DE2736124B2 - Verfahren und Wickelwerkzeug zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragungselements aus Faserverbundwerkstoff - Google Patents
Verfahren und Wickelwerkzeug zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragungselements aus FaserverbundwerkstoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren .',\nd ein
Wickelwerkzeug zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragungselements
aus Faserverbundwerkstoff konstanter Querschnittsfläche, jedoch sich ändernder Querschnittsform.
Nach einem bekannten: Verfahren dieser Art werden
die Einzelfasern von Hand um einen der Innenkontur
des Kraftübertragungselements entsprechenden Kern gelegt und anschließend in die erwünschte Querschnittsgeometrie des fertigen Elements verformt und in dieser
Lage während des Aushärtens gehalten. Dies führt wegen der sich in Längsrichtung ändernden Querschnittsform des Kraftübertragungselements zu einem
fertigungsbedingt ungleichmäßigen Verlauf der Einzelfasern, die sich stellenweise kreuzen oder im Faserbündel lose und ungeordnet eingebettet werden, so daß die
Faserrichtung im fertigen Element örtlich stark von der Spannungsrichtung unter Last abweicht, was im
Hinblick auf das anjsotrope Festigkeit^- und Steifigkeitsverhalten von Faserverbundwerkstoffen eine erheblich verringerte Belastbarkeit des Kraftübertragungselements zur Folge hat Hinzu kommt, daß bei den
auf bekannte We«,e gefertigten, einseitig offenen, schlaufenförmigen Kraftübertragungselementen die radial außenliegenden Fasern unter Zugbelastung nur
verhältnismäßig schwach beansprucht werden, während an den Fasern am Innenrand hohe Oberspannungen
auftreten, die um so größer sind, je größer das Radienverhältnis des Außen- zum Innenradius im
Schlaufenbereich ist Auch hierdurch wird die Belastbarkeit derartiger Kraftübertragungäelemente stark beeinträchtigt.
Bekannt sind ferner Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von schlaufenförmigen Kraftübertragungselementen aus Faserverbundwerkstoff (DE-AS
20 27 361, 10 36 590, DE-OS 15 04 652 und GB-PS 8 21 623), bei denen ein in sich geschlossenes, ringförmiges-oder ovales Faserbündel durch kontinuierliches,
mechanisiertes Bewickeln eines Wickelwerkzeugs konstanter Wickelspaltgeometrie hergestellt wird, so daß
nach dem Aushärten des Faserverbundwerkstoffs Kraftübertragungselemente in Form von in sich
geschlossenen Doppelschlaufen gleichmäßig konstanter Querschnittsform entstehen. Die Herstellung von an
den Enden offenen Kraftübertragungselementen ungleichförmiger Querschnittskonfiguration ist jedoch mit
diesen bekannten Verfahren und Wickelvorrichtungen nicht möglich.
Schließlich ist es zur Herstellung von scheibenförmigen Anschlußelemenlen aus Faserverbundwerkstoff
bekannt (DE-PS 25 45 920), einen mit einer zentralen Lasteinleitungsbuchse des Anschlußelements bestückten Innenkern ebenfalls wieder kontinuierlich und
mechanisiert mit den Verstärkungsfasern in einer bezüglich der Lasteinleitungsbuchse im wesentlichen
radialen Faserorientierung zu bewickeln und anschließend die Wickellagen am Außenumfang des Wickelkerns zu durchtrennen. Die Herstellung solcher
Anschlußelemente, bei denen sich infolge der an der
Lasteinleitungsstelle erhöhten Fadendiehte ρίπο radiale
Querscbnittsaufdickung ergibt and sich die Verstftrkungsfesern
unter der Wiekelspsnnung selbsttätig in die geforderte lastgerechte Faserorientierung legen, ist
nicht Gegenstand der Erfindung,
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein
Wickelwerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen sich an den Enden offene
Kraftübertragungselemente; mit sich in Längsrichtung ändernder Querschnittsgeometrie in einer gleichmäßig
exakten last- und werkstoffgerechten Faseranordnung
herstellen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der beanspruchten Gattung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst eine Endlosschlaufe mit einer sich entsprechend dem fertigen Kxaftübertragungselement
ändernden Querschnittsgeometrie durch mechanisiertes Bewickeln eines die Endlosschlaufe bis
