DE4212135C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gelegen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Gelegen.

Bei bekannten Vorrichtungen, z. B. Wickelmaschinen zur Herstellung von Faser­ verbundbauteilen (Fig. 1), dreht sich der zu bewickelnde Dorn 10 konstant in eine Richtung, während ein Fadenträger (Fadenauge, 20) sich parallel zur Dorn­ achse vor- und rückwärts bewegt. Am Ende des Dorns 10 erfolgt die Umlenkung des Faserstrangs (Roving) über Dome 8 in geodätischer Umkehr, das heißt ohne Abrutschen des Faserstrangs. Auf diese Weise entsteht eine Kreuzwicklung - der Faserstrang überkreuzt sich bei der Vor- und Rückwärtsbewegung des Faden­ auges 20.

Für extrem präzise und sehr hoch beanspruchte Bauteile ist diese Art des Able­ gens bzw. die daraus entstehende Kreuzwicklung nicht geeignet oder nicht aus­ reichend, da folgende Probleme auftreten:

• - Auftreten von inhomogenen Spannungsverteilungen im Laminat.
• - Verdickungen des Laminats im Bereich der Kreuzungsstellen.
• - Harzansammlungen an den Kreuzungsstellen, die zum Teil Spannrisse erzeugen.
• - Bauteilkomponenten mit Kreuzungen sind aufgrund der Dickensprünge für Integraltechnik ungeeignet (Fügespaltprobleme).
• - Der Harzanteil in Laminaten mit Kreuzungen ist immer höher als der in Laminaten ohne Kreuzungen.
• - Bei Bauteilen aus Faserkeramik führen Kreuzungen frühzeitig zu Erosion.

Aus der DE 31 41 013 C2 sowie der US 3,232,545 sind jeweils Verfahren zur Herstellung von Gelegen bekannt, bei denen ein zylindrischer Wickeldorn um die Zylinderachse gedreht wird, während ein Fadenträger parallel zur Zylinder­ achse bewegt wird. An den Randbereichen des Wickeldorns erfolgt eine Rich­ tungsumkehr des Fadenträgers.

Bei dem Verfahren nach der DE 31 41 013 C2 sind darüberhinaus an den Rand­ bereichen des Wickeldorns über dessen gesamten Umfang Stifte angebracht, die den Faserstrang bei der Richtungsumkehr des Fadenträgers gegen Abrutschen sichern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung präziser und sehr hoch beanspruchter Bauteile zu schaffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wickeldorn von einem relativ zum Wickeldorn beweglichen Fadenträger belegt. Der Fadenträger ist relativ zum Wickeldorn beweglich, und zwar derart, daß er zwischen Wendepunkten (im folgenden auch als Umkehrpunkte bezeichnet) eine Hin- und Herbewegung ausführt. Der Fadenträger folgt zwischen den Wendepunkten der Kontur des Wickeldorns.

Unter dem Begriff des Wendepunktes ist ver­ stehen, daß dort eine relativ starke (diskontinuierliche) Richtungsänderung des Fadenauges erfolgt, die in vielen Fällen bei exakt 180 Grad liegt. In dem anderen Fall, in dem der Hin- und Herbewegung des Fadenauges eine zusätzliche Ge­ schwindigkeitskomponente überlagert ist (nämlich eine Komponente im Winkel von 90 Grad zur Hin- und Her-Bewegung), wird die tatsächliche Richtungsände­ rung etwas verschieden von 180 Grad sein. Jedoch kann man auch hier von einer echten Umkehr der Bewegungsrichtung sprechen.

Um den Faserstrang im Bereich der Wendepunkte gegen Abrutschen zu si­ chern, sind am Wickeldorn, und zwar im Bereich der Wendepunkte des Faden­ trägers, Stifte angebracht, die in einer vorteilhaften Ausführung angespitzt sind.

Um eine kreuzungsfreie Ablage des Faserstrangs auf dem Wickeldorn zu errei­ chen, erfolgt die Hin- und Herbewegung des Fadenträgers innerhalb einer orts­ festen Ebene, während der Wickeldorn geradlinig und im wesentlichen senk­ recht zur Bewegungsebene des Fadenträgers bewegt wird, wobei diese gerad­ linige Bewegung bei Richtungsumkehr des Fadenträgers entgegen gerichtet verläuft.

