oder auf einen rotationssymmetrischen Körper auf
gewickelt. Bevor jedoch der aus einzelnen Fasern bestehende Strang die Oberfläche
der Spindel erreicht, auf der der Strang aufgewickelt wird, werden die einzelnen Fa
sern innerhalb des Strangs durch ein Harzbad geführt und auf diese Weise mit Harz
durchtränkt. Der im folgenden unter Zugspannung auf die Spindel aufgewickelte
Strang behält lediglich eine Mindestmenge an Flüssigharz und schmiegt sich weitge
hend lückenlos auf die Kontur der Spindel an. In einem nachfolgenden Erwärmungs
prozeß innerhalb eines Ofens härtet das Harz aus und bildet nach Ablösen von der
Spindel einen aus faserverstärkten Verbundmaterial gefertigten dreidimensionalen
Körper. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Ruderstangen für den Sportbe
reich herstellen.
Die vorstehend bekannte Technik des Faserwicklungsherstellverfahren ermöglicht es
jedoch lediglich, Körper zu fertigen, die sich durch Drehung um eine Rotationsachse
bilden. Flachverlaufende Oberflächen oder einseitig geöffnete Bauteile sind auf diese
Weise nicht herstellbar. Auch ist der Faserverlauf relativ zur Oberfläche des auf die
se Weise herzustellenden Körpers durch die Orientierung der Rotationsachse, um
die sich der Körper dreht, vorgegeben. Beliebige Faserverläufe sind daher nicht rea
lisierbar, insbesondere Faserverläufe parallel zur Rotationsachse des Grundkörpers.
Aus der Faserwicklungstechnik entwickelte sich die Technik der sogenannten Verle
gung von Faseranordnung in streifenförmiger Form, die die vorstehend beschriebe
nen Nachteile zu umgehen vermag. So wird anstelle einer Wicklung von einem mit
Harz durchtränkten Faserstrang um eine Spindel ein bandförmig, aus Fasern zu
sammengesetzter Strang, mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugkopfes auf eine
Oberfläche paßgenau und formgetreu aufgebracht. Der bandförmig ausgebildete
Strang ist vorab ebenso mit Harz durchtränkt und wird mit Hilfe eines Anpreßwerk
zeuges gegen die Oberfläche gedrückt.
Wie bereits bei der manuellen Verlegetechnik erwähnt, spielt auch der Anpreßvor
gang, mit dem die Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche aufgebracht
wird, eine die spätere Stabilität des ausgehärteten, faserverstärkten Werkstückes
eine wichtige Rolle. Als kritischer Parameter während des Anpressens bzw. Aufle
gens der Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche ist ein Zeitspanne, inner
halb der die Faseranordnung mit der formgebenden Oberfläche bzw. mit dem bereits
teilgefertigten faserverstärkten Verbundwerkstück verbunden wird. So muß innerhalb
dieser Zeitspanne die mit Harz vorimprägnierte, bandförmige Faseranordnung, vor
zugsweise durch lokale Erwärmung, wenigstens teilweise aufgeschmolzen werden,
mit der Oberfläche fest verfügt und anschließend abgekühlt werden.
Dieser Aufbringvorgang ist durch eine minimale Zeitspanne begrenzt, die für eine
sorgfältige Verfügung der Faseranordnung auf der formgebenden Oberfläche nicht
zu unterschreiten ist.
Im Falle einer bandförmig ausgebildeten Faseranordnung, die kontinuierlich auf einer
Oberfläche aufgebracht wird, ist die Zeitspanne durch das Verhältnis zwischen der
sogenannten Kontaktlänge und der Prozeßgeschwindigkeit bestimmt. Unter dem Be
griff der Kontaktlänge ist jene geometrische Bandlänge gemeint, innerhalb der die
vorstehend genannten Vorgänge des lokalen Aufschmelzens, der Verfügung mit der
formgebenden Oberfläche sowie der Abkühlung auf einen Zustand, bei dem die auf
gebrachte Faseranordnung keine räumlichen Veränderungen relativ zu der formge
benden Oberfläche erfährt, stattfinden.