nach dem. Aushärten fixierenden Wickelwerkzeugs hergestellt und anschließend ein Schlaufenteil der
Endlosschlaufe unter Bildung des offenen Kraftübertragungselements abgetrennt wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Verstärkungsfasern auf dem Umweg über die Herstellung
einer Endlosschlaufe während des mechanisierten Wickelvorgangs unter der Wickelspannung entsprechend
dem sich ändernden Querschnittsverlauf im fertigen Übertragungselement in der ordnungsgemäßen,
lastgerechten Lage auf dem Wickelwerkzeug positioniert und bleiben in dieser Lage in dessen
Wickelspalt bis nach dem Aushärten fixiert, so daß im Anschluß an das Abtrennen des einen Schlaufenteils ein
an den Enden offenes Kraftübertragungselement mit einer von örtlichen Fehlerstellen freien, den Querschnittsänderungen
konform folgenden Faserorientierungen entsteht, das auch extrem hohen Zug- oder
Druckbelastungen standhält. Gegenüber den bekannten Kraftübertragungselementen vergleichbarer Geometrie,
die bisher manuell gefertigt werden mußten, wird zugleich die Herstellung wesentlich vereinfacht und eine
erheblich gleichmäßigere Fertigungsqualität sichergestellt
Um durch Temperaturschwankungen bedingte Wärmeausdehnungen auszugleichen, die insbesondere während
des Aushärtens unter Wärmeeinwirkung einerseits zwischen dem Wickelwerkzeug und den Verstärkungsfasern und andererseits bei Verwendung mehrerer
Faserarten mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den einzelnen Faserlagen
auftreten können, werden die Verstärkungsfasern der Endlosschlaufe gemäß Anspruch' 2 zweckmäßigerweise
vor dem Aushärten im Bereich des später abgetrennten Schlaufenteils durchschnitten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
wird gemäß Anspruch 3 der gegenseitige Abstand der Längsschenkel des Kraftübertragungselements im ungespannten
Zustand größer als in der Einbaulage bemessen, wodurch die radial außenliegenden Fasern
mit einer Vorspannung in Zugrichtiing und die radial
inneren Fasern mit einer Vorspannung in Druckrichtung eingebaut werden, so daß die sonst unter Last am
Innenrand auftretenden, hohen Spannungsspitzen abgebaut werden und die im Schlaufenbereich des Kraftübertragungselements
eingeleitete Zugkraft noch wesentlich gleichmäßiger über die gesamte Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements verteilt wird.
Um die End'osschiai'fe während des Aushärtens auch
an ihrer freier). du''ch den Wickelspalt des Formwerkzeugs
nicht begrenzten Außenfläche zu fixieren, empfiehlt es sieh gemäß Anspruch 4, der Rndlosschlaufe
im Anschluß an den Wickelvprgang bis nach dem
Aushärten etye vorgegebene Außenkontur aufzuprägen,
wodurch zugleich überschüssiger Kunststoff aus dem Wickelwerkzeug ausgequetscht und die Faserdichte
auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird.
In besonders bevorzugter Weise wird die Endlosschlaufe
gemäß Anspruch 5 an ihren radial inneren
ίο Bereichen aus Verstärkungsfasern mit einenv niedrigeren
Elastizitätsmodul und an ihren weiter außenliegenden Bereichen aus Verstärkungsfasern mit einem
höheren Elastizitätsmodul gewickelt Hierdurch werden wahlweise oder zusätzlich zu dem Einbau des
Kraftübertragungselements unter Vorspannung in einfacher Weise die sonst unter Last üblichen Überspannungen
am Innenrand des Kraftübertragungselements erheblich herabgesetzt, wodurch eine stark vergleichmäßigte
Lastverteilung auf sämtliche Einzelfasern der gesamten Querschnittsfläche erzielt und die Belastbarkeit
des Kraftübertragungselements beträchtlich erhöht wird. In diesem Fall werden gemäß Anspruch 6 als
Verstärkungsfasern mit dem niedrigeren E'asiizilätsmodul
vorzugsweise Glasfasern und als Verstärkungsfasern mit dem höheren Elastizitätsmodul Carbonfasern
verwendet, wobei die Endlosschlaufe gemäß Anspruch 7 zweckmä^igerweise etwa bis zu ihrer halben Radialbreite
aus den Verstärkungsfasern niedrigeren Elastizitätsmoduls gewickelt wird. Hierdurch läßt sich die
Belastbarkeit des Kraftübertragungselements bei einem Verhältnis des Außen- und Innenradius ihres Schlaufenbereichs
von etwa 1,6 um über 50% steigern.