Alternativ dazu kann der Wickeldorn ortsfest angeordnet sein, während der Fadenträger zusätzlich zu seiner Hin- und Herbewegung eine geradlinige, an den Wendepunkten sich umkehrende Bewegung im wesentlichen senkrecht zu dieser Hin- und Herbewegung ausführt.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren, mit dem eine kreuzungsfreie Ablage erreicht wird, wird ein Wickeldorn von zylindrischer Form verwendet, der um die Zylinderachse drehbar ist. Der Fadenträger ist parallel zur Zylinderachse hin und her beweglich, wobei die Wendepunkte in der Nähe der beiden Randbe­ reiche des Wickeldorns sich befinden. Die Ablage (Bewicklung) erfolgt nun der­ art, daß bei Richtungsumkehr des Fadenauges eine Umkehr der Drehrichtung des Wickeldorns erfolgt, so daß die vor und nach der Richtungsumkehr abgeleg­ ten Rovingbahnen parallel zueinander verlaufen können. An den Randberei­ chen des Wickeldorns sind über jeweils einer gesamten Umfangslinie des Wickeldorns Stifte angebracht. Dadurch wird das Abrutschen des Faserstrangs bei der Richtungsumkehr verhindert.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist zur Befestigung der Stifte an den Randbereichen ein ringförmiges Bauteil an­ gebracht, in dem die Stifte ohne Vorbohrung einsteckbar sind. Als Materialien eignen sich allgemein elastische oder fließfähige Stoffe, darunter insbesondere Teflon. Eine solche Vorrichtung erweist sich sowohl in der Herstellung als auch bei der Reparatur als sehr wirtschaftlich.

In einer vorteilhaften Ausführung sind die Stifte fortlaufend im Abstand von 2,5 bis 3 mm angeordnet (gemessen von den Mittelachsen benachbarter Stifte). Der Durchmesser eines einzelnen Stifts liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1 mm.

Das abzulegende Roving umfaßt mindestens eine, in der Regel aber mehrere parallel verlaufende Einzelfasern. Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung be­ steht darin, daß bei vorgegebenem Abstand der Stifte Rovings beliebiger Breite verarbeitet werden können, denn der Roving kann zwischen zwei benachbarte Stiften gelegt werden oder von den Stiften durchstochen werden (durchstechen bedeutet in diesem Zusammenhang, daß nicht alle Einzelfasern des Rovings in­ nerhalb zweier benachbarter Stifte verlaufen). Dadurch ist es insbesondere auch möglich, mehrere Lagen in verschiedenen Winkeln übereinander zu legen.

Vorteile des Verfahrens sind:

• - Die Bandbreite und damit die Einzellagendicke kann stufenlos verändert werden.
• - Winkeländerungen sind mit demselben Wickelwerkzeug problemlos mög­ lich.
• - Ein Rovingriß ist einfacher zu beheben.
• - Der Materialeinsatz ist bei Serienproduktion optimierbar.
• - Leichte Spurfehler werden über die Rovingumkehr wieder neutralisiert.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert. Die Fig. 2 und 4 zeigen jeweils den Ablauf erfindungsgemäßer Verfahren. Fig. 3 zeigt ein Bauteil zur Be­ festigung der Stifte an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Anhand Fig. 2 wird der Ablauf eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens er­ läutert. Ein Roving wird mit Hilfe eines Fadenauges 20 auf einem Wickeldorn 10 abgelegt. Der Wickeldorn ist von zylindrischer Form und kann um die Zylinder­ achse 33 in beide Richtungen gedreht werden. Das Fadenauge 20 ist zwischen zwei Wendepunkten über den Randbereichen des Wickeldorns 10 parallel zur Zylinderachse hin und her bewegbar. An den Randbereichen des Wickeldorns 10 sind über dem gesamten Umfang des Bauteils eng gesetzte, angespitzte Na­ deln 16 angebracht.

