DE102015102438B4 - Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process - Google Patents
Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015102438B4 DE102015102438B4 DE102015102438.1A DE102015102438A DE102015102438B4 DE 102015102438 B4 DE102015102438 B4 DE 102015102438B4 DE 102015102438 A DE102015102438 A DE 102015102438A DE 102015102438 B4 DE102015102438 B4 DE 102015102438B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- winding
- winding core
- flange
- holding tool
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 129
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 22
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
- B29C53/583—Winding and joining, e.g. winding spirally helically for making tubular articles with particular features
- B29C53/585—Winding and joining, e.g. winding spirally helically for making tubular articles with particular features the cross-section varying along their axis, e.g. tapered, with ribs, or threads, with socket-ends
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C53/82—Cores or mandrels
- B29C53/821—Mandrels especially adapted for winding and joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
- B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
- B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
- B29C53/60—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers mit Flanschstruktur aus Faserverbundwerkstoff unter Verwendung eines die Innenkontur des Hohlkörpers bestimmenden, zylinderförmigen Wickelkerns (2), aufweisend mindestens einen im Endabschnitt auf der Mantelfläche umlaufenden Kranz aus kinematisch auf jeweils einem Kreisbogen radial aus dem Wickelkern (2) herausführbaren Wickelpins (8.1, 8.2), wobei die Längsachse der Wickelpins (8.1, 8.2) beim Herausführen in der Art gekippt wird, dass sie tangential zum jeweiligen Kreisbogen ist, umfassend die folgenden Schritte: – Wickeln von Faserschichten (11.1, 11.2) aus Verstärkungsfasern auf den Wickelkern (2), wobei für jede Faserschicht (11.1, 11.2) ein eigener umlaufender Kranz herausführbarer Wickelpins (8.1, 8.2) verwendet wird; – Fixieren der aufgewickelten Faserschichten (11.1, 11.2) auf dem Wickelkern (2) im Knickbereich des Flansches mit einem Haltewerkzeug (4), wobei das Haltewerkzeug (4) ringförmig über den gesamten Umfang auf die Mantelfläche des Wickelkerns (2) radial von außen in Richtung der Mittelachse des Wickelkerns (2) drückt; – Herausführen aller Wickelpins (8.1, 8.2) eines Kranzes auf einem gesondert für jeden Wickelpin (8.1, 8.2) festgelegten Kreisbogen mit einem Zentriwinkel von etwa 90°, wobei der Kreisbogen in einer durch die Mittelachse des Wickelkerns (2) verlaufenden Kreisbogen-Ebene liegt, welche die Mantelfläche an der Position des jeweiligen Wickelpins (8.1, 8.2) schneidet, und der Mittelpunkt des Kreisbogens auf der Mantelfläche in dem Schnittpunkt des durch das Haltewerkzeug (4) kontaktierten Umfangskreises mit der Kreisbogen-Ebene liegt, wobei jeder Wickelpin (8.1, 8.2) von der Mantelfläche des Wickelkerns (2) radial weggeführt wird; – radiales Öffnen des Haltewerkzeugs (4) in der Art, dass der vom Haltewerkzeug (4) auf die aufgewickelten Faserschichten (11.1, 11.2) ausgeübte Anpressdruck auf Null sinkt und zwischen dem Haltewerkzeug (4) und der äußersten Faserschicht (11.2) ein um den Umfang der Faserschicht (11.2) umlaufender Spalt einer Dicke entsteht, die der Dicke eines Flanschverstärkungselementes (10) entspricht; ...Method for producing a hollow body having a flange structure made of fiber composite material using a cylindrical winding core (2) which determines the inner contour of the hollow body, comprising at least one winding pin which can be moved radially out of the winding core (2) kinematically on each circular arc in the end section ( 8.1, 8.2), wherein the longitudinal axis of the winding pins (8.1, 8.2) is tilted during removal in such a way that it is tangent to the respective arc, comprising the following steps: - winding fiber layers (11.1, 11.2) of reinforcing fibers on the winding core (2), wherein for each fiber layer (11.1, 11.2) a separate circumferential ring of extractable winding pins (8.1, 8.2) is used; - Fixing the wound fiber layers (11.1, 11.2) on the winding core (2) in the bending region of the flange with a holding tool (4), wherein the holding tool (4) annular over the entire circumference on the lateral surface of the winding core (2) radially from the outside in Direction of the central axis of the winding core (2) presses; - Leading out all winding pins (8.1, 8.2) of a ring on a separately for each winding pin (8.1, 8.2) fixed circular arc with a central angle of about 90 °, the circular arc in a through the central axis of the winding core (2) extending circular arc level which intersects the lateral surface at the position of the respective winding pin (8.1, 8.2), and the center of the circular arc lies on the lateral surface in the intersection of the circumferential circle contacted by the holding tool (4) with the circular arc plane, each winding pin (8.1, 8.2) is led away radially from the lateral surface of the winding core (2); - radially opening the holding tool (4) in such a way that the pressure exerted by the holding tool (4) on the wound fiber layers (11.1, 11.2) contact pressure drops to zero and between the holding tool (4) and the outermost fiber layer (11.2) around the Circumference of the fiber layer (11.2) circumferential gap of a thickness is formed, which corresponds to the thickness of a Flanschverstärkungselementes (10); ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Wickelkern zur Herstellung von speziellen, entsprechend ihrer Funktion gestalteten Faserverbund-Hohlkörpern mit einem oder mehreren Flanschen in Faserverbundbauweise. Das Verfahren bietet sich besonders für die Fertigung von Leichtbauteilen an, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise ein Casing oder ein Bypass für Triebwerke im Flugzeugbau. The invention relates to a method and a winding core for the production of special, designed according to their function fiber composite hollow bodies with one or more flanges in fiber composite construction. The method is particularly suitable for the production of lightweight components that are exposed to high loads, such as a casing or a bypass for aircraft engines.
