DE19906618A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus FaserverbundkunststoffenInfo
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen (FVK), die einen rohrförmigen Querschnitt und an einem oder beiden Enden einen planen Flansch oder eine Durchmesseränderung oder einen Übergang in einen weiteren zylindrischen Teil aufweisen. Auf einen Kern mit der Innenkontur des rohrförmigen Abschnittes werden getränkte Rovings unter einem Winkel von 5 DEG -45 DEG gewickelt. DOLLAR A Der Kern ist um das Maß der Flanschhöhen (allgemein um das Maß der umzuformenden Bereiche) länger als der rohrförmige Teil. Nach dem Wickeln wird der rohrförmige Teil durch Aufsetzen einer Umfangspreßform fixiert. Anschließend werden die freiliegenden Bereiche des Laminates umgeformt und gepreßt. DOLLAR A Die Erfindung wird u. a. verwendet im Armaturen- und Rohrleitungsbau.
Description
Rohre und Behälter aus FVK stehen in der Regel unter Innendruck. Diese Belastung
wird durch Umfangswicklungen und Kreuzwicklungen optimal aufgenommen.
Flansche müssen aber die Anschraubkräfte aufnehmen. Damit ist die
Übergangsstelle zwischen Flansch und rohrförmigem Abschnitt biegebelastet und
erfordert entsprechend orientierte Faserlagen. Flansche stellen aus Sicht der
Wickeltechnologie einen Durchmessersprung dar, der als lokale Aufdickung nur mit
reiner Umfangswicklung herstellbar ist. Eine solches Verfahren wird in DE 39 22 335 C1
beschrieben. Der entstehende Bund dient nur als Anlage für einen Stahlflansch
und ist nicht in der Lage, Anschraubkräfte aufzunehmen.
DE 35 03 194 A1 beschreibt die konstruktive Ausbildung einer flanschähnlichen
Verbindung zwischen einem FVK-Rohr und einem Stahlflansch, bei der am
Rohrende eine Konusfläche angewickelt ist, die mit einer paßgenauen Konusfläche
des metallischen Partners korrelliert. Die Verschraubung erfolgt unter dem
entsprechenden Winkel. Diese Art Verbindung ist nicht mit DIN-gerechten Bauteilen
kombinierbar und stellt nur eine Speziallösung dar.
DE 29 27 955 A1 beschreibt die Herstellung einer Kupplung aus FVK zur Verbindung
zweier Antriebswellen. Dabei wird auf dem Wickeldorn eine Scheibe von der Größe
der Kupplungsscheibe eingewickelt. Nachteilig ist der Verlust dieser Scheibe, die
nach dem Aushärten ausgewaschen werden muß. Bei diesem Verfahren entsteht
eine unlösbare Verbindung zwischen zwei Rohrenden, aber kein lösbarer Flansch.
Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung von Flanschen wird in DE 40 05 771 C1
beschrieben. Der Werkstoff für die Flanschbereiche wird dabei über Spreizkörper
gewickelt, anschließend wird das Laminat an den Spreizkörpern aufgeschnitten. Das
Laminat von den Scheiben bis zu den Wendezonen ist komplett Abfall und
gleichzeitig vergeudete Wickelzeit. Von großem Nachteil sind auch die
eingeschränkten geometrischen Verhältnisse zwischen der Länge des rohrförmigen
Abschnittes und den Durchmessern der Spreizkörper. Bei steilem (umfangsnahen)
Wickelwinkel ist die Übergangszone von rohrförmigem Abschnitt auf
Spreizkörperdurchmesser kurz, aber das Laminat ist fast nicht umform- bzw.
aufweitbar. Mit zunehmend flachem (achsnahen) Wickelwinkel wächst die Breite der
Übergangszone und reduziert die Länge des rohrförmigen Abschnittes mit dem
Faktor 2. Die Länge des rohrförmigen Abschnittes liegt aber für reale
Geometrieverhältnisse von DIN-gerechten Flanschen fest und sind deshalb mit
diesem Verfahren nicht realisierbar.