Das zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens geeignete Wickelwerkzeug, bestehend aus einem
Wickelkern und seitlich an diesem befestigten Begrenzungswangen, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet
daß die Begrenzungswangen einen sich in Längsrichtung des Wickelspalts entsprechend der
Querschnittsform des Kraftübertr2gungselements ändernden, gegenseitigen Abstand aufweisen, T'obei
gemäß Anspruch 9 zweckmäßigerweise eine abnehmbare, den Wickelspalt zwischen den Begrenzungswangen
nach außen abschließende und auf die Endiosschlaufe bis nach dem Aushärten aufsetzbare Formspange zum
Aufprägen der vorgegebenen Außenkontur der Endlosschlaufe vorgesehen ist
Da die Faserlagen unterschiedlichen Elastizitätsmoduls im allgemeinen auch unterschiedliche thermische
Ausdehnungskoeffizienten haben, wird — wie bereits erwähnt — die Endlosschlaufe im Bereich des später
abgetrennten Schlaufenteils zweckmäßigerweise durchschnitten. Eine weitere, ebenfalls bevorzugte Möglichkeit
zum Ausgleich der durch Temperaturschwankungen beim Aushärten bedingten, unterschiedlichen
thermii^hen Längenänderungen der inneren und
äußeren Faserlagen besteht gemäß Anspruch 10 darin, daß der Wickelkern eine entsprechend den unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Faserarten abgewandelte Querschnittsform aufweist.
Durch dieses thermische Vorhalten des Formwerkzeugs wird sichergestellt, uaß das Kraftübertragungselement
nach dem Entformen aus dem Werkzeug, also wenn sich die Faserlagen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizientens
unter Ausgleich der Wärmespal.nungen frei
<>5 zusammenziehen können, auf das gewünschte Endmaß
kommt. Bei einem an den Enden offenen Kraftübertragungselement mit Fascrlageti unterschiedlichen Elastizitätsmoduls,
von denen die Fasern am Innenrand einen
höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, also z. B. einer inneren Faserlage aus Glasfasern und einer
äußeren Faserlage aus Carbonfasern, federn die Enden des Kraftübertragungselements entsprechend der höheren
Längenkontraktion der inneren Fasern zusammen, ■> wenn die Endlosschlaufe aus dem Wickelwerkzeug
entformt und der eine Schiaufenteil abgetrennt wird. Unter Berücksichtigung dieser Formänderungen ist
daher der Wickelkern gemäß Anspruch 11 zweckmäßigerweise
im Querschnitt in Richtung des abgetrennten Schlaufenteils keilförmig erweitert.
Die Erfindung wird nachfolgnd anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Aufsicht einer Doppelschlaufe nach dem Zerteilen in ein einseitig geöffnetes
.Schlaufenelement und einen mit diesem zunächst einstückig verbundenen Schlaufenteil,
Fig. 2 den Seitenriß der Doppelschlaufe gemäß F i g. 1 längs der Linie 2-2.
F i g. 3 einen Querschnitt des "wickel· und Formwerk- in
zeugs einschließlich der den Formspalt nach außen abschließenden Formspange.
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3.
F ι g. 5 eine schematische perspektivische Darstellung
des Wickelvorgangs mit Hilfe eines Wickelmechanis- :>
mus und dem Werkzeug gemäß den F i g. 3 und 4 und
F i g. b eine bevorzugte Ausführungsform eines einseitig offenen .Schlaufenelements in schematischer
Aufsicht.
