DK157436B - Fremgangsmaade til fremstilling af en genstand ved traadvikling med klaebestof - Google Patents

Description

i

DK 157436 B

5 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en genstand med ikke-cirkulært, langstrakt tværsnit ved periferisk at vikle flere, hverandre overlappende lag af trådmateriale omkring en form, idet hinanden overliggende endeviklinger i hinanden til-10 grænsende lag er frembragt ved at vikle trådmaterialet omkring formen, medens trådmaterialet og formen indbyrdes er blevet forskudt i forhold til hinanden langs en viklingsakse og vending af den relative bevægelses bevægelsesretning mellem trådmaterialet og 15 formen efter færdiggørelse af hvert trådmaterialelag på formen.

En fremgangsmåde af ovennævnte art anvendes ofte til fremstilling af store genstande med stor styrke i 20 forhold til egenvægten og omfatter derfor typisk vikling af tråde med stor trækstyrke indlagt i en matrix af bindermateriale eller klæbestof. Fremstilling af for eksempel en vinge til en flyvemaskine eller en stor vindmølle sker ofte under anvendelse af en sådan 25 fremgangsmåde. For at tilvejebringe et fortsat frem-og tilbageløb af trådene langs formen efterhånden som trådene vikles herpå, er det almindeligt at anvende endeskiver eller viklingsringe ved formens ender eller ved enderne af det segment, som vikles. Overlig-30 gende endevindinger af de forskellige lag frembringes ved at vinde trådene ud over kanterne og over den flade af viklingsringen, som vender bort fra formen samtidig med, at retningen for den indbyrdes længdeforskydning mellem trådene og formen vendes.

DK 157436 B

2

Ifølge den kendte teknik anvendes vendeskiver, der skal fungere på den ovenfor beskrevne måde, som er cirkelrunde, og vinkelforskellen mellem trådene i 5 hinanden tilgrænsende lag og afstanden mellem de enkelte trådviklinger inden for et enkelt lag kræver en ensartet, i længderetningen frem- og tilbagegående relativ bevægelse mellem trådene og formen efterhånden som trådene vikles omkring formen. Det vil sige, 10 at vinkelorienteringen og afstanden mellem trådviklingerne i de forskellige trådlag ved hjælp af den ensartede frem- og tilbagegående, relative bevægelse mellem trådene og formen definerer et antal sekanter af ensartet længde og placering over vendeskivens o-15 verflade. Såfremt formens tværsnit ikke er cirkulært for eksempel fordi genstandens bredde skal være større end dens tykkelse, således som det er tilfældet for vinger til flyvemaskiner og vindmøller, er det indlysende, at der med fremgangsmåderne ifølge den 20 kendte teknik er tale om en betydelig brodannelse af trådmateriale mellem vendeskivernes ydre kant og formens overflade eller de trådlag, som er viklet op på denne. En sådan brodannelse repræsenterer selvfølgelig tabt materiale, som skal fjernes fra den frem-25 stillede genstand ved efterfølgende maskinbearbejdning eller lignende. Brodannelsen kræver tillige, at vendeskiverne i genstandens længderetning placeres i nogen afstand fra det sted, hvor den færdige genstands ende findes. Derfor må det maskineri, som an-30 vendes til at vikle trådene op på formen, være i stand til at bevæge sig en længere strækning, end det ellers ville være nødvendigt, såfremt brodannelsen på en eller anden måde kunne undgås. Det er selvfølgeligt indlysende, at dette krav om mulighed for ekstra

DK 157436 B

3 bevægelse forøger størrelsen og prisen på det maskineri, der skal anvendes, og derfor bidrager til øget fremstillingspris på den færdige genstand.

5 En beskrivelse af kendt fremstillingsteknik fremgår af det amerikanske patentskrift nr. 4 251 036, der beskriver en fremgangsmåde til vikling af en genstand ved hjælp af et bånd af parallelle fibre, der vikles omkring en cylindrisk form. Vikling af ikke-cylindri-10 ske genstande ifølge denne fremgangsmåde vil indbefatte de ovenfor beskrevne ulemper.