Erreicht das Fadenauge 20 während seiner geradlinigen Bewegung den Rand­ bereich des Wickeldorns 10, so kehrt es seine Bewegungsrichtung um. Zusätz­ lich erfolgt eine Umkehr der Drehrichtung des Wickeldorns 10. Auf dem Wickel­ dorn 10 kann so das Roving kreuzungsfrei abgelegt werden. Voraussetzung für die beschriebene Umkehr des Rovings ist jedoch, daß der Roving am Randbe­ reich des Wickeldorns 10 gegen Abrutschen gesichert wird. Dies wird durch die Stifte 16, die über den gesamten Umfang des Wickeldorns 10 am Randbereich angebracht sind, erreicht.

Die Richtungsumkehr des Fadenauges 20 erfolgt in der Regel nicht exakt gleich­ zeitig zur Drehrichtungsumkehr des Wickeldorns 10. Bei Annäherung an den Randbereich des Wickeldorns 10 läuft das Fadenauge 20 über die Stifte 16 hin­ weg bis zum Umkehrpunkt, der jenseits der Stifte 16 liegt. Eine Umkehr des Drehrichtung des Wickeldorns 10 erfolgt erst, wenn das Fadenauge 20 nach Passieren seines Umkehrpunkts wieder diesseits der Stifte anlangt. Es besteht somit eine geringe Zeitdifferenz zwischen den Umkehrzeitpunkten.

Die Bewegung des Fadenauges 20 und die Drehung des Wickeldorns 10 erfolgt - auch an den Umkehrpunkten - kontinuierlich, d. h. ohne Stillstand.

Fig. 3 zeigt in Großaufnahme den Randbereich eines Wickeldorns 10 für eine in Fig. 2 abgebildete Vorrichtung. Der Wickeldorn 10 umfaßt neben dem eigentli­ chen Wickeldornkörper 11 eine mit diesem verbundene sogenannte Wendes­ cheibe 12. Zwischen der Wendescheibe 12 und einer darauf angebrachten Klemmscheibe 14 ist eine Teflonschnur 17 über den gesamten Umfang des Bauteils eingespannt. In der Teflonschnur 17 sind die Nadeln 16 ohne Vorbohrung eingesetzt.

Anhand Fig. 4 wird ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren erläutert. Durch das Fadenauge 20 wird auf dem den Wickeldorn 10 ein Roving (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet) abgelegt. Der Wickeldorn besitzt hier beispielsweise eine gekrümmte Oberfläche, die zur Herstellung einer Parabol­ antenne geeignet ist. Im Gegensatz zu dem in Fig. 2 erläuterten Verfahren, bei dem der Wickeldorn vom Roving umwickelt wurde, soll hier das Roving nur auf der gekrümmten Oberfläche des Wickeldorns abgelegt werden.

Das Fadenauge 20 wird zwischen zwei Wendepunkten, die über gegenüberlie­ genden Randbereichen des Wickeldorns 10 sich befinden, hin und herbewegt. Bei seiner Bewegung folgt es der Kontur des Wickeldorns 10. Die Bewegung er­ folgt innerhalb einer festen Ebene, die hier der Zeichenebene entspricht. Während der Bewegung des Fadenträgers 20 erfolgt eine geradlinige Bewe­ gung des Wickeldorns 10 senkrecht zur Bewegungsebene des Fadenauges 20. Auf dem Wickeldorn 10 ergibt sich somit eine kreuzungsfreie Ablage des Faser­ strangs, sämtliche Faserstränge liegen parallel zueinander. Dieses Verfahren ist jedoch nur möglich, wenn an den Randbereichen des Wickeldorns 10 im Be­ reich der Wendepunkte des Fadenauges 20 die erfindungsgemäßen Stifte 16 angebracht werden, die den Roving bei der Richtungsumkehr gegen Abrutschen sichern.

