DE69710418T2

DE69710418T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen der Vorform einer Felge

Info

Publication number: DE69710418T2
Application number: DE69710418T
Authority: DE
Inventors: Francois Finck; Yves Vernet
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: EP0842757B1; JP4308930B2; US5985072A; JPH10249856A; EP0842757A1; DE69710418D1; FR2755897A1; KR19980042411A; ES2172729T3; US6367531B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Verstärkungsstrukturen für Verbundmaterialteile, und mehr im einzelnen für Räder, Felgen oder Felgenelemente.
Zahlreiche Verfahren liegen vor, um die Räder oder Felgen aus Verbundmaterial herzustellen. Man kann besonders den Hochdruck- Druckguß von verstärkten, thermoplastischen Harzen oder das Preßformen von duroplastischen Harzen benennen, die ebenfalls verstärkt sind.
Diese Techniken erfordern die Verwendung von diskontinuierlichen Fasern, was mittlere mechanische Eigenschaften der Fertigprodukte sowie ihre schwierige mechanische Optimierung aufgrund der Verlagerungen der Fasern im Verlauf des Formvorganges nach sich zieht.
Wenn man wünscht, durchgehende bzw. kontinuierliche Fasern zu verwenden, kann man ein vorliegendes Gewebe wählen. In mehr industriellem Maße kann man das Herstellungsverfahren von Verbundteilen, das "R.T.M" (Abformung durch Harzübertragung) genannt wird, oder jedes abgeleitete Verfahren wählen. In diesem Verfahren werden die Verstärkungsmaterialien, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Fasern jeder anderen Art im Hohlraum einer Form vorher angeordnet. Diese Verstärkungsmaterialien bilden so die "Vorform" des endgültigen Verbundteils. Dieser Vorgang der Einlegung und Strukturierung der Verstärkungsn nennt sich "Vorformung". Das Harz wird dann über die Vorform in der Gußform unter Vakuum und/oder mit einem Übertragungsdruck übertragen und dann bei geeigneten Temperaturen vernetzt.
Im Falle industrieller Herstellungen kann man zur Optimierung der Benutzung von Spritzgußformen die Vorform außerhalb der Spritzgußform vorbereiten. Die Vorformen werden dann in diesem Fall oft versteift, z. B. durch ein thermoplastisches Bindemittel, um ihr Einsetzen in die Spritzgußformen zu erleichtern.
Die Herstellung der Vorform ist ein kritischer Schritt im R.T.M.-Verfahren, besonders für komplizierte Formen mit ausgeprägten Aushöhlungen, was bei Radfelgen der Fall ist.
Das Patent FR2595621 schlägt vor, eine Rotations-Hohlform für ein Verbundmaterialteil herzustellen, indem man auf einer Vorformmatrize, deren Form der der herzustellenden Struktur ähnelt, eine faserige Textur mit verformbaren Maschen auflegt, ein Gewebe oder Geflecht, und zwar derart, daß es sich an die Form der Vorformmatrize durch Selbstanpassung der Maschen anlegt. Das Verfahren besteht darin, daß man die faserige Textur auf der Vorformmatrize an einen axialen Ende dieser Vorformmatrize aufträgt, wobei die Maschen Seiten mit entgegengesetzten Neigungen in Bezug auf die axiale Richtung der Struktur aufweisen, und daß man dann fortlaufend die faserige Struktur auf der Vorformmatrize in Richtung des anderen Endes in Richtung zum anderen Ende aufträgt, während man die Textur einer Spannung in dieser axialen Richtung unterwirft.
Dieses Verfahren führt zu einer symmetrischen Ausrichtung der Verstärkungsfasern eines Gewebes relativ zur axialen Richtung der Struktur, was im Fall von Radfelgen nicht zweckmäßig ist, bei denen es wünschenswert ist, eine Ausrichtung der Verstärkungsfasern in Umfangs- und Achsrichtung zu erhalten.
Die europäische Patentanmeldung EP0327173 bietet eine Lösung, um Vorformen von Verbundrädern durch Aufwickeln kontinuierlicher Fasern axial und dann in Umfangsrichtung herzustellen. Dieses Verfahren ist aber langsam und erfordert einen erhöhten Aufwand an Einrichtungen.
Gegenstand der Erfindung ist es, eine andere, einfache Technik zur Herstellung einer Felgen-Vorform aus vorher zusammengefügten Fasern darzubieten. Eine Struktur aus vorher zusammengefügten Fasern kann zum Beispiel ein Gewebe sein. Ein solches Gewebe wird aus Kett- und Schußfasern bzw. -fäden gebildet, die durch Weben zusammengefügt sind.