Die F i g. I und 2 zeigen eine nach dem Aushärten und so Entformen einteilige Hoppelschlaufe 2. die im Scheitelbereich
des einen Schlaufenteils 4 vor dem Aushärten mit einem durchgehenden Radialschnitt 6 durchtrennt
wurde. Durch einen Doppelschnitt 8. der die Längsschenkel 10, 12 der Doppelschlaufe 2 an ihren dem »
Schlaufenteil 4 benachbarten Enden durchsetzt, entsteht aus der Doppelschlaufe 2 unter Fortfall des lediglich aus
Gründen einer hohen Herstellungsqualität benötigten Schlaufenteils 4 das fertige Kraftübertragungselement
in Form eines einseitig geöffneten Schlaufenelements 14 -»o
konstanter Querschnittsfläche, sich im Bereich der Längsschenkel 10, 12 jedoch ändernder Querschnittsgeometrie. Wie gezeigt, nimmt die Breite der Längsschenkel
10, 12 von den erweiterten Schenkelenden 16 bzw. 18 aus fortschreitend ab und bleibt dann an den ->">
inneren Schenkelenden und dem diese miteinander verbindenden Schlaufenbereich 20 wieder konstant.
F.ntsprechend der sich verringerten Breite nimmt die Wandstärke des Schlaufenelements 14 im mittleren
Bereich der Längsschenkel 10,12 zu (siehe F i g. 2). 5<>
Das Schlaufenelement 14 besteht einschließlich des abgetrennten ScMaufemeils 4 aus Faserverbundwerkstoff,
z. B. Kohlefaserverbundwerkstoff, mit unidirektionalem
Faserverlauf. Die Faserrichtung stimmt mit der Zug- bzw. Druckspannungsrichtung überein und ist
durch die Raumform des Schlaufenelements 14 vorgegeben, wie dies für die Einzelfaser 22 in den F i g. 1 und 2
eezeigt ist. Das Schlaufenelement 14. das beispielsweise zum Anschluß eines Tragflügels an einem Flugzeugrumpf
dient, wird im Bereich seiner erweiterten t>o
Schenkelenden 16, 18 mit dem einen Bauteil, etwa der Tragflügel-Außenhaut, verbunden, z. B. verklebt, während
die andere Krafteinleitungsstelle durch einen in den F i g. 1 und 2 in gestrichelten Linien dargestellten
Anschlußbolzen, der ur Einleitung von Zugkräften mit dem Innenrand des Schlaufenbereichs 20 zusammenwirkt
und im anderen Bauteil, etwa dem Flugzeugrumpf. gesichert ist. und/oder einen ebenfalls am Flugzeugrumpf
befestigten Anschlußbeschlag gebildet wird, der bei Druckkraftbelastung des Schlaufenelements 14 den
Schlaufenbereich 20 am Außenrand abstützt.
Es läßt sich nachweisen, daß die am Innenrand des Schlaufenelements 14 liegenden Fasern bei einem
gleichförmigen, werkstoff- und spannungsgerechten Faserverlauf in Zugrichtung stärker als die radial
außenliegenden Fasern belastet werden.
Um unzulässig hohe Zugspannungsspitzen an den radial inneren Fasern zu vermeiden, wird daher das
Schlaufenelement 14 mit einem gegenüber dem ungespannten Zustand verringerten Abstand seiner
freien Schenkelenden 16, 18 eingebaut, wie dies in F i g. I in gestrichelten Linien dargestellt ist, so daß die
radial äußeren Fasern in der Einbaulage in Zugrichtung und die radial inneren Fasern in Druckrichtung
vorgespannt sind. Auf diese Weise wird der Spannungsverlauf in den Einzelfasern unter Last über die
Querschnittsbreite vergleichmäßigt und die Festigkeit ucs SCMidüicncicfTicniS 14 w-'CScntiiCM 6Γπΰπί.