Aus der amerikanischen Druckschrift US 4 699 683 geht eine Vorrichtung zum Ver
legen einer Faseranordnung auf eine formgebende Oberfläche hervor, bei der die
Faseranordnung mit Hilfe fester Anpreßrollen auf die Oberfläche druckbeaufschlagt
aufgebracht wird. Die vorzugsweise aus Metall gefertigte Anpreßrolle gelangt übli
cherweise über eine nur linienhaft ausgeprägte Anpreßfläche mit der Faseranord
nung in Kontakt und verfügt diese entlang der linienhaften Fläche an der formgeben
den Oberfläche. Dieser Umstand führt jedoch zu einer relativ geringen Kontaktfläche
bzw. Kontaktlänge, wodurch die vorstehend beschriebene Zeitspanne, innerhalb der
die Faseranordnung mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, reduziert wird, wo
durch auch die Prozeßgeschwindigkeit, mit der die Faseranordnung auf die Oberflä
che aufgebracht werden kann, nicht beliebig erhöht werden kann. Ferner vermag
eine starr ausgebildete Anpreßrolle die Faseranordnung nicht gleichmäßig auf belie
big dreidimensional gekrümmte Oberflächen bündig anzupressen, wodurch eine nur
mangelhafte Flächenkontaktierung erreicht wird.
Zwar können mit Hilfe aus Metall gefertigte Anpreßrollen hohe Anpreßdrücke erzeugt
werden, wodurch zumindest entlang der linienhaft ausgebildeten Kontaktfläche zwi
schen Anpreßrolle und Faseranordnung eine innige Verfügung stattfinden kann, doch
ist ein gleichmäßiges Anschmiegen der Faseranordnung auf unebenen, formgeben
den Oberflächen mit derart starr ausgebildeten Anpreßrollen nicht möglich. Aus der
US 4 601 775 ist ein Anpreßsystem zum Aufbringen einer Faseranordnung auf eine
Oberfläche entnehmbar, das gummierte Anpreßrollen vorsieht, die zwar über eine
begrenzte Oberflächenverformbarkeit verfügen und somit ein Anschmiegen der Fa
seranordnung auch auf unebenen Oberflächen gestattet, doch sind hierbei die An
preßdrücke entlang der flächenhaften Kontaktfläche unterschiedlich groß und weit
aus geringer als bei starren Anpreßrollen.
Als Alternative zu den vorstehend beschriebenen Anpreßrollen sind Anpreßvorrich
tungen bekannt, die aus einer Vielzahl einzelner flächenhaft ausgebildeter
Anpreßelementen bestehen und sich in einem gewissen Rahmen an die Oberflä
chenkontur der formgebenden Oberfläche anzupassen vermögen. Derartige Vor
richtungen sind beispielsweise in der US 5 454 897 sowie US 5 015 328 beschrie
ben. Die aus einer Vielzahl parallel geführter, einzelner Plattenelemente bestehen
den Vorrichtungen, deren einzelne Plattenelemente normal zur Faseranordnung auf
die formgebende Oberfläche abgesenkt werden, üben dennoch hohe Scherkräfte auf
die Faseranordnung aus und können die Faserorientierung nachteilig beeinträchtigen
und bei einem unsachgemäßen Abheben der einzelnen Plattenelemente zu einem
stellenweisen Wiederablösen der Faseranordnung von der formgebenden Oberflä
che führen, wodurch sowohl die Eigenstabilität als auch die Eigenhärte des faserver
stärkten Verbundwerkstoffes deutlich leidet. Um dieser Gefahr der Beschädigung der
aufzubringenden Faseranordnung entgegenzutreten, ist vorgeschlagen worden, zwi
schen den Anpreßelementen und der Faseranordnung eine Zwischenschicht in Art
einer Folie einzubringen, die als Verbrauchsmaterial die Faseranordnung gegenüber
dem Anpreßwerkzeug schützen soll. Dies jedoch führt zu verfahrenstechnischen
Problemen hinsichtlich einer auf den Anpreßvorgang abgestimmten Zuförderung der
Zwischenfolie zwischen Anpreßwerkzeug und Faseranordnung. Ferner ist dafür Sor
ge zu tragen, daß die Elastizität der Zwischenfolie genügend groß sein muß, um der
lokalen Belastung, bedingt durch die einzelnen Anpreßelemente des Anpreßwerk
zeuges auf eine dreidimensional geformte Oberfläche, standzuhalten. Beschädigun
gen oder Risse innerhalb der Folie würden unweigerlich zur Unterbrechung des Ver
