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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Herstellen einer zusammengesetzten Konstruktion und insbesondere, jedoch
nicht ausschließlich,
die Herstellung von Fahrzeugkonstruktionen und dergleichen.
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Es
ist bekannt, eine zusammengesetzte Konstruktion durch Ablegen einer
Mehrzahl von Fasern auf einen ersten Abschnitt eines Werkzeuges, das
eine gewünschte
Gestalt aufweist, und Einführen eines
Harzmaterials, entweder während
des Ablegevorgangs oder danach, um zu gewährleisten, dass die Fasern
miteinander verbunden werden und um eine Komponente von der gewünschten
Gestalt herzustellen, zu produzieren. Es ist ebenfalls bekannt, ein
Werkzeug zu verwenden, welches innere und äußere Abschnitte aufweist, die
nach dem Zusammenbau verwendet werden, um die äußere Gestalt der zu formenden
Komponente zu definieren. Darüber
hinaus ist ebenfalls bekannt, während
des Herstellungsprozesses ein Spritzverfahren zu verwenden, bei dem
Harz in die Werkzeugkavität
eingespritzt oder gezogen wird. Dieser Einspritzschritt erleichtert
die Imprägnation
des Harzmaterials zwischen der Faserstruktur und füllt die
Werkzeugkavität
aus, um dadurch die endgültige
Gestalt des gewünschten
Produktes genau zu definieren.
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Zwar
stellen die oben genannten Prozesse ein durchaus geeignetes Verfahren
zum Herstellen einer zusammengesetzten Komponente bereit, jedoch
ist diese nicht ohne weiteres für
die Produktion komplizierter dreidimensionaler Konstruktionen geeignet.
Zudem können
manche Konstruktionen etwas sperriger als gewünscht sein, da das Herstellen von
festen und schmalen Ecken und Verbindungsstellen problematisch sein
kann.
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Ein
besonderes Problem tritt beim Formen komplexer Rahmenkonstruktionen
mit mehreren Knoten, beispielsweise Fahrzeugrahmen, auf. Wenngleich
es theoretisch möglich
ist, für
diese die im Stand der Technik bekannten händischen Auslegeverfahren zu
verwenden, wären
die Kosten ein Hinderungsgrund; und, wieder im Kontext von Fahrzeugrahmen,
erfordern Aufprallsicherheit und Steifigkeit im Käfig, der
durch den Rahmen gebildet wird, wenigstens für den Personen befördernden
Teil des Fahrzeugs, große
Sorgfalt und Überwachung
bei der Bildung der Verbindungsstellen an den Knoten und dabei,
wie die Verstärkung
durch einen Knoten fortgesetzt wird, um Kohärenz und Festigkeit zu verleihen.
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Ferner
führt die
Verwendung von nur Fasern als Verstärkung zu einer dichten und
schweren Struktur. Es ist bekannt, dass die Verstärkung die
Form eines kohlenstofffasergebundenen Schaumstoffkerns von konstantem
Querschnitt annehmen kann, welcher eine unbegrenzte Länge aufweist
und daher wie gewünscht
auf das Werkzeug zugeführt
werden kann. Dies ergibt ein erstrebenswerteres Gewichts-Festigkeits-Verhältnis. Dennoch
können
zwischen einer derartigen Verstärkung
noch erhebliche Leerräume
vorliegen, die sich mit Harz füllen,
und es ist möglich,
dass das gewünschte
Gewichts-Festigkeits-Verhältnis
nicht erreicht wird.
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Das
Dokument GB 1,373,344 offenbart ein Verfahren zum Formen einer verstärkten modalen Konstruktion
durch Ablegen einer Verstärkung
von konstantem Querschnitt in die und entlang den Rinnen eines modalen
Werkzeugs und Härten
des Harzes, welches rund um die Verstärkung bereitgestellt wird.
Die entsprechende Maschine ist in GB 2,189,425 beschrieben.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maschine und ein
Verfahren zum Herstellen einer zusammengesetzten Konstruktion bereitzustellen,
welche sich für
das Formen komplizierter dreidimensionaler Konstruktionen eignet.
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Demgemäß stellt
ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Maschine nach
Anspruch 8 bereit.
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Die
Zufuhr und Koordination erfolgen unter CNC-Steuerung (rechnergeführter numerischer Steuerung).
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Die
Querschnittform der mit Kern versehenen Verstärkung muss nicht mit der Gestalt
des Werkzeuges in Beziehung stehen.
