DE19906618A1 - Making flanged fibrous pipe composites commences with angled winding onto cores, forming layered structure, followed by end trimming and rotating to raise flanges, with assistance from external pressing molds defining final geometry - Google Patents
Making flanged fibrous pipe composites commences with angled winding onto cores, forming layered structure, followed by end trimming and rotating to raise flanges, with assistance from external pressing molds defining final geometryInfo
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Abstract
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.Pipes and containers made of FRP are usually under internal pressure. This burden is optimally absorbed by circumferential windings and cross windings. However, flanges must absorb the screwing forces. So that's it Transition point between flange and tubular section subjected to bending stress and requires appropriately oriented fiber layers. From the point of view of Winding technology represents a leap in diameter, which is only possible with local thickening pure circumferential winding can be produced. Such a method is described in DE 39 22 335 C1 described. The resulting collar only serves as a system for a steel flange and is not able to absorb screwing forces.
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 35 03 194 A1 describes the structural design of a flange-like one Connection between a FRP pipe and a steel flange Tube end is wrapped around a conical surface with a precisely fitting conical surface of the metallic partner correlated. The screwing takes place under the corresponding angle. This type of connection is not with DIN-compliant components can be combined and is only a special solution.
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.DE 29 27 955 A1 describes the manufacture of a coupling made of FRP for connection two drive shafts. A disc of size is placed on the mandrel the clutch disc wrapped. The disadvantage is the loss of this disc must be washed out after curing. This process creates an inseparable connection between two pipe ends, but no detachable flange.
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.Method and device for forming flanges is described in DE 40 05 771 C1 described. The material for the flange areas is made using expansion bodies wrapped, then the laminate is cut open on the expansion bodies. The Laminate from the panes to the turning zones is completely waste and wasted winding time at the same time. They are also of great disadvantage restricted geometric relationships between the length of the tubular Section and the diameter of the expansion body. In the case of steep (circumferential) The winding angle is the transition zone from the tubular section Spreading body diameter short, but the laminate is almost not deformable or expandable. With an increasingly flat (near-axis) winding angle, the width of the Transition zone and reduces the length of the tubular section with the Factor 2. The length of the tubular section is for real ones Geometry relationships of DIN-compliant flanges are fixed and are therefore included this method cannot be implemented.
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.Another disadvantage is that they are unclean as a result of knife trimming Outside edges of the flanges, which require mechanical reworking. The The method is only suitable for thin-walled components, to achieve large ones The components have to have wall thicknesses using additional processes such as fiber resin spraying or hand laminated.
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.The aim of the invention is a method and for carrying out the method Appropriate devices for the production of standard flanges Container flanges and flanges on drive units enabled. The Fiber strands must be placed at such winding angles that in the Flange areas an optimal fiber orientation to accommodate the Bolting forces arise. The method must also be used for thick-walled laminates, i.e. H. real flange thicknesses, must be feasible and the geometry of the components must not restrict.
Das Wickelgut soll weitestgehend Bestandteil des Bauteiles werden, um Abfall an hochwertigen Fasern zu vermeiden. Die Flansche müssen nacharbeitsfrei die endgültige Form erhalten. The material to be wound should largely become part of the component in order to avoid waste avoid high quality fibers. The flanges must be reworked get final form.
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.The technical problem is solved according to the invention in that the middle core ( 2 ) and the cores ( 3 ) and ( 4 ) are wound on a shaft ( 1 ), preferably at an angle of 5 ° -45 °, in the first process step, the middle core ( 2 ) has the contour of the later component and the cores ( 3 ) and ( 4 ) are then formed on both sides so that the volume of the laminate to be formed can be placed on them. This means that almost the entire winding material becomes part of the component.