legevorganges führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Anordnen
und Verbinden einer Faseranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche
mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranordnung
derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende
mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist, derart wei
terzubilden, daß die beim Stand der Technik hervorgehobenen Nachteile umgangen
werden können. Insbesondere sollen während des Aufbringens der Faseranordnung
keine Scher- und Schubspannungen in die Fasern übertragen werden; ferner soll ein
flächenhaftes Anpressen der Faseranordnung mit großen Anpreßkräften sowie eine
Steigerung der Prozeßgeschwindigkeit, mit der die Faseranordnung verlegt wird,
möglich sein.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 ange
geben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Den
Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Un
teransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Anordnen und Verbinden einer Fa
seranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche mit einem Druckkopf,
der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranordnung derart mechanischen
Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende mechanische Druck
weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist, derart weitergebildet, daß der
Druckkopf wenigstens ein elastisches Flächenelement aufweist, das derart in Art ei
ner dynamischen Wellenform steuerbar verformbar ist, daß sich das Flächenelement
relativ zur Faseranordnung eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermei
dung von auf die Faseranordnung einwirkender Scher- oder Schubkräfte.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, anstelle der an sich bekannten rollenartig bzw.
stempelförmig ausgebildeten Anpreßwerkzeuge zum Aufbringen einer Faseranord
nung auf eine formgebende Oberfläche, ein elastisches Flächenelement zu verwen
den, das mit Hilfe geeigneter Stellelemente respektive Aktoren dreidimensional ver
formt werden kann. Durch die Verformbarkeit des Flächenelementes werden die
durch die Stellelemente bewirkten Anpreßkräfte weitgehend gleichmäßig auf die auf
zubringende Faseranordnung übertragen, wodurch jegliche Scher- und Schubspan
nungen innerhalb der Faseranordnung vermieden werden.
Das flexible Flächenelement weist zwei Hauptoberflächen auf, von denen die eine
mit der Faseranordnung direkt in Kontakt gebracht wird und die gegenüberliegende
Hauptoberfläche mit vorzugsweise einer Vielzahl von unabhängig voneinander an
steuerbaren Stellelementen, die in besonders vorteilhafter Weise matrixförmig ange
ordnet sind, verbunden ist.
Das flexible Flächenelement kann aus einer flexiblen Metallplatte bestehen, auf de
ren der Faseranordnung gegenüberliegenden Hauptoberfläche Piezoaktoren ange
ordnet sind, die in ihrer Länge variierbar sind und auf diese Weise die flexible Metall
platte zu deformieren vermögen. Hierbei sind die Stellelemente mit ihrem, der flexi
blen Platte gegenüberliegenden Enden, an einem festen, gemeinsamen Gegenlager
angebracht, so daß ihre Längenausdehnung unmittelbar zur Deformation des Flä
chenelementes führt. Die matrixförmig angeordneten Stellelemente, die magneto
striktives und/oder piezoelektrische Materialien aufweisen, werden durch eine geeig
nete elektrische Spannungsversorgung derart angesteuert, daß ihre aufeinander ab
gestimmte Längenvariation zu einer dynamischen Verformung des Flächenelemen
tes führt, so daß dem Flächenelement eine harmonische, sich in eine Vorzugsrich
tung ausbreitende Wellenbewegung einbeschrieben wird. Die Dynamik, mit der die
einzelnen Stellelemente ausgelenkt werden, die letztlich die Geschwindigkeit be
stimmt, mit der sich die in das Flächenelement einbeschriebene Welle entlang des