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Das
Zuführen
wird vorzugsweise wiederholt, bis das Werkzeug wenigstens durchgehend
mit den Verstärkungsabschnitten
gefüllt
ist; vorzugsweise wird es etwas überfüllt, so
dass ein Schließen
des Werkzeuges eine Kompression der Verstärkung bewirkt. Allerdings ist
nicht ausgeschlossen, dass das Werkzeug mit den Verstärkungsabschnitten
unterbefüllt
werden kann.
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In
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Formen
nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Der
Prozess kann das Überfüllen des
offenen Werkzeuges umfassen, wodurch ein Schließen des Werkzeuges die Verstärkung komprimiert.
Auch hier muss die Querschnittform der Verstärkung nicht mit der Gestalt
des Werkzeuges in Beziehung stehen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Masse
einer zusammengesetzten geformten Konstruktion oder eines zusammengesetzten
geformten Artikels zu reduzieren.
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Wir
verwenden als Verstärkung
eine mit Kern versehene Verstärkung
mit einer Hülle
aus Festigkeit verleihenden Fasern – vorzugsweise Kohlenstofffasern – welche
einen Kern aus expandierfähigem
Material (vorzugsweise geschlossenzelligem Schaumstoff) umgibt.
Der Kern ist unter reduziertem Druck, der auf ein geschlossenes Werkzeug
aufgebracht wird (z.B. um Harz in das Werkzeug zu ziehen), expandierfähig, und
daher enthält
der fertige Artikel kaum oder idealerweise keine Leerräume zwischen Verstärkungen,
die durch Harz auszufüllen
sind; und stattdessen imprägniert
das Harz ausschließlich
die Festigkeit verleihende Faserstruktur und kapselt diese ein.
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Ein
Verfahren zum Formen des zusammengesetzten Artikels besteht aus
dem Ablegen mindestens eines Verstärkungsabschnittes von konstantem Querschnitt
in ein Werkzeug (wobei der konstante Querschnitt nicht mit der Gestalt
des Werkzeuges in Beziehung stehen muss), wobei die Verstärkung einen
Kern aus einem expandierfähigen
Material (vorzugsweise geschlossenzelligem Schaumstoff) aufweist,
dem Schließen
des Werkzeuges, dem Reduzieren des Druckes in dem geschlossenen
Werkzeug, um dadurch eine Expansion der Verstärkung zu bewirken, um Leerraum
innerhalb der und rund um die Verstärkung zu minimieren, dem Härten von Harz,
das rund um die Verstärkung
bereitgestellt wird, und dem Entfernen des Werkzeuges. Vorzugsweise
ist die Festigkeit verleihende Faser eine Kohlenstofffaser. Das
Härten,
das unter erhöhter
Temperatur stattfindet, kann die Zerstörung oder teilweise Zerstörung des
Schaumstoffkerns nach sich ziehen.
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Das
Resultat ist eine Zellenstruktur, in welcher gehärtetes Harz die Verstärkungsfasern
derart einkapselt, dass dies ein günstiges Masse-Festigkeits-Verhältnis ergibt,
da das Harz dazu neigt, eine höhere
Dichte als die Faser oder natürlich
der Schaumstoffkern zu besitzen.
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Ein
bevorzugtes Mittel und Verfahren zum Ablegen der Verstärkung auf
diese Weise, vorzugsweise in mehreren Durchläufen über ein Knotenwerkzeug, werden
durch den ersten und den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt.
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Die
Festigkeit verleihende Faserhülle
kann auf jede beliebige für
den Zweck geeignete Weise vorbereitet werden. Besonders geeignet
ist eine geflochtene Konstruktion. Für die Expansionscharakteristik
dieses Prozesses muss das Geflecht nicht symmetrisch sein.
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Bei
dem zweiten Aspekt der Erfindung kann das Harz durch Einführen desselben
in das Werkzeug (z.B. durch Einspritzen, oder durch Evakuierung,
um das Harz in das Werkzeug zu ziehen), wenn das Werkzeug geschlossen
ist, bereitgestellt werden. Alternativ dazu kann das Harz in das
Werkzeug eingeführt
werden, wenn die Verstärkung
dem Werkzeug zugeführt
wird. Beispielsweise kann das Harz als ein Pulver in das Werkzeug
zugeführt
werden, wenn die Verstärkung
in das Werkzeug zugeführt wird.
