WO2010003494A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines ringförmigen vorformlings aus fasermaterialhalbzeug, sowie verwendung derartiger verfahren und vorrichtungen - Google Patents

Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen Weg zur Herstellung eines Vorformlings (12) aus Fasermaterialhalbzeug anzugeben, mittels welchem es insbesondere möglich ist, gekrümmte Strukturkomponenten aus Faserverbundwerkstoffen wirtschaftlich und effizient herzustellen. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings (12) aus Fasermaterialhalbzeug vorgesehen, umfassend ein Wickeln eines als Band bereitgestellten Halbzeugs auf einen Wickelkern (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Wickeln im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Wickelkerns (16) auf eine konturierte Mantelfläche (18) des Wickelkerns (16) erfolgt, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Bandlagen sich in Axialrichtung (A) im Wesentlichen vollständig überlappen, und dass während des Wickelns die einzelnen Bandlagen in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Mantelflächenkontur verformt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug, sowie Verwendung derartiger Verfahren und

Vorrichtungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug sowie die Verwendung derartiger Verfahren und Vorrichtungen.

Zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils (Faserverbundbauteil) ist es be- kannt, zunächst einen Vorformling ("Preform") aus Fasermaterialhalbzeug (z. B. enthaltend ein Gewebe, Gelege, Fasermatten etc.) vorzufertigen und diesen Vorformling sodann zum Faserverbundbauteil weiterzu verarbeiten, beispielsweise durch Infiltration mit Harzmaterial (z. B. Kunstharz) und anschließendem Aushärten (z. B. thermisch).

Die Verwendung von Faserverbundbauteilen ist vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) in vielen Anwendungsbereichen interessant. Durch gegenseitige Wechselwirkungen zwischen der Matrix und den darin eingebetteten Fasern erhält ein Faserverbundwerkstoff höherwerti- gere Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.

Faserverbund-Profilbauteile können z. B. als leichtgewichtige und dennoch stabile Verstärkungsprofile eingesetzt werden. Seit geraumer Zeit werden beispielsweise im Flugzeugbau Faserverbund-Profilbauteile zur Versteifung des Flugzeugrumpfes eingesetzt. Hierbei werden sowohl geradlinig sich erstreckende Profile als auch gekrümmte Profile benötigt. Gerade Profile können z. B. als "Stringer" in Längsrichtung eines einfach gekrümmten Flugzeugschalenbereiches verwendet werden, wohingegen gekrümmte Profile z. B. als in einer Umfangsrichtung verlaufende "Spanten" für einen solchen Schalenbereich verwendet werden können. Zur Ver- steifung doppelt gekrümmter Schalenbereiche (z. B. Cockpit- und Hecksektion eines Flugzeuges) mit Stringern müssen diese ebenfalls eine Krümmung aufweisen.

Zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug ist es bereits bekannt und weit verbreitet, ein als Band bereitgestelltes Halbzeug auf einen rotierenden Wickelkern zu wickeln. Bei bekannten Wickelverfahren wird ein (im Vergleich zur axialen Erstreckung des Wickelkerns) relativ schmales Halbzeugband in mehreren Wickellagen um den Wickelkern gewickelt. Dabei unter- scheidet man üblicherweise zwischen so genannten Kreuz-, Polar- und Radialwickelverfahren. Diesen grundlegenden Wickelmustern ist gemeinsam, dass das zugeführte Fasermaterialband während des Wickeins in Axialrichtung bezüglich des Wickelkerns hin und her bewegt wird, etwa mit Hilfe eines gesteuert positionierbaren Wickelkopfes, über welchen das aufzuwickelnde Fasermaterialband ge- führt wird.

Die bekannten Wickelverfahren besitzen eine Reihe von Nachteilen. Ein Nachteil besteht z. B. darin, dass der Formgestaltung des Wickelkerns in der Praxis mehr oder weniger beträchtliche Einschränkungen auferlegt sind. Ein solches Problem ist z. B. ein Verrutschen von gerade aufgewickelten (d.h. noch nicht überdeckten) Abschnitten des Fasermaterialbandes. Je nach Verwendungszweck des herzustellenden Faserverbundbauteils kann es des weiteren einen erheblichen Nachteil darstellen, dass bestimmte Faserorientierungen bzw. Faserorientierungsverteilungen nur sehr schwierig oder gar nicht erzielt werden können. Ein im Radialwickel- verfahren gewickelter Vorformling enthält z. B. keine durchgehenden Fasern in Axialrichtung sondern nur in Umfangsrichtung. Ein im Polarwickelverfahren gewickelter Vorformling kann demgegenüber zwar durchgehende, im Wesentlichen in Axialrichtung verlaufende Fasern besitzen, nicht jedoch in Umfangsrichtung durchgehende Fasern. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen Weg zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug anzugeben, mittels welchem es insbesondere möglich ist, gekrümmte Strukturkom- ponenten aus Faserverbundwerkstoffen wirtschaftlich und effizient herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalbzeug, zur Herstellung eines Bauteils aus dem mit einem Matrixmaterial getränkten und ausgehärteten Halbzeug, umfassend ein Wickeln eines als Band bereitgestellten Halbzeugs auf einen Wickelkern, ist dadurch ge- kennzeichnet, dass das Wickeln im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Wickelkerns auf eine konturierte Mantelfläche des Wickelkerns erfolgt, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes sich in Axialrichtung im Wesentlichen vollständig überlappen, und dass während des Wickeins die einzelnen Lagen des Bandes in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Mantelflächenkontur verformt werden.

Die Erfindung ermöglicht ein großes Ausmaß an Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Verstärkungsfasem in einem profilierten Vorform- ling. Bei unten noch beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung ist es insbe- sondere möglich, durchgehende Fasern sowohl in Axialrichtung als auch lokal in Umfangsrichtung des Vorformlings anzuordnen.