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.The cores ( 3 ) and ( 4 ) are closed on both sides by pin carriers ( 5 ) and ( 6 ), which result in a short turning zone and a precise winding pattern. The wound laminate ( 8 ) is deposited on the cores ( 2 ), ( 3 ) and ( 4 ) in the wall thickness required for the component. After the winding process has been completed, the material of the turning zones is separated. For this purpose, there are preferably spacers ( 7 ) between the cores ( 3 ) and ( 4 ) and the pin carriers ( 5 ) and ( 6 ), which form a gap ( 14 ) and thus make it easier to cut through the laminate, the gap also being formed by others technical solutions can be achieved. After the laminate has been cut off, the spacers ( 7 ) and the pin carriers ( 5 ) and ( 6 ) can be removed.
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.Then an external press mold ( 9 ) is placed, which determines the contour of the component in the circumferential direction. The shape must be at least in two parts to ensure removal from the mold, but can be closed from two half-shells above the core or pushed axially over the core. The position of the outer mold ( 9 ) can be fixed precisely over the middle core ( 2 ) via stops ( 12 ) to the outer mold, lying against the cores ( 3 ) or ( 4 ).
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. In the second process step, the wound laminate ( 8 ) is expanded by technical aids into the forming state ( 15 ) with a slow rotary movement, further formed into the forming states ( 16 ) and ( 17 ) and pressed onto the external compression mold ( 9 ), the forming states ( 15 ), ( 16 ) and ( 17 ) have smooth transitions.
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.Finally, end molds ( 10 ) and ( 11 ) are pushed over the cores ( 3 ) and ( 4 ), pressed and hardened in this position, fixed by the stops for the end molds ( 13 ). The laminate is fixed in the deformed state ( 17 ). This gives the component an all-round pressed and rework-free surface.
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.The general procedure is to have a wrapped laminate in front of the Hardening is formed one or more times and that local Thickening, sloping flanges, conical areas and stepped or curved transitions to other diameters and combinations of these be shaped.
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.Components manufactured according to the invention can be used as one-sided and two-sided Flanges on pipes, connecting components between different Pipe diameters with flange-shaped ends and equipment of the Pipeline construction with flange-shaped ends.
Dabei kann der rohrförmige Teil beliebige wickelbare Querschnitte aufweisen und der Querschnitt kann sich über die Rotationsachse ändern.The tubular part can have any windable cross sections and the cross section can change over the axis of rotation.
Die Flansche sind ebenso an beliebige Behälter und Druckgefäße anformbar, sowie an kupplungsähnlichen Teile und an Antriebswellen.The flanges can also be molded to any container and pressure vessel, as well on clutch-like parts and on drive shafts.
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.The method is generally applicable to windable components, the discontinuities have in their longitudinal profile and therefore not exclusively in the winding process but have to be produced by winding and forming.
Durch die belastungsgerechte Faserablage ist es möglich, stahlübliche Anschraubkräfte aufzunehmen und z. B. Armaturen aus Stahl durch wesentlich leichtere Faserverbund-Konstruktionen zu ersetzen. Due to the load-bearing fiber storage, it is possible to use steel Record screwing forces and z. B. Steel fittings by essential to replace lighter fiber composite constructions.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von entsprechenden Bauteilen werden am folgenden Ausführungsbeispiel erläutert:The method according to the invention and the device for producing corresponding components are explained using the following exemplary embodiment:
Hierzu zeigenShow this
Fig. 1 im Querschnitt den erfindungsgemäßen Wickelkern mit gewickeltem Laminat, Fig. 1 in cross section the winding core of the present invention with coiled laminate,
Fig. 2 im Querschnitt schematisch die Aufweitung und Umformung des Laminates und Fig. 2 in cross section schematically the expansion and deformation of the laminate and
Fig. 3 im Querschnitt das Laminat im endgültig umgeformten und allseitig gepreßten Zustand. Fig. 3 in cross section the laminate in the finally formed and pressed on all sides.