Weiterer Nachteil sind die als Folge des Messerbeschnittes unsauberen
Außenkanten der Flansche, die eine mechanische Nacharbeit erfordern. Das
Verfahren ist nur für dünnwandige Bauteile geeignet, zum erreichen von großen
Wanddicken müssen die Bauteile mit ergänzenden Verfahren wie Faserharzspritzen
oder Handlaminieren aufgedickt werden.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens
zweckmäßigen Vorrichtungen, die die Herstellung von normgerechten Flanschen
Behälterflanschen sowie von Flanschen an Antriebsaggregaten ermöglicht. Die
Faserstränge müssen unter solchen Wickelwinkeln abgelegt werden, daß in den
Flanschbereichen eine optimale Faserorientierung zur Aufnahme der
Anschraubkräfte entsteht. Das Verfahren muß auch für dickwandige Laminate, d. h.
reale Flanschdicken, durchführbar sein und darf die Geometrie der Bauteile nicht
einschränken.
Das Wickelgut soll weitestgehend Bestandteil des Bauteiles werden, um Abfall an
hochwertigen Fasern zu vermeiden. Die Flansche müssen nacharbeitsfrei die
endgültige Form erhalten.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mittlere
Kern (2) und die Kerne (3) und (4), auf einer Welle (1) sitzend, vorzugsweise unter
einem Winkel von 5°-45° im ersten Verfahrensschritt bewickelt werden, der
mittlere Kern (2) die Kontur des späteren Bauteiles besitzt und beidseitig
anschließend die Kerne (3) und (4) so ausgebildet sind, daß auf ihnen das Volumen
des umzuformenden Laminates abgelegt werden kann. Damit wird nahezu das
gesamte Wickelgut Bestandteil des Bauteiles.
Die Kerne (3) und (4) werden beidseitig abgeschlossen durch Pinträger (5) und (6),
die eine kurze Wendezone und ein präzises Wickelbild zur Folge haben. Das
gewickelte Laminat (8) wird in der für das Bauteil erforderlichen Wandstärke auf den
Kernen (2), (3) und (4) abgelegt. Nach Abschluß des Wickelvorganges wird das
Material der Wendezonen abgetrennt. Dazu befinden sich zwischen den Kernen (3)
und (4) und den Pinträgern (5) und (6) vorzugsweise Distanzscheiben (7), die einen
Spalt (14) bilden und damit das Durchtrennen des Laminates erleichtern, wobei die
Spaltbildung auch durch andere technische Lösungen erreicht werden kann. Nach
dem Abtrennen des Laminates können die Distanzscheiben (7) und die Pinträger (5)
und (6) entfernt werden.
Anschließend wird eine Außenpreßform (9) aufgesetzt, die die Kontur des Bauteiles
in Umfangsrichtung bestimmt. Die Form muß zur Gewährleistung der Entformung
mindestens zweiteilig sein, kann aber aus zwei Halbschalen über dem Kern
geschlossen oder vormontiert axial über den Kern geschoben werden. Die Lage der
Außenpreßform (9) kann über Anschläge (12) zur Außenpreßform, an den Kernen
(3) oder (4) anliegend, maßgenau über dem mittleren Kern (2) fixiert werden.
Im zweiten Verfahrensschritt wird das gewickelte Laminat (8) unter langsamer
Drehbewegung durch technische Hilfsmittel in den Umformzustand (15) aufgeweitet,
weiter umgeformt in die Umformzustände (16) und (17) und dabei an die
Außenpreßform (9) angedrückt wird, wobei die Umformzustände (15), (16) und (17)
fließende Übergänge besitzen.
Zum Abschluß werden stirnseitige Preßformen (10) und (11) über die Kerne (3) und
(4) geschoben, angepreßt und in dieser Stellung, fixiert durch die Anschläge für die
stirnseitigen Preßformen (13), ausgehärtet. Das Laminat wird im Umformzustand
(17) fixiert. Damit besitzt das Bauteil eine allseitig gepreßte und nacharbeitsfreie
Oberfläche.
Das Verfahren besteht allgemein darin, daß ein gewickeltes Laminat vor dem
Aushärten einfach oder mehrfach umgeformt wird und daß somit lokale
Aufdickungen, schräge Flansche, konische Bereiche und stufenförmige oder
gekrümmte Übergänge in andere Durchmesser und Kombinationen aus diesen
geformt werden.
Erfindungsgemäß hergestellte Bauteile sind einsetzbar als einseitige und beidseitige
Flansche an Rohren, Verbindungsbauteile zwischen verschiedenen
Rohrdurchmessern mit flanschförmigen Enden und Apparaturen des
Rohrleitungsbaues mit flanschförmigen Enden.
Dabei kann der rohrförmige Teil beliebige wickelbare Querschnitte aufweisen und
der Querschnitt kann sich über die Rotationsachse ändern.