Gemäß den Fig. 3 und 4 besteht das Wickel- und Formwerkzeug 24 zur Herstellung der einteiligen
Doppelschlaufe 2 aus einem Wickelkern 26, dessen Außenkontur mit der Innenkontur der Doppelschlaufe 2
übereinstimmt sowie zwei jeweils auf einer Seite des Wickelkerns 26 angeordneten Seitenwangen 28, 30. die
in ihren den Wickelkern 26 übergreifenden Bereichen einen dem Wandstärkenverlauf der Doppelschlaufe 2
entspre .henden Abstand haben und etwa mittels
Schrauben 32 lösbar mit dem Wickelkern 26 verbunden sind. Im zusammengebauten Zustand begrenzen somit
die Seitenwangen 28, 30 an ihren einander zugekehrten Seitenflächen gemeinsam mit dem Außenrand des
Wickelkerns 26 einen nach außen offenen, der Raumform der Doppelschlaufe 2 entsprechenden Formund
Wickelspalt 34. In dem im Sinne der Fig. 3 und 4 rechten Endabschnitt sind die Seitenwangen 28, 30 von
einem Radialschnitt 36 durchsetzt, der vom Außenrand der Seitenwangen 28, 30 bis zum Außenrand des
Wickelkerns 26 verläuft. Die Seitenwangen 28, 30 sind ferner an ihren einander zugekehrten Seitenflächen im
Bereich ihres Außenrandes mit einer über die gesamte Umfangslänge verlaufenden Abschrägung 38 versehen,
die das Einlaufen der Verstärkungsfasern in den Spalt 34 während des Wickelvorgangs erleichtert. Zum Werkzeug
24 gehört außerdem eine von außen zwischen die Seitenwangen 28, 30 aufschiebbare Spange 40, die nach
dem Wickelvorgang angelegt wird und den Spalt 34 auf einer zumindest dem Formbereich des Schlaufenelements
14 entsprechenden Länge nach außen abschließt. Die Spange 40 wird durch die Abschrägungen 38 in der
richtigen Lage am Werkzeug 24 fixiert, wobei ih den Spalt 24 abschließender Innenrand 42 mit der
gewünschten Außenkontur der Doppelschlaufe 2 bzw. des Schlaufenelements 14 übereinstimmt. Etwa in der
Mitte des Formwerkzeugs 24 sind außen auf den .Seitenwangen 28,30 zwei koaxial zueinander verlaufende
Lagerzapfen 44 befestigt, über die das Werkzeug 24 während des Wickelvorgangs drehbar abgestützt und
angetrieben wird.
Beim Wickelvorgang wird das Werkzeug 24 mit seinen Lagerzapfen 44 in nicht gezeigten Lagerböcken
positioniert, die eine Drehbewegung des Werkzeugs 24 um die durch die Lagerzapfen 44 gebildete Längsachse
sowie eine geringfügige Hin- und Herverschiebung des Werkzeugs 24 in Richtung dieser Längsachse ermöglichen.
Zum Wickeimechanismus gehört ferner eine in F i g. 5 schematisch dargestellte Fadenzufuhreinrich-
tung 46 mit einer einstellbaren Fadenbremse 48, über die
eine Einzelfaser in Form eines Endlosfadens von einer
Vorratsspule 50 mit einer vorgegebenen, ggf. während des Wickelvorgangs veränderlichen Zugspannung in
den Wickel- und Formspalt 34 gezogen wird, wenn das Werkzeug 24 in Drehrichtung angetrieben wird.
Zusätzlich zur Drehbewegung wird das Werkzeug 24 in der beim Spulenwickeln üblichen Weise während des
W>c'«elvorgangs in Achsrichtung der Lagerzapfen 44
hin- and herbewegt, so daß im Wickelspalt 34 unter Fixierung durch die Außenkontur des Wickelkerns 26
und die einander zugekehrten, den Wickelspalt 34 seitlich begrenzenden Innenflächen der Seitenwangen
28,30 ein Faserbündel in Form einer Endlosschlaufe mit unidirektionaiem Faserverlauf entsteht, bei dem sämtliche
Fasern ordnungsgemäß der sich ändernden Querschnittsform des Wickelspalts 34 folgend im
wesentlichen in Richtung der unter Last am Schlaufenelement angreifenden Beanspruchungen angeordnet
sind. Der Kohlefaserfaden wird beispielsweise während des Wickeins zwischen der Zufuhreinrichtung 46 und
dem Wickelwerkzeug 24 mit Kunststoff, etwa Epoxydharz,
getränkt, wie dies in F i g. 5 schematisch durch die Kunststoff-Zufuhrdüse 52 dargestellt ist. Nach dem
Wickelvorgang wird die Spange 40 auf das Werkzeug 24 aufgeschoben und hierdurch dem Faserbündel ggf. unter
Verdichtung der Fasern und Ausquetschen überschüssigen Kunststoffs die gewünschte Außenkontur aufgeprägt.
