DE2736124C3 - Verfahren und Wickelwerkzeug zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragungselements aus Faserverbundwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und 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 anisotrope Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten von Faserverbundwerkstoffen eine erheblich verringerte Belastbarkeit des Kraftübertragungselements zur Folge hat. Hinzu kommt, daß bei den auf bekannte Weise gefertigten, einseitig offenen, schlaufenförmigen Kraftübertragungselementen die radial außenliegenden Fasern unter Zugbelastung nur verhältnismäßig schwach beansprucht werden, während an den Fasern am Innenrand hohe Überspannungen auftreten, die um so größer sind, je größer das Radienverhältnis des Außen- zum Innenradius im Schlaufenbereich ist. Auch hierdurch wird die Belastbarkeit derartiger Kraftübertragungselemente 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 Anschlußelementen 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

LasteinleitungssteHe erhöhten Fadendichte eine radiale Querschnittsaufdickung ergibt und sich die Verstärkungsfasern unter der Wickelspannung selbsttätig in die geforderte lastgerechte Faserorientierung legen, ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Wickelwerkzeug der eingangs erahnten Art zu schaffen, mit denen sich an den Enden offene Kraftübertragungselemente mit sich in Längsrichtung ändernder Querschnittsgeometrie in einer gleichmäßig exakten Itüt- 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 Kraftübertragungselement ändernden Querschnittsgeometrie durch mechanisiertes Bewickeln eines die Endlosschlaufe bis nach dem Aushärten fixierenden Wickelwerkzeugs hergestellt und anschließend ein Schiaufenteil der Endiosschlaufe 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 dtS im Anschluß an das Abtrennen des einen Schlaufenteils ein an den Enden offenes Kxaftübertragungselement 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 Zugrichtung 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 Endlosschlaufe während des Aushärtens auch an ihrer freien, durch den Wickelspalt des Formwerkzeugs nicht begrenzten Außenfläche zu fixieren, empfiehlt es sich gemäß Anspruch 4, der Endlosschlaufe im Anschluß an den Wickelvorgang bis nach dem Aushärten eine 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 Bereichen aus Verstärkungsfasern mit einem 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 Elastizitätsmodul vorzugsweise Glasfasern und als Verstärkungsfasern mit dem höheren Elastizitätsmodul Carbonfasern verwendet, wobei die Endlosschlaufe gemäß Anspruch 7 zweckmäßigerweise etwa bis zu ihrer halben Radialbreite aus den Verstärlcungsfasern 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 seillich an diesem befestigten Begrenzungswangen, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswangen einen sich in Längsrichtung des Wickelspalts entsprechend der Querschnittsform des Kraftübertragungselements ändernden, gegenseitigen Abstand aufweisen, wobei gemäß Anspruch 9 zweckmäßigerweise eine abnehmbare, den Wickelspalt zwischen den Begrenzungswangen nach außen abschließende und auf die Endlosschlaufe 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

so 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 thermischen Längen änderungen 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, daß das Kraftübertragungselement nach dem Entformen aus dem Werkzeug, also wenn sich die Faserlagen höheren thermischen Ausdehnungskoeffiz^ntens unter Ausgleich der Wärmespannungen frei zusammenziehen können, auf das gewünschte Endmaß kommt. Bei einem an den Enden offenen Kraftübertragungselement mit Faserlagen 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 ck r eine Schlaufenteil 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

Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer Doppelschlaufe nach dem Zerteilen in ein einseitig geöffnetes Schiaufeneiement und einen mit diesem zunächst einstückig verbundenen Schlaufenteil,

F i g. 2 den Seitenriß der Doppelschlaufe gemäß F i g. 1 längs der Linie 2-2,

F i g. 3 einen Querschnitt des Wickel- und Formwerkzeugs 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 i g. 5 eine schematische perspektivische Darstellung des Wickelvorgangs mit Hilfe eines Wickelmechanismus und dem Werkzeug gemäß den F i g. 3 und 4 und

F i g. 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines einseitig offenen Schlaufenelements in schematischer Aufsicht.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine nach dem Aushärten und Entformen einteilige Doppelschlaufe 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 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. Entsprechend der sich verringerten Breite nimmt die Wandstärke des Schlaufenelements 14 im mittleren Bereich der Längsschenkel 10,12 zu (siehe F i g. 2).

Das Schlaufenelement 14 besteht einschließlich des abgetrennten Schiaufenteiis 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 gezeigt ist Das Schlaufenelement 14, das beispielsweise zum Anschluß eines Tragflügels an einem Flugzeugrumpf dient, wird im Bereich seiner erweiterten 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 zur 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. 1 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 des Schlaufenelements 14 wesentlich erhöht.

Gemäß den F i g. 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 entsprechenden 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 F i g. 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

liuüLigcii L*agc am η ei lucug £.·* iiaicii, wuuci im hch 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 Lagerbocken 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 Wickelmechanismus gehört ferner eine in Fig.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 Wickelvorgangs in Achsrichtung der Lagerzapfen 44 hin- und 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 unidirektionalem 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 schemttisch durch die Kunststoff-Zufuhrdüse 52 dargestellt ist. Nach dem Wickel vorgang 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 F i g. 1 und 2 wird anschließend das Faserbündel längs der Radialschlitze 36 der Seitenwangen 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 Schiaufenelement 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 Schiaufenelement 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 Fig.3 bis 5 erläuterte Weise hergestellt. Da die Glasfasern einen wesentlich höheren thermischen Audehnungsko-

Ki 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

Ii 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

2(i 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 60, 62 unter der Wirkung der Wärme-

i(i spannungen um einen durch das thermische Vorhalten des Wickelkerns 26 berücksichtigten Betrag zusammen, so daß ihr endgültiger gegenseitiger 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 Wickelspaits 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 des 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_azum 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 (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines an den Enden offenen schlaufenförmigen Kraftübertragungselements 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 Bildung des offenen Kraftübertragungselements 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 6) werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Längsschenkel (10, 12) des Kraftübertragungselemenis (14) im ungespannten Zustand größer als in der Einbaulage bemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlosschlaufe (2) im Anschluß an den Wickelvorgang bis nach dem Aushärten eine vorgegebene Außenkontur aufgeprägt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosschlaufe (2) an ihren radial inneren Bereichen aus Verstärkungsfasern (56) mit einem 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 Elastitzitätsmodul Glasfasern und als Verstärkungsfasern (58) mit dem höheren Elastizitätsmodul Carbonfasern verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosschlaufe (2) etwa bis zu ihrer halben Radialbreite aus den Verstärkungsfasern (56) niedrigeren Elastizitätsmoduls gewickelt wird.

8. Wickelwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens 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 Kraftübertragungselements (14, 54) ändernden, gegenseitigen Abstand aufweisen.

9. Wickelwerkzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine abnehmbare, den Wickelspalt (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 abgetrennien Schlaufenteils (4) keilförmig erweitert ist