Die Flansche sind ebenso an beliebige Behälter und Druckgefäße anformbar, sowie
an kupplungsähnlichen Teile und an Antriebswellen.
Das Verfahren ist allgemein anwendbar auf wickelfähige Bauteile, die Unstetigkeiten
in ihrem Längsprofil aufweisen und deshalb nicht ausschließlich im Wickelverfahren
sondern durch Wickeln und Umformen hergestellt werden müssen.
Durch die belastungsgerechte Faserablage ist es möglich, stahlübliche
Anschraubkräfte aufzunehmen und z. B. Armaturen aus Stahl durch wesentlich
leichtere Faserverbund-Konstruktionen zu ersetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von
entsprechenden Bauteilen werden am folgenden Ausführungsbeispiel erläutert:
Hierzu zeigen
Fig. 1 im Querschnitt den erfindungsgemäßen Wickelkern mit gewickeltem
Laminat,
Fig. 2 im Querschnitt schematisch die Aufweitung und Umformung des
Laminates und
Fig. 3 im Querschnitt das Laminat im endgültig umgeformten und allseitig
gepreßten Zustand.
Der in Fig. 1 dargestellte Wickelkern besteht aus der Welle 1, dem mittleren Kern 2
und den Kernen 3 und 4, belegt mit dem gewickelten Laminat 8, wobei die Kerne
2, 3 und 4 einen beliebigen wickelbaren Querschnitt aufweisen. Der mittlere Kern 2
entspricht der Innenkontur eines Flansches. Die Kerne 3 und 4 sind so ausgebildet,
daß auf Ihnen das Volumen des umzuformenden Laminates durch Wickeln abgelegt
werden kann. Der Wickelkern wird im ersten Verfahrensschritt vorzugsweise unter
einem Winkel von 5°-45° bis zur erforderlichen Wandstärke bewickelt, das
Wenden erfolgt über den Pinträgern 5 und 6. Nach Abschluß des Wickelvorganges
wird das Laminat im Spalt 14, der vorzugsweise durch Distanzscheiben 7 gebildet
wird, zwischen den Pinträgern 5 und 6 und den Kernen 3 und 4 entsprechend Fig.
2 durchtrennt. Die Pinträger 5, 6 und zugehöriges Laminat werden entfernt. Im
konischen Bereich wird das Laminat durch eine Außenpreßform 9 fixiert, die
wiederum über den Anschlag 12 Ihren maßlichen Bezug zum mittleren Kern 2 erhält.
Im zweiten Verfahrensschritt wird das Laminat durch technische Mittel von den
Kernen 3 und 4 unter einer Drehbewegung abgehoben, und entsprechend Fig. 2
aufgeweitet, in die aufeinanderfolgenden Umformzustände 15 und 16 gebracht und
abschließend entsprechend Fig. 3 im Umformzustand 17 durch stirnseitige
Preßformen 10 und 11 gepreßt und durch die Anschläge 13 vorzugsweise an der
Außenpreßform 9 maßlich fixiert. Im Ausführungsbeispiel ensteht ein Teil mit
beidseitig flanschförmigen Enden, wobei durch das mehrfache Umformen des
Laminates eine Aufdickung der Flanschbereiche erreicht wird.
1
Welle
2
Mittlerer Kern
3
Kern
4
Kern
5
Pinträger
6
Pinträger
7
Distanzscheiben
8
Gewickeltes Laminat
9
Außenpreßform
10
Stirnseitige Preßform
11
Stirnseitige Preßform
12
Anschlag für Außenpreßform
13
Anschlag für stirnseitige Preßform
14
Spalt
15
Umformzustand
16
Umformzustand
17
Umformzustand
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen, die in
einem mittleren Bereich einen beliebigen Querschnitt und an einem oder an beiden
Enden eine flanschähnliche Struktur aufweisen, wobei ein Kern mit Kreuzwicklung
bewickelt und Teile des Laminates anschließend umgeformt werden,
gekennzeichnet dadurch,
daß im ersten Verfahrensschritt auf die auf einer Welle (1) sitzenden Kerne (3), (4) sowie dem mittleren Kern (2) ein gewickeltes Laminat (8) unter Wickelwinkeln von vorzugsweise 5° bis 45° gewickelt wird, wobei das Volumen des gewickelten Laminates (8) im Bereich des mittleren Kernes (2) dem Volumen des rohrförmigen Abschnittes des Bauteiles und im Bereich der Kerne (3) und (4) dem Volumen der nachfolgend umzuformenden Bereiche entspricht, daß nach Abschluß des Wickelvorganges das Laminat der Wendezonen an den vorzugsweise durch Distanzscheiben (7) gebildete Spalte (14) zwischen Pinträgern (5) und (6) und Kernen (3) und (4) abgetrennt wird, daß anschließend das Laminat im Mittelteil durch eine Außenpreßform (9) durch den Anschlag (12) zur Außenpreßform maßgenau über dem mittleren Kern (2) fixiert wird,
daß im zweiten Verfahrensschritt das Laminat auf den Kernen (3) und (4) vor dem Aushärten unter einer Drehbewegung des Wickelkernes durch ein technisches Mittel vom Kern abgehoben, in den Umformzustand (15) aufgeweitet, weiter umgeformt in den Umformzustand (16) und im Umformzustand (17) an die Außenpreßform angelegt und durch die stirnseitige Preßformen (10) und (11) angepreßt wird, wobei die stirnseitige Preßformen (10) und (11) durch Anschläge (13) zu den stirnseitigen Preßformen das Bauteilendmaß fixieren.