In der Luft- und Raumfahrt gewinnt die Herstellung von Gehäusestrukturen in Leichtbauweise zunehmend an Bedeutung. Die Herstellung einzelner Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), gehört inzwischen zum Stand der Technik. In aerospace, the production of housing structures in lightweight construction is becoming increasingly important. The production of individual components made of fiber composite materials, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP), is now part of the prior art.
Faserverbundbauteile werden nach verschiedenen Herstellungsverfahren der Wickel- oder Laminiertechnik gefertigt. Bekanntlich werden beim Wickelverfahren Fasern in Form von Faserbündeln, meist nach dem Tränken mit dem Matrixwerkstoff, unter einer definierten Fadenvorspannung auf einem rotierenden, bauteiladäquaten Kern in mehreren Lagen abgelegt, wobei Umfangswicklungen oder Wicklungen unter einem Wickelwinkel Ω in Bezug zur Drehachse des Körpers erstellt werden (
Die Herstellung von Gehäusestrukturen aus Faserverbundwerkstoffen, wie z. B. CFK, Glasfasern oder sonstige Fasern, mit nach außen geformten Flanschen stellt eine große Herausforderung dar. Im Bereich der Flansche muss sowohl die Wandstärke – aufgrund der Biegemomente und der durch Bohrungen für die Befestigung (üblicherweise Verschraubung) verursachten Strukturschwächung – in angepasster Weise erhöht werden als auch ein geordneter Faserverlauf sichergestellt sein. The production of housing structures made of fiber composites, such. As CFK, glass fibers or other fibers, with outwardly shaped flanges is a major challenge. In the area of the flanges, both the wall thickness - due to the bending moments and the holes for attachment (usually gland) caused structural weakness - increased in an adapted manner will be ensured as well as an ordered fiber profile.
In bekannter Weise werden Strukturen bzw. Gehäuse für die Luftfahrt in der sogenannten Prepregtechnik aus Bahnenware gefertigt. Bei der Prepregtechnik werden zugeschnittene Fasergewebe, -vliese oder -matten auf einem Werkzeug abgelegt. Gehäuse oder Hohlkörper, die mittels Prepregtechnik hergestellt werden, bieten die Möglichkeit, die Wandstärke des herzustellenden Körpers entsprechend den auftretenden Belastungen, insbesondere im Bereich eines Flansches, auszulegen und zu fertigen. Hierzu werden flache Prepreg-Gewebelagen in einzelnen Segmenten, z. B. sechs 60°-Segmente, auf dem Werkzeug abgelegt und im Bereich des Flansches umgebogen. Die am Flansch notwendige zusätzliche Wandstärke wird durch das Aufbringen zusätzlicher Gewebelagen erreicht. In a known manner structures or housing for aviation in the so-called prepreg technique are made of sheet goods. In prepreg technology, cut fiber webs, fleeces or mats are placed on a tool. Housing or hollow body, which are produced by means of prepreg technology, offer the possibility of designing and manufacturing the wall thickness of the body to be produced in accordance with the loads occurring, in particular in the region of a flange. For this purpose, flat prepreg fabric layers in individual segments, eg. B. six 60 ° segments, placed on the tool and bent in the region of the flange. The additional wall thickness required on the flange is achieved by applying additional layers of fabric.
Diese Fertigungstechnik weist jedoch den Nachteil auf, dass ein mit dieser Technik hergestellter Hohlkörper in jeder Gewebelage seines Schichtaufbaus zumindest eine Stoßstelle besitzt, an der die einzelnen Fasern nicht kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Konsequenterweise bedarf der Körper zusätzlicher Lagen aus Fasermaterial, um den Nachteil des nicht vorhandenen Kraftschlusses in den einzelnen Lagen zu kompensieren. Dementsprechend ist eine Vielzahl an Einzellagen notwendig, wodurch sowohl der Aufwand zur Herstellung des Körpers steigt als auch der Körper an Masse zunimmt. However, this production technique has the disadvantage that a hollow body produced by this technique has at least one joint in each fabric layer of its layer structure at which the individual fibers are not connected to one another in a force-locking manner. Consequently, the body requires additional layers of fiber material to compensate for the disadvantage of non-existing adhesion in the individual layers. Accordingly, a plurality of individual layers is necessary, whereby both the effort to produce the body increases and the body increases in mass.
Zudem ist es mit der Prepregtechnik nur bedingt möglich, eine für beispielsweise an Flanschen auftretende Kräfte optimierte Faserausrichtung zu gewährleisten. Verfügbare Prepreg-Halbzeugmaterialien weisen z. B. nur Gewebeorientierungen von 0° oder 90° auf. In addition, it is only partially possible with prepreg technology to ensure optimized fiber orientation for forces occurring, for example, at flanges. Available prepreg semi-finished materials have z. B. only tissue orientations of 0 ° or 90 °.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit einem integralen Flansch aus Faserverbundwerkstoff ist in
Es ist auch bekannt, Tape-Ablege-Roboter einzusetzen. Diese Roboter besitzen Andrückrollen, mit denen einzelne Tapes an der gewünschten Position auf dem Faserverbundhalbzeug abgelegt und angedrückt werden. Als Tape wird beispielsweise ein unidirektionales Prepreg oder Gewebe bezeichnet. It is also known to use tape-laying robots. These robots have pressure rollers with which individual tapes are placed and pressed at the desired position on the fiber composite semi-finished product. As a tape, for example, a unidirectional prepreg or tissue is referred to.
Nachteilig bei der Herstellung von Flanschen mit diesen Ablege-Robotern ist, dass die Andrückrollen die einzelnen Tapes nicht in die Ecken des Flansches einformen können. Daher erfolgt nach der Ablage als zylindrische Struktur ein Umbiegevorgang zur Formung des Flansches. Zudem erfordern diese Roboter einen hohen Investitionsaufwand. A disadvantage in the production of flanges with these placement robots is that the pressure rollers can not mold the individual tapes in the corners of the flange. Therefore, after being deposited as a cylindrical structure, a clinching operation is performed to form the flange. In addition, these robots require a high capital expenditure.
Ein weiterer Nachteil der nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass beim Umbiegen der Faserverbundwerkstoffe zu einem Flansch zumeist Faltenbildung auftritt. Da der Umfang an der Außenkante des Flansches größer als der Umfang an der Innenkante ist, müssen die Gewebemuster verzerrt werden und weisen dadurch unterschiedliche Wandstärken auf. Außerdem sind speziell an den Prepreg-Stoßstellen eine Fehlablage hinsichtlich Gewebeorientierung sowie Überlappungsfehler möglich. Another disadvantage of the known prior art method is that when bending the fiber composites to a flange usually wrinkling occurs. Since the scope of the Outside edge of the flange is greater than the circumference at the inner edge, the fabric pattern must be distorted and thus have different wall thicknesses. In addition, misregistration in terms of tissue orientation and overlap errors are possible especially at the prepreg joints.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile, wie Welligkeit, Faltenbildung oder ein ungeordneter Faserverlauf, weitestgehend zu vermeiden, damit Faserverbund-Hohlkörper mit einer Flanschgestaltung reproduzierbar und mit angepasstem Wandstärkeverlauf bei minimalem Strukturgewicht und geringen Fertigungskosten realisierbar sind. The invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned above, such as waviness, wrinkles or a disordered fiber flow, as far as possible so that fiber composite hollow body with a flange design reproducible and with adapted Wandstärkeverlauf with minimal structural weight and low production costs can be realized.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch 1 und einen Wickelkern gemäß Anspruch 6. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung befinden sich in den Unteransprüchen. The solution of this object is achieved by a method according to the main claim 1 and a winding core according to claim 6. Expedient embodiments of the invention are in the subclaims.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers mit Flanschstruktur aus Faserverbundwerkstoff bereitgestellt, das in einem nach dem Stand der Technik üblichen Faserablageprozess auf dem erfindungsgemäßen Wickelkern, beinhaltend eine Kinematik, die Formung des Flansches vor dem Harzinjektionsprozess ermöglicht, wobei für eine Wandverstärkung in den Flanschbereichen des Hohlkörpers zusätzliche, vorgeformte Flanschverstärkungselemente, vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff, integriert werden. According to the invention there is provided a method of manufacturing a hollow fiber composite body which, in a prior art fiber deposition process on the mandrel embodying the invention, including kinematics, enables the formation of the flange prior to the resin injection process, wherein for wall reinforcement in the Flange areas of the hollow body additional, preformed Flanschverstärkungselemente, preferably made of fiber composite material can be integrated.
Der erfindungsgemäße Wickelkern weist eine zylindrische Form auf, wobei in einem oder allen beiden Endbereichen des Zylinders Wickelpins kranzförmig auf der Mantelfläche um den gesamten Umfang angeordnet sind. Vorzugsweise weist der Wickelkern in dem jeweiligen Endbereich mehrere, in axialer Richtung des Wickelkerns voneinander beabstandete Kränze von Wickelpins auf. The winding core according to the invention has a cylindrical shape, wherein in one or both end regions of the cylinder winding pins are arranged in a ring shape on the lateral surface around the entire circumference. Preferably, the winding core in the respective end region on a plurality of spaced apart in the axial direction of the winding core rings of winding pins.
Die Wickelpins sind an eine Kinematik angebunden, die es erlaubt, die Wickelpins radial vom Wickelkern abzuheben, wobei die Wickelpins einem Kreisbogen folgen und gleichzeitig um den Zentriwinkel des Kreisbogens, welcher bis zu 90° betragen kann, gedreht werden. Die Drehung erfolgt um eine für jeden Wickelpin gesondert definierte Drehachse. Diese Drehachse ist senkrecht zur Mittelachse des Wickelkerns angeordnet und tangiert die Mantelfläche des zylinderförmigen Wickelkerns an einer Position, die bezüglich der Position des Wickelpins auf der Mantelfläche in axialer Richtung hin zur Mitte des Zylinders verschoben ist. The winding pins are connected to a kinematics, which makes it possible to lift the winding pins radially from the hub, the winding pins follow a circular arc and at the same time to the central angle of the circular arc, which can be up to 90 °, rotated. The rotation takes place around a rotation axis which is defined separately for each winding pin. This axis of rotation is arranged perpendicular to the central axis of the winding core and tangential to the lateral surface of the cylindrical winding core at a position which is displaced with respect to the position of the winding pin on the lateral surface in the axial direction towards the center of the cylinder.
Der Wickelkern kann zumindest in dem jeweiligen Endbereich, in dem die herausführbaren Wickelpins angeordnet sind, hohl sein, um die Kinematik zum Herausführen der Wickelpins aufzunehmen. The winding core can be hollow, at least in the respective end region in which the removable winding pins are arranged, in order to receive the kinematics for leading out the winding pins.
Beispielsweise kann eine derartige Kinematik durch parallel zur Mittelachse des zylindrischen Wickelkerns auf dessen Mantelfläche (wobei der Hebel in vorteilhafter Weise in den Mantel eingebettet ist) oder auf einem Kreis zwischen Mittelachse und Mantelfläche angeordnete Hebel realisiert sein, deren erster Endbereich am Wickelkern mit einer auf der Mantelfläche oder dem Kreis angeordneten Achse befestigt ist, die senkrecht zur Längsachse des Hebels (bzw. Mittelachse des zylindrischen Wickelkerns) und tangential zur Mantelfläche bzw. dem Kreis an der Position ist, an der der Hebel mittels der Achse am Wickelkern befestigt ist, wobei am zweiten Endbereich eines jeden Hebels ein Wickelpin, dessen Längsachse senkrecht zur Mantelfläche des zylindrischen Wickelkerns (und damit auch senkrecht zur Hebellängsachse) ist. Durch Drehung des Hebels um seine Achse kann der an dem Hebel angeordnete Wickelpin radial von dem zylindrischen Wickelkern abgehoben werden, wobei der Wickelpin gleichzeitig um die Hebelachse gedreht wird. For example, such a kinematics by parallel to the central axis of the cylindrical winding core on the lateral surface (wherein the lever is advantageously embedded in the jacket) or arranged on a circle between the central axis and lateral surface lever be realized whose first end on the winding core with a on the Enclosed surface or the circle arranged axis is fixed, which is perpendicular to the longitudinal axis of the lever (or central axis of the cylindrical winding core) and tangential to the lateral surface or the circle at the position at which the lever is fixed by means of the axis of the winding core, wherein the second end region of each lever a winding pin whose longitudinal axis is perpendicular to the lateral surface of the cylindrical winding core (and thus also perpendicular to the longitudinal axis of the lever). By rotation of the lever about its axis, the winding pin disposed on the lever can be lifted radially from the cylindrical winding core, wherein the winding pin is simultaneously rotated about the lever axis.
Der Herausführ- und Drehmechanismus kann auch auf andere Art realisiert werden, beispielsweise durch radial aus dem Wickelkern austretende, kreisbogenförmige Halterungen der Wickelpins. The Ausführ- and rotating mechanism can be realized in other ways, for example, by radially emerging from the winding core, circular arc-shaped brackets of the winding pins.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers mit Flanschstruktur aus Faserverbundwerkstoff umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
Wickeln von einer oder mehreren, übereinander angeordneten Faserschichten aus Verstärkungsfasern – ohne vorheriges Tränken mit dem Matrixwerkstoff – auf den zylindrischen Wickelkern mit kinematisch herausführbaren Wickelpins. Vorzugsweise werden mindestens zwei Faserschichten übereinander auf dem Wickelkern abgelegt, wobei für jede Faserschicht ein eigener umlaufender Kranz herausführbarer Wickelpins auf dem Wickelkern verwendet wird. The method according to the invention for producing a hollow body with a flange structure made of fiber composite material comprises the following method steps:
Winding of one or more, superposed fiber layers of reinforcing fibers - without prior impregnation with the matrix material - on the cylindrical winding core with kinematically herausführbaren winding pins. Preferably, at least two fiber layers are deposited one above the other on the winding core, wherein for each fiber layer a separate circumferential ring of removable winding pins is used on the winding core.
Fixieren der aufgewickelten Faserschichten auf dem Wickelkern im Knickbereich des Flansches mit einem Haltewerkzeug, wobei das Haltewerkzeug ringförmig über den gesamten Umfang auf die Mantelfläche des Wickelkerns radial von außen Richtung Mittelachse des Wickelkerns drückt. Das (vorzugsweise ringförmige) Haltewerkzeug drückt an der Position der (realen oder virtuellen) Drehachsen für die Wickelpins in der Art auf die Faserschichten, dass die Wickelpins noch frei herausführ- und drehbar sind. Fixing the wound fiber layers on the winding core in the bending region of the flange with a holding tool, wherein the holding tool annularly over the entire circumference on the lateral surface of the winding core presses radially from the outside towards the central axis of the winding core. The (preferably ring-shaped) holding tool presses on the fiber layers at the position of the (real or virtual) axes of rotation for the winding pins in such a way that the winding pins are still freely herausführ- and rotatable.
Anschließend werden die kinematisch herausführbaren Wickelpins mindestens eines Kranzes um 90° gedreht (d. h. einem Kreisbogen folgend aus dem Wickelkern herausgeführt), wobei die lokale Drehachse für jeden Wickelpin an der Position auf der Mantelfläche angeordnet ist, an der das Haltewerkzeug gegen die Faserschichten drückt. Hierbei behält die jeweilige, um die herausgeführten Wickelpins gewickelte Faserschicht ihre Vorspannung bei. Subsequently, the kinematically herausführbaren winding pins of at least one ring are rotated by 90 ° (ie, a circular arc out of the winding core led out), wherein the local axis of rotation for each winding pin at the position on the Jacket surface is arranged, on which the holding tool presses against the fiber layers. In this case, the respective fiber layer wound around the lead-out winding pins maintains its bias.
Nun können ein oder mehrere Flanschverstärkungselemente, vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff, im Flanschbereich des Hohlkörpers drapiert werden, wobei das Flanschverstärkungselement über den gesamten Umfang drapiert wird. Vorzugsweise ist das Flanschverstärkungselement einteilig. Vor dem Drapieren wird das Haltewerkzeug leicht von der Faserschicht abgehoben, d. h. der Durchmesser des durch das Haltewerkzeug gebildeten Ringes wird, beispielsweise um wenige Millimeter, erweitert, sodass das Flanschverstärkungselement in den entstandenen Spalt geschoben werden kann. Das Flanschverstärkungselement kann dann auf die nach außen gewandte Oberfläche der Faserschicht zwischen Haltewerkzeug und Faserschicht drapiert werden. Alternativ kann es auch auf die nach innen gewandte Oberfläche der Faserschicht zwischen Wickelkern und Wickelkörper drapiert werden. Now, one or more Flanschverstärkungselemente, preferably made of fiber composite material, draped in the flange portion of the hollow body, wherein the Flanschverstärkungselement is draped over the entire circumference. Preferably, the flange reinforcement element is in one piece. Before draping, the holding tool is easily lifted off the fiber layer, i. H. the diameter of the ring formed by the holding tool is, for example, expanded by a few millimeters, so that the Flanschverstärkungselement can be pushed into the resulting gap. The flange reinforcement element may then be draped onto the outwardly facing surface of the fibrous layer between the holding tool and the fibrous layer. Alternatively, it can also be draped onto the inwardly facing surface of the fiber layer between the winding core and the winding body.
Es können auch mehrere Flanschverstärkungselemente in einem Flanschbereich des Hohlkörpers drapiert werden, beispielsweise ein erstes auf die nach außen gewandte Oberfläche der (äußersten) Faserschicht und ein zweites zwischen (innerster) Faserschicht und Wickelkern. It is also possible to drape a plurality of flange reinforcement elements in a flange region of the hollow body, for example a first on the outwardly facing surface of the (outermost) fiber layer and a second between (innermost) fiber layer and winding core.
Im Falle von mehr als einer abgelegten Faserschicht bzw. mehr als einem Kranz von Wickelpins kann auch zuerst der Flanschbereich der bezüglich des Wickelkerns äußeren Faserschicht umgeklappt werden und anschließend ein Flanschverstärkungselement zwischen der äußeren und der unmittelbar darunter angeordneten Faserschicht drapiert werden. Danach wird der Flanschbereich der unmittelbar unter der äußeren Faserschicht angeordneten Faserschicht umgeklappt und ggf. auch unter dieser Faserschicht ein Flanschverstärkungselement drapiert, wobei das Haltewerkzeug ggf. noch etwas weiter geöffnet wird, um einen ausreichend großen Spalt zum Drapieren des Flanschverstärkungselementes zu erhalten. Auf diese Weise kann jeweils zwischen zwei Faserschichten ein Flanschverstärkungselement drapiert werden. In the case of more than one deposited fiber layer or more than one ring of winding spins, the flange region of the outer fiber layer relative to the winding core can first be folded over and then a flange reinforcement element can be draped between the outer and the fiber layer arranged immediately below. Thereafter, the flange portion of the arranged immediately below the outer fiber layer of fiber layer is folded and possibly draped under this fiber layer, a Flanschverstärkungselement, wherein the holding tool is possibly opened a little further to obtain a sufficiently large gap for draping the Flanschverstärkungselementes. In this way, a flange reinforcing element can be draped between each two fiber layers.
Nach dem Drapieren wird der Hohlkörper mit den aufdrapierten Flanschverstärkungselementen in der Flanschform durch Binden oder lokales Verkleben oder Vernähen, wobei für das Vernähen eine bekannte spezielle Nähtechnik angewandt wird, konsolidiert. After draping, the hollow body is consolidated with the flange-form, unthreaded flange reinforcement members by bonding or local bonding or sewing using a known special sewing technique for sewing.
Anschließend wird das Haltewerkzeug entfernt und der konsolidierte, d. h. verfestigte, Hohlkörper vom Wickelkern entformt. Nun folgt der Harzinjektionsprozess, wobei der Hohlkörper beispielsweise in eine Form eingelegt und mit Kunstharz getränkt wird. Subsequently, the holding tool is removed and the consolidated, d. H. solidified, hollow body removed from the winding core. Now follows the Harzinjektionsprozess, wherein the hollow body, for example, placed in a mold and impregnated with synthetic resin.
Letztendlich werden eventuell im Flanschbereich noch verbliebene Wickelpins entfernt, beispielsweise durch Abschneiden, und der Flansch in seiner endgültigen Form durch ein formgebendes Fertigungsverfahren finalisiert. Der Begriff „formgebendes Fertigungsverfahren“ impliziert hier zum Beispiel Zerspan- und Abtragtechnik. Das Finalisieren kann also beispielsweise ein Einbringen der Flanschbohrungen oder ein Ausfräsen des Flanschrandes, sodass er z. B. die Form eines Zahnrades aufweist, beinhalten. Finally, any remaining winding pins in the flange area are removed, for example by cutting, and the final shape of the flange is finalized by a shaping manufacturing process. The term "forming manufacturing process" here implies, for example, cutting and removal technology. The finalizing can thus, for example, an introduction of the flange holes or a milling of the flange, so he z. B. has the form of a gear include.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Verstärkungsfaserstränge im Flanschbereich eine geordnete Orientierung aufweisen, d. h. sie sind entsprechend der im Flanschbereich auftretenden Belastungen ausgerichtet. Das Drapieren der Flanschverstärkungselemente ist in den Faserablageprozess integriert, wobei die Flanschverstärkungselemente aus Faserverbundwerkstoff trocken (d. h., die Kunststoffmatrix ist noch nicht aufgebracht) drapiert werden. Somit lassen sich sowohl die aufgewickelten Faserschichten ohne Faltenbildung und/oder Verwerfungen in die Flanschform verformen als auch das Flanschverstärkungselement gut drapieren und entsprechend der gewünschten Form anpassen, was zudem eine mögliche Fehlablage verhindert. Außerdem kann ein Flanschverstärkungselement auf dem äußeren Umfang (d. h. an der Außenseite des Hohlkörpers in dem entsprechenden Bereich des Hohlkörpers, welcher als Flansch vorgesehen ist), dem inneren Umfang (d. h. an der Innenseite des Hohlkörpers in dem entsprechenden Bereich des Hohlkörpers, welcher als Flansch vorgesehen ist) und/oder zwischen zwei Faserschichten angeordnet werden. The advantage of the method according to the invention is that the reinforcing fiber strands have an ordered orientation in the flange region, ie. H. They are aligned according to the loads occurring in the flange area. The draping of the flange reinforcement members is integrated into the fiber deposition process with the fiber composite flange reinforcement members dry (i.e., the plastic matrix not yet applied) draped. Thus, both the coiled fiber layers without wrinkling and / or distortions can be deformed into the flange shape as well as drape the flange reinforcement element well and adjust according to the desired shape, which also prevents a possible misfeed. In addition, a flange reinforcing member may be provided on the outer periphery (ie, on the outer side of the hollow body in the corresponding portion of the hollow body provided as a flange), the inner periphery (ie, on the inner side of the hollow body in the corresponding portion of the hollow body provided as a flange is) and / or arranged between two fiber layers.
Die für die Herstellung des Hohlkörpers verwendeten Verstärkungsfaserstränge können in vorteilhafter Weise gebindert sein, d. h., sie sind mit einem thermoplastischen Klebstoff ummantelt, welcher bei Raumtemperatur pulverförmig ist und bei erhöhten Temperaturen, je nach Material zwischen 150°C bis 350°C, verflüssigt und nach dem Abkühlen die Verstärkungsfaserstränge in ihrer Lage fixiert. Dadurch kann nach dem Drapieren aller Flanschverstärkungselemente der Hohlkörper getempert werden, wodurch er in seiner Form konsolidiert wird. The reinforcing fiber strands used for the production of the hollow body can be advantageously reduced, d. h., They are coated with a thermoplastic adhesive which is powdery at room temperature and at elevated temperatures, depending on the material between 150 ° C to 350 ° C, liquefied and fixed after cooling the reinforcing fiber strands in their position. As a result, after the draping of all flange reinforcement elements, the hollow body can be tempered, whereby it is consolidated in its shape.
Eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Flanschverstärkungselemente in ihrer Position relativ zu den gewickelten Faserschichten mit Bolzen, welche durch in dem Flanschverstärkungselement eingebrachte Positionierbohrungen gesteckt werden, fixiert werden. Vorzugsweise sind die Positionierbohrungen in einem Bereich (der Flanschstruktur) angeordnet, der durch das abschließende formgebende Fertigungsverfahren entfernt wird. An embodiment variant of the method according to the invention provides that the flange reinforcement elements are fixed in their position relative to the wound fiber layers with bolts which are inserted through positioning bores introduced into the flange reinforcement element. Preferably, the positioning holes are arranged in a region (the flange structure), the is removed by the final molding manufacturing process.
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Faserverbund-Hohlkörper mit Flansch anhand von zwei Figuren in schematischer Darstellung beschrieben. Es zeigt im Querschnitt: The process according to the invention and a fiber composite hollow body with flange produced by this process will be described in the following with reference to two figures in schematic representation. It shows in cross section:
Nun wird im Verfahrensschritt C das Haltewerkzeug
Nach diesem Verfahrensschritt C kann ein Flanschverstärkungselement
Nach dem Verfahrensschritt C kann auch zuerst die erste Faserschicht
Die Verstärkungsfaserstränge der beiden Faserschichten
Die Flanschbohrungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2 2
- Wickelkern winding core
- 4 4
- Haltewerkzeug holding tool
- 8.1 8.1
- Wickelpin (erster Kranz auf Wickelkern) Winding pin (first wreath on winding core)
- 8.2 8.2
- Wickelpin (zweiter Kranz auf Wickelkern) Winding pin (second ring on winding core)
- 9 9
- Flanschbohrung Flange
- 10 10
- Flanschverstärkungselement Flanschverstärkungselement
- 11.111.1
- Faserschicht (innen) Fiber layer (inside)
- 11.211.2
- Faserschicht (außen) Fiber layer (outside)
- 12 12
- Gehäuse/Bypass Housing / Bypass
- A A
- Verfahrensschritt step
- B B
- Verfahrensschritt step
- C C
- Verfahrensschritt step
- D1 D1
- Verfahrensschritt step
- D2 D2
- Verfahrensschritt step
- E1 E1
- Verfahrensschritt step
- E2 E2
- Verfahrensschritt step
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015102438.1A DE102015102438B4 (en) | 2014-02-20 | 2015-02-20 | Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014102159.2 | 2014-02-20 | ||
DE102014102159 | 2014-02-20 | ||
DE102015102438.1A DE102015102438B4 (en) | 2014-02-20 | 2015-02-20 | Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015102438A1 DE102015102438A1 (en) | 2015-08-20 |
DE102015102438B4 true DE102015102438B4 (en) | 2016-09-01 |
Family
ID=53759111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015102438.1A Active DE102015102438B4 (en) | 2014-02-20 | 2015-02-20 | Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015102438B4 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109249627B (en) * | 2018-08-17 | 2020-07-10 | 武汉源海博创科技有限公司 | Compression molding process for carbon fiber composite propeller |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4005771C1 (en) * | 1990-02-23 | 1991-09-19 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt Ev, 5300 Bonn, De | Cpd. fibre coupling mfg. - uses tubular wound section flanked by conical wound sections to be compressed into flanges |
DE102010005987B4 (en) * | 2009-07-29 | 2013-01-24 | East-4D Carbon Technology Gmbh | Process for producing hollow bodies with collar-shaped reinforcements |
DE102008028337B4 (en) * | 2008-06-13 | 2013-09-26 | Ellergon Antriebstechnik Gmbh | Method for producing a hollow shaft with at least one integral flange made of fiber composite material |
-
2015
- 2015-02-20 DE DE102015102438.1A patent/DE102015102438B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4005771C1 (en) * | 1990-02-23 | 1991-09-19 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt Ev, 5300 Bonn, De | Cpd. fibre coupling mfg. - uses tubular wound section flanked by conical wound sections to be compressed into flanges |
DE102008028337B4 (en) * | 2008-06-13 | 2013-09-26 | Ellergon Antriebstechnik Gmbh | Method for producing a hollow shaft with at least one integral flange made of fiber composite material |
DE102010005987B4 (en) * | 2009-07-29 | 2013-01-24 | East-4D Carbon Technology Gmbh | Process for producing hollow bodies with collar-shaped reinforcements |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102015102438A1 (en) | 2015-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2296873B1 (en) | Method for producing a core composite with double-sided surface layers | |
DE69809427T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE OBJECTS WITH THERMOPLASTIC MATRIX | |
EP1342553B1 (en) | Process for producing a fiber reinforced composite windowframe for airplanes and apparatus to implement the method | |
DE102005059933B4 (en) | Flechttechnisch manufactured fiber composite component | |
DE3113791C2 (en) | ||
EP2046564B1 (en) | Method for production of several fibre composite components | |
EP3461623B1 (en) | Method for producing a hollow profile component | |
EP2039487B1 (en) | Fibrous structure component, robot component, industrial robot, general compound component, compound components for terrestrial vehicles or aircraft and space craft and method for producing a fibrous structure component | |
DE102012210043A1 (en) | Method and device for producing a lightweight structure and lightweight structure | |
EP2640567B1 (en) | Method and device for producing large cylindrical structures | |
DE102010005987B4 (en) | Process for producing hollow bodies with collar-shaped reinforcements | |
EP2225112B1 (en) | Method for the production of wheel rims from cloth tubing and wheel rims produced from cloth tubing | |
DE102005041940B4 (en) | Wheel made of fiber composite material and process for its production | |
EP1197315A2 (en) | Method for manufacturing preforms from fibre reinforced composite materials and preform obtained thereby | |
DE10251580B4 (en) | Method for producing a component made of fiber-reinforced plastic | |
DE102011006792B4 (en) | Method for producing and connecting fiber-reinforced components as well as aircraft or spacecraft | |
WO2009112017A2 (en) | Method for producing a rotor blade for a wind power plant and a rotor blade produced according to said method | |
EP2626218B1 (en) | Method for manufacturing a wheel rim from fibre composite material and wheel rim for a motor vehicle | |
DE112020006763T5 (en) | METHOD OF MANUFACTURE OF FIBER REINFORCED RESIN PIPE BODY | |
DE102015113686B4 (en) | Process and device for the production of cylindrical fiber composite bodies with abrupt changes in their profile along the longitudinal axis | |
DE102015102438B4 (en) | Process for the production of fiber composite hollow bodies with flanges and winding core for carrying out the process | |
DE102013007609A1 (en) | Process for producing a fiber-reinforced plastic component | |
DE102012104370A1 (en) | Method for manufacturing hollow body made from fiber-reinforced plastic, involves manufacturing multi-layer back gear which consists of pre-impregnated half-finished product, where multi-layer back gear is wound on winding core | |
WO2016030134A2 (en) | Method for producing a joint on a component consisting of a fibre-composite material | |
DE102013108251A1 (en) | Tool for producing a tubular fiber composite body and method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WERNER, ANDRE, DR., DE |