Die Faserorientierungen bzw. Faserorientierungsverteilungen können in sehr großer Vielfalt im Wesentlichen durch eine jeweilige Gestaltung des aufzuwickelnden Bandes realisiert werden. Der Wickelprozess als solcher kann relativ einfach implementiert sein. Dies gilt auch dann, wenn relativ komplizierte Faserorientierungen im Vorformling realisiert werden sollen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Band über dessen Länge eine einheitliche Breite besitzt und aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes einen Axialversatz von weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% der Bandbreite besitzen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist beim Wickeln überhaupt kein Axialversatz von aufeinanderfolgend aufgewickelten Lagen des Bandes vorgesehen, so dass diese Lagen sich vollständig überlappen. In diesem Fall entfällt vorteilhaft der bei herkömmlichen Wickelverfahren betriebene Aufwand einer gesteuerten Axialbewegung eines Wickelkopfes (oder des Wickelkerns).

Wenn das dem Wickelkern zugeführte Band während des Wickeins nicht in Axialrichtung (wie z. B. bei herkömmlichen Wickelverfahren) bewegt wird, so ist der Lagenaufbau im Querschnitt des Vorformlings und somit im späteren Faserverbundbauteil durch den Aufbau des zugeführten Bandes (und etwaig gleichzeitig zugeführter Faserhalbzeuge) gekennzeichnet. Hierbei besteht eine große Flexibilität. So kann man z. B. ein triaxiales Gelege, z. B. Kohlenstofffasergelege zuführen. In einem solchen Band liegen die Verstärkungsfasern in drei verschiedenen Richtungen (bezogen auf die Zuführrichtung des Bandes), z. B. in +457-45790°- Orientierung oder z. B. in +307-30790°-Richtung.

Durchgehende Verstärkungsfasern in 0°-Orientierung sind aufgrund der unterschiedlichen Wickelradien des konfluierten Wickelkerns nicht möglich. Falls etwa aufgrund der gewünschten Statik des Bauteils unbedingt durchgehende 0°-Fasern im Lagenaufbau benötigt werden, so können z. B. zusätzlich ein oder mehrere weitere Bänder mit durchgehenden Verstärkungsfasern in 0°-Orientierung dem Wickelprozess zugeführt werden.

Für das Verformen der Lagen des Bandes während des Wickeins gibt es ver- schiedene Möglichkeiten.

In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass das Verformen der Lagen des Bandes ein Verformen eines jeweils gerade an den Wickelkern herangeführten Bandabschnitts umfasst.

Zweckmäßigerweise wird das auf die konturierte Mantelfläche des Wickelkerns aufzuwickelnde Band von einer Vorratsrolle abgezogen. Das von der Vorratsrolle abgezogene Band wird in der Regel im Querschnitt betrachtet keine Konturierung aufweisen sondern einen langgestreckten rechteckigen Querschnitt.

Ein solches Band kann bereits beim Heranführen an den Wickelkern in Anpassung an die Mantelflächenkontur verformt werden.

In einer Ausführungsform einer solchen Bandverformung ist eine mehrstufige Ver- formung durch hintereinander angeordnete Verformungsstationen vorgesehen.

Alternativ wäre es denkbar, die Bandkontur während des Heranführens an den Wickelkern kontinuierlich zu verformen, etwa indem das Band an geeigneten Schrägflächen oder dergleichen vorbeigeführt wird.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Bandverformung noch bevor der betreffende Bandabschnitt den Wickelkern erreicht, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verformen der Lagen des Bandes ein Andrücken eines jeweils gerade aufgewickelten Bandabschnitts gegen den Wickelkern umfasst. Damit kann eine Bandverformung realisiert bzw. vervollständigt werden.

Ein solches Andrücken ist gemäß einer Ausführungsform an lediglich einer Stelle in Umfangsrichtung eines rotierenden Wickelkernes vorgesehen, zweckmäßigerweise etwa an oder kurz hinter derjenigen Stelle, an welcher das Band mit der Mantelfläche des Wickelkerns in Kontakt kommt (z. B. winkelmäßig weniger als 90°, insbesondere weniger als 45° versetzt von der Stelle, an der das Band die Mantelfläche des Wickelkerns erreicht).

In einer Weiterbildung erfolgt das Andrücken über einen in Umfangsrichtung des Wickelkerns ausgedehnteren Bereich (winkelmäßig z. B. mehr als 45° überstreichend), oder z. B. an mehreren in Umfangsrichtung verteilt vorgesehenen Stellen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Halbzeug einen aktivierbaren Binder (z. B. Thermoplastbinder) aufweist, der beim Wickeln aktiviert wird. Insbesondere kann vorteilhaft ein Binder eines jeweils gerade aufgewickelten Bandabschnitts aktiviert werden, so dass eine die Verformung des Bandes stabilisierende Verbindung mit einer bereits aufgewickelten Bandlage entsteht.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während des Wickeins das Halbzeug geheizt wird (bevorzugt induktiv), beispielsweise um wie vorstehend erwähnt einen Binder zu aktivieren.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Band Fasern in 90°-

Orientierung enthält, insbesondere sogar Fasern größtenteils in 90°-Orientierung enthält. Wenn 90°-Fasern über die gesamte axiale Länge des Vorformlings verlaufen, so ergeben sich für einige Anwendungsgebiete besondere Vorteile im Hinblick auf die mechanische Belastbarkeit des mit dem Vorformling hergestellten Faserverbundbauteils.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Band Fasern in mehreren ver- schiedenen Orientierungen enthält, wobei ein Großteil der Fasern in einem Orientierungswinkel von mindestens 30° angeordnet sind.

Prinzipiell sind für die Erfindung beliebige Faserwerkstoffe und Matrixwerkstoffe geeignet. Als Fasern kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, syn- thetische Kunststofffasern, Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Als Matrixmaterial sind insbesondere Kunststoffe wie z. B. duroplastische Kunststoffe (Kunstharze) interessant.

Daneben ist es auch grundsätzlich denkbar, dass ein im Profilvorformling enthal- tenes bzw. bei dessen Herstellung verwendetes Band ein so genanntes "Prepreg" (vorimprägniertes Fasermaterial) ist. Derartige Prepregs sind in vielfältigen Ausführungen an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorform- lings ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickeleinrichtung dazu ausgebildet ist, das Band im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Wickelkerns auf eine kontu- rierte Mantelfläche des Wickelkerns aufzuwickeln, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes sich in Axialrichtung im Wesentlichen vollständig überlappen, und dass die Vorrichtung Verformungsmittel umfasst, die dazu aus- gebildet sind, während des Wickeins die einzelnen Lagen des Bandes in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Mantelflächenkontur zu verformen. Je nach Kontur der Mantelfläche ist in der Praxis die Verwendung eines Bandes mit einer Breite erforderlich, welche die axiale Erstreckung der konturierten Mantelfläche beträchtlich übersteigt.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verformungsmittel eine Bandführungseinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, einen jeweils gerade an den Wickelkern herangeführten Bandabschnitt des Bandes in seinem Querschnitt zu verformen.

Die Bandführungseinrichtung kann z. B. hintereinander angeordnete Verformungsstationen umfassen, um eine mehrstufige Bandverformung vorzusehen, bei welcher der Bandquerschnitt sukzessive an einen gewünschten Querschnitt angenähert wird.

Eine solche Verformungsstation kann z. B. eine Anordnung von Führungsrollen umfassen, zwischen denen ein konturierter Spalt besteht, durch welchen der jeweils gerade an den Wickelkern herangeführte Bandabschnitt hindurchläuft. Mit einer Anordnung mehrerer solcher Verformungsstationen kann in Bandlaufrichtung betrachtet eine stufenweise Annäherung der Bandkontur an die Mantelflächenkon- tur erfolgen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verformungsmittel eine Andruckeinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, einen jeweils gerade aufgewickelten Bandabschnitt des Bandes gegen den Wickelkern zu drücken.

Die Andruckeinrichtung kann hierbei einen an die Mantelflächenkontur des Wickelkerns angepassten Andruckkörper umfassen, an welchem der gerade aufgewickelte Bandabschnitt in Umfangsrichtung vorbeiläuft. In einer Weiterbildung sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt (z. B. äquidistant verteilt) angeordnete An- druckkörper vorgesehen. Die Andruckkörper können jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.

In vielen Fällen interessant ist die Ausbildung eines Andruckkörpers oder Teilen davon aus einer Anordnung von Andruckrollen in Anpassung an die Mantelflächenkontur. Mit einer solchen Rollenanordnung kann ein vorbeilaufender Bandabschnitt in einfacher Weise gegen die Mantelflächenkontur angedrückt werden.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Andruckkörper oder Teile da- von entsprechend eines während des Wickeins erfolgenden Dickenzuwachses des Bandwickels verlagert werden.

Eine solche Verlagerung zur Kompensierung des Dickenzuwachses kann aktiv (z. B. mittels eines aktiv angesteuerten Verlagerungsmechanismus) oder passiv (z. B. durch Überwindung einer Federkraft) vorgesehen sein. Auch eine Kombination von aktiver und passiver Verlagerung des oder der Andruckkörper ist denkbar (z. B. mittels einer Pneumatik).

Durch Integration von zusätzlichen Niederhaltelementen könnte das aufgewickelte Band auf dem Wickelkern zusätzlich fixiert werden. Da der Vorformling mit jeder Umdrehung des Wickelkerns in seiner Wandstärke wächst, ist es von Vorteil, wenn die Niederhaltelemente oder Teile davon entsprechend federnd bzw. nachgebend gestaltet sind.

In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Heizeinrichtung zum Heizen des gerade aufgewickelten Bandabschnitts, beispielsweise um einen Binder thermisch zu aktivieren, der sich in oder an diesem Bandabschnitt befindet (z. B. als separates Bindervlies). In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Wickelkern axial teilbar ausgebildet ist. Für viele kompliziertere Konturierungen der Mantelfläche des Wickelkerns ermöglicht dies erst, dass der Wickelkern wiederverwendbar ist (und keinen "verlorenen Kern" darstellt). Zum Entformen des Vorformlings können die Teile einer z. B. zweiteiligen Ausgestaltung des Wickelkerns dann vorteilhaft axial auseinander gefahren werden.

Eine im Rahmen der Weiterverarbeitung des Vorformlings erforderliche Infiltration mit Matrixmaterial kann bereits während der Zufuhr des Bandes zum Wickelpro- zess erfolgen ("Nasswickeln"), oder nach Beendigung des Wickelprozesses, beispielsweise direkt auf dem Wickelkern.

Ein Herstellungsverfahren und/oder eine Herstellungsvorrichtung der oben beschriebenen Art kann beispielsweise zur Herstellung eines ringförmigen Bauteils verwendet werden. Hierzu ist der mittels des Wickeins erzeugte Ringkörper im einfachsten Fall lediglich auszuhärten (z. B. thermisch), gegebenenfalls nach vorheriger Infiltration mit Matrixmaterial (z. B. Kunstharz).

Es ist anzumerken, dass aus einem ringförmigen Vorformling gegebenenfalls auch mehrere ringförmige Faserverbundbauteile hergestellt werden können, indem der Ringkörper vor oder nach dem Aushärten in mehrere ringförmige Teile aufgetrennt wird.

Alternativ kann ein Herstellungsverfahren und/oder eine Herstellungsvorrichtung der oben beschriebenen Art zur Herstellung eines langgestreckten gekrümmten Bauteils verwendet werden, welches durch eine Auftrennung des mittels des Wickeins erzeugten Ringkörpers erhalten wird. Eine interessante Verwendung ist z. B. die Herstellung von gekrümmten Strukturkomponenten (z. B. Verstärkungsprofile), die mit der Erfindung wirtschaftlich und effizient hergestellt werden können. So können z. B. gekrümmte Verstärkungsprofile mit Omega-, Z-, U- oder L-Profil oder anderem Profil je nach Erfordernis er- zeugt werden.

Eine bevorzugte Verwendung der Erfindung besteht zur Herstellung ringförmiger Vorformlinge, welche zu CFK-Spanten mit Omega-, Z-, U- oder L-Querschnitt verarbeitet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der ringförmig erzeugte Vorformling vollständig ausgehärtet, bevor dieser in mehrere Bauteile aufgetrennt wird. Die Aushärtung und gegebenenfalls auch eine vorausgehende Infiltration kann direkt am Wickelkern durchgeführt werden, oder mittels eines oder mehrerer anderer Werkzeuge. Hinsichtlich einer möglichst geringen Durchlaufzeit bei einer Serienfertigung von Bauteilen ist es von Vorteil, wenn der gewickelte Vorformling vor seiner vollständigen Aushärtung vom Wickelkern getrennt wird, also z. B. auf dem Wickelkern nur kompaktiert und/oder teilausgehärtet wird.

Durch entsprechende Faserorientierungen des verwendeten Fasermaterialhalbzeugs können die Eigenschaften des Faserverbundbauteils den Anforderungen entsprechend eingestellt werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Band ein Gelege, welches Fasern in ver- schiedenen Orientierungen (bezogen auf die Zufuhr- bzw- Längsrichtung des Bandes) enthält.

Außerdem könnten bestimmte Bauteilbereiche durch Zuführung von weiteren Fasermaterialien zusätzlich verstärkt werden, insbesondere Fasermaterialhalbzeug- Bändern (z. B. unidirektionale oder multidirektionale Bänder enthaltend Fasern in 0°-Orientierung).

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kontur der Mantelfläche (und somit die Kontur des daran erzeugten Vorformlings) im Querschnitt betrachtet wenigstens einen axial sich erstreckenden Konturabschnitt aufweist. Dies besitzt für viele Anwendungsfälle den gravierenden Vorteil, dass dem beschriebenen Wi- ckelprozess wenigstens ein zusätzliches Faserband enthaltend durchgehende Fasern in 0°-Orientierung zugeführt werden kann. Wenn die Kontur mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Konturabschnitte enthält, so kann ein solches zusätzliches Band für jeden dieser Abschnitte vorgesehen sein.

Ein zusätzliches bzw. nachträgliches Umformen der Vorformlinge vor deren Aushärtung ist zwar möglich, oftmals jedoch nicht erforderlich oder sogar ungünstig.

Mit der Erfindung können eine hohe Effizienz bezüglich der Durchlaufzeiten und Kosten bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen realisiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Seitenansicht von wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von Faserverbundbauteilen, die unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 hergestellt wurden, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Herstellungsvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3, und

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Details der Vorrichtung von Fig. 3.

Die Bezugszahlen von in einer Ausführungsform mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne solcher Kompo- nenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.

Fig. 1 veranschaulicht wesentliche Komponenten einer Vorrichtung 10 zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings 12.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Wickeleinrichtung 14 zum Wickeln eines als Band (nicht dargestellt) bereitgestellten Fasermaterialhalbzeugs auf einen Wickelkern 16, der im dargestellten Ausführungsbeispiel axial teilbar aus zwei Wickelkern hälf- ten 16-1 und 16-2 zusammengesetzt ist. In der Figur bezeichnet A die Achse, um welche der Wickelkern 16 sich im Betrieb der Vorrichtung 10 dreht, um das Halbzeugband auf den Wickelkern 16 aufzuwickeln.

Die Wickeleinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, das Band in Umfangsrichtung des Wickelkerns 16 auf eine konturierte Mantelfläche 18 des Wickelkerns 16 aufzuwickeln, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes sich in Axialrichtung vollständig überlappen.

Eine weitere Besonderheit der Vorrichtung 10 besteht in einer Andruckeinrichtung 20, die dazu ausgebildet ist, einen jeweils gerade aufgewickelten Bandabschnitt des Bandes gegen den Wickelkern 16 zu drücken, um somit die einzelnen Lagen des Bandes in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Kontur (Abhängigkeit des Wickelradius von der Axialposition) der Mantelfläche 18 zu verformen.

Die Andruckeinrichtung 20 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen aus zwei Teilen 22-1 und 22-2 zusammengesetzten Andruckkörper 22, an dessen radiale Innenseite der gerade aufgewickelte Bandabschnitt in Umfangsrichtung vorbeiläuft und gegen die Mantelfläche 18 belastet wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Mantelfläche 18 eine Kontur, die in Umfangsrichtung des Wickelkerns 16 nicht variiert. Ferner ist im dargestellten Beispiel vorgesehen, dass die Kontur sich aus mehreren im Querschnitt betrachtet jeweils geradlinig verlaufenden Konturabschnitten zusammensetzt. Im dargestellten Beispiel besitzt die Kontur im Querschnitt betrachtet drei jeweils in Axialrich- tung verlaufende Konturabschnitte sowie zwei jeweils in Radialrichtung verlaufende Konturabschnitte, welche einen mittleren der Axialabschnitte mit den zwei äußeren Axialabschnitten verbinden. Insgesamt ergibt sich ein so genanntes Omega-Profil. Die Andruckeinrichtung 20 dient dazu, das mit einem unkonturierten Querschnitt dem Wickelprozess zugeführte Band in die vorstehend beschriebene Kontur zu bringen. Hierzu übt der Andruckkörper 22 eine Kraft in Radialrichtung auf die in Axialrichtung sich erstreckenden Bandbereiche aus, wohingegen die in Radialrich- tung sich erstreckenden Bandbereiche mit einer geeigneten Kraft in Axialrichtung belastet werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann die in Radialrichtung wirkende Kraft sehr einfach z. B. durch die Gewichtskraft des Andruckkörpers 22 realisiert wer- den, falls dieser Andruckkörper 22 (wie dargestellt) auf der Oberseite des Wickelkerns 16 angeordnet wird (z. B. an einem vertikal beweglichen Schlitten).

Die Andruckkraft in Axialrichtung A wird durch Federn 24-1 und 24-2 erzeugt, welche wie in der Figur dargestellt als Druckfedern zwischen den Teilen 22-1 und 22- 2 angeordnet sind und die beiden Teile in Axialrichtung auseinander drängen.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung 10 nach Abschluss des Wickelprozesses, bei welchem z. B. 5 bis 20 Lagen eines Bandes (z. B. Kohlenstofffasergelege) auf den Wickelkern 16 aufgewickelt wurden. Der damit erzeugte Ringkörper bildet den Vorform- ling 12.

Die Bereitstellung der radialen und axialen Andruckkräfte durch die Gravitation bzw. durch eine Federwirkung ist konstruktiv einfach zu bewerkstelligen und besitzt bei der Aufwicklung einer Mehrzahl von Bandlagen den Vorteil, dass der An- druckkörper 22 bzw. dessen Teile 22-1 und 22-2 gewissermaßen "automatisch" entsprechend eines während des Wickeins erfolgenden Dickenzuwachses des Bandwickels verlagert werden. Wenn z. B. ein Halbzeugband mit einer Dicke von 1 mm aufgewickelt wird, so vergrößert sich die Dicke des Bandwickels bei jeder Umdrehung des Wickelkerns um 1 mm. Dieser Dickenzuwachs wird im dargestell- ten Beispiel jedoch durch ein Zurückweichen der Andruckteile 22-1 und 22-2 kompensiert. Diese weichen in Radialrichtung entgegen der Gravitation und in Axialrichtung entgegen der Kraft der Federn 24-1 und 24-2 zurück.

Bei entsprechender Gestaltung der Andruckeinrichtung sind sowohl die radialen als auch die axialen Andruckkräfte über den gesamten Wickelprozess im Wesentlichen konstant.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte anstatt einer "passi- ven" Andruckeinrichtung 20, welche passiv den während des Wickeins erfolgenden Dickenzuwachs kompensiert, eine aktive Andruckerzeugung und/oder Verlagerung der Andruckteile vorgesehen sein. Dies könnte z. B. durch eine Hydraulik oder Pneumatik realisiert sein. Bei einer aktiven Ansteuerung der Verlagerung könnte mittels einer Sensorik z. B. die Winkelstellung des Wickelkerns 16 bzw. die Anzahl der bereits vollendeten Umdrehungen erfasst werden, um basierend auf derartigen Messgrößen eine Linearführung von Andruckteilen anzutreiben.

In einer Weiterbildung umfasst die Andruckeinrichtung 20 eine Heizeinrichtung zum Heizen des zwischen dem Andruckkörper 22 und der Mantelfläche 18 hin- durchgeführten Bandabschnitts, also des gerade aufgewickelten Bandabschnitts. Dies kann z. B. zwecks Verbesserung der Verformbarkeit des Bandes und/oder zur thermischen Aktivierung eines Binders von Vorteil sein, welcher den gerade aufgewickelten Bandabschnitt dann an einer darunterliegenden (bereits aufgewickelten) Bandlage fixiert.

Zusammenfassend beruht das Prinzip zur Erzeugung des Vorformlings 12 auf der Wickeltechnik. Der Vorformling 12 entsteht durch Wickeln eines bevorzugt quasiendlosen Bandes enthaltend bevorzugt Fasern in unterschiedlicher Orientierung, z. B. in +457-45790°-Orientierung mit jeweils an die Anforderungen des späteren Bauteils angepassten Anteilen. Im Ausführungsbeispiel ist der Wickelkern 16 symmetrisch gestaltet und rotiert um eine Achse A. Die Zuführung des Faserbandes erfolgt über Zuführorgane einer Bandführungsseinrichtung wie z. B. Zuführbleche, Rollen, Druckwalzen etc. Ein geeignet gestalteter Andruckkörper formt das zugeführte Band zum entsprechenden Profil auf den Wickelkern. Durch eine zusätzliche Integration einer Heizeinrichtung, z. B. eines Heizelements im Andruckkörper, die vorzugsweise am Anfang des Andruckkörpers angeordnet ist, kann ein auf das Band zuvor aufgetragener Binder bzw. eine auf dem Band angeordnete Binderlage während des Wickeins aktiviert werden. Damit können z. B. einzelne Lagen des Bandes miteinander verklebt und der Vorformling vorverstärkt werden. Bevor das Band den Andruckköper wieder verlässt, kann eine zusätzliche Kühlung vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass der zuvor aktivierte Binder wieder erkaltet.

Nach Abschluss des Wickelprozesses ist im dargestellten Beispiel vorgesehen, die axiale Teilbarkeit des Wickelkerns 16 zu nutzen, um den mittels des Wickeins erzeugten Ringkörper (Vorformling 12) zu entkernen.

Nach Infiltration mit einem Matrixmaterial (z. B. Kunstharz) und Aushärtung des Vorformlings 12 kann somit z. B. ein ringförmiges Faserverbundbauteil geschaffen werden.

Die Infiltration kann direkt auf dem Wickelkern 16 erfolgen, oder in einem anderen Werkzeug. Auch kommt in Betracht, das an den Wickelkern 16 herangeführte Halbzeugband mit dem Matrixmaterial zu imprägnieren, z. B. indem das Band im Bereich einer Bandführungseinrichtung durch ein entsprechendes Tauchbad geführt wird. Der mittels des Wickeins erzeugte Ringkörper kann (bevorzugt nach vollständiger Aushärtung) auch in verschiedener weise aufgetrennt werden, um gleichzeitig mehrere Bauteile zu produzieren.

Zum einen kommt in Betracht, den Ringkörper entlang einer oder mehrerer radialer Ebenen aufzutrennen, um dementsprechend mehrere ringförmige Faserverbundbauteile zu erhalten.

Zum anderen kommt in Betracht, den mittels des Wickeins erzeugten Ringkörper oder einen davon abgetrennten Ringkörper an mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Stellen zu durchtrennen. Damit können aus einem gewickelten Ringkörper mehrere gekrümmte Faserverbundbauteile erhalten werden, insbesondere z. B. gekrümmte Strukturkomponenten wie z. B. Verstärkungsprofile.

Derartige Verstärkungsprofile aus Faserverbundwerkstoff werden beispielsweise im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Fahrzeugtechnik in großer Vielfalt benötigt. Mit der Erfindung können z. B. sehr effizient Spanten zur Verstärkung von Flugzeugrümpfen hergestellt werden.

Fig. 2 veranschaulicht zwei Bauteile 12'-1 und 12'-2, welche nach Aushärtung des Vorformlings 12 und entsprechende Auftrennung des Vorformlings sowohl in Radialrichtung als auch an mehreren Umfangsstellen erhalten wurden. Jedes der Bauteile 12'-1 und 12'-2 stellt ein gekrümmtes Profilbauteil mit Z-Profil dar und kann z. B. als Verstärkungsprofil eingesetzt werden.

Ausgehend von dem Vorformling 12, welcher ein Omega-Profil besitzt, könnten auch ein oder mehrere gekrümmte Profilbauteile mit Omega-Profil hergestellt werden, indem der Vorformling 12 bzw. der bereits ausgehärtete Ringkörper an geeigneten Stellen des Umfangs aufgetrennt wird. Die dargestellten Bauteile 12'-1 und 12'-2 besitzen über ihre jeweilige Länge betrachtet eine einheitliche Krümmung bzw. einen konstanten Krümmungsradius, welcher dem Radius des verwendeten Wickelkerns 16 entspricht. Davon abwei- chend ist es jedoch durchaus denkbar, mittels einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art einen nicht-kreisringförmigen Vorformling und somit insbesondere auch nicht-konstant gekrümmte Faserverbundbauteile herzustellen. Hierfür ist lediglich ein entsprechend modifizierter Wickelkern zu verwenden, dessen Radius in Umfangsrichtung betrachtet variiert.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben "a" zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits be- schriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des vorangegangenen Ausführungsbeispiels verwiesen.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 10a zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings (nicht dargestellt), die im Wesentlichen wie die mit Bezug auf die Fig. 1 bereits beschriebene Vorrichtung 10 funktioniert.

Insbesondere ist eine Wickeleinrichtung 14a zum Wickeln eines als Band bereitgestellten Halbzeugs auf einen Wickelkern 16a vorgesehen. Das Band bzw. dessen Verlauf bei der Zufuhr zum Wickelkern 16a ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeich- net und mit B bezeichnet.

Das Band B wird von einer (nicht dargestellten) Vorratsrolle abgezogen und zunächst einer speziellen Bandführungseinrichtung 30a zugeführt (vgl. Pfeil). Die Einrichtung 30a dient dazu, einen jeweils gerade an den Wickelkern 16a herangeführten Abschnitt des Bandes B in seinem Querschnitt zu verformen, und zwar in Anpassung an die Kontur einer Mantelfläche 18a des Wickelkerns 16a. Die Kontur der Mantelfläche 18a ist in der Ansicht von Fig. 3 nicht zu erkennen, besser jedoch in den übrigen Figuren 4 bis 9.

In Fig. 3 ebenfalls gestrichelt eingezeichnet sind vier im Verlauf des Bandes B durch die Bandführungseinrichtung 30a sich ergebende Querschnitte des Bandes B.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Details der Bandführungseinrichtung 30a. Diese umfasst in Bandlaufrichtung betrachtet zunächst eine Umlenkrolle 32a und sodann Formungsrollenanordnungen 34a, 36a und 38a, die jeweils an einer vertikalen Stützenkonstruktion angebracht sind. Jede der Rollenanordnungen 34a bis 38a defi- niert jeweils einen schlitzförmigen Zwischenraum, durch welchen hindurch das Band B läuft und welcher von mehreren Rollenpaaren mit jeweils zwei parallel angeordneten Einzelrollen begrenzt wird.

Die Formungsrollenanordnung 34a besteht aus zwei Rollenpaaren, welche einen V-förmigen Schlitz bzw. Zwischenraum für das hindurchlaufende Band B begrenzen. Die Anordnung 36a besteht aus drei Rollenpaaren, welche einen etwa U- förmigen Schlitz definieren. Die Anordnung 38a besteht schließlich aus fünf Rollenpaaren, welche einen Omega-förmigen Schlitz definieren, der im Wesentlichen bereits der in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls Omega-förmig vorgesehenen Kontur der Mantelfläche 18a des Wickelkerns 16a entspricht.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung 10a das Band B die einzelnen Stationen bzw. Formungsrollenanordnungen 32a bis 38a durchläuft, so wird das Band B in dessen Querschnitt betrachtet stufenweise in Anpassung an die Mantelflächenkontur verformt (vgl. in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete Bandquerschnitte). Dies ist von erheblichem Vorteil hinsichtlich einer möglichst exakten und schonenden Ablage des Bandes B auf der konturierten Mantelfläche 18a.

In den Fig. 3 und 4 ist unterhalb der Formungsrollenanordnung 38a eine Umlenkrolle 39a eingezeichnet, die vorteilhaft zur zusätzlichen Zufuhr wenigstens eines zusätzlichen unidirektionalen Bandes mit Fasern in 0°-Orientierung nutzbar ist, um wenigstens einen der drei in Axialrichtung sich erstreckenden Konturabschnitte des Vorfomnlingprofils zu verstärken. Beispielsweise könnten zusätzlich zum ei- gentlichen "Hauptband" B drei zusätzliche unidirektionale Bänder über die Umlenkrollen 32a und 39a dem Wickelprozess zugeführt werden.

In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Besonderheit des dargestellten Beispiels zu erkennen, nämlich eine Heizeinrichtung 50a, mittels welcher das Band B induktiv geheizt wird, unmittelbar bevor das Band B in einen Spalt zwischen dem Andruckkörper 22a und der konturierten Mantelfläche 18a eintritt. Ein solches Heizen kann z. B. vorgesehen sein, um einen im Band B enthaltenen Binder zu aktivieren, so dass bereits unmittelbar nach der Ablage des Bandmaterials auf den Wickelkern 16a eine gute Haftung zwischen aufeinanderfolgend aufgewickelten Bandlagen entsteht.

Von der Heizeinrichtung 50a ist in den Figuren ein an die geformte Bandkontur angepasster Doppelrahmen dargestellt, welcher einerseits ein berührungsfreies Durchlaufen des Bandes ermöglicht und andererseits als Basis für stromdurch- flossene Elemente (wie z. B. Spulen) oder selbst als stromdurchflossenes Element dient, um eine Induktionsheizung für das durchlaufende Fasermaterialhalbzeug auszubilden. Nach dem Passieren der Heizeinrichtung 50a erreicht das Band B eine Andruckeinrichtung 20a mit einem Andruckkörper 22a, der wie in Fig. 3 ersichtlich beiderseits des Wickelkerns 16a jeweils an zwei Stützen 52a und 54a gelagert ist.

Die Stützen 52a und 54a sind Teil einer stationären Vorrichtungsbasis, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel auch zwei Stützen 56a und 58a (Fig. 3) um- fasst, an welchen ein unters Ende der Stütze 52a gelagert ist und außerdem ein Drehlager 60a gehalten ist.

Das Drehlager dient zur Lagerung und zum Drehantrieb des Wickelkerns 16a, der hierfür über Speichen 62a mit einer die Drehachse A enthaltenden Nabe verbunden ist. Der Drehantrieb erfolgt mittels eines Elektromotors 64a.

Zur Einstellung einer radialen Andruckkraft, welche das zwischen dem Andruck- körper 22a und der Mantelfläche 18a des Wickelkerns 16a hindurchlaufende Band B zum Wickelkern 16a hin belastet, kann z. B. ein geeigneter aktiv angesteuerter Verlagerungsmechanismus für die Stütze 52a und/oder 54a vorgesehen sein. Im dargestellten Beispiel könnte z. B. eine ansteuerbare Linearverlagerungseinrichtung an der Stütze 56a zum Verfahren der daran gelagerten Stütze 52a vorgese- hen sein.

Mittels einer solchen Verlagerung kann dann im Betrieb der Vorrichtung 10a sowohl eine radiale Andruckkraft eingestellt werden als auch eine Kompensation eines radialen Dickenzuwachses des Bandwickels während des Wickelprozesses vorgenommen werden.

Wie es gut in Fig. 7 ersichtlich ist, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Andruckkörper 22a aus zwei Teilkörpern 22a-1 und 22a-2 gebildet, welche im Betrieb der Vorrichtung 10a auch in axialer Richtung eine Andruckkraft auf das gera- de aufgewickelte Band B ausüben, nämlich auf die in Radialrichtung sich erstreckenden Bandbereiche des Omega-Profils.

Zur Schaffung dieser Andruckkraft könnte z. B. wie bereits mit Bezug auf das Aus- führungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben eine Federkraft vorgesehen sein, beispielsweise durch Anordnung einer oder mehrerer Druckfedern, welche die beiden Teile 22a-1 und 22a-2 in Axialrichtung belasten. Alternativ könnte auch z. B. ein aktiver Antrieb hierfür vorgesehen sein, etwa im Bereich der Lagerung der Teile 22a-1 und 22a-2 an den Stützen 52a und 54a.

Die Heizeinrichtung 50a ist im dargestellten Beispiel über eine Strebe mit dem Andruckkörper 22a verbunden. Alternativ könnte die Einrichtung 50a z. B. auch an einer oder mehrerer der Stützen 52a und 54a (oder einem anderen Teil der Vorrichtungsbasis) gelagert werden.

Eine weitere Besonderheit der Vorrichtung 10a besteht darin, dass zusätzlich zur Andruckeinrichtung 20a, welche die während des Wickeins der einzelnen Bandlagen erfolgende Querschnittsverformung vollendet, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete weitere Andruckeinrichtungen 70a-1 , 70a-2 und 70a-3 vorgesehen sind. Im dargestellten Beispiel sind diese weiteren Andruckeinrichtungen 70a im Wesentlichen äquidistant über den Umfang des drehangetriebenen Wickelkerns 16a verteilt und mittels der stationären Vorrichtungsbasis abgestützt.

Jede der weiteren Andruckeinrichtungen 70a dient dazu, den jeweils daran vorbei- laufenden Abschnitt des Bandes B nochmals gegen die konturierte Mantelfläche 18a anzudrücken, um somit die Bandverformung zu vollenden und/oder die Haftung an einer vorangegangen aufgewickelten Bandlage zu verbessern und/oder das Querschnittsprofil des Vorformlings zu stabilisieren. Fig. 8 zeigt die weitere Andruckeinrichtung 70a-1 etwas detaillierter. Sie umfasst drei koaxial angeordnete Andruckrollen 72a, 74a und 76a, welche jeweils einen der drei in Axialrichtung sich erstreckenden Konturabschnitte des vorbeilaufenden Vorformlingabschnitts in Radialrichtung gegen den korrespondierenden Konturab- schnitt der Mantelflächenkontur andrücken. Selbstverständlich könnten abweichend vom dargestellten Beispiel der Andruckeinrichtung 70a-1 zusätzlich zwei zum axialen Belasten der in Radialrichtung verlaufenden Konturabschnitte des Bandes vorgesehen sein. Bei der hier beispielhaft gezeigten Omega-Konturierung bietet es sich an, solche zusätzlichen Andruckrollen wegversetzt von den An- druckeinrichtungen 70a-1 bis 70a-3 anzuordnen, beispielsweise in Umfangsrich- tung jeweils zwischen zwei einander benachbarten der Einrichtungen 20a, 70a-1 , 70a-2 und 70a-3. Um dem Dickenzuwachs des aufgewickelten Profils gerecht zu werden, ist die Andruckrolle 74a vorzugsweise geteilt und axial zusammenfahrbar ausgebildet, was in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie zum Ausdruck gebracht ist. Mit zunehmender Dicke des aufgewickelten Profils wird, z.B. aufgrund von Federkräften, die Spur der Andruckrolle 74a kleiner bzw. schmäler.

Fig. 9 zeigt ein Detail des Wickelkerns 16a, in welchem ein Fixierungsbolzen 80a zur Fixierung eines vorderen Endes des Bandes B zu Beginn des Wickelprozes- ses vorgesehen ist. Der Bolzen 80a kann wie dargestellt durch eine in Axialrichtung durch das Material des Wickelkerns 16a verlaufende Bohrung eingeschoben werden, wobei der Bolzen und die Bohrung so gestaltet und angeordnet sind, dass damit ein vorderes Bandende zwischen dem Bolzen 80a und einem Bereich des Wickelkerns 16a eingeklemmt werden kann. Zu Beginn der Vorformlingherstellung wird der Bolzen 80a aus der Bohrung herausgezogen, sodann der Bandanfang an dieser Stelle des Wickelkerns 16a aufgelegt, und dann der Bolzen 80a wieder in die Bohrung eingeschoben. Mit einer solchen oder ähnlich wirkenden Fixierungseinrichtung lässt sich vorteilhaft sicherstellen, dass in einer Anfangsphase des Wi- ckelprozesses das aufzuwickelnde Band B zuverlässig vom sich drehenden Wickelkern 16a mitgenommen wird und nicht abrutscht.

Falls durch die Fixierungseinrichtung (z. B. Fixierungsbolzen 80a) das Profil des Vorformlings lokal gestört ist, so kann diese Stelle vorteilhaft als Auftrennungsstelle zur Bildung mehrerer gekrümmter Bauteile vorgesehen werden.

Mit den obigen Ausführungsbeispielen wurden vorteilhafte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings aus Fasermaterialhalb- zeug erläutert. Je nach konkretem Anwendungsfall sind viele Modifikationen möglich. Insbesondere ist das bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehene Omega-Profil des gewickelten Vorformlings lediglich beispielhaft zu verstehen. Durch einfache Modifikation der Mantelfläche des Wickelkerns (und entsprechende Modifikation der Bandführungs- und Andruckmittel) lassen sich nahezu beliebige Profile erzeugen, wie z. B. Z-, U- oder L-Profile.

Bevorzugt weist das zu wickelnde Profil wenigstens einen im Querschnitt betrachtet geradlinigen Konturabschnitt auf, sei es in Axialrichtung, in Radialrichtung oder schräg zu diesen beiden Richtungen. Dies vereinfacht in der Praxis tendenziell die Konstruktion der Verformungsmittel für die Verformung der Bandlagen, also beispielsweise die Konstruktion einer hierzu ausgebildeten Bandführungseinrichtung und/oder eines Andruckkörpers.

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigte horizontale Orientierung der Drehach- se des Wickelkerns ist ebenfalls lediglich beispielhaft zu verstehen. Sie stellt hinsichtlich des flächenmäßigen Platzbedarfes eine sehr kompakte Anordnung dar. Abweichend davon kommt insbesondere eine vertikale Drehachse in Betracht, womit je nach Anwendungsfall besondere Vorteile verbunden sein können. Zusammenfassend können mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erzielt werden:

- Einsatz kostengünstiger Halbzeuge wie Multiaxialgelege, Gewebe, Geflechte etc.

- Einfacher Herstellungsprozess mit gegebenenfalls hohem Automatisierungsgrad.

- Möglichkeit einer integralen Fertigung von Strukturbauteilen (z. B. Spanten) in hoher Qualität.

- Senkung der Fertigungsdurchlaufzeit im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.

- Möglichkeit einer gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Verstärkungsprofilsegmente (z. B. Spantsegmente).

- Möglichkeit, im gesamten Bauteil durchgängige Fasern vorzusehen.

- Faserorientierung kann den Anforderungen des Bauteils in einfacher Weise an- gepasst werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings (12) aus Fasermaterialhalbzeug, zur Herstellung eines Bauteils (12¹) aus dem mit einem Matrixmateri- al getränkten und ausgehärteten Halbzeug, umfassend ein Wickeln eines als Band (B) bereitgestellten Halbzeugs auf einen Wickelkern (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Wickeln im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Wickelkerns (16) auf eine konturierte Mantelfläche (18) des Wickelkerns (16) erfolgt, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes (B) sich in Axialrichtung (A) im Wesentlichen vollständig überlappen, und dass während des Wickeins die einzelnen Lagen des Bandes (B) in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Mantelflächenkontur verformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verformen der Lagen des Bandes (B) ein Verformen eines jeweils gerade an den Wickelkern (16) herangeführten Bandabschnitts umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verformen der Lagen des Bandes (B) ein Andrücken eines jeweils gerade aufgewickelten Bandabschnitts gegen den Wickelkern (16) umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbzeug einen aktivierbaren Binder aufweist, der beim Wickeln aktiviert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während des Wickeins das Halbzeug geheizt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Band (B) Fasern in 90°-Orientierung enthält.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Band (B) Fasern in mehreren verschiedenen Orientierungen enthält, wobei ein Großteil der Fasern in einem Orientierungswinkel von mindestens 30° angeordnet sind.

8. Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen Vorformlings (12) aus Fasermaterialhalbzeug, zur Herstellung eines Bauteils (12¹) aus dem mit einem Matrixmaterial getränkten und ausgehärteten Halbzeug, umfassend eine Wickeleinrichtung (14) zum Wickeln eines als Band (B) bereitgestellten Halbzeugs auf einen Wickel- kern (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Wickeleinrichtung (14) dazu ausgebildet ist, das Band (B) im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Wickelkerns (16) auf eine konturierte Mantelfläche (18) des Wickelkerns (16) aufzuwickeln, so dass aufeinanderfolgend aufgewickelte Lagen des Bandes (B) sich in Axialrichtung (A) im Wesentlichen vollständig überlappen, und dass die Vorrichtung Verformungs- mittel umfasst, die dazu ausgebildet sind, während des Wickeins die einzelnen Lagen des Bandes (B) in deren Querschnitt betrachtet in Anpassung an die Mantelflächenkontur zu verformen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verformungsmittel (30, 20) eine Band- führungseinrichtung (30) umfassen, die dazu ausgebildet ist, einen jeweils gerade an den Wickelkern (16) herangeführten Abschnitt des Bandes (B) in seinem Querschnitt zu verformen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verformungsmittel eine An- druckeinrichtung (20) umfassen, die dazu ausgebildet ist, einen jeweils gerade aufgewickelten Abschnitt des Bandes (B) gegen den Wickelkern (16) zu drücken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Andruckeinrichtung (20) einen an die Mantelflächenkontur des Wickelkerns (16) angepassten Andruckkörper (22) um- fasst, an welchem der gerade aufgewickelte Bandabschnitt in Umfangsrichtung vorbeiläuft.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei der Andruckkörper (22) oder Teile (22-1 , 22-2) davon entsprechend eines während des Wickeins erfolgenden Dickenzuwachses des Band wickeis verlagert werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, umfassend eine Heizeinrichtung (50) zum Heizen des gerade aufgewickelten Bandabschnitts.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Wickelkern (16) axial teilbar ausgebildet ist.

15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Herstellung eines ringförmigen Bauteils.

16. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Herstellung eines langgestreckten gekrümmten Bauteils (12'-1 , 12'-2), welches durch eine Auftrennung des mittels des Wickeins erzeugten Ringkörpers (12) erhalten wird.