daß im ersten Verfahrensschritt auf die auf einer Welle (1) sitzenden Kerne (3), (4) sowie dem mittleren Kern (2) ein gewickeltes Laminat (8) unter Wickelwinkeln von vorzugsweise 5° bis 45° gewickelt wird, wobei das Volumen des gewickelten Laminates (8) im Bereich des mittleren Kernes (2) dem Volumen des rohrförmigen Abschnittes des Bauteiles und im Bereich der Kerne (3) und (4) dem Volumen der nachfolgend umzuformenden Bereiche entspricht, daß nach Abschluß des Wickelvorganges das Laminat der Wendezonen an den vorzugsweise durch Distanzscheiben (7) gebildete Spalte (14) zwischen Pinträgern (5) und (6) und Kernen (3) und (4) abgetrennt wird, daß anschließend das Laminat im Mittelteil durch eine Außenpreßform (9) durch den Anschlag (12) zur Außenpreßform maßgenau über dem mittleren Kern (2) fixiert wird,
daß im zweiten Verfahrensschritt das Laminat auf den Kernen (3) und (4) vor dem Aushärten unter einer Drehbewegung des Wickelkernes durch ein technisches Mittel vom Kern abgehoben, in den Umformzustand (15) aufgeweitet, weiter umgeformt in den Umformzustand (16) und im Umformzustand (17) an die Außenpreßform angelegt und durch die stirnseitige Preßformen (10) und (11) angepreßt wird, wobei die stirnseitige Preßformen (10) und (11) durch Anschläge (13) zu den stirnseitigen Preßformen das Bauteilendmaß fixieren.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß auf einer Welle (1) ein mittlerer Kern (2) und die Kerne (3) und
(4) mit beliebig bewickelbarem Querschnitt sowie zur Begrenzung beidseitig die
Pinträger (5) und (6) angeordnet sind, wobei zwischen den Kernen (3) und (4) und
den Pinträgern (5) und (6) vorzugsweise Distanzscheiben (7) angeordnet sind, daß
der mittlere Kern (2) so ausgebildet ist, daß seine Kontur der Innenkontur des
rohrförmigen Abschnittes des Bauteiles entspricht, daß die Kerne (3) und (4) so
ausgebildet sind, daß sie zur Aufnahme des Volumens des umzuformenden
Laminates in der Lage sind, daß eine mindestens zweiteilige Außenpreßform (9) so
ausgebildet ist, daß sie der äußeren Kontur des rohrförmigen Abschnittes, der
Kontur der einander zugewandten Stirnseiten der Flansche sowie der
Umfangskontur der Flansche entspricht, daß die Außenpreßform (9) über den
Anschlag (12) maßgenau über dem mittleren Kern (2) fixierbar ist, daß die
stirnseitigen Preßformen (10) und (11) so ausgebildet sind, daß sie auf den Kernen
(3) und (4) verschiebbar sind, der Kontur der voneinander abgewandten Seiten der
Flansche entsprechen und daß durch die Anschläge (13) für die stirnseitigen
Preßformen die Endlagen auf den Kernen (3) und (4) festgelegt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999106618 DE19906618A1 (de) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19906618A1 true DE19906618A1 (de) | 2000-08-24 |
Family
ID=7897780
Family Applications (1)
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DE1999106618 Withdrawn DE19906618A1 (de) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen |
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Country | Link |
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