En viklingsfremgangsmåde, som er beskrevet i den tyske patentansøgning nr. 27 44 586 kan anvendes til 15 vikling af individuelle trådmaterialer, hvor trådmaterialet orienteres parallelt med eller i hovedsagen parallelt med genstandens længderetning. Denne fremgangsmåde er af en anden art end den her beskrevne, den er repræsentant for en del fremgangsmåder, som 20 benytter vending af trådretningen adskillige gange i hvert trådlag, og der anvendes slet ikke vendeskiver af den art, som benyttes ifølge denne opfindelse, som angår en periferiomsluttende viklingsteknik. 1 2 3 4 5 6

Det er derfor formålet med denne opfindelse at frem 2 bringe en fremgangsmåde til fremstilling af en tråd 3 viklet genstand med ikke-cirkulært tværsnit ved hjælp 4 af periferiomsluttende viklingsteknik, idet frem 5 gangsmåden skal minimere de ulemper i form af tråd- 6 brodannelsen mellem vendeskive og den tilknyttede form eller det herpå opviklede trådlag og det med denne brodannelse sammenhørende krav til større viklingsmaskineri end ellers nødvendigt.

DK 157436 B

4

Ifølge opfindelsen opnås formålet med en fremgangsmåde, som er ejendommelig ved, at man mellem hinanden følgende trådmaterialelag vikler trådmaterialet over de udadvendende endeflader, der vender bort fra hin-5 anden, på vendeskiver, som er anbragt på formen, under anvendelse af vendeskiver med en ikke-cirkulær facon, der i hovedsagen er ligedannede med formens ikke-cirkulære tværsnitsform, og ved at ændre formens og trådmaterialets relative forskydning i forhold til 10 hinanden til tilpasning til den forskellige længde af . trådmateriale, som vikles over vendeskivernes udadvendende overflader, således at trådmaterialet placeres korrekt på vendeskivernes udadvendende flader.

15 Fordelene ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er, at man i forhold til hidtil kendte fremgangsmåder af denne art opnår en besparelse i råvareforbrug og i krav til størrelse af viklemaskineri. Besparelserne kan være meget betydelige, når den viklede genstands 20 tværsnit afviger meget fra cirkelformen, som tilfældet for eksempel er ved aerodynamiske vinger.

Ved vikling af genstande under anvendelse af trådmateriale i båndform har det vist sig, at udførelses-25 former, som er karakteriseret i underkravene, er særligt fordelagtige, fordi man med disse udførelsesformer kan fremstille genstande af høj teknisk kvalitet med et minimalt forbrug af trådmateriale. 1

Ved vikling af genstande, som har et langstrakt tværsnit, er det fordelagtigt at anvende den i underkrav 4 angivne udførelsesform, fordi man herved i det mindste delvis kan optage opstående slæk i trådmaterialet på enkel måde.

DK 157436 B

5

Foranstående og andre karakteristika og fordele ved denne opfindelse vil fremgå mere tydeligt af nedenstående beskrivelse og vedlagte tegning, hvori 5

Fig. 1 er en perspektivtegning af en genstand, som fremstilles ifølge en trådviklingsfremgangsmåde ifølge nærværende opfindelse, 10

Fig. 2 er en planprojektion af en cirkulær vendeskive af tidligere kendt art anvendt til trådvikling af en aerodynamisk form, 15 Fig. 3 er en sideprojektion på en aerodynamisk form, som vikles i overensstemmelse med den i figur 2 viste fremgangsmåde,

Fig. 4 er en planprojektion på en vendeskive, 20 som i hovedsagen har form som tværsnit tet på den viklede form ved trådvikling af en aerodynamisk form ifølge nærværende opfindelse, 25 Fig. 5 er en sideprojektion på en aerodynamisk form, som vikles i overensstemmelse med nærværende opfindelse som illustreret i figurerne 1 og 4, 1

Fig. 6 er en sideprojektion på en vendeskive, som anvendes mellem enderne på en trådviklingsform i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse, og

DK 157436 B

6

Fig. 7 er en perspektivtegning af placeringen af vendeskiven, som illustreres i figur 6, på en vikleform i overensstemmelse med 5 nærværende opfindelse.

En foretrukken udformning af opfindelsen beskrives med henvisning til figur 1, der illustrerer en fremgangsmåde til fremstilling af en genstand med ikke-10 cirkulært, langstrakt tværsnit ifølge nærværende opfindelses fremgangsmåde. I dette tilfælde er genstanden en langstrakt, aerodynamisk vinge, som for eksempel kan anvendes i store vindmøller. Fremgangsmåden udøves med en viklemaskine 10, som omfatter en rote-15 rende aksel 13, hvorpå en form 16 er monteret således, at formen roterer med akslen omkring formens længde- eller vikleakse. Viklemaskinen 10 har også en vogn eller et viklehoved 19, som bevæger sig i viklemaskinens længderetning i retlinede frem- og tilbage-20 gående bevægelser langs med sporene 22. Viklehovedet 19 fødes med trådmateriale eller rovings 25, for eksempel af glasfiber eller lignende, fra en passende tilførselskilde og belægger fibrene med en egnet binder som for eksempel epoxy eller andet hensigtsmæs-25 sigt materiale, således at hver fiber er belagt med bindematerialet. Fibrene bliver kollektivt anbragt i en matrix af bindermaterialet på en måde, som er velkendt i dette faglige speciale. I den foretrukne udformning lægges fibrene på formen i bånd af fibre, 30 som indbyrdes er placeret ved siden af hverandre. Det er imidlertid værd at bemærke, at fibrene kan påføres i enkelte snore eller i bundter uden dermed at afvige fra opfindelsen.

DK 157436 B

7

Den aerodynamiske facon, som dannes i overensstemmelse med nærværende opfindelse indeholder flere viklede lag af trådmateriale, hvoraf det første eller inderste lag vises på figur 1. Det bemærkes, at lagene om-5 fatter flere, i hovedsagen parallelt placerede viklinger 28, hvor viklingerne er orienteret med en vinkel i forhold til formens længde- og tværakser. Man må forstå, at en sådan vinkelorientering ef viklingerne frembringes ved bevægelse af viklehovedet i 10 længderetningen i forhold til formen, idet viklehovedets hastighed i forhold til formens rotationshastighed fastlægger den vinkelmæssige orientering af viklingerne. Ved viklingen af det første eller inderste lag fastgøres ender af de med bindermateriale behand-15 lede tråde til en af formens ender, og formen drejes omkring sin længdeakse samtidig med, at viklehovedet bevæges langs formen. Når viklehovedet nærmer sig vendeskiven 30, udlægger det en endevikling 32 af trådmaterialet. Idet viklehovedet passerer ud over 20 formens ende, gribes trådmaterialet af en eller flere pigge 34, som stikker ud fra vendeskivens 30 kant.

Efter at have passeret vendeskiven skifter viklehovedet retning, hvorved trådmaterialet føres hen over vendeskivens flade og derefter gribes af et antal 25 pigge 34a i nogen afstand fra piggene 34, som greb trådene, da disse først blev ført ud over kanten. Når viklehovedet begynder sin bevægelse langs med formen i modsat retning, udlægges der en vikling 37, som ligger hen over og vinkelmæssigt er forskudt i for-30 hold til viklingen 32. Fortsat bevægelse af viklehovedet 19 langs formen 16, medens denne roterer omkring akslen 13, frembringer et andet lag af adskilte viklinger af trådmaterialet. Denne frem- og tilbagegående bevægelse af viklehovedet i forhold til formen

DK 157436 B

8 gentages, indtil det ønskede antal lag er bygget op på formen.

Med henvisning til figur 2 illustreres der en vende-5 skive 40 af tidligere kendt art med en i hovedsagen cirkulær facon og fastgjort på enden af en aerodynamisk form 16 på passende måde. Flere udragende pigge 34 er fastgjort til vendeskivens 40 kant med indbyrdes afstand. Piggene tjener til at gribe det kontinu-10 erlige bånd af trådmateriale for at folde eller vikle båndet hen over vendeskivens udadvendende flade på den ovenfor beskrevne måde. Som vist i figur 2 svarer diameteren på vendeskiven til eller er større end bredden på formen med den aerodynamiske facon. Som 15 det yderligere fremgår af figur 2f medfører viklingen af flere trådlag på formen 16, at der føres mange viklinger hen over vendeskiven 40 af den tidligere kendte art. Sådanne viklinger har sekanter af i hovedsagen ensartet længde og afskærer ensartede vink-20 ler. Det ses således også, at en ensartet rotation af formen 16 i forbindelse med en ensartet tilbagebevægelse af viklehovedet vil resultere i en ensartet fordeling af trådmaterialesekanterne på vendeskiven 16 som vist på figur 2. Når formen er betydeligt bre-25 dere end den er tyk, sådan som tilfældet er for den aerodynamiske form 16, som vises i tegningen, vil der opstå en fri udspænding af trådmateriale mellem vendeskivens kant og formen, og der vil blive opbygget fiberlag derpå. Det er selvfølgelig indlysende, at et 30 sådant udspændt materiale er nytteløst i forbindelse med det færdige produkt og derfor skal adskilles derfra, når vikleoperationen er gjort færdig. Dette bidrager til at øge produktionsprisen for den fremstillede genstand. Yderligere er det materiale, som ind- 9

DK 157436B

går i denne brodannelse, tabt og kan ikke genanvendes i efterfølgende vikleoperationer. Også dette bidrager på væsentlig måde til prisen på den viklede genstand.

Det kan eksempelvis anføres, at ved fremstillingen af 5 en stor aerodynamisk profil, hvor vingetykkelsen kan være så-lille som 12% af bredden (korden), kan mængden af spildmateriale i denne brodannelse være større end slutvægten på den viklede genstand. Yderligere kræver brodannelsen, at placeringen af vendeskiven er 10 i betydelig afstand fra den dertil hørende ende af den viklede genstand. Derfor må man, hvor sådan brodannelse optræder, have maskiner med større længde, end det er nødvendigt, hvis der ikke forekom brodannelse. Også dette bidrager yderligere til den viklede 15 genstands pris.

For at overvinde ulemperne ved sådanne *tidligere kendte viklingsteknikker "formtilpasses" vendeskiven ifølge denne opfindelses fremgangsmåde således, som 20 det er vist i figurerne 1, 4 og 5 i hovedsagen til formens tværsnitsfacon. I denne forbindelse betyder "formtilpasses", at vendeskiven og formen enten overalt eller for en stor del er forlængelse af hinanden eller, at perimeteren for disse to elementer er lige-25 dannede eller omtrent ligedannede i ikke-cirkulær fa con. I tilfælde, hvor vendeskiven og formens tværsnit ikke har absolut tværsnitssammenfald, betyder betegnelsen "formtilpasning", at den ikke faconidentiske vendeskivede.1 kun i mindre grad strækker sig udad fra 30 formen således, at vendeskivekanten og formfladen har tæt tilnærmelse til hinanden. Med henvisning til figurerne 1, 4 og 5 illustreres det, at vendeskiven 30 omfatter et i hovedsagen plant element, som i det væsentlige har formsammenfald med formens tværsnit, og

DK 157436 B

10 som er fastgjort dertil på egnet måde. På tilsvarende måde som tidligere kendte vendeskiver er vendeskiven 30 i kanterne forsynet med udragende pigge 34, som griber trådbåndet og fikserer dette under vikling af 5 båndene tværs over vendeskivefladen. Med henvisning til figur 5 ses det, at det tætte formsammenfald mellem vendeskiven ifølge nærværende opfindelse og formen resulterer i en minimal brodannelse mellem formen henholdsvis de færdiggjorte trådlag herpå og kanten 10 af vendeskiven. På denne måde er for en given længde på en genstand, den nødvendige længde på den til produktionen nødvendige maskine reduceret til i hovedsagen at være genstandens egen længde. Yderligere reduceres spild af såvel trådmateriale som bindermateria-15 le i væsentlig grad, fordi der forekommer meget lidt brodannelse. For at undgå adskillelse eller separation af trådene i et trådbånd ved vendeskivekanten er vendeskiven afrundet og strækker sig en smule ud fra formen. Det skal imidlertid forstås således, at hvor 20 formen ikke har nogen skarpe kanter, kan vendeskiven formmæssigt være nøjagtigt sammenfaldende med og i hovedsagen være en forlængelse af formens tværsnitsfacon. Dermed vil der for et sådan præcist formsammenfald være tale om, at brodannelse i al væsentlig-25 hed er elimineret, hvorved materialetab på grund af brodannelse samtidigt helt er undgået, og nødvendigheden af arbejdsoperationer efter viklingsoperationen for at fjerne brodannelsesmateriale fra den færdige genstand heller ikke er nødvendige.

30

Med henvisning til figur 4 ses det, at til forskel fra tidligere kendte vendeskiver 40, som vises i figur 2, og hvorover trådmaterialet vil strække sig med afskæring af ensartede sekanter, vil trådmaterialet

DK 157436 B

11 strække sig over vendeskiven 30 ifølge opfindelsen i korder med forskellige længder og med forskellige vimkelmæssige placeringer. Som følge heraf er det indlysende, at sådanne ikke-ensartetheder kan nødven-5 diggøre variationer i viklehovedbevægelse i området omkring vendeskiven. Der kan derfor være tale om, at viklehovedets bevægelse forbi en vendeskive og viklehovedets hastighed i området omkring vendeskiven skal kunne varieres for at undgå slæk i trådmaterialet og 10 for at få placeret trådmaterialet på den ønskede måde over vendeskivefladen.. Selvfølgelig kan der være tale om andre variationsmuligheder for viklehovedets bevægelse, der kan for eksempel være tale om, at viklehovedet skal bevæge sig .i lodret retning. På tilsvaren-15 de måde kan viklehovedbevægelse, som medfører, at trådmaterialet vikles omkring aksel 13 for at optage slæk, komme til anvendelse. En sådan ikke-ensartet bevægelse af viklehovedet lå tidligere uden for sty-remulighederne i den kendte teknik, og det var såle-20 des nødvendigt at anvende cirkulære vendeskiver. Moderne numerisk styreteknik giver imidlertid mulighed for en sikker gennemførelse af de her ønskede bevægelser. Disse moderne styremaskiner skal forsynes med informationer vedrørende formens tværsnitsfacon, ro-25 tationshastigheden og trådmaterialets vinkelføring i forhold til tværaksen på maskineriet, hvorefter de automatisk styrer viklehovedet, så man opnår den ønskede placering af trådmaterialet over vendeskivefladen.

30 Såfremt den genstand, som skal vikles, skal have tilspidset form, kan en sådan tilspidsning opnås ved at reducere antallet af viklede lag i retning fra genstandens bredeste ende til dens smalleste ende. Det

DK 157436 B

12 er da klart, at man i forbindelse med en sådan vikleteknik må have vendeskiver mellem formens ender og på steder, som afskærer en del af genstanden, der skal have et særligt antal viklelag, som er forskelligt 5 fra en tilgrænsende del, som skal forsynes med et mindre antal af sådanne viklelag. Med henvisning til figurerne 6 og 7 vises sådan en vendeskive med henvisningstallet 45. I overensstemmelse med nærværende opfindelse er vendeskiven 45 formtilpasset eller li-10 gedannet med formens 16 tværsnitsfacon. Imidlertid rækker vendeskiven 45 til forskel fra vendeskive 31, som for at opnå den største grad af minimering af brodannelse er udformet til størrelsesmæssigt nøjagtigt at svare til formens tværsnitsfacon, et 15 stykke ud i forhold til formen, nemlig tilstrækkeligt til at give mulighed for, at trådmaterialet kan vikles over vendeskivens flade mellem dennes yderkant og formen. Den mængde trådmateriale, som skal placeres her vil derfor fastlægge, hvor langt vendeskiven skal 20 strække sig ud i forhold til formen. Det er imidlertid konstateret, at der til vikling af store, tilspidsede aerodynamiske former, som de, der benyttes til vinger på store vindmøller, hvor trådmaterialet vikles på formen i båndform, skal vendeskiven strække 25 sig udad fra formen i området ved formens forkant og omkring størstedelen af fladerne med noget, som er omkring halvdelen af trådbåndbredden, og ved formens bagkant skal vendeskiven have en krumningsradius, som er omkring viklebåndets bredde. Skønt det således må 30 konstateres, at den udadgående form for vendeskiven i forhold til formoverfladen nødvendigvis medfører nogen brodannelse, er det af værdi, at man fordi den udadgående facon kun har en størrelse på halvdelen af båndbredden, at sådan brodannelse i væsentlig grad er

DK 157436 B

13 reduceret i forhold til det, som var tilfældet ved anvendelse af tidligere kendte, cirkelrunde vendeskiver, hvor vendeskivens udragende dele kunne strække sig udad fra formen til en afstand på op til syv gan-5 ge formens tykkelse. Ligesom akslen 13 kan også formen selv benyttes som middel til at opfange slæk i viklematerialet.

Som illustreret fremgår det, at fremgangsmåden til 10 fremstilling af trådviklede genstande med ikke-cirku-lært tværsnit ifølge nærværende opfindelse i væsentlig grad reducerer brodannelse med trådmateriale mellem vendeskivens kant og formen. Som anført ovenfor tjener denne minimering af brodannelsen ikke kun til 15 at minimere tab af fibermateriale og binder, men den minimerer også den nødvendige bearbejdning af genstanden efter viklingen, og samtidig reduceres kapacitetskravet til det maskineri, som er nødvendigt til vikling af genstanden..

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en genstand med ikke-cirkulært, langstrakt tværsnit ved periferisk at vikle flere, hverandre overlappende lag (28) af trådmateriale (25) omkring en form (16), idet hinanden overliggende endeviklinger i hinanden tilgrænsende 10 lag er frembragt ved at vikle trådmaterialet omkring formen (16), medens trådmaterialet og formen indbyrdes er blevet forskudt i forhold til hinanden i en retning langs en viklingsakse og efterfølgende vending af den relative bevægelses bevægelsesretning ef-15 ter færdiggørelse af hvert trådmaterialelag på formen, kendetegnet ved, at man mellem hinanden følgende trådmaterialelag vikler trådmaterialet over de udadvendende endeflader, der vender bort fra hinanden, på vendeskiver (30, 45), som er anbragt 20 på formen (16) under anvendelse af vendeskiver med en ikke-cirkulær facon, der i hovedsagen er facontilpasset til formens ikke-cirkulære tværsnitsform, og ved at ændre formens (16) og trådmaterialets relative forskydning i forhold til hinanden til tilpasning til 25 den forskellige længde af trådmateriale, som vikles over vendeskivernes (30, 45) udadvendende overflader, således at trådmaterialet placeres korrekt på vendeskivernes (30, 45) udadvendende flader. 1

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at man vikler trådmaterialet omkring formen i et kontinuerligt bånd med flere i hovedsagen i indbyrdes sidestilling placerede tråde, og at man vælger vendeskiver (30,45) der over størstedelen af DK 157436 B 15 deres periferi radialt strækker sig udad fra formen (16) til en afstand,, der er omtrent halvdelen af båndets bredde.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendeteg net ved, at man vælger vendeskiver og tværsnitsfacon i formen med facon som et bæreplanstværsnit med hinanden modstående for- og bagkanter, idet vendeskivernes (30, 45) bagkantfacon vælges med en 10 krumningsradius, der er omtrent lig med båndets bredde.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man monterer formen (16) på en 15 aksel (13), hvis længdeakse i hovedsagen er lineært sammenfaldende med vikleaksen, hvorhos man vælger en aksel (13), der rager ud fra vendeskivernes (30, 45) udadvendende flader, således at slæk i trådmaterialet kan optages ved at blive viklet omkring akslen (13), 20 når man vikler trådmaterialet over vendeskivens udadvendende flade.