Um mit einem solchen Gewebe eine Vorform herzustellen, ist es üblich, die Kett- und Schußfäden in den gewünschten Richtungen der mechanischen Verstärkung aufzubringen, hier in axialer Richtung und Umfangsrichtung. Unter diesen Bedingungen zieht der unmittelbare Auftrag des Gewebes auf einer Oberfläche, die starke Aushöhlungen aufweist, wie eine Felge, das Auftreten von Falten nach sich: die Vorformung ist nicht durchführbar.
Die Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform einer Felge oder eines Felgenelements, die bzw. das eine Rotationsachse aufweist, durch Anordnung von vorher zusammengefügten Fasern gemäß zweier Richtungen, die verformbare Maschen auf einer Vorform-Matrize definieren, worin:
- man eine Bahn der genannten, vorher zusammengefügten Fasern um eine Rotationsform herumwickelt, um einen Wickel mit einer vorgegebenen Anzahl von Lagen aus vorher zusammengesetzten Fasern zu erhalten;
- man den genannten Wickel auf einem Umfang mit größtem Durchmesser der Vorformmatrize derart befestigt, daß die Fasern relativ zur axialen Orientierung unter einer ersten Orientierung mit dem Winkel Alpha und einer zweiten Orientierung mit dem Winkel Beta angeordnet sind, der kleiner ist als Alpha; und
- man den genannten Wickel fortlaufend aufträgt, bis man die Gesamtheit der Oberfläche der Vorformmatrize bedeckt, und ihn Spannungen mit einer Orientierung im wesentlichen in Umfangsrichtung und in einer derartigen Richtung unterzieht, daß die genannten Spannungen danach trachten, den genannten Winkel Alpha zu vergrößern.
Der Winkel Alpha der Neigung der ersten Verstärkungsfasern der Gewebebahn liegt bevorzugt zwischen 65 und 85º (fünfundsechztig und fünfundachzig Grad).
Das Verfahren zur Herstellung einer Felgenvorform nach der Erfindung hat den Vorteil, zu Orientierungen der Verstärkungsfasern in der erfindungsgemäßen Vorform zu führen, die der Axial- und Umfangsrichtung der Struktur nahekommen.
Bevorzugt verdichtet man, nachdem man den Wickel der Bahn auf der Gesamtheit der Vorformmatrize aufgebracht hat, diesen Wickel gegen die Vorformmatrize hin durch Aufbringung eines Radialdruckes. Dieser Schritt hat den Vorzug, den Gehalt des Verbund-Endstücks an Verstärkungsfasern zu steigern, was dessen mechanische Eigenschaften verbessert.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform für eine Felge oder ein Felgenteil zum Gegenstand, mit:
- einer Vorformmatrize mit einem rotationsförmigen Außenprofil, das dem Innenprofil der genannten Vorform entspricht;
- Mitteln zur Befestigung eines Wickels aus einer Bahn vorher zusammengefügter Fasern auf einem Umfang mit größtem Durchmesser der genannten Vorformmatrize in zwei Orientierungen unter Bildung deformierbarer Maschen; und
- Mitteln zur Aufbringung des genannten Wickels, indem man ihn Spannungen in einer im wesentlichen in Umfangsrichtung erfolgenden Richtung unterzieht.
Vorteilhafterweise weisen die Mittel zum Auftragen des Wickels die folgenden Merkmale auf:
- eine Auftragekufe mit einer Auftrage-Oberfläche, die dazu bestimmt ist, mit dem Wickel über einen vorgegebenen Sektor in Berührung zu gelangen, wobei die genannte Auftrage-Oberfläche eine Einlaufzone mit einem axialen Einlaufprofil, dessen kleinster Durchmesser mindestens größer ist als der größte Außendurchmesser der genannten Vorform, eine Auslaufzone mit einem axialen Auslaufprofil, das dem endgültigen Außenprofil der genannten Vorform entspricht, und eine Übergangszone mit einem axialen Profil aufweist, das im Umfangsrichtung allmählich vom genannten, axialen Einlaufprofil zum genannten axialen Auslaufprofil übergeht;
- Mittel, um die Vorformmatrize und die genannte Auftragekufe zu halten und in relative Drehung zu versetzen; und
- Mittel, um die genannte Auftragekufe gegen den genannten Sektor des genannten Wickels in Auflage zu versetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Übergang in Umfangsrichtung von der Übergangszone der Auftragefläche der Kufe umso rascher, je größer die axiale Nähe des genannten Profils zum Umfang mit größtem Durchmesser ist, wo der Wickel anfangs befestigt werden muß.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun nichteinschränkend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- Fig. 1 eine Felgen-Vorform darstellt;
- Fig. 2 ein Verstärkungsgewebe darstellt;
- Fig. 3 die Verformbarkeit eines Gewebes wie des der Fig. 2 abbildet;
- Fig. 4 eine Gewebebahn darstellt;
- Fig. 5 eine Vorformmatrize darstellt;
- Fig. 6 eine schematische Darstellung ist, die eine Auftragevorrichtung abbildet;
- Fig. 7 eine Seitenansicht der Auftragevorrichtung der Fig. 6 darstellt;
- Fig. 8 eine Seitenansicht einer Auftragekufe ist;
- Fig. 9 (a), (b) und (c) drei Querschnitte der Auftragekufe der Fig. 8 darstellen; und
- Fig. 10 eine Vervollkommnung an der Auftragevorrichtung abbildet.
Die Felgen-Vorform 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist aus mehreren übereinandergelegten Gewebelagen gebildet, deren Kett- und Schußfäden im wesentlichen längs der Achs- und Umfangsrichtung angeordnet sind, wie nachfolgend ersichtlich wird. Diese Vorform hat eine Rotationsachse YY'. Ihre beiden, axialen Enden sind der vordere 2 und hintere 3, gekrümmte Rand.
Die Schwierigkeit der Herstellung einer solchen Felgenvorform 1 liegt in den starken Änderungen der Länge der Radien über ihrem Querschnitt.
Ein Beispiel eines Gewebes 4, das dazu bestimmt ist, eine Vorform 1 herzustellen, ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Gewebe 4 ist aus Schußfäden 5 und Kettfäden 6 gebildet, die zueinander einen Winkel γ bilden. Man kann ein solches Gewebe 4 so ansehen, als sei es aus Elementarmaschen mit den Seiten a und b gebildet. Diese Längen a und b entsprechen dem Abstand, der jeweils zwei Schuß- 5 und Kettfäden 6 trennt, die in dieselbe Gewebeausbildung eingesetzt sind. Wenn das Gewebe 4 in eine Richtung gezogen wird, die von der der Schuß- 5 und Kettfäden 6 verschieden ist, verformt sich jede Elementarmasche des Gewebes 4 wie ein Parallelogramm: die Längen a und b bleiben konstant, aber der Winkel γ ändert sich. Die maximale und minimale Grenze von γ können experimentell gemessen werden: γmax und γmin (Fig. 3). Die im Verfahren der Erfindung verwendeten Gewebe weisen bevorzugt Winkel Gamma in der Größenordnung von 90 Grad auf. Man kann auch Gewebe mit Werten von γ verwenden, die von 90 Grad um +/- 30 Grad abweichen.
Man bezeichnet mit "Bahn" ein Band aus Gewebe 4, das aus Fasern gebildet ist, die unter Winkeln Alpha und Beta in Bezug auf die Breite der Bahn ausgerichtet sind, und in einer Breite zugeschnitten ist, die einer gegebenen Felge entspricht. Fig. 4 stellt eine solche Bahn 7 dar, die dazu bereit ist, auf eine Vorformmatrize aufgetragen zu werden. Diese Bahn 7 wird durch schrägen Zuschnitt eines Gewebes 4 erhalten, auf die Richtungen der Kett- 6 und Schußfäden 5 des Gewebes 4 bezogen. Im Fall der Fig. 4 wird der Zuschnitt in einer Schrägrichtung bewirkt, die einem Winkel ω entspricht, der gleich π/2 - α ist, bezogen auf die Richtung der Kettfäden 6 des Gewebes 4. Bevorzugt liegt dieser Winkel ω zwischen 10 und 25 Grad.
Während ihres Aufwickelns auf der Vorformmatrize entspricht die Achse D'D der Umfangsrichtung und die Achse X'X der Axialrichtung.
Man kann diesen Zuschnitt auch schräg in Bezug auf die Schußfäden vornehmen.
Der erste Schritt der Herstellung einer Vorform besteht darin, diese Bahn 7 auf eine Rotationsform aufzuwickeln, zum Beispiel einen zylindrischen Ring, bis zum Erhalt einer gegebenen Anzahl von Lagen aus Fasern. Bevorzugt ist der Außendurchmesser dieses zylindrischen Ringes identisch mit dem größten Durchmesser der Vorformmatrize 8 (siehe Fig. 5), aber dies ist nicht obligatorisch. Wenn sich der Durchmesser dieses Ringes von dem der Matrize 8 unterscheidet, kann man diesen auf den der Matrize 8 verbringen, und zwar durch radiale Dehnung (Erhöhung des Durchmessers des Wickels) oder durch axiale Dehnung (Verkleinerung des Durchmessers des Wickels). Dieser Zwischenschritt kann zweckmäßig sein, um die Orientierung der vorher zusammengefügten Fasern zu modifizieren.
Fig. 5 stellt eine Vorformmatrize 8 dar. Diese Matrize 8 hat auch eine Rotationsachse YY' und ein radial äußeres Profil, das dem Innenprofil der herzustellenden Vorform 1 entspricht. Ihre axialen Enden 20 und 21 entsprechen dem vorderen 2 und hinteren 3 gekrümmten Rand der Vorform 1. Es sind diese axialen Enden, die die größten Außendurchmesser darbieten. Demzufolge ist es eines dieser Enden, zum Beispiel das Ende 20, das anfangs und umfänglich durch Mittel, zum Beispiel einen Spannring 24, am Wickel befestigt werden wird.
Eine Vorrichtung zum Auftragen eines Wickels auf einer Vorformmatrize ist schematisch in den Fig. 6 und 7 dargestellt. In Fig. 6 sieht man von vorne eine Vorformmatrize 8, eine Auftragekufe 10 und drei Verdichtungskufen 11. Die Auftragekufe 10 und die Verdichtungskufen 11 sind durch Zylinder bzw. Stelleinrichtungen 13 gehalten und können sich so radial bewegen, um sich gegen einen entsprechenden Sektor der Felgenvorform 1 anzulegen. Die Vorformmatrize 8 ist an einem Gestell 14 befestigt und kann durch einen Motor 15 zur Drehung angetrieben werden. Die Stelleinrichtungen 13 sind am Gestell 14 durch Träger 16 befestigt. Um die Entnahme der Vorformen nach ihrer Herstellung zu entnehmen, kann die Vorformmatrize 8 vorteilhafterweise aus zwei Teilen gebildet sein, die in der Umfangsebene mit kleinstem Durchmesser aufgetrennt werden können.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, haben die Verdichtungekufen 11 eine Oberfläche zur Anlage gegen die Vorform 1, deren axiales Profil dem axialen Außenprofil der herzustellenden Vorform entspricht.
In Fig. 8 ist eine Seitenansicht der Auftragekufe 10 dargestellt. Diese Kufe 10 weist in Umfangsrichtung drei Zonen auf, eine Einlaufzone, eine Übergangszone und eine Auslaufzone. Die Fig. 9 stellen drei Querschnitte der Auftragekufe 10 dar, die dem Schnitt AA, BB bzw. CC entsprechen, wie in Fig. 8 angegeben, worin die Bezugszeichen 22 und 23 die Zonen bezeichnen, die dazu bestimmt sind, in Anlage gegen die entsprechenden Zonen 20 und 21 der Vorformmatrize 8 zu gelangen. Fig. 9(a) stellt einen Querschnitt der Enlaufzone längs des Schnitts AA der Fig. 8 dar, und das axiale Profil der Auflagefläche in dieser Zone hat einen Durchmesser, der größer oder gleich ist dem größten Außendurchmesser der herzustellenden Vorform 1. Fig. 9(c) stellt einen Querschnitt der Zone nach dem Schnitt CC der Fig. 8 dar. Dieser Querschnitt hat ein axiales Profil, das dem endgültigen Außenprofil der Vorform 1 entspricht. Schließlich stellt Fig. 9(b) einen Querschnitt der Überganzone längs des Schnitts BB dar, wie in Fig. 8 angegeben. In diesem Fall liegt das axiale Profil inmitten zwischen dem der Einlaufzone und dem der Auslaufzone. Man stellt fest, daß das Profil auf der Seite des axialen Endes 20 schon das des Auslaufprofils ist, während auf der anderen Seite der Übergang noch nicht vollständig ist. Tatsächlich erfolgt der Übergang des axialen Profils der Auflagefläche der Kufe 10 in der Übergangszone umso rascher, wenn man sich dem axialen Ende 20 nähert, wo der Wickel anfangs befestigt wurde.
Das Verfahren der Erfindung ist wie folgt:
- Herumwickeln der Bahn 7 um einen Ring mit einem Außendurchmesser, der gleich ist dem der axialen Enden 20, 21 der Vorform 1, um eine Anzahl von Lagen aus Gewebe zu erhalten, die für die herzustellende Vorform 1 erforderlich sind;
- während sich die Kufen zur Auftragung 10 und zur Verdichtung 11 in einer radial von der Vorformmatrize 8 abgespreizten Lage befinden, Befestigen des Wickels aus der Bahn 7 an einem axialen Ende der Vorformmatrize 8, zum Beispiel am Ende 20, mittels eines Spannrings;
- Versetzen der Vorformmatrize in Drehung um die Achse YY' in einer solchen Richtung, daß sich jeder Punkt dieser Matrize sich gegen die Auftragefläche der Kufe ZO von der Einlaufzone zur Auslaufzone hin bewegt;
- radiales Versetzen der Auftragekufe 10, bis sie zur Anlage gegen den Wickel der Bahn 7 gelangt, bis die endgültige Dicke der Vorform 1 erhalten ist;
- radiales Versetzen der Verdichtungskufen, bis sie gegen clen Wickel aus der Bahn in einem gegebenen Maß zur Auflage gelangt;
- Anhalten der Drehung der Vorformmatrize; und
- Entnehmen der fertigen Vorform.
Es sind diese Reibungskräfte in Umfangsrichtung zwischen der Auftragekufe 10 und der Außenlage des Wickels, die eine fortschreitende Gleitbewegung der Fasern der unterschiedlichen Lagen relativ zu den Fasern hervorrufen, die auf der Höhe des axialen Endes 20 der Vorformmatrize 8 blockiert sind, bis zur Blockierung in gegen die Vorformmatrize 8 aufsitzender Lage. Damit die Reibungskräfte im Umfangsrichtung verlaufen, ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit der Drehung der Matrize 8 und des Vorschubs der Auftragekufe 10 synchronisiert sein sollen. Tatsächlich ist es erforderlich, daß, wenn die Kufe 10 in Anschlag gegen den Wickel gelangt, eine Mindest-Drehzahl vorliegt. Diese Drehzahl muß zwingend größer oder gleich 1 sein, aber um eine korrekte Aufbringung zu haben, kann sie in der Größenordnung von zehn liegen. Die Drehgeschwindigkeit der Matrix ist kein kritischer Parameter, und eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von einigen Umdrehungen in der Sekunde ist völlig ausreichend.
Die Orientierung a der Kettfäden 6 bezüglich der Axialrichtung gilt bevorzugt für herkömmliche Strukturen vorher zusammengesetzter Fasern, anfangs zwischen 65 und 80 Grad, was Werten von ω von zwischen 10 und 25 Grad entspricht.
Damit das Verfahren anwendbar ist, ist es notwendig, daß die Fasern in einer Orientierung, die im wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft, zum Beispiel die Kettfäden, wendelförmig auf der Vorformmatrize aufgewickelt sind, und daß die Fäden mit einem Ende an einem der hakenförmigen Ränder der Felge befestigt sind, und daß das andere Ende am anderen hakenförmigen Rand frei ist. Es ist demnach unmöglich, eine Anwendung mit einem Alpha-Wert von 90 Grad zu realisieren. Dagegen ist es bei sehr verformbaren Geweben, zum Beispiel mit einem Ungleichgewicht von 90/10 zwischen Kette und Schuß, möglich, Kettfäden mit Alpha-Werten anzuwenden, die 90 Grad sehr nahekommen, zum Beispiel 85.
Die radiale Annäherung der Auftragekufe 10 gegen den Wickel der Bahn 7 hin erzeugt in Umfangsrichtung verlaufende Reibungskräfte, die danach trachten, den Winkel α der Schußfäden zu erhöhen, also diese Fasern an die Umfangsrichtung anzunähern. Diese Kräfte werden eine fortlaufende Verlagerung der Lagen des Wickels der Bahn 7 in Umfangsrichtung nach sich ziehen, bis sich der Wickel an das Profil der Vorformmatrize 8 anpaßt. Der in Umfangsrichtung und axial progressive Übergang der Profile der Übergangszone der Auftragekufe 10 gestattet eine ebenfalls progressive Anordnung des Wickels der Bahn 7.
Am Ende der Bewegungsbahn der Auftragekufe 10 nähert man radial die Verdichtungskufen an, um die Vorform 1 in der gewünschten Form zu stabilisieren.
Um diese Stabilisierung zu erleichtern, ist es vorteilhat, die Auftragevorrichtung dadurch zu vervollkommnen, daß man in sie Mittel zum Beheizen und zum Kühlen der Vorformmatrize 8 einbezieht. Diese Mittel können besonders eine Heißluftquelle aufweisen, die an mindestens eine Verdichtungskufe 11 angeschlossen ist, wie in Fig. 10 dargestellt. Diese Kufe ist hohl und ist von drei radialen Löchern 31 durchbohrt. Entsprechende radiale Löcher 32 sind auch regelmäßig in der Vorformmatrize 8 durchbohrt. Der Fluß der Heißluft durquert den Raum, der zwischen der Kufe und der Vorformmatrize vorliegt, und zwar der Raum, in dem der Wickel aus der Bahn 7 sitzt. Dieser Fluß wird dann in einer Rohrleitung 33 abgesaugt, die in der Achse der Vorformmatrize 8 gelegen ist.
Die verwendeten Gewebe müssen dann einen thermoplastischen Vorformbinder aufweisen. Nachdem man den Wickel aus der Bahn 7 auf der Vorformmatrize aufgebracht hat, läßt man einen Heißluftstrom durch den Wickel hindurchtreten, und dieser Strom läßt das thermoplastische Bindemittel schmelzen. Man drückt nun wie vorher den Wickel gegen die Vorformmatrize an, während der Binder geschmolzen ist. Wenn das Andrücken fertiggestellt ist, ersetzt man die Heißluftströmung durch eine Kaltluftströmung, um die Vorform 1 abzukühlen, den Vorformbinder zu verfestigen und so die hergestellte Vorform zu stabilisieren. Die Vorform kann ohne Verformung mühelos gehandhabt werden.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man gleichzeitig den Wickel aus der Gewebebahn 7 rund um die Vorformmatrize 8 und seinen Auftrag auf diese Matrize 8 mittels der Kufe 10 her.
Man kann auch in dem Fall, daß die Dicken der herzustellenden Vorform unbedeutend sind, den Auftrag der Bahn in mehreren, aufeinanderfolgenden Schritten durchführen.
Es werden nun drei Beispiele des Einsatzes des Verfahrens der Erfindung beschrieben, wobei man als Gewebe einen Köper 2 · 2 der Gesellschaft "Les Fils d'Auguste Chomarat et Cie", Frankreich, mit dem Zeichen AF43.0391 nimmt, dessen Extremwerte von Gamma 53 bzw. 129 Grad sind. Die Felgen-Vorform entspricht einer Felge 6 J 15. Die verwendete Faser ist Glas.
Die folgende Tabelle 1 gibt die Ergebnisse der Winkel α, β und γ, die nach der Herstellung der Felgen-Vorform in Funktion der anfänglichen Werte von α gemessen sind. Tabelle 1
Man stellt in den drei Fällen fest, daß die Änderung in der Orientierung der Kettfäden sehr gering ist und diese Fäden bzw. Fasern im wesentlichen in ihrer anfänglichen Orientierung verbleiben. Dagegen weisen die Schußfäden eine sehr starke Änderung auf, die mit der Anpassung des Gewebes an große Veränderungen im Durchmesser der Vorform zusammenhängen. Nur im dritten Fall scheinen die vorgenommenen Messungen anzuzeigen, daß man dem Gewebe zu große Verformungen auferlegt (die gemessenen Werte von γmini liegen unter der Grenze der Verformbarkeit des Gewebes). Dies kann einige sehr örtliche Schwierigkeiten der Aufbringung nach sich ziehen.
Wie bereits gesagt wurde, ist es im Fall von Radfelgen wünschenswert, die größtmögliche Umfangsorientierung der Verstärkungsfasern zu bevorzugen, um den mechanischen Widerstand der Felgen in der Funktion zu optimieren. Andererseits ist es zweckmäßig, einge Fasern in einer gewissermaßen axialen Orientierung anzuordnen, um eine gute mechanische Berstbeständigkeit unter Druck zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, diese Orientierung etwa in Umfangsrichtung der Schußfäden zu erhalten. Man kann auch ein Gewebe benutzen, dessen Verhältnis von Kette zu Faden unausgeglichen ist, bis zu Anteilen von 10% Schußfäden auf 90% Kettfäden, um so die Umfangsverstärkung zu bevorzugen. Eine andere Variante zum Erreichen eines unausgeglichenen Gewebes besteht darin, einen gegebenen Anteil von Kohlenstoff-Fasern oder Aramidfasern als Kettfäden in ein Glasgewebe einzubringen.
Bei den so hergestellten Vorformen verbleibt es noch, notwendigenfalls die Enden der umgebogenen Ränder vorne und hinten zuzuschneiden, um eine hervorragende Geometrie zu garantieren, sie dann in eine geschlossene Form zu setzen, unter Vakuum oder schwachem Druck ein warmhärtbares Harz einzuspritzen und dieses vernetzen zu lassen, um eine endfertige Felge zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde für die Herstellung von Vorformen für Radfelgen von Kraftfahrzeugen beschrieben. Man kann sie auch bei der Herstellung von Vorformen für Stücke aus Verbundmaterial verwenden, die eine Rotationsachse haben, wo die Orientierung der Verstärkungsfasern in axialer Richtung und in Umfangsrichtung wesentlich ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform (1) eines Stückes aus Verbundmaterial, das eine Rotationsachse aufweist, durch Anordnung von vorher zusammengefügten Fasern (5, 6) in zwei Orientierungen, die verformbare Maschen auf einer Vorform-Matrize (8) definieren, worin:

- man eine Bahn (7) der genannten, vorher zusammengefügten Fasern um eine Rotationsform herumwickelt, um einen Wickel mit einer vorgegebenen Anzahl von Lagen aus vorher zusammengesetzten Fasern zu erhalten;

- man den genannten Wickel auf einem Umfang mit größtem Durchmesser der Vorformmatrize derart befestigt, daß die Fasern (5, 6) relativ zur axialen Orientierung unter einer ersten Orientierung mit dem Winkel Alpha und einer zweiten Orientierung mit dem Winkel Beta angeordnet sind, der kleiner ist als Alpha; und

- man den genannten Wickel fortlaufend aufträgt, bis man die Gesamtheit der Oberfläche der Vorformmatrize (8) bedeckt, indem man ihn Spannungen mit einer Orientierung im wesentlichen in Umfangsrichtung und mit einer derartigen Richtung unterzieht, daß die genannten Spannungen danach trachten, den genannten Winkel Alpha zu vergrößern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Winkel Alpha zwischen fünfundsechzig und fünfundachzig Grad liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die genannte Bahn (7) durch schräges Abschneiden einer Struktur (4) aus vorher zusammengefügten Fasern relativ zu den Richtungen der Kettfäden (6) oder Schußfäden (5) der genannten Struktur erhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Wickel auf einem zylindrischen Mantel bzw. Ring hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Wickel unmittelbar auf der Vorformmatrize (8) hergestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin man, nachdem man dem Wickel auf der Gesamtheit der Vorformmatrize (8) aufgebracht hat, den genannten Wickel gegen die Vorformmatrize hin durch Aufbringen eines radialen Drucks verdichtet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die genannten, vorher zusammengesetzten Fasern (5, 6) einen Vorformbinder aufweisen, und man den genannten Wickel vor oder während seines Auftrags auf die Vorformmatrize (8) erwärmt, um den genannten Vorformbinder schmelzen zu lassen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin man, nachdem man den Wickel auf die Vorformmatrize (8) aufgebracht hat, die erhaltene Vorform (1) abkühlt, um den Vorformbinder zu verfestigen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die vorher zusammengefügten Fasern (5, 6) Glasfasern sind, mit in Kettrichtung angeordneten Fasern, die aus der Gruppe der Kohlenstoff oder Aramidfasern ausgewählt sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das genannte Stück aus Verbundmaterial eine Felge oder ein Felgenelement ist.

11. Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform für ein Verbundmaterialstück, das eine Rotationsaches besitzt, mit:

- einer Vorformmatrize (8) mit einem rotationsförmigen Außenprofil, das dem Innenprofil der genannten Vorform (1) entspricht;

- Mitteln (24) zur Befestigung eines Wickels aus einer vorgebenen Zahl von Lagen vorher zusammengefügter Fasern auf einem Umfang mit größerem Durchmesser der genannten Vorformmatrize in zwei Orientierungen, die deformierbare Maschen definieren; und

- Mitteln (10, 13, 14, 15) zur Aufbringung des genannten Wickels, indem man ihn Spannungen in einer im wesentlichen in Umfangsrichtung erfolgenden Richtung unterzieht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin die Mittel (10, 13, 14, 15, 16) zur Aufbringung des Wickels die folgenden Merkmale aufweisen:

- eine Auftragekufe (10) mit einer Auftrage-Oberfläche, die dazu bestimmt ist, mit dem Wickel über einen vorgegebenen Sektor in Berührung zu gelangen, wobei die genannte Auftrage-Oberfläche eine Einlaufzone mit einem axialen Einlaufprofil, dessen kleinster Durchmesser mindestens größer ist als der größte Außendurchmesser der genannten Vorform, eine Auslaufzone mit einem axialen Auslaufprofil, das dem endgültigen Außenprofil der genannten Vorform entspricht, und eine Übergangszone mit einem axialen Profil aufweist, das im Umfangs allmählich vom genannten, axialen Einlaufprofil zum genannten axialen Auslaufprofil übergeht;

- Mittel (14, 15, 16), um die Vorformmatrize und die genannte Auftragekufe zu halten und in relative Drehung zu versetzen; und

- Mittel (13), um die genannte Auftragekufe (10) gegen den genannten Sektor des genannten Wickels in Auflage zu versetzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin der Umfangs-Übergang von der Übergangszone der Auftragefläche der Kufe umso rascher erfolgt, je größer die axiale Nähe des genannten Profils zum Umfang mit größtem Durchmesser ist, wo der Wickel anfangs befestigt werden muß.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, zudem mit Mitteln zum Verdichten, die mindestens eine Verdichtungskufe (11) aufweisen, deren Anlagefläche gegen den Wickel eine Geometrie hat, die der Außenoberfläche der genannten Vorform entspricht, sowie Mitteln zum Andrücken der genannten Verdichtungskufe gegen die Außenoberfläche des genannten Wickels.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, zudem mit Mitteln zur Erwärmung und zur Kühlung (31, 32, 33) der genannten Vorformmatrize (8).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Mittel zur Erwärmung und zur Kühlung der genannten Vorformmatrize Mittel zum zum Hindurchtreiben von Warm- oder Kaltluft durch mindestens eine der Kufen zum Auftragen und Verdichten und der Vorformmatrize aufweisen, indem sie durch radiale Bohrungen bzw. Löcher (31, 32) hindurchtritt, die zu diesem Zweck in die genannte Kufe und die genannte Vorformmatrize gebohrt bzw. eingebracht sind.

17. Vorrichtung zur Herstellung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, worin das genannte Stück aus Verbundmaterial eine Felge oder ein Felgenelement ist.

18. Verfahren zur Herstellung eines Stücks aus Verbundmaterial, das eine Drehachse hat, worin:

- man mindestens eine Vorform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 herstellt;

- man die Vorform in eine Form setzt;

- man ein Harz unter Vakuum und/oder Übertragungsdruck durch die genannte Vorform hindurch überträgt; und

- man das genannte Harz bei mindestens einer geeigneten Temperatur vernetzt.