Bei Herstellung des einseitig offenen Schlaufenelements 14 gemäß den Fi g. 1 und 2 wird anschließend
das Faserbündel längs der Radialschlitze 36 der Se:!enwangen 28, 30 vollständig durchtrennt, um
unzulässige Fadenspannungen zu verhindern, wenn sich das Werkzeug 24 beim nachfolgenden Aushärten
stärker ausdehnt als die Kohlefasern. Nach dem Wärmehärten wird die Spange 40 abgenommen und die
fertige Doppelschlaufe 2 nach dem Entfernen der Seitenwangen 28, 30 vom Wickelkern 26 entformt.
Durch Abtrennen des Schlaufenteils 4 längs der Radialschnitte 8 ist das einseitig offene Schlaufenelement
14 fertiggestellt.
F i g. 6 zeigt ein einseitig offenes Schlaufenelement 54 ähnlicher Form und gleicher Herstellung wie das
Schlaufenelement 14 gemäß den F i g. 1 und 2, das jedoch aus verschiedenen Faserarten unterschiedlichen
Elastizitätsmoduls aufgebaut ist, wobei die radial innere Faserlage 56 einen niedrigeren Elastizitätsmodul hat
und beispielsweise aus Glasfasern besteht, während die radial äußere Faserlage 58 mit dem höheren Elastizitätsmodul
etwa aus Kohlefasern hergestellt ist Wegen der größeren Elastizität der inneren Faserlage 56 werden
die Zugbeanspruchungen im Schlaufenelement 54 unter Last über die Querschnittsbreite stark vergleichmäßig,
so daß auf den Einbau des Schlaufenelements 54 unter Vorspannung zur Verhinderung unzulässig hoher
Spannungskonzentrationen am Schlaufeninnenrand
■> verzichtet werden kann.
Auch das Schlaufenelement 54 gemäß F i g. 6 wird in Form einer Doppelschlaufe auf die anhand der F i g. 3
bis 5 erläuterte Weise hergestellt. Da die Glasfasern einen wesentlich höheren thermischen Audehnungsko-
in effizienten als die Kohlefasern habern, kommt es jedoch
hier infolge der Temperaturschwankungen beim Aushärten zu unterschiedlichen Längenänderungen im
Faserbündel selbst, nämlich zwischen der inneren und äußeren Faserlage 56, 58. Unter Berücksichtigung der
r> unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wird daher zum einen das Faserbündel nach dem Wickeln und vor dem Aushärten ebenfalls wieder längs
des Radialschlitzes 36 der Seitenwangen 28, 30 durchtrennt, und zum anderen ist der Wickelkern 26 in
Richtung des später abgetrennten, in F i g. 6 nicht gezeigten Schlaufenteils gegenüber der Innenkontur
des fertigen Schlaufenelements 14 erweitert (sog. thermisches Vorhalten), wie dies in F i g. 6 in gestrichelten
Linien dargestellt ist. Wenn sich daher beim Abkühlen im Anschluß an das Aushärten die Glasfasern
in der Faserlage 56 stärker zusammenziehen als die Kohlefasern in der Faserlage 58 und das Schlaufenelement
54 vom Wickelkern 26 entformt wird, federn die Längsschenkel 64), 62 unter der Wirkung der Wärmespannungen
um einen durch das thermische Vorhalten des Wickelkerns 26 berücksichtigten Betrag zusammen,
so daß ihr endgültiger gegei seitiger Abstand dem vorgegebenen Fertigmaß entspricht. Natürlich muß
auch die Spange 40 entsprechend der geänderten Außenkontur des Wickelkerns 26 in Richtung des im
Sinne der Fig.3 und 4 rechten Werkzeugendes erweitert sein, so daß der Querschnittsverlauf des Formund
Wickelspalts 34 erhalten bleibt Je nach der Raumform des Schlaufenelements kann jedoch ggf.
auch auf die Spange 40 verzichtet werden.