Das Pulver kann dann (z.B. durch ein verfahrbares Heizgerät) geschmolzen
werden, um es am Entweichen zu hindern und/oder um die Verstärkung aneinanderzukleben.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Isometrie einer Fahrzeugunterkonstruktion, die gemäß dem Verfahren
und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt werden könnte;
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2 eine
schematische Darstellung einer Werkzeugkonstruktion;
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3A und 3B eine
mögliche
Verbindungsstellenanordnung zwischen Segmenten der Werkzeugskonstruktion
in einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht, in einer offenen Position;
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4A und 4B die
Anordnung von 3A und 3B in
einer geschlossenen Position;
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5 einen
Einkapselungsschritt samt Einführen
von Harz in das Innere der Werkzeugkonstruktion;
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6 einen
Knoten innerhalb der zusammengesetzten Konstruktion;
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7 und 8 in
Seitenansichten eine Maschine, die für das Ablegen von Verstärkung in
eine Werkzeugkonstruktion geeignet ist;
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9 eine
Vorderansicht eines Zuführkopfes
der Maschine;
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10 eine
Seitenansicht des Zuführkopfes der
Maschine;
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11–18 verschiedene
Schritte, die an der Herstellung einer geformten Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung beteiligt sind;
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19–21 seitliche
Schnitte durch ein Werkzeug, welche aufeinanderfolgende Schritte
der Befüllung
darstellen;
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22 dasselbe
nach Imprägnierung
und Härtung;
und
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23 eine
perspektivische Ansicht und einen Schnitt durch einen Verbundstoff,
der gemäß dem Prozess
hergestellt wurde.
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Nunmehr
auf die Zeichnungen im Allgemeinen, jedoch insbesondere auf 1 Bezug
nehmend wird zu erkennen sein, dass eine zusammengesetzte Konstruktion,
beispielsweise ein Fahrzeug-Gitterrahmen 10, komplex und
nicht einfach herzustellen ist. Die Konstruktion umfasst eine Reihe
von Rahmengliedern 12, die an Knoten 13 aufeinandertreffen,
und kann Unterbaugruppen, beispielsweise einen Knautschunterabschnitt 14,
und Komponenten, beispielsweise ein rückwärtiges Verstärkungsglied,
das allgemein unter 16 dargestellt ist, umfassen. Zudem können an
anderen Positionen an der Konstruktion Merkmale wie Scharnier-,
Stoßfänger- oder Aufhängungsglied-Montagepunkte
vorgesehen sein.
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Wenn
die Rahmenstruktur einstückig
auszubilden ist, muss ein zusammenklappbarer innerer Werkzeugteil
(wird unten beschrieben) verwendet werden; wenn allerdings die Rahmenkonstruktion
in zwei spiegelbildlichen Teilen herzustellen ist (d.h. entlang
ihrer Mittelebene geteilt), kann ein herkömmliches dreidimensionales
Werkzeug verwendet werden. In letzterem Fall kann das Zusammenfügen der gesondert
hergestellten Hälften
durch Hinzufügen weiterer
Schichten über
die Verbindungsstelle einfach erreicht werden und sehr zufriedenstellend
sein.
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Eine
vereinfachte Form einer zusammenklappbaren Werkzeugkonstruktion,
die geeignet ist, um eine einstückige
zusammengesetzte Konstruktion nach 1 zu schaffen,
ist in 2 dargestellt. Aus 2 wird zu
erkennen sein, dass die Werkzeugkonstruktion eine Mehrzahl verbundener
Negativ-Werkzeugsegmente 24 umfasst, von denen jedes einen
Rinnenabschnitt 26 aufweist, in welchen die Verstärkung während des
Montagevorgangs, der in diesem Dokument später ausführlich beschrieben wird, eingelegt
wird. In einer ausgeklappten Position dienen die Werkzeugsegmente 24 dazu,
die Gestalt des gewünschten
Artikels zu definieren, während
sie in einer zweiten, zusammengeklappten Position dazu dienen, die
Entnahme des Formartikels daraus zu ermöglichen. Um eine Bewegung zwischen
diesen Positionen zu erleichtern, werden die Segmente durch einen
verstärkten
Silikongummisack 28 zusammengefügt, welcher durch Einleiten
von Druckluft oder eines beliebigen anderen Fluids durch den Einlass 30 aufgeblasen
werden kann, wodurch bewirkt wird, dass der Sack aufgeblasen wird
und die Segmente 24 zu deren Montageposition bewegt. Ein
Zusammenklappen der Werkzeug segmente wird durch Abziehen der Luft
oder des anderen Fluids aus dem Sack, entweder durch einfaches Auslassen
daraus oder durch Zwangsentziehen daraus, erreicht. Natürlich entspricht
hier die Gestalt des Werkzeugs, und zwar eine einfache Eiform, nicht
einer Gestalt, die für den
Rahmen 10 benötigt
wird; sie wird nur veranschaulichend angeführt.
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Nunmehr
spezifischer auf 3 und 4 Bezug
nehmend sind die Segmente 24 mittels eines Scharniermittels,
das allgemein mit 32 bezeichnet ist, aneinander angelenkt.
Bei dem spezifischen Beispiel umfasst das Scharniermittel ein flexibles
Stegglied, das einen ersten Abschnitt 32a, der fest an
einem ersten Segmentabschnitt 24a befestigt ist, und einen zweiten
Abschnitt 32b, der fest an einem benachbarten Segmentabschnitt 24b befestigt
ist, aufweist. Der flexible Stegabschnitt 32 richtet jedes
Segment 24 relativ zu seinem Nachbar aus, wobei er jedoch
eine ausreichende Flexibilität
bietet, damit sich die Segmente zwischen ihren beiden Positionen
bewegen können.
Bei einer vereinfachten Anordnung kann das Scharniermittel ein flexibles
Material umfassen, welches den Druckbeaufschlagungssack 28 bildet. Ebenfalls
in 3 und 4 dargestellt sind Ausrichtmittel
in Form von beispielsweise sich verjüngenden Stiften 34 und
zugeordneten Löchern 36,
die an benachbarten Flanschabschnitten 38a, 38b von
benachbarten Werkzeugsegmenten 24a, 24b vorgesehen
sind. Der Betrieb des Druckbeaufschlagungsmittels 28 bewirkt,
dass die angelenkten Segmente in eine Verriegelungsbeziehung miteinander
bewegt werden, in Anbetracht der Tatsache, dass die Druckbeaufschlagungskraft
in Richtung der Pfeile F aus 3 und 4 aufgebracht
wird. Die Kraft bewirkt, dass die Segmente relativ zueinander in
ihre geschlossene Position geklappt werden und gewährleistet
die Sicherheit des Scharniergelenks.
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Die
Segmente 24 dienen, sobald sie ausgeklappt wurden, dazu,
eine Werkzeugkonstruktion zu definieren, auf welche das zusammengesetzte
Material abgelegt werden kann, wie später beschrieben wird.
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Die
Schritte des Schließens
und des Einspritzens werden mit Bezugnahme auf 5 dargestellt, aus
welcher erkannt werden kann, dass ein zweiter Teil 40 des
Werkzeuges herbeigebracht wird, um das abgelegte Material 38 zu
umgeben und dann mittels eines beliebigen geeigneten Mittels in
seiner Position gesichert wird. Es wird zu erkennen sein, dass,
während 5 eine
Anordnung vom Volleinkapselungstyp darstellt, man eigentlich nur
jene Abschnitte umschließen
muss, welche das abgelegte Material enthalten, und dass der Werkzeugteil 40 folglich
keine vollständige
Umhüllung
vorsehen muss. Um die schnelle Montage der Werkzeuge zu erleichtern, wäre es möglich, pneumatische
oder robotische Betätigungssysteme
(nicht dargestellt) zu verwenden, welche den zweiten Abschnitt oder
die zweiten Abschnitte 40 des Werkzeugs in seine/ihre Position
bewegen und diese(n) dort während
der nachfolgenden Schritte festhalten. Die Handlung des Einführens des zweiten
Abschnittes 40 bewirkt vorzugsweise, dass die Verstärkung komprimiert
wird, und gewährleistet, dass
die Faserstruktur und jedwede Einsätze darin während das nachfolgenden Imprägnierschrittes
unbeweglich gehalten werden. Der zweite Abschnitt 40 des
Werkzeugs ist vorzugsweise mit einer Silikonschicht beschichtet,
um das Abdichten während
des Eingießens
und das Ablösen,
sobald die Komponente gehärtet
wurde, zu unterstützen.
Durch Aufbringen eines Vakuums auf das Innere des Werkzeugs über den
Auslass 41 kann Harzmaterial aus dem Speicherbehälter 42 in
das Innere des Werkzeuges gezogen werden und dieses veranlasst werden, über den
Harzeinlass 43 die Stränge
der Faser der Verstärkung
entlang zu strömen
und dadurch dazwischen durchzutreten und die Faser mit dem Harz
zu überziehen,
was in Anbetracht der Tatsache, dass es die Oberfläche der
Werkzeugkonstruktion selbst berührt, auch
dazu dient, die äußere Oberfläche des fertigen
Artikels zu definieren. Die Verwendung eines Vakuumschrittes wird
gegenüber
jenem eines Harzeinspritzschrittes unter Überdruck vorgezogen, da das
Vakuum die Aufgabe des Abdichtens wesentlich erleichtert und Belastungen
des Werkzeugssatzes, welche mit dem Formungsprozess einhergehen,
reduziert. Es ist zwar nicht unbedingt erforderlich, jedoch wird
zu erkennen sein, dass ein kleiner zusätzlicher Innendruck auf das
Druckbeaufschlagungsmittel 28 aufgebracht werden kann,
um dazu beizutragen sicherzustellen, dass die Segmente 24 gegen den
zweiten Abschnitt des Werkzeuges abdichten.
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Sobald
das Harz eingespritzt wird, wird das Harz auf erhöhter Temperatur
gehärtet,
und der zweite Abschnitt 40 des Werkzeuges wird entfernt
und das Druckbeaufschlagungsmittel für die Entnahme des fertiggestellten
Gitterrahmens, beispielsweise 10, entleert. Jedwedes/r Werkzeug/Abfall
wird von dem Gitterrahmen entfernt, und der Werkzeugsatz wird dann
gereinigt und für
die neuerliche Verwendung vorbereitet. Natürlich können, wenn der Rahmen in Hälften hergestellt
wird, die Werkzeugrinnen 26 auf einer permanenten, starren
Werkzeughälfte angeordnet
sein.
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Nunmehr
auf 6 Bezug nehmend wird zu erkennen sein, dass Knoten 13 hergestellt
werden können,
durch Einbinden von Umlenkeinsätzen
in der Form von Abschnitten 44, um dadurch einen Abschnitt
der Verstärkung
rund um die Ecke, welche durch den Abschnitt geschaffen wird, umzulenken,
so dass die Verstärkungsabschnitte
von einem Rahmenteil 12 zu einem anderen durchgehend durch
den Knoten 13 hindurch verlaufen.
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7 veranschaulicht
in stark vereinfachter Form eine Maschine, die sich zum Auflegen
von Verstärkung
auf die Werkzeugkonstruktion eignet. Die Maschine 60 umfasst
einen Stützrahmen 62,
der einen Verstärkungszuführkopf 64 aufweist,
welcher später
ausführlicher
beschrieben wird und an einem Zwei-Achsen-Positionierkopf 66 angebracht
ist. Der Kopf 66 ist an einem Brückenglied 68 angebracht
und verschiebbar – Pfeil
X – welches
seinerseits entlang einem Rahmen 62 – Pfeil Y – verschiebbar ist, um sich
in zwei Dimensionen zu bewegen. Eine eiförmige Werkzeugkonstruktion,
die aus Segmenten 24 gebildet ist, ist zur Drehung um eine
Längsachse 63 des Rahmens 62 angebracht,
derart, dass es mit einer gesteuerten Verschiebebewegung des Zuführkopfes 64 und
Drehung der Werkzeugkonstruktion möglich ist, die Verstärkung in
die Rinne 26 des Werkzeuges durch Ablegen in und entlang
dieser Rinne einzulegen. Diese Figur veranschaulicht auch die überkreuzte
oder ineinandergreifende Beziehung an Knoten 13 des Rahmens,
um dadurch die Steifigkeit des fertigen Rahmens zu erhöhen. Eine
programmierbare CNC-Steuerung 70 ist vorgesehen, um die
Bewegung des Stützrahmens 62 und
des Zuführkopfes 64 zu
steuern.
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Die
Steuerung der Koordination der Bewegung des Werkzeuges und des Zuführkopfes,
um das Ablegen einer Verstärkung
in die Rinnen zu erreichen, erfolgt für gewöhnlich mittels der CNC-Steuerung,
welche für
den spezifischen Rahmen, d.h. das spezifische verwendete Werkzeug,
programmiert ist: Die CNC-Steuerung bestimmt auch die Vorschubrate der
Verstärkung
von dem Kopf und ob gesonderte Abschnitte von dieser abgelegt werden
sollen, beispielsweise durch einen Knoten hindurch oder an einer
Zone, an der eine überaus
hohe Beanspruchung zu erwarten ist.
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8 zeigt
eine zweite derartige Maschine 60' mit einem Zuführkopf 64, welchem
Verstärkung von
einer Rolle 65 zugeführt
wird, die mit dem Kopf getragen wird (bei anderen Ausführungsformen
kann die Rolle jedoch unbeweglich oder unabhängig bewegbar sein). Wie zuvor kann
der Kopf 64 Bewegungen in Längs- oder Querrichtung über einer
Formkonstruktion ausführen,
welche hier allgemein mit 67 bezeichnet und zur Rotation
auf der Achse 63 angebracht ist. Unter der Steuerung einer
CNC-Steuerung 70 kann
Verstärkung
entweder durchgehend oder in gesonderten Abschnitten entlang den
Rillen der Werkzeugkonstruktion abgelegt werden, bis diese voll
oder leicht übervoll
sind.
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Sowohl 7 als
auch 8 sind einer völlig
drehbaren Werkzeugkonstruktion gewidmet; es ist jedoch klar, dass
die Werkzeugkonstruktion stationär sein
kann, wobei der Zuführkopf
ausgebildet ist, um sich unter CNC-Steuerung zudem in einer Z-Achse senkrecht
auf die Pfeile X und Y zu bewegen oder imstande ist, sich teilweise
zu drehen (hin- und herzubewegen). Dies wird für gewöhnlich der Fall sein, wenn
der durch die Maschine und das Verfahren zu formende Rahmen derart
ist, dass er keine zusammenklappbare Werkzeugkonstruktion benötigt.
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9 und 10 zeigen
den Zuführkopf 64. Die
Verstärkung 38 von
der Rolle 65 oder einer anderen Quelle wird durch angetriebene
Zuführwalzen 45 mit
einer erforderlichen Geschwindigkeit durch die Düse 46 mit Führungsflügeln 47 geführt. Die
Verstärkung,
welche aus der Düse
ausgegeben wird, wird durch die Druckwalze 28 an die Grundfläche der
Rinne 26 oder an eine vorangehende Verstärkungsschicht
gedrückt.
Die Schneideeinrichtung 49, welche wie die Zuführwalzen 45 unter
CNC-Steuerung steht, kann betrieben werden, um gesonderte Verstärkungsabschnitte
abzutrennen.
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Die
Verstärkung 38 umfasst
ein Kohlenstofffaserfilament 50, welches einen mittigen
Kern 52 umgibt, der bei einer bevorzugten Anordnung einen
zusammendrückbaren
Kern, beispielsweise Schaumstoff, umfasst. Wie später in Bezug
auf 19–23 beschrieben
wird, weist die Verstärkung
bei einer besonders bevorzugten Anordnung einen expansionsfähigen geschlossenzelligen Schaumstoffkern
auf. Es wird jedoch zu erkennen sein, dass flexible oder nichtzusammendrückbare Kerne
nutzbringend verwendet werden können.
An oder in dem Kohlenstofffaserüberzug 50 wird
pulverförmiges
schmelzbares Bindemittel mitgeführt.
Eine Impulsinfrarotheizeinrichtung 53 verschmilzt Bindemittel
an der Oberfläche
einer jedweden vorangehenden Verstärkungsschicht, um die neu aufgebrachte Schicht
an Ort und Stelle anzukleben, unter Schließung des Werkzeugs und Imprägnierung,
wie mit Bezugnahme auf 11–18 beschrieben
wird. Während
der Großteil
der Verstärkung
durchgehend gewickelt ist, wird zu erkennen sein, dass dieser Wickelvorgang
gestoppt werden und dann an jeder beliebigen Position der Werkzeugkonstruktion
erneut begonnen werden kann, derart, dass punktuelle Bereiche mit
zusätzlichem
zusammengesetztem Material versehen werden können, um die Festigkeit jenes Abschnittes
zu verbessern. Neben dem Ablegen gesonderter Verstärkungsabschnitte
ist es möglich,
zusätzliche
Textilstoff-, Schaumstoff- und Metalleinsätze in die gewickelte Konstruktion
einzugliedern, wenn die Verstärkung
dieser zugeführt
wird (derartige Einsätze
können
allerdings auch hinzugefügt
werden, nachdem das Wickeln fertiggestellt wurde). Derartige Hinzufügungen dienen
dazu zu ermöglichen, dass
die Konstruktion großen
oder punktuellen Belastungen während
der Verwendung standhalten kann, und/oder Montagepunkte für Komponenten vorzusehen,
welche an der Werkzeug-Grundkonstruktion angebracht werden müssen. Wie
aus 11–18 hervorgeht,
wird die Werkzeugkonstruktion von dem Zuführkopf 64 mit dem
Zuführmaterial
gefüllt
(was hier als Zuführen
einer Mehrzahl von Verstärkungen
in einem Durchlauf dargestellt ist), wobei gleichzeitig zusätzliche
Einsätze
(die allgemein mit 46 bezeichnet sind) eingeführt werden, und
das Werkzeug wird dann um eine kleine Menge überbefüllt (14), so
dass, wenn das Werkzeug durch den zweiten Werkzeugteil 40' (15 und 16)
verschlossen wird, die Verstärkung
komprimiert wird. Daraufhin wird Harz zugeführt, vorzugsweise mittels Vakuumimprägnation
(17), um die Leerstellen zu imprägnieren,
und das Harz wird gehärtet.
Die Werkzeugteile 24, 40' werden entfernt, woraufhin das
geformte Rahmenglied 12 zurückbleibt.
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19 zeigt
die Rinne 101 eines Werkzeugteiles 102, der durch
einen Zuführkopf 103 (beispielsweise
den oben mit Bezug auf 9 und 10 beschriebenen)
mit aufeinanderfolgenden Schichten von Verstärkung 104 mit konstantem
Querschnitt beladen wird. Die Verstärkung wird hier als rechteckiger Querschnitt
dargestellt; dies ist schematisch, und normalerweise würde sie
von kreisförmigem
oder ovalem Querschnitt sein, mit einem vergleichsweise weichen,
expansionsfähigen,
geschlossenzelligen Kunststoffschaumkern, der durch eine Hülle von
Festigkeit verleihenden Fasern umgeben ist. Besonders geeignet für derartige
Fasern sind Kohlenstofffasern, und diese können in einem Geflecht um den
Kern angeordnet sein.
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Die
Verstärkung
wird eingeführt,
bis die Rinne ausreichend gefüllt
ist, woraufhin, wie aus 20 hervorgeht,
ein zweiter Teil 105 des Werkzeugs darauf angebracht und
daran abdichtend befestigt wird. In 21 wird
reduzierter Druck auf das Werkzeug aufgebracht, um Harz in dieses
hineinzuziehen. Das Harz vermag den geschlossenzelligen Schaumstoff nicht
zu durchdringen und wird stattdessen die Rinnen, welche durch die
Faserüberzüge der verschiedenen
Verstärkungsabschnitte
gebildet werden, entlang gezogen. Zugleich bewirkt der reduzierte
Druck eine Expansion der Schaumstoffkerne, so dass die Leerräume zwischen
den Verstärkungen
im Wesentlichen oder sogar zur Gänze
beseitigt werden und nur ein vergleichsweise dünnes Netz oder eine vergleichsweise
dünne Wabe 106 aus
Wänden
aus mit Harz imprägnierter
Verstärkungsfaser
zurückbleibt. Dies
ist in 22 schematisch dargestellt,
wo die Gegenwart eines Harzes durch verdickte Wabenlinien 107 angezeigt
wird. Beim Vorgang des Härtens, was
bei einer erhöhten
Temperatur stattfindet, kann der Schaumstoffkern der Verstärkung zum
Teil oder sogar zur Gänze
zerstört
oder geschmolzen werden, wobei dies jedoch nicht von Bedeutung ist.
Zurück bleibt,
wie aus 23 hervorgeht, eine wabenförmige, starrwandige,
vollständige
Holmkonstruktion 108 mit einem überaus zufriedenstellenden
Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Leerräume, wo
der Schaumstoff zerstört
wurde, sind an den dunklen Flächen,
beispielsweise 109, zu ersehen.
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Diese
Konstruktion und Art von Verstärkung kann
in komplexen Knotenkonstruktionen verwendet werden, wie mit Bezug
auf 1–18 beschrieben
wurde, wobei die Verstärkung
durch die Knoten hindurchgeführt
wird, um eine einstöckige
Konstruktion zu bilden, welche nicht die Herstellung von Verbindungsstellen
erfordert.