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.The winding core shown in Fig. 1 consists of the shaft 1 , the middle core 2 and the cores 3 and 4 , covered with the wound laminate 8 , the cores 2 , 3 and 4 having any windable cross-section. The middle core 2 corresponds to the inner contour of a flange. The cores 3 and 4 are designed so that the volume of the laminate to be formed can be deposited on them by winding. In the first process step, the winding core is preferably wound at an angle of 5 ° -45 ° to the required wall thickness, the turning is carried out via the pin carriers 5 and 6 . After completion of the winding process, the laminate is cut in the gap 14 , which is preferably formed by spacers 7 , between the pin carriers 5 and 6 and the cores 3 and 4 according to FIG. 2. The pin carriers 5 , 6 and associated laminate are removed. In the conical area, the laminate is fixed by an external die 9 , which in turn receives its dimensional reference to the central core 2 via the stop 12 .
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. In the second process step, the laminate is lifted from the cores 3 and 4 by a rotary movement using technical means, and expanded according to FIG. 2, brought into the successive forming states 15 and 16 and finally in accordance with FIG. 3 in the forming state 17 by end-side press molds 10 and 11 pressed and dimensionally fixed by the stops 13 on the outer die 9 . In the exemplary embodiment, a part is created with flange-shaped ends on both sides, the thickening of the flange regions being achieved by the multiple reshaping of the laminate.
11
Welle
wave
22nd
Mittlerer Kern
Middle core
33rd
Kern
core
44th
Kern
core
55
Pinträger
Pin carrier
66
Pinträger
Pin carrier
77
Distanzscheiben
Spacers
88th
Gewickeltes Laminat
Wrapped laminate
99
Außenpreßform
External mold
1010th
Stirnseitige Preßform
Face mold
1111
Stirnseitige Preßform
Face mold
1212th
Anschlag für Außenpreßform
Stop for external press mold
1313
Anschlag für stirnseitige Preßform
Stop for end mold
1414
Spalt
gap
1515
Umformzustand
Forming condition
1616
Umformzustand
Forming condition
1717th
Umformzustand
Forming condition
Claims (2)
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.1. A process for the production of components from fiber composite plastics which have any cross-section in the central region and a flange-like structure at one or both ends, a core being wound with a cross winding and parts of the laminate subsequently being formed, characterized in that
that in the first process step on the cores ( 3 ), ( 4 ) and the central core ( 2 ) seated on a shaft ( 1 ) a wound laminate ( 8 ) is wound at winding angles of preferably 5 ° to 45 °, the volume of the wound laminates ( 8 ) in the area of the central core ( 2 ) corresponds to the volume of the tubular section of the component and in the area of the cores ( 3 ) and ( 4 ) corresponds to the volume of the areas to be subsequently shaped, so that after the winding process has been completed, the laminate of the turning zones begins the gap ( 14 ) between pin carriers ( 5 ) and ( 6 ) and cores ( 3 ) and ( 4 ), which is preferably formed by spacers ( 7 ), is separated, that the laminate in the middle part is then separated by an external die ( 9 ) by the stop ( 12 ) is fixed to the outer die precisely over the middle core ( 2 ),
that in the second process step, the laminate on the cores ( 3 ) and ( 4 ) is lifted from the core by a technical means before the curing under a rotational movement of the winding core, expanded into the forming state ( 15 ), further formed into the forming state ( 16 ) and in Forming state ( 17 ) is applied to the external mold and pressed by the end-side molds ( 10 ) and ( 11 ), the end-side molds ( 10 ) and ( 11 ) using stops ( 13 ) to fix the component end dimension to the end molds.
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DE1999106618 DE19906618A1 (en) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | Making flanged fibrous pipe composites commences with angled winding onto cores, forming layered structure, followed by end trimming and rotating to raise flanges, with assistance from external pressing molds defining final geometry |
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DE1999106618 Withdrawn DE19906618A1 (en) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | Making flanged fibrous pipe composites commences with angled winding onto cores, forming layered structure, followed by end trimming and rotating to raise flanges, with assistance from external pressing molds defining final geometry |
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