Flächenelementes ausbreitet, richtet sich bevorzugt nach der Geschwindigkeit, mit
der die Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche aufgetragen wird. Zum An
pressen der Faseranordnung wird das flexible Flächenelement mit den darauf be
findlichen Stellelementen auf die auf der Oberfläche aufliegende Faseranordnung,
unmittelbar der Berührlinie zwischen Oberfläche und Faseranordnung nachgeordnet
aufgebracht. Die Geschwindigkeit, mit der die Faseranordnung auf die formgebende
Oberfläche aufgebracht wird, entspricht der Wellengeschwindigkeit, die durch die
Stellelemente in das flexible Flächenelement eingeprägt wird. Das flexible Flä
chenelement bewegt sich durch die wellenartige Eigenverformung selbständig relativ
zur auf der Oberfläche aufliegenden Faseranordnung fort, ohne dabei jedwede
Scher- sowie Schubspannungen in die Faseranordnung einzubringen. Auf die Fa
seranordnung werden durch das Flächenelement lediglich Normalkräfte übertragen,
die für eine vollständige Verfügung und Verfestigung der Faseranordnung mit der
Oberfläche erforderlich sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Flächenelement lichtdurchlässig aus
geführt, so daß es grundsätzlich möglich ist, mit Hilfe eines geeigneten Lichtstrahls,
vorzugsweise Laserlicht, das Flächenelement zu durchstrahlen und die Faseranord
nung lokal zu erwärmen. Ferner ist es vorteilhaft, das Flächenelement zusätzlich luft
durchlässig auszubilden, um den Abkühlvorgang bzw. den Vorgang des Aushärtens
zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranord
nung auf einer zwei- oder dreidimensionalen Oberfläche zeichnet sich dadurch aus,
daß zum Andrücken der Faseranordnung auf eine formgebende Oberfläche ein flexi
bel ausgebildetes Flächenelement, dem eine dynamische wellenförmige Verformung
einbeschrieben wird, vermittels der das Flächenelement auf der Faseranordnung in
eine Vorzugsrichtung eigenbeweglich fortschreitet.
Im Unterschied zu den bekannten Methoden, mit denen Faseranordnungen gegen
Oberflächen gepreßt werden, weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vor
teile auf:
Der Anpreßdruck, mit der das Flächenelement die Faseranordnung auf die formge bende Oberfläche aufdrückt, ist um ein Vielfaches größer als es bei den herkömmli chen Methoden unter Verwendung an sich bekannter Anpreßrollen oder der Verwen dung plattenförmiger Elemente der Fall ist. So ist es möglich, die Prozeßgeschwin digkeit bzw. die Rate mit der die Faseranordnung verlegt werden kann, deutlich zu vergrößern. Ferner ist es möglich, das Zeitintervall, innerhalb der die Verlegearbeit vollendet ist, entweder aufgrund der größeren Kontaktlänge, mit der die Faseranord nung gegen die Oberfläche gepreßt wird, zu vergrößern oder bei gleichbleibender Kontaktzeit die Verlegegeschwindigkeit zu vergrößern. All jene Maßnahmen führen zu einem verbesserten und schnelleren Verlegevorgang, der insbesondere aus der Sicht der Wirtschaftlichkeit besonders vorteilhaft ist.
Der Anpreßdruck, mit der das Flächenelement die Faseranordnung auf die formge bende Oberfläche aufdrückt, ist um ein Vielfaches größer als es bei den herkömmli chen Methoden unter Verwendung an sich bekannter Anpreßrollen oder der Verwen dung plattenförmiger Elemente der Fall ist. So ist es möglich, die Prozeßgeschwin digkeit bzw. die Rate mit der die Faseranordnung verlegt werden kann, deutlich zu vergrößern. Ferner ist es möglich, das Zeitintervall, innerhalb der die Verlegearbeit vollendet ist, entweder aufgrund der größeren Kontaktlänge, mit der die Faseranord nung gegen die Oberfläche gepreßt wird, zu vergrößern oder bei gleichbleibender Kontaktzeit die Verlegegeschwindigkeit zu vergrößern. All jene Maßnahmen führen zu einem verbesserten und schnelleren Verlegevorgang, der insbesondere aus der Sicht der Wirtschaftlichkeit besonders vorteilhaft ist.