Neben der beschriebenen Bewegungsmöglichkeiten von Fadenauge 20 und Wickeldorn 10 ist es natürlich auch möglich, den Wickeldorn 10 raumfest zu hal­ ten, und dafür dem Fadenauge 20 neben der Hin- und Her-Bewegung zusätzlich eine geradlinige Bewegung senkrecht dazu zu überlagern.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Gelegen, wobei ein Wickeldorn (10) von einem Fadenträger (20) mit einem Faserstrang belegt wird, wobei der Fadenträger eine Hin- und Her-Bewegung innerhalb einer ortsfesten Ebe­ ne zwischen Wendepunkten ausführt, wobei er der Kontur des Wickel­ dorns folgt, und auf dem Wickeldorn (10), im Bereich der Wendepunkte des Fadenträgers (20), Stifte (16) angebracht werden, die den Faser­ strang bei der Richtungsumkehr des Fadenträgers (20) an den Wende­ punkten gegen Abrutschen sichern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn (10) geradlinig und im wesentlichen senkrecht zur Bewe­ gungsebene des Fadenträgers (20) bewegt wird, und daß diese geradlini­ ge Bewegung bei Richtungsumkehr des Fadenträgers entgegen gerichtet verläuft, so daß sich eine kreuzungsfreie Ablage des Faserstrangs auf dem Wickeldorn (10) ergibt.

2. Verfahren zur Herstellung von Gelegen, wobei ein Wickeldorn (10), von einem Fadenträger (20) mit einem Faserstrang belegt wird, wobei der Fadenträger eine Hin- und Her-Bewegung zwischen Wendepunkten aus­ führt, wobei er der Kontur des Wickeldorns folgt und wobei auf dem Wickel­ dorn (10), im Bereich der Wendepunkte des Fadenträgers (20), Stifte (16) angebracht werden, die den Faserstrang bei der Richtungsumkehr des Fadenträgers (20) an den Wendepunkten gegen Abrutschen sichern, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn (10) ortsfest angeordnet ist, und der Fadenträger (20) zusätzlich zu seiner Hin- und Her-Bewegung eine geradlinige, an den Wendepunkten sich umkehrende Bewegung im wesentlichen senkrecht zu dieser Hin-und Herbewegung ausführt, so daß sich eine kreuzungsfreie Ablage des Faserstrangs auf dem Wickeldorn (10) ergibt.

3. Verfahren zur Herstellung von Gelegen, wobei ein zylindrischer Wickel­ dorn (10) um die Zylinderachse (33) gedreht wird und von einem parallel zur Zylinderachse (33) zwischen zwei Wendepunkten beweglichen Fadenträger (20) mit einem Faserstrang belegt wird, und an den beiden Randbereichen des Wickeldorns (10) über dessen gesamten Umfang Stif­ te (16) angebracht werden, die den Faserstrang bei der Richtungsumkehr gegen Abrutschen sichern, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rich­ tungsumkehr des Fadenträgers (20) eine Umkehr der Drehrichtung des Wickeldorns (10) erfolgt, so daß sich eine kreuzungsfreie Ablage des Faserstrangs auf dem Wickeldorn (10) ergibt.

4. Vorrichtung zur Herstellung von Gelegen, mit einem zylindrischen Wickel­ dorn (10), der um die Zylinderachse drehbar ist, sowie einem parallel zur Zylinderachse des Wickeldorns (10) beweglichen Fadenträger (20), mit dem ein Faserstrang auf dem Wickeldorn (10) abgelegt wird, wobei der Fadenträger eine Hin- und Her-Bewegung zwischen Wendepunkten aus­ führt, wobei auf dem Wickeldorn (10) über dessen gesamten Umfang, im Bereich der Wendepunkte des Fadenträgers (20), Stifte (16) angebracht sind, die den Faserstrang bei der Richtungsumkehr des Fadenträgers (20) an den Wendepunkten gegen Abrutschen sichern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den Randbereichen des Wickeldorns (10) ein ringför­ miges Bauteil (17) angebracht ist, in den die Stifte (16) ohne Vorbohrung einsteckbar sind, und daß die Drehrichtung des Wickeldorns umkehrbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Bauteil (17) aus Teflon besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (16) im Abstand von 2,5-3,0 mm angebracht sind.