Durch den Abbau von Überspannungen an den radial inneren Fasern unter Last wird die Festigkeit de,
Schlaufenelements unter Erhalt hoher Steifigkeitswerte wesentlich erhöht, wobei die innere Glasfaserlage 56
vorzugsweise gleich breit wie die äußere Kohlefaserlage 58 bemessen wird, wenn das Verhältnis des
Außenradius R,zum Innenradius K,im Schlaufenbereich
64 des Schlaufenelements 54 etwa 1,6 ist Hierdurch wird eine sehr günstige Steigerung der Belastbarkeit von
mehr als 50% gegenüber einem durchgehend aus nur einer Faserart bestehenden Schlaufenelement erzielt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
- Patentansprüche;1, Verfahren zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragiingselements aus Faserverbundwerkstoff konstanter Querschnittsfläche, jedoch sich ändernder Querschnittsform, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Endlosschlaufe (2) mit einer sich entsprechend dem fertigen Kraftübertragungselement (14, 54) ändernden Querschnittsgeometrie durch mechanisiertes Bewickeln eines die Endlosschlaufe bis nach dem Aushärten fixierenden Wickelwerkzeugs (24) hergestellt und anschließend ein Schlaufenteil (4) der Endlosschlaufe unter is Bildung des offenen Kraftübertragungseiements abgetrennt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern (22) der Endlosschlaufe (2) vor dem Aushärten im Bereich des später abgetrennten Schlaufenteils (4) durchschnitten (bei S) werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Längsschenkel (tO, 12) des Kraftübertragungselements (14) im ungespannten Zustand größer als in der Einbaulage bemessen wird.
- 4. Verfahren nach einem dsr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlosschlaufe (2) im Anschluß an den Wickelvorgang bis nach dem Aushärten eine vorgegebene Außenkontur aufgeprägt wird.
- 5. Verfahreh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosschlaufe (2) an ihren radial inneren Bereichen aus Verstärkungsfasern (56) mit c'iem niedrigeren Elastizitätsmodul und an ihren weiter außenliegenden Bereichen aus Verstärkungsfasern (58) mit einem höheren Elastizitätsmodul gewickelt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- *o zeichnet, daß als Verstärkungsfasern (56) mit dem niedrigeren Elastizitätsmodul Glasfasern und als Verstärkungsfasern (58) mit dem höheren Elastizitätsmodul Carbonfasern verwendet werden.
- 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch «5 gekennzeichnet, daß die Endlosschlaufe (2) etwa bis zu ihrer halben Radialbreite aus den Verstärkungsfasern (56) niedrigeren Elastizitätsmoduls gewickelt wird.
- 8. Wickelwerkzeug zur Durchführung des Verfah- so rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Wickelkern und seitlich an diesem befestigten Begrenzungswangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswangen (28, 30) einen sich in Längsrichtung des Wickelspalts (34) entsprechend der Querschnittsform des Kraflübertragungselements (14,54) ändernden, gegenseitigen Abstand aufweisen.
- 9. Wickelwerkzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine abnehmbare, den Wickelspalt M (34) zwischen den Begrenzungswangen (28,30) nach außen abschließende und auf die Endlosschlaufe (2) bis nach dem Aushärten aufsetzbare Formspange (40).
- 10. Wickelwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkern (26) eine entsprechend den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Faserarten (56,58) abgewandelte Querschnittsform aufweist,11, Wickelwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkern (26) im Querschnitt in Richtung des abgetrennten Schlaufentejls (4) keilförmig erweitert ist.
Priority Applications (5)
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