Durch die hohe Flexibilität des Flächenelementes können beliebig ausgebildete
formgebende Oberflächen mit Faseranordnungen bedeckt und auf diese verfügt
werden. Durch das erfindungsgemäße Flächenelement mit den darauf angebrachten
Stellelementen sind somit größere Einsatzbereiche für die Herstellung faserver
stärkter Verbundwerkstücke abdeckbar.
Schließlich vermögen die vorzugsweise als Piezostellelemente ausgebildeten Akto
ren zur Verformung des Flächenelementes Schwingungen zu generieren, deren
Schwingungsfrequenzen in den Ultraschallbereich hineinragen, wodurch eine sehr
hohe Deformationsdynamik erreicht werden kann. Hierdurch ist es insbesondere
möglich, die Schub- und Scherspannungen innerhalb der Faseranordnung vollstän
dig auszuschließen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge
dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a, b schematisierte Darstellung der Verformungseigenschaften
des erfindungsgemäßen Flächenelementes, sowie
Fig. 2 schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auf einer Faseranordnung.
In Fig. 1a ist ein flexibel ausgestaltetes Flächenelement 1 dargestellt, das in zwei
oder drei Dimensionen verformbar ist. Das Flächenelement ist vorzugsweise aus ei
nem flexiblen Material hergestellt, es kann jedoch auch aus Kunststoff oder kunst
stoffähnlichen Materialien bestehen.
In Fig. 1b ist grundsätzlich die Deformation des Flächenelementes 1 in Art einer in
eine Richtung fortschreitenden dynamischen Wellenform 2 dargestellt. Die in das
Flächenelement einbeschriebene Wellendynamik ist mit der Fortbewegungsart einer
Raupe vergleichbar und bewirkt eine Fortbewegung des Flächenelements 1 auf der
Oberfläche 3, auf der das Flächenelement 1 aufliegt, in Pfeilrichtung. An jenen Stel
len, an denen das Flächenelement in unmittelbaren Kontakt mit der Oberfläche 3 tritt,
sollen hohe Anpreßkräfte auf die Oberfläche wirken. Die Deformation sowie die Er
zeugung der Anpreßkräfte wird durch nicht weiter im einzelnen dargestellte Stellele
mente ermöglicht, die senkrecht mit deren Flächenelement 1 in Verbindung treten
(siehe hierzu insbesondere das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2).
In Fig. 2 ist in schematisierter, perspektivischer Darstellung das flexibel ausgebildete
Flächenelement 1 auf einer Faseranordnung 4 aufliegend dargestellt, die auf einer
Oberfläche 3 streifenförmig aufgebracht wird. Unmittelbar nach der Berührlinie 5,
entlang der sich die Faseranordnung 4 und die Oberfläche 3 berühren, ist das Flä
chenelement 1 mit Stellelementen 6 vorgesehen. Die Stellelemente 6 sind vorzugs
weise als piezoelektrische Ultraschallwandler ausgebildet und vermögen das Flä
chenelement 1 in der gemäß Fig. 1b angegebenen Weise zu deformieren. Aus Grün
den der Übersichtlichkeit sind lediglich vier Stellelemente 6 im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 vorgesehen, in besonders vorteilhafter Weise werden die Stellelemente
6 dicht benachbart nebeneinanderliegend in Form einer Matrix auf der Oberfläche
des Flächenelementes 1 angebracht.
Auf die vorstehend genannten Vorteile, die man mit der erfindungsgemäßen Vor
richtung in Verbindung mit dem Aufbringen von Faseranordnungen auf formgebende
Oberflächen erzielt, wird hingewiesen.
1
Flächenelement
2
Wellenform
3
Oberfläche
4
Faseranordnung
5
Berührlinie
6
Stellelemente
Claims (15)
1. Vorrichtung zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung (4) auf einer
2- oder 3-dimensionalen Oberfläche (3) mit einem Druckkopf, der auf die, auf der
Oberfläche (3) aufgebrachte Faseranordnung (4) derart mechanischen Druck ausübt,
daß der auf die Faseranordnung (4) einwirkende mechanische Druck weitgehend
orthogonal zur Oberfläche (3) gerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf wenigstens ein elastisches Flä
chenelement (1) aufweist, das derart steuerbar, in Art einer dynamischen Wellenform
(2), verformbar ist, daß sich das Flächenelement (1) relativ zur Faseranordnung (4)
eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermeidung von auf die Faseranord
nung (4) einwirkender Scher- oder Schubkräfte.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenelement (1) zwei sich gegenüberliegende
Hauptoberflächen aufweist, deren erste Hauptoberfläche mit der Faseranordnung (4)
kontaktierbar und an deren zweite Hauptoberfläche wenigstens ein Stellelement (6)
vorgesehen ist, das eine Deformation des Flächenelements (1) in Richtung zu der
auf der Oberfläche (3) aufgebrachten Faseranordnung (4) bewirkt und entsprechend
ansteuerbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) in einer Vorzugsrichtung linear
längbar sowie kontraktionsfähig ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) als Ultraschallwellen-
Übertragungselement ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) einseitig fest angelenkt ist und
mit seinem anderen, freien Enden mit dem elastischen Flächenelement (1) verbun
den ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) piezo- oder ein magnetostrikti
ves Material aufweist, das über Längenausdehnungseigenschaften verfügt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Hauptoberfläche des elastischen Flä
chenelements (1) eine Vielzahl von Stellelementen (6) in Matrixform angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf mehrere matrixförmig angeordnete
Flächenelemente (1) aufweist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Flächenelement (1) lichtdurchlässig
und/oder luftdurchlässig ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf vertikal über der Faseranordnung (4)
angeordnet ist und bei gelängten Stellelementen (6) druckbeaufschlagt die Fa
seranordnung (4) mit der ersten Hauptoberfläche der elastischen Flächenelement (1)
berührt, ohne daß Scherkräfte auf die Faseranordnung (4) einwirken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf relativ zur Faseranordnung (4) beweg
bar ist, und daß eine Relativbewegung zwischen Druckkopf und Faseranordnung (4)
jeweils zwischen zwei Berührereignissen zwischen der ersten Hauptoberfläche des
elastischen Flächenelementes und der Faseranordnung (4) erfolgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmequelle vorgesehen ist, die einen lokalen
Wärmeeintrag zwischen dem elastischen Flächenelement (1) und der Faseranord
nung (4) ermöglicht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle eine Lichtquelle, vorzugsweise ein
Laser, oder eine Warmluftquelle ist.
14. Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung (4) auf einer
2- oder 3-dimensionalen Oberfläche (3) unter Verwendung der Vorrichtung nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche (3) aufgebrachte Faseranord
nung (4) relativ zum Druckkopf bewegt wird, und daß die Geschwindigkeit mit der die
Faseranordnung (4) relativ zum Druckkopf bewegt wird, der Eigengeschwindigkeit
des elastischen Flächenelements (1) entspricht, mit der sich das Flächenelement (1)
durch wellenförmige Verformung (2) auf der Faseranordnung (4) bewegt.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
zum scherungsfreien Aufbringen mechanischen Drucks auf eine 2- oder 3-
dimensionale Oberflächen (3), derart, daß die Kraftübertragung gleichmäßig ortho
gonal zur Oberfläche (3) erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103516 DE19903516A1 (de) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103516 DE19903516A1 (de) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19903516A1 true DE19903516A1 (de) | 2000-08-03 |
Family
ID=7895768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999103516 Withdrawn DE19903516A1 (de) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19903516A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10047363A1 (de) * | 2000-09-25 | 2002-04-18 | Siemens Ag | Flächendruckerzeugungseinrichtung bei einer Spritzgießmaschine |
DE102005034400A1 (de) * | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Airbus Deutschland Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings mit einer nahezu beliebigen Oberflächengeometrie im TFP-Verfahren |
WO2014035579A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | General Electric Company | Methods and systems for automated ply layup for composites |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2052447A1 (en) * | 1970-10-26 | 1972-04-27 | Zokalj Z | Lay-up of fibre reinforced materials - using conductors vibrating in |
