DE102012101726B4

DE102012101726B4 - Process for producing a fiber material blank

Info

Publication number: DE102012101726B4
Application number: DE102012101726.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Konrad; Markus Regler; Casper Benteler
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Benteler SGL GmbH and Co KG
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: DE102012101726A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings (30), insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugbauteils, wobei ein Faserstrang (5) auf einen Rahmen (2) gewickelt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Wickelrahmens (1), wobei der Wickelrahmen (1) auf seinem äußeren Rand (3) umlaufend abstehende Fortsätze, insbesondere Zähne (4) aufweist, – Einlegen des Wickelrahmens (1) in eine Bewicklungsvorrichtung, wobei der Wickelrahmen (1) in der Bewickelungsvorrichtung drehbar gelagert wird, – Koppeln eines auf einem Wickelkörper bereitