DE69414463T2

DE69414463T2 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörper aus Verbundwerkstoff durch Kontaktwicklen auf einer ausdehnbaren Form und dadurch hergestellte Körper

Info

Publication number: DE69414463T2
Application number: DE69414463T
Authority: DE
Inventors: Hugues F-33160 Saint Aubin De Medoc Canfranc; Jean-Louis F-33160 Saint Medard En Jalles Darrieux; Christian F-33460 Macau Picosson
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2014-06-11
Also published as: US5571357A; JPH0768650A; FR2706354A1; EP0628402B1; ATE173194T1; EP0628402A1; FR2706354B1; DE69414463D1; ES2126731T3; CA2125731A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von mit wenigstens einer Innenraumzutrittsöffnung versehenen Hohlkörpern durch Wickeln/ln- Eingriff-Bringen von vorimprägnierten Fäden auf einen expandierbaren Dorn.
Aus GB-A-2.040.790 ist bekannt, Hubschrauberblätter anhand vorimprägnierter Glasgewebeteile herzustellen, die einen expandierbaren Dorn jeweils vollständig umgeben und deren Ränder wesentlich überlappen.
Außerdem ist bereits die Herstellung von hohlen Teilen, beispielsweise von Stangen, bekannt, die aus vorimprägnierten Fäden gebildet sind, die auf einem expandierbaren Dorn angeordnet werden, der anschließend expandiert wird, um die Fäden gegen die Innenwand einer den Dorn umgebenden Preßvorrichtung zu drücken, während die Polymerisation des die Fäden umgebenden Harzes ausgeführt wird.
Das französische Patent FR 2 550 123 beschreibt eine solche Technik, die jedoch nur auf die Herstellung von Stangen mit unidirektionalen Fäden, genauer mit Fäden, die längs der Stangenachse angeordnet sind, zielt. Wegen der radialen Expansion des Dorns nach dem Anordnen der Fäden ist es nämlich nicht möglich, die Fäden auf den Dorn insbesondere in Umfangsrichtung zu wickeln. Die zu geringe Elastizität der Fäden, typischerweise Kohlenstoffäden, verhindert in Verbindung mit ihrer sehr hohen Festigkeit die Expansion des Dorns.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist genau die Beseitigung der Nachteile dieser Technik, indem sie die Herstellung von Teilen ermöglicht, die Fäden aufweisen, die in Umfangsrichtung oder unter einem Winkel mit der Dornachse, der zwischen 0º und 90º abgestuft sein kann, gewickelt oder in Eingriff gebracht sind.
Hierzu hat die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Verbundwerkstoff, die mit wenigstens einer Zutrittsöffnung versehen sind, zum Gegenstand, wobei das Verfahren insbesondere die folgenden Schritte enthält:
- Wickeln und/oder In-Eingriff-Bringen von vorimprägnierten Fäden auf einen expandierbaren, herausziehbaren, gegebenenfalls wiederverwendbaren Dorn, wobei die Fäden aus agglomerierten kontinuierlichen oder diskontinuierlichen gefitzten Filamenten gebildet und individuell sind oder eines der Elemente einer Kette/Schuß-Struktur bilden;
- Expandieren des Dorns im Inneren einer geeigneten Preßvorrichtung zum Zeitpunkt der Polymerisation des Verbundwerkstoffs;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fäden gewickelt und/oder in Eingriff gebracht werden, indem mit der Achse des Dorns ein geeigneter Winkel, der sich 90º annähern oder 90º erreichen kann, für wenigstens diejenigen Umfangsfäden gebildet wird, die auf dem Dorn eine geschlängelte Linie bilden oder aus diskontinuierlichen Elementen gebildet sind, die jeweils nicht größer als ein vollständiger Umlauf des Dorns nach Expansion dieses letzteren sind, wenn die Fäden eines der Elemente einer Kette/Schuß- Struktur bilden, und zwar derart, daß die umfängliche Expansion der Fäden während der radialen Expansion des Dorns ermöglicht wird.
Unter Faden wird ein Bündel aus kontinuierlichen, agglomerierten Filamenten, die ein Band bilden können, oder ein Bündel aus diskontinuierlichen gefitzten Filamenten des Typs Wollgarn verstanden.
Der Faden ist im Fall der Wicklung individuell, obwohl mehrere Fäden gleichzeitig gewickelt werden können, er kann jedoch im Fall des In-Eingriff-Bringens individuell sein oder eines der Elemente (Schußfaden oder Kettfaden) einer Kette/Schuß-Struktur bilden.
Im Fall eines individuellen Fadens kann dieser lose gewickelt werden, d. h. derart, daß er in Umfangsrichtung des Dorns an der Berührungsstelle mit diesem letzteren eine geschlängelte Linie, beispielsweise eine Sinuskurve bildet. Eine solche Wicklung kann einfach ausgeführt werden, indem der Wicklungskopf zu einer zeitlich periodischen Auslenkung in bezug auf die normale Position der Wicklung gezwungen wird.
Die Merkmale einer solchen sinusförmigen Linie, d. h. die Amplitude und die Schrittweite, können je nach Fadenart, dem Krümmungsradius der Oberfläche, auf die der Faden gewickelt wird, und dem Abstand der jeweiligen Fadenschicht zur Drehachse des Dorns geändert werden.
Unter der Voraussetzung, daß während der radialen Expansion des Dorns, die die übereinanderliegenden Schichten aus gewickelten Fäden gegen die Innenwand der Preßvorrichtung drückt, die konzentrischen Schichten um so stärker komprimiert oder zusammengedrückt werden, je weiter sie von der Außenschicht entfernt sind, erfolgt die sinusförmige Wicklung beispielsweise mit einer größeren Welligkeitsamplitude für die dem Dorn am nächsten befindlichen Schichten.
Die Eigenschaften der Welligkeiten des Fadens entsprechend dem Rang der Schicht verändern sich daher vorteilhaft, was durch Rechnung einfach bestimmt und durch eine computergestützte Steuerung des Wicklungskopfes in der Weise automatisch bewerkstelligt werden kann, daß am Ende der Expansion des Dorns sämtliche in Umfangsrichtung oder im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Fäden sämtlicher Schichten ihren gesamten Sinusverlauf verloren haben und wieder ihren rein schraubenlinienförmigen Charakter annehmen, als ob sie normal ohne Welligkeiten gewickelt worden wären.
Noch immer im Fall eines individuellen Fadens kann dieser durch Wicklung oder In-Eingriff-Bringen durch aneinanderstoßende oder teilweise überlappende Umfangsteilstücke angebracht werden, wobei sich jedes Teilstück über eine vollständige Windung oder etwas mehr oder über einen Bruchteil einer Windung erstreckt.
So könnten bei der Dehnung des Dorns die Umfangsteilstücke der Fäden der Bewegung mit einer leichten relativen Versetzung in Richtung des Fadens folgen.
Wenn es sich um einen Faden des Typs "Wollgarn" oder "Vorgarn" handelt, erfolgt die Anbringung durch eine normale Wicklung, sofern bei der Dehnung des Dorns die gefitzten Filamente, die den Faden bilden, relativ zueinander in Richtung des Fadens ein Spiel aufweisen.
Wenn es sich schließlich um Fäden handelt, die beispielsweise die Kettfäden eines Gewebes bilden, werden Gewebestücke in geeigneten Abmessungen und Formen abgeschnitten und anschließend in der Weise auf dem Dorn drapiert, daß die Kettfäden der Stücke in Umfangsrichtung des Dorns orientiert sind, wobei sich selbstverständlich wie im vorangehenden Fall die Kettfäden eines Stücks über einen vollständigen Umfang des Dorns oder einen Bruchteil des Umfangs erstrecken, entweder mit Überlappung oder mit Stoßanordnung der Gewebestücke.
Ein solches Verfahren ermöglicht die Herstellung von Hohlkörpern mit gewickelten und/oder in Eingriff gebrachten Fäden, die ein äußeres Profil aufweisen, das Abmessungs- und Oberflächenzustandseigenschaften aufweist, die eine Antwort auf die sehr strengen Spezifikationen darstellen können.
Das Verfahren der Erfindung findet ihre Anwendung vor allem, jedoch nicht ausschließlich, auf die Herstellung von Hohlstangen mit Gabelköpfen, die einen bemerkenswerten Oberflächenzustand aufweisen und keine Rauhheitsfehler oder zerknitterten Fäden besitzen.
Vorteilhaft ist insbesondere im Rahmen der Herstellung solcher Stangentypen der expandierbare, herausziehbare und gegebenenfalls wiederverwendbare Dorn zusammengefügt, wobei er nach Art eines dreidimensionalen Puzzles in Teile zerlegt werden kann, deren Formen und Abmessungen in der Weise festgelegt sind, daß nach der Polymerisation die Entnahme durch Abheben entsprechend einer im voraus festgelegten Folge von Teilen möglich ist, indem sie in den Innenraum der Stange durch die eine oder die andere der Zutrittsöffnungen am einen oder am anderen ihrer Enden geführt werden, wobei ein solcher Dorn in bekannter Weise mit einem aufblasbaren Balg überzogen ist, auf dem die Fäden angeordnet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungen des Verfahrens der Erfindung, wobei die Beschreibung ausschließlich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird, worin:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Gabelkopfstange ist, die mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung hergestellt werden kann;
- Fig. 2 eine vertikale, koaxiale Teilschnittansicht eines expandierbaren Dorns gemäß der Erfindung ist, der durch Zerlegung herausziehbar ist;
- Fig. 3 eine Ansicht von links der Vorrichtung nach Fig. 2 ist;
- Fig. 4 eine Schnittansicht des Dorns senkrecht zu seiner Achse und längs der Linie IV-IV von Fig. 2 ist;
- Fig. 5 den Dorn nach Fig. 4 nach dem Bewickeln und Anordnen einer Preßvorrichtungsform zeigt;
- Fig. 6 die Vorrichtung nach Fig. 5 in der Expansionsphase des Dorns zeigt;
- Fig. 7 die Entformung und das Herausnehmen des Doms veranschaulicht;
- Fig. 8 schematisch die Weise des Wickeln eines Fadens in Umfangsrichtung auf den Dorn längs einer geschlängelten Linie veranschaulicht;
- die Fig. 9a-9f verschiedene Schemata des Anbringens von Fäden in Umfangsrichtung gemäß der Erfindung zeigen und
- die Fig. 10a und 10b das Andrücken der konzentrischen Fadenschichten gegen die Innenwand der Preßvorrichtung bei der Expansion des Dorns veranschaulichen.
In Fig. 1 ist schematisch und perspektivisch ein Typ einer Stange gezeigt, die mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden kann und aus einem zylindrischen, hohlen, regulären Teil mit konstanter Wanddicke, die zwei völlig gleiche Stangenköpfe in Form eines Gabelkopfes 2 verbindet, gebildet ist, wobei die Gabelköpfe in einen Zylinder mit einem Durchmesser eingeschrieben sind, der etwas kleiner als derjenige des regulären Teils 1 ist, und mit diesem letzteren über einen Verbindungsabschnitt 3 mit sich erweiterndem Querschnitt und einer Wanddicke, deren Dicke vom regulären Teil 1 zum Gabelkopf 2 zunimmt, verbunden sind. Jeder Gabelkopf 2 ist aus zwei parallelen Seitenwangen 4 mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet, die von zwei einander gegenüberliegenden Löchern durchlocht ist.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen schematisch einen Dorn des Typs, der mit dem Verfahren der Erfindung für die Herstellung der Stange des Typs nach Fig. 1 aus einem Einblock-Verbundwerkstoff geeignet ist.
Dieser Dorn ist gemäß der Erfindung durch ein wiederverwendbares Werkzeug gebildet, das aus einer Gesamtheit von Teilen gebildet ist, die beispielsweise aus Metall sind und nach Art eines dreidimensionalen Puzzles zusammengefügt und auseinandergenommen werden können, wobei die Teile so bemessen und konfiguriert sind, daß sie einerseits im zusammengefügten Zustand ein Volumen bilden, das im wesentlichen dem Innenvolumen der hohlen Stange nach Fig. 1 entspricht, und andererseits die Entnahme der Gesamtheit von Teilen nach der Polymerisation des Harzes der auf dem Dorn angeordneten Fäden ermöglichen, wobei diese Entnahme durch eines der offenen Enden der Stange zwischen den Seitenwangen 4 erfolgt.
Hierzu enthält der Dorn einen Mittelstab 6 mit konstantem rechtwinkligen Querschnitt.
An die Umfangsfläche dieses Stabes 6 sind verschiedene Teile angefügt (Fig. 4), die in der Weise konfiguriert, bemessen und positioniert sind, daß, sobald sämtliche Teile angeordnet sind, ein Volumen definiert wird, das im wesentlichen jenem des regulären Teils 1 der Stange und der Verbindungsabschnitte 3 entspricht.
Fig. 4, die ein Schnitt längs der Linie IV-IV ist, der dem zylindrischen regulären Teil 1 der Stange entspricht, zeigt, daß der Dorn auf Höhe dieses regulären Teils aus einem Mittelteil (Stab 6) gebildet ist, das von Teilen mit verschiedenen Querschnitten (trapezförmig, linsenförmig oder dergleichen), die mit 6&sub2; bis 6&sub1;&sub5; bezeichnet sind, umgeben ist, wobei die tiefgestellte Zahl die Reihenfolge in einer von mehreren möglichen Sequenzen des Herausziehens des betrachteten Teils angibt, wobei das erste herausgezogene Teil der Stab 6 ist.
In Fig. 2 sind die unter dem Mittelstab 6 angeordneten Teile nicht gezeigt.
Die Teile 6&sub2; bis 6&sub1;&sub5; besitzen mit Ausnahme ihrer Enden auf Höhe der Verbindungsabschnitte 3 der Stange, wo die Teile gerade oder gewölbte (7), aufeinander ausgerichtete, geneigte Flächen aufweisen, einen konstanten Querschnitt.
Einige der Teile (6&sub2;, 6&sub1;&sub2;) können auf ihrer zum Mittelstab 76 gewandten Fläche Hohlräume aufweisen, die den Eingriff eines Hakens für die eventuelle Ablösung im Hinblick auf die Entnahme des Teils ermöglichen.
Auf Höhe der Gabelköpfe 2 der Stange ist der Dorn nur durch den Stab 6 gebildet.
An den Enden des Stabes 6 sind in bekannter Weise Schalen 9a, 9b angeordnet, die den Stab 6 umgeben und Umlenkbirnen bilden, die die Schleifenbildung der Wicklung bei der Umlenkung des Anordnungskopfes für die Fäden gewährleisten, wobei die Fäden beispielsweise Kohlenstoffäden sind, die mit einem geeigneten Harz vorimprägniert sind.
Der Stab 6 ist an einem seiner Enden mit einem Kanal 10 versehen, um in bekannter Weise über Löcher 11 Druckluft in einen Zwischenraum zwischen dem Dorn und einem Balg 12, beispielsweise einer röhrenförmigen Silikonhülse, die auf den Dom zwischen den beiden Umlenkbirnen (9a, 9b) gefädelt und gedrückt ist, zu leiten.
Um den Dorn anhand der Zusammenfügungsteile (6, 6&sub2; bis 6&sub1;&sub5;) zu formen, kann beispielsweise das zusammengefügte Bündel von Teilen horizontal auf zwei Gerüsten angeordnet werden, wobei das Bündel durch Festbinden mit Hilfe elastischer Bänder während des Anordnens des Balgs 12 über dem Dorn gehalten wird. Die elastischen Bänder werden nach Maßgabe der Auffädelung des Balgs angezogen, welcher dann die Aufgabe hat, die Bänder elastisch zu halten.
Die Schalen 9a, 9b werden dahinter über den Enden des Balgs 12 angeordnet.
Der Dorn nach Fig. 2 ist bereit, mit den Fäden überzogen zu werden. Hierzu wird er in bekannter Weise zwischen zwei Spindelkästen eines Systems zum rotatorischen Antreiben des Dorns um die Achse 13 des Stabes 6 angeordnet.
Die Fäden werden durch Wickeln und/oder In-Eingriff-Bringen in bekannter Weise angeordnet, wie beispielsweise in der französischen Patentanmeldung beschrieben ist, die im Namen der Anmelderin am 26. Mai 1993 unter der Nr. 93 06613 eingereicht worden ist.
Wegen der radialen Expansion, der die auf dem Dorn angeordneten Fäden gemäß der Erfindung unterworfen werden, insbesondere die in Umfangsrichtung oder im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelten oder angeordneten Fäden, erfolgt diese Anordnung gemäß einem besonderen Prozeß, kraft dessen die Fäden auf dem Dorn eine geschlängelte oder aus diskontinuierlichen Elementen gebildete Linie bilden, die die radiale Ausdehnung der Gesamtheit konzentrischer Fadenschichten ermöglicht.
Gemäß einer ersten Ausführung wird im Fall eines individuellen Fadens, der aus kontinuierlichen agglomerierten Filamenten gebildet ist, dieser Faden ohne Aufgabe der Kontinuität, jedoch unter Bildung einer geschlängelten Linie, beispielsweise einer sinusförmigen Linie, in Umfangsrichtung auf den Dorn gewickelt, wie bei 14 in Fig. 8 gezeigt, in der bei 15 der Dorn mit seiner Drehachse 13 und der Wicklungskopf 16 dargestellt sind.
Eine solche Anordnung längs einer sinusförmigen Linie 14 kann leicht verwirklicht werden, indem der Kopf 16 zu einer Hin- und Herbewegung in einer zur Achse 13 des Dorns parallelen Richtung und mit einer einstellbaren Amplitude beiderseits der Normalposition der Wicklung des Fadens F gezwungen wird.
In Fig. 8 ist die Amplitude der sinusförmigen Anordnung des Fadens F auf dem Dorn 15 beliebig vergrößert worden. Es können zugleich die Amplitude der Oszillationen der Sinusform 14 als auch die Schrittweite dieser letzteren in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie etwa der Fadenart, dem Neigungsgrad der Mittelachse des auf dem Dorn 15 angeordneten Fadens in bezug auf die Achse 13, der Amplitude der späteren radialen Expansion des Dorns, dem Durchmesser der lokalen Oberfläche, auf der der Faden angebracht ist, sowie dem Rang oder der Entfernung vom Dorn der betrachteten Fadenschicht im Stapel konzentrischer Schichten, die lokal die Dicke der Wand des herzustellenden Gegenstandes, beispielsweise der Stange nach Fig. 1, definieren, eingestellt werden.
Es ist anzumerken, daß für denselben Neigungswinkel des Fadens in bezug auf die Dornachse die Amplitude der Welligkeiten der Sinuskurve 14 je nach Rang der betrachteten Schicht im Stapel konzentrischer Schichten unterschiedlich ist. In Fig. 10a sind ein Stapel aus vier aufeinanderfolgenden konzentrischen Schichten C&sub1; bis C&sub4; auf dem Dorn 15 sowie die Innenwand 17 der Preßvorrichtung, auf die die Schichten bei der Expansion des Dorns gepreßt werden, gezeigt. Außerdem ist bei 18 das Spiel in der Größenordnung von 0,5 bis 1 mm dargestellt, das zwischen den Schichten C&sub1; bis C&sub4; und der Preßvorrichtung vorhanden ist, wenn diese letztere vor der Expansion des Dorns angeordnet wird.
In Fig. 10b sind dieselben Schichten C&sub1; bis C&sub4; nach der Expansion des Dorns gezeigt.
Die äußere Schicht C&sub4; ist gegen die Wand 17 der Preßvorrichtung gedrückt, während die anderen Schichten C&sub1; bis C&sub3; gegen die Schicht C&sub4; gedrückt sind, wobei jedoch die Verschiebung in Richtung der Preßvorrichtung um so größer ist, je näher sich die Schicht am Dorn befindet.
Folglich ist es für denselben Neigungswinkel in bezug auf die Dornachse der Fäden der verschiedenen Schichten notwendig, den Faden der Schicht C&sub1; in der Weise zu wickeln, daß ihm eine größere Welligkeit als dem Faden der Schicht C&sub2; verliehen wird. Ebenso sind die Welligkeiten des Fadens in der Schicht C&sub2; größer als jene des Fadens der Schicht C&sub3; usw.
Durch Rechnung können die Amplituden der Welligkeit der Fäden der verschiedenen Schichten einfach in der Weise bestimmt werden, daß beim Übergang vom nicht expandierten Zustand des Dorns nach Fig. 10a zum expandierten Zustand nach Fig. 10b die Umfangsfäden ihre gesamten Welligkeiten verlieren und rein schraubenlinienförmig mit nebeneinanderliegenden Windungen werden. Die Wicklung der verschiedenen Schichten kann folglich leicht programmiert und durch einen Computer gesteuert werden.
Es ist anzumerken, daß bei der Anordnung der Preßvorrichtung auf dem mit Fäden beschichteten Dorn in dem Fall, in dem das Spiel 18 null oder sehr klein ist, die letzte Schicht mit Hilfe von Fäden ohne Welligkeiten, die ausschließlich oder im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufen, hergestellt werden kann.
Was oben mit Bezug auf den zylindrischen Teil des Dorns gesagt worden ist, findet auch auf die Abschnitte (7) Anwendung, die den Verbindungszonen 3 der Stange entsprechen, sowie auf die Abschnitte des Dorns (6), die den Gabelköpfen 2 entsprechen.
Es werden nicht nur die in Umfangsrichtung auf den Dorn gewickelten Fäden unter Bildung von Welligkeiten angeordnet, sondern auch die Fäden, die in bezug auf die Dornachse unter einem Winkel kleiner als 90º angeordnet werden, wobei die Amplitude der Welligkeiten um so kleiner ist, je weiter der Winkel von 90º entfernt ist. Für einen Wicklungswinkel der Fäden kleiner als ungefähr 45º kann die Bildung von Wellen für die Fäden weggelassen werden, da die Komponente in Fadenachse der radialen Ausdehnung des Dorns durch die Fäden aufgefangen wird.
Die Welligkeiten der Sinuskurve 14 können sich über den gesamten Umfang des Dorns oder nur über einen Teil des Umfangs erstrecken, wie in Fig. 9a gezeigt ist.
Gemäß einer zweiten Ausführung des Verfahrens der Erfindung und noch immer im Fall eines individuellen Fadens F ist diesem Faden keinerlei Welligkeit in Umfangsrichtung verliehen worden, sondern der Faden wird durch Teilstücke angeordnet; die aneinanderstoßen oder teilweise überlappen, wie in den Fig. 9b bis 9e veranschaulicht ist.
In Fig. 9b ist ein Dornumfang dargestellt, der mit vier Fadenteilstücken der Länge eines Viertelkreises, die aneinanderstoßen und mit T&sub1; bis T&sub4; bezeichnet sind, bedeckt ist. Die folgende benachbarte Windung auf dem Dorn ist in der gleichen Weise gebildet, es ist jedoch zweckmäßig, eine Verschiebung der Intervalle 19 vorzusehen, damit sie nicht auf Erzeugende des Zylinders des bewickelten Volumens ausgerichtet sind. Ebenso wird vorgesehen, daß von einer Schicht zur folgenden konzentrischen Schicht die Intervalle 19 der Schichten nicht übereinanderliegen.
In Fig. 9c sind zwei aneinanderstoßende Teilstücke T'1, T'2, die jeweils die Länge eines Halbkreises haben, sowie zwei Teilstücke einer benachbarten Windung T"1, T"2, die völlig gleich, jedoch in Winkelrichtung beispielsweise um einen Viertelumfang versetzt sind, um die Ausrichtungen der Intervalle 19 zu vermeiden, dargestellt. Die gleiche Anordnung ist für die darüberliegende konzentrische Schicht empfohlen, deren beide Teilstücke (nicht gezeigt) über jenen der darunterliegenden Schicht sitzen.
In Fig. 9d sind die Teilstücke einer vollständigen Windung (T'''1, T'''2, ..., T'''7) so angeordnet, daß sie sich gegenseitig teilweise überdecken. In der folgenden Schicht wird die gleiche Überlappung beibehalten, jedoch mit einer Versetzung, um eine bessere Verteilung der unterschiedlichen Dicken beim Übergang von einem Teilstück zum nächsten zu erhalten.
In Fig. 9e erstreckt sich ein einzelnes Teilstück T""1 eines Fadens über einen Kreisbogen von mehr als 360º, wobei das folgende Teilstück T""2 daran anstoßend angeordnet wird und dieselbe Länge wie das erste aufweist.
Es sind zahlreiche Kombinationen von Anordnungen der Fadenteilstücke möglich und können automatisch durch einen Eingriffherstellungskopf mit Fadentrennung, der durch einen Computer gesteuert wird, verwirklicht werden. Um solche Fäden anzuordnen, kann beispielsweise die Wicklungs- und Eingriffherstellungsmaschine verwendet werden, die in der obengenannten französischen Patentanmeldung Nr. 93 06613 beschrieben ist.
Wie für die Fäden, die mit Welligkeiten angeordnet werden, findet die Technik für die Anordnung von Teilstücken auch auf Bewicklungen mit Fäden Anwendung, die in Umfangsrichtung verlaufen oder mit der Dornachse einen großen Winkel von mehr als 45º bilden und eine solche Technik rechtfertigen, um die radialen Ausdehnungen des Dorns zu absorbieren.
Fig. 9f zeigt den Fall von Umfangsfäden, die nicht individuell sind, sondern beispielsweise aus Kettfäden C eines Gewebestücks aus vorimprägnierten Fäden gebildet sind. Hierzu werden Gewebestücke, beispielsweise drei, wie bei M1, M2 und M3 gezeigt ist, in geeignete Abmessungen zerschnitten und durch Drapieren auf dem Dorn 15 aneinanderstoßend in der Weise angeordnet, daß die Kettfäden C auf dem Dorn in Umfangsrichtung verlaufen. Somit verhalten sich die Kettfäden C der drei Stücke M1 bis M3, die im wesentlichen auf dem gesamten Umfang des Dorns aneinanderstoßen, wie die aneinanderstoßenden Teilstücke T1 bis T4 der einzelnen Fäden in Fig. 9b und absorbieren die Ausdehnung des Durchmessers des Dorns 15, während die Schußfäden T gegenüber dieser Ausdehnung unempfindlich sind.
Die Stücke M1 bis M3 können sich daher wie die Teilstücke nach Fig. 9d oder gemäß dem Schema nach Fig. 9c gegenseitig teilweise überdecken.
Die Gewebestücke M1 bis M3 sind in Abhängigkeit von den lokalen Formen des Dorns 15, auf den sie aufgebracht werden sollen, bemessen und konfiguriert.
Die Fäden können auch nicht individuell sein und ein sogenannte unidirektionales Gewebe bilden, das aus agglomerierten unidirektionalen Fäden gebildet ist.
Ein solches Gewebe kann wie die obigen Stücke M1 bis M3 in geeignete Formen und Abmessungen zerschnitten werden und durch Drapieren auf dem Dorn an den gewünschten Stellen angeordnet werden, indem die Umfangsfäden in Umfangsrichtung oder unter jedem anderen Neigungswinkel in bezug auf die Dornachse angeordnet werden.
Es können auch Fäden des Typs "Wollfaden" verwendet werden, dessen Aufbau eine gewöhnliche Wicklung und/oder ein gewöhnliches In-Eingriff Bringen zuläßt, d. h. weder mit Welligkeiten noch mit Stückelung, da bei der Ausdehnung des Dorns die individuellen Filamente mit verhältnismäßig geringer Länge, die das Vorgarn bilden, in einem gewissen Ausmaß relativ zueinander in Richtung ihrer Achse gleiten können.
In Fig. 5 ist der Dorn nach Fig. 2, der mit Fäden beschichtet ist, die eine Wand der Stange mit bei 20 erhöhter Dicke am Ort der künftigen Gabelköpfe 2 sowie bei 21 am Ort des künftigen regulären Teils 1 bilden, dargestellt, wobei der Verbindungsabschnitt 22 ab der Zone der Gabelköpfe (20) bis zu jener (21) des regulären Teils eine abnehmende Dicke aufweist.
Je nach Zone (20, 21, 22) werden die Fäden durch Wicklung oder In-Eingriff- Bringen oder durch Drapieren von Stoffteilen in der Weise angeordnet, daß die gewünschten Dicken geschaffen werden und die technischen Spezifikationen erfüllt werden. In all diesen Zonen 20 bis 22 wird jeder Faden, der auf dem Dorn in Umfangsrichtung oder mit einem großen Winkel relativ zur Achse 13 angeordnet ist, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung angebracht.
Sobald die Fäden angebracht sind, umgibt eine Preßform 23 aus zwei symmetrischen Halbteilen die Teile 20 bis 22 vollständig (Fig. 5), wobei die Innenwand 17 zweckmäßig mit einem Schutzfilm oder mit einer Schicht eines Entformungsmittels beschichtet ist.
Die Zone der um die Endbirnen (9a, 9b) gewickelten Fäden ist bei 24 getrennt und ebenso wie die Schalen 9a, 9b eingezogen, um die Dichtungsflansche 25 an der Preßvorrichtung 23 anzubringen (Fig. 6).
Der Balg 12 wird somit in dichter Weise zwischen dem Stab 6 und den Flanschen 25 durchstoßen, wodurch Druckluft durch die Kanäle 10, 11 in den Zwischenraum zwischen dem Dorn und dem Balg 12 geschickt werden kann.
Das Aufblasen des Balgs 12 preßt die Fadenschichten (20 bis 22) gegen die Innenwand 17 der Preßvorrichtung 23, wobei das Aufblasen erfolgt, nachdem die Temperatur des Verbundwerkstoffs auf ungefähr 80ºC erhöht worden ist, um das Harz zu erweichen.
Der Druck der in den Balg 12 geschickten Luft nimmt allmählich zu und kann einige Bar annehmen. Er wirkt unter ständigem Halten des Verbundwerkstoffs auf einer Temperatur in der Größenordnung von 160ºC in Abhängigkeit von der Natur des Harzes.
Sobald der Polymerisationszyklus beendet ist, werden die Flansche 25 und die Preßvorrichtung 23 abgenommen (Fig. 7), anschließend erfolgt die Entnahme der Teile des Dorns (6, 6&sub2; bis 6&sub1;&sub5;), wobei beispielsweise die in Fig. 4 gezeigte Reihenfolge eingehalten wird.
Zunächst wird der Stab 6 zurückgezogen, was den Teilen 6&sub2;, 6&sub3; ermöglicht, sich in den vorher vom Stab 6 eingenommenen Raum zu verschieben und in der gleichen Weise herausgezogen zu werden. In dieser Weise bewegen sich sämtliche Teile in dem Tunnel mit rechtwinkligem Querschnitt aus einem der Endabschnitte 20 der monolithischen Verbundgesamtheit.
Sobald sämtliche Teile herausgezogen sind, kann der Balg 12 noch immer unverändert herausgezogen und eventuell wiederverwendet werden.
Anschließend kann die spanabhebende Bearbeitung auf die Abmessungen der Gabelköpfe 2 der Stange in den Teilen 20 sowie die Endbearbeitung wie etwa die Oberflächenbehandlung, die Bohrung der Löcher 5, die Kontrolle, die Lackierung und dergleichen erfolgen.
Die Polymerisation wird durch Nachhärten verwirklicht, sie könnte jedoch unter Umständen durch ein anderes Mittel wie etwa die Ionisation erfolgen.
Die so hergestellte Stange weist insbesondere wegen des Drückens der äußeren Fadenschicht gegen die Innenfläche der Preßvorrichtung 23 einen bemerkenswerten Oberflächenzustand auf. Außerdem ist die Verdichtung der monolithischen Verbundmasse der Stange ausgezeichnet.
Selbstverständlich könnte die Stange Eigenschaften der Wicklung oder des In- Eingriff-Bringens der Fäden aufweisen, wie sie in der französischen Patentanmeldung Nr. 93 06614, eingereicht am 26. Mai 1993 im Namen der Anmelderin, beschrieben sind, beispielsweise eine Änderung des Neigungswinkels des Fadens in Abhängigkeit von der Zone der Stange in derselben Schicht, einen Zwischenklebefilm oder eine Zwischenklebeschicht aus Glasgewebe, eine unterschiedliche Anzahl von Fadenschichten je nach Zone der Stange, lokale Verstärkungselemente, die aus drapierten Stoffteilen gebildet sind, usw.
Das Verfahren der Erfindung findet seine Anwendung auf die Herstellung durch Wicklung und/oder In-Eingriff-Bringen jeglichen, gegebenenfalls rotationssymmetrischen Körpers, der eine zentrische oder exzentrische Achse aufweist, sofern der Gegenstand wenigstens eine Öffnung enthält, die die Anordnung und Entnahme des Dorns ermöglicht. Auf diese Weise können daher sphärische oder zylindrische Behälter oder Flaschen mit ausgebauchtem Boden oder aber hohle Stangen, die an einem Ende einen Gabelkopfes und am anderen Ende einen einfachen abgeflachten Kopf aufweisen, hergestellt werden.
Es können auch hohle Gegenstände mit ebenen Wänden hergestellt werden, beispielsweise Kästen oder Behälter mit quadratischem oder rechtwinkligem oder polygonalem Querschnitt.
Schließlich ist es möglich, einen herausziehbaren Dorn in anderer Weise zu verwenden, ohne die Integrität des hergestellten Verbundgegenstandes zu erreichen, der das Aufblasen des Balgs ermöglicht, beispielsweise einen Dorn aus einem schmelzbaren Werkstoff, insbesondere aus einem Gemisch aus Sand und Bindemittel wie etwa der Werkstoff, der im Handel mit "Arényl" bezeichnet und in der obengenannten französischen Patentanmeldung Nr. 93 06614 beschrieben ist.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht eine Mechanisierung der industriellen Fertigung, die eine sehr gute Reproduzierbarkeit gewährleistet.
Schließlich ist die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungen des Verfahrens und auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt, sondern deckt statt dessen sämtliche Varianten ab, insbesondere was die Art der vorimprägnierten Fäden, die konstitutiven Eigenschaften des hergestellten Verbundgegenstandes (Anzahl der Fadenschichten, Natur und Dicke der Schichten, Eigenschaften der Wicklung/des In-Eingriff-Bringens/des Drapierens der Fäden oder Stoffe, der Klebezwischenfilme), sowie die Formen und Abmessungen des hohlen Verbundgegenstandes, der nur an einem einzigen Ende oder an beiden gegenüberliegenden Enden offen sein kann, betrifft.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Verbundwerkstoff, die mit wenigstens einer Zutrittsöffnung versehen sind, wobei das Verfahren namentlich die Schritte

- Wickeln und/oder In-Eingriff Bringen von vorimprägnierten Fäden auf einen expandierbaren, herausziehbaren, gegebenenfalls wiederverwendbaren Dom (6, 12; 15), wobei die Fäden aus agglomerierten kontinuierlichen oder diskontinuierlichen gefitzten Filamenten gebildet und individuell sind oder eines der Elemente eine Kett-/Schuß-Struktur bilden;

- Expandieren des Dorns im Inneren einer geeigneten Schrumpfvorrichtung (23) im Moment der Polymerisation des Vebundwerkstoffs;

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fäden gewickelt und/oder in Eingriff gebracht werden, indem mit der Achse (13) des Dorns (6, 12; 15) ein geeigneter Winkel, der sich 90º annähern oder erreichen kann, für wenigstens diejenigen Umfangsfäden gebildet wird, die auf dem Dorn eine geschlängelte Linie (14) bilden oder aus diskontinuierlichen Elementen (T1 bis T4) gebildet sind, die jeweils nicht größer als ein vollständiger Umlauf des Dorns nach Expansion dieses letzteren sind, wenn die Fäden eines der Elemente einer Kett-/Schuß-Struktur bilden, und zwar derart, daß die umfängliche Expansion der Fäden während der radialen Expansion des Dorns ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (F) individuell sind und derart gewickelt werden, daß sie in Umfangsrichtung oder im wesentlichen in Umfangsrichtung des Dorns (6, 12; 15) an der Berührungsstelle mit diesem letzteren eine geschlängelte Linie, insbesondere eine Sinuskurve (14) bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickeln mit einem Kopf (16) realisiert wird, der zu einer wechselnden Bewegung in einer Richtung parallel zur Achse (13) des Dorns (6, 12; 15) veranlaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (14) der auf dem Dorn (6, 12; 15) angeordneten Fäden sich über eine ganze Anzahl von Umläufen oder einen Teilumlauf des Dorns erstrecken.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und gegebenenfalls die Steighöhe der Wellungen (14) der Fäden von einer Fadenschicht zur nachfolgenden variabel sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen in dem Sinn einer fortschreitenden Reduktion der Amplitude der Wellungen (14) vorgenommen werden, je weiter man sich der Außenschicht nähert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall der Existenz eines sehr geringen oder keines Spiels (18) zwischen der Schrumpfvorrichtung (23) und dem mit Fäden bedeckten Dorn (6, 12; 15) vor seinem Expandieren die Außenschicht aus Fäden ohne Wellungen und ausschließlich oder im wesentlichen in Umfangsrichtung sich erstreckend gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und gegebenenfalls die Wellungshöhe (14) der Fäden als Funktion des Neigungswinkels in bezug auf die Achse (13) des Dorns variabel sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und gegebenenfalls die Wellungshöhe (14) der Fäden für einen gleichen Neigungswinkel der Fäden in bezug zur Achse des Dorns als Funktion des Abstandes der Achse (13) des Dorns von der lokalen Oberfläche, wo die Fäden angeordnet werden, variabel sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (F) individuell und aus Vorgarn gebildet sind, das aus gefitzten Filamenten relativ kurzer Länge gebildet ist, die durch gegebenenfalls umfängliches Wickeln oder In-Eingriff-Bringen aufgebracht sind, wobei die diskontinuierlichen, die Linie bildenden Elemente durch die Vorgarn-Filamente gebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (F) individuell und durch Wickeln oder In-Eingriff Bringen von Teilstücken durch Zerstückelung von Fäden zur Anordnung entsprechend der Länge von Teilstücken (T1 bis T4; T'1, T'2; T"1, T"2; T'''1 bis T'''7; T""1, T""2) angebracht sind, die sich über einen Teil des Umfangs des Dorns (6, 12; 15), einen kompletten Umfang oder etwas mehr als ein Umfang erstrecken.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (T1 bis T4; T'1, T'2; T"1, T"2) endseitig aneinander stoßend sind.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (T""1 bis T'''7) in Richtung ihrer Länge wechselseitig übereinander liegen.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Umwickelung des Dorns (6, 12; 15) zur folgenden und/oder einer Schicht von Fäden zur folgenden (C1 bis C4) die Teilstücke winkelförmig derart versetzt sind, daß in der Masse des erhaltenen Verbundwerkstoffs Zwischenräume (19), die zwei endseitig aneinander stoßende Teilstücke trennen, oder Dickenunterschiede aufgrund von gegenseitigen Überdeckungen verteilt sind.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden Kettfäden (C) oder Schußfäden (T) eines Gewebes sind und daß man Gewebestücke (M1 bis M3) auf geeignete Abmessungen und Formen schneidet und die Stücke auf dem Dorn (6, 12; 15) derart anordnet, daß die Kettfäden (C) oder Schußfäden (T) in Umfangsrichtung oder im wesentlichen in Umfangsrichtung zum Dorn angeordnet sind.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden Fäden einer Wirkware sind, die auf geeignete Abmessungen und Formen geschnitten und auf dem Dorn (6, 12; 15) derart angeordnet werden, daß die Fäden in Umfangsrichtung oder im wesentlichen in Umfangsrichtung des Dorns angeordnet sind.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffstücke (M1 bis M3) sich über einen vollständigen Umlauf des Dorns (6, 12; 15) mit teilweiser Überdeckung oder unter endseitigem Aneinanderstoßen erstrecken.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls wiederverwendbare, expandierbare und zurückziehbare Dorn durch eine zerlegbare Anordnung in Form eines dreidimensionalen Puzzles aus Teilen (6, 6&sub2; bis 6&sub1;&sub5;) gebildet wird, deren Formen und Abmessungen derart bestimmt sind, daß nach Polymerisation das Herausnehmen durch Anheben der Teile in einer vorbestimmten Folge durch Hindurchführen durch die Zutrittsöffnung oder eine von mehreren Zutrittsöffnungen des herzustellenden Hohlkörpers ermöglicht wird, wobei ein derartiger Dorn mit einem aufblasbaren Balg (12) bedeckt ist, auf dem die Fäden angeordnet werden.