DE1956134B2 (de) * | 1969-11-07 | 1973-07-05 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von luftblasenfreien faserverstaerkten formkoerpern | |
DE3215930C1 (de) * | 1982-04-29 | 1983-05-19 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Laminiergerät für Faserverbundkörper |
-
1999
- 1999-01-29 DE DE1999103516 patent/DE19903516A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1956134B2 (de) * | 1969-11-07 | 1973-07-05 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von luftblasenfreien faserverstaerkten formkoerpern | |
DE2052447A1 (en) * | 1970-10-26 | 1972-04-27 | Zokalj Z | Lay-up of fibre reinforced materials - using conductors vibrating in |
DE3215930C1 (de) * | 1982-04-29 | 1983-05-19 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Laminiergerät für Faserverbundkörper |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10047363A1 (de) * | 2000-09-25 | 2002-04-18 | Siemens Ag | Flächendruckerzeugungseinrichtung bei einer Spritzgießmaschine |
US6832906B2 (en) | 2000-09-25 | 2004-12-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for generating surface pressure in an injection molding machine |
DE10047363B4 (de) * | 2000-09-25 | 2006-03-02 | Siemens Ag | Flächendruckerzeugungseinrichtung |
DE102005034400A1 (de) * | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Airbus Deutschland Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings mit einer nahezu beliebigen Oberflächengeometrie im TFP-Verfahren |
DE102005034400B4 (de) * | 2005-07-22 | 2010-09-23 | Airbus Deutschland Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung eines Faservorformlings mit einer nahezu beliebigen Oberflächengeometrie im TFP-Verfahren |
US7954440B2 (en) | 2005-07-22 | 2011-06-07 | Airbus Operations Gmbh | Device for producing a fiber preform with virtually any desired surface geometry by the TFP process |
WO2014035579A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | General Electric Company | Methods and systems for automated ply layup for composites |
US9421744B2 (en) | 2012-08-31 | 2016-08-23 | General Electric Company | Methods and systems for automated ply layup for composites |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19922799B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils | |
DE3113791C2 (de) | ||
DE60105084T2 (de) | Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines quadratischen Rohres aus Faserverbundkunststoff | |
DE102013021642B4 (de) | Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens | |
EP2481569B1 (de) | Kraftfahrzeugbauteil und Verfahren zur Herstellung des Kraftfahrzeugbauteils | |
EP1912770A1 (de) | Vorrichtung zur herstellung eines faservorformlings mit einer nahezu beliebigen oberflächengeometrie im tfp-verfahren | |
DE102019005917B4 (de) | Verfahren und Pressenanordnung zum Herstellen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff | |
EP3676075B1 (de) | Biegeverfahren und biegevorrichtung zum biegen eines verbundwerkstoffstabes | |
DE102013107102B4 (de) | Faserhalbzeug-Temperiervorrichtung | |
EP2927908A1 (de) | Chopperscheibe sowie Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE3715409A1 (de) | Verfahren zum herstellen von faserverstaerktem verbundmaterial mit befestigungsloechern | |
WO2012076154A1 (de) | Verarbeitung eines faserverbundhalbzeugs | |
DE68916161T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Verbundstoffen mit faserverstärkter Kunststoffmatrix, sowie Gegenstand daraus. | |
DE102007056358A1 (de) | Umformwerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Umformwerkzeugs | |
DE19903516A1 (de) | Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche | |
DE102010053635B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundprodukts | |
DE102016123456A1 (de) | Verbundwerkzeuge zum bearbeiten von luftfahrzeugen und verfahren verwendend gelenkdorne | |
WO2012079744A2 (de) | Anordnung und verfahren zum umformenden laminieren von faserhalbzeugen | |
DE102013107105B4 (de) | Faservorformling-Temperiervorrichtung | |
DE102021116083B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine und Vorrichtung zur Durchführung | |
DE102014203559B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung | |
EP1132193A1 (de) | Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer vorgespannten, als Meterware ausgebildeten Faseranordnung auf einer Oberfläche | |
DE10340561A1 (de) | Leichtbau-Verbundmaterial, Zwischenprodukt für ein derartiges Leichtbau-Verbundmaterial, Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung des Leichtbau-Verbundmaterials, sowie Verwendung für das Leichtbau-Verbundmaterial | |
DE102009060707B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils | |
DE2143542C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines vollisolierten Ankers für Elektrowerkzeuge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER, 80331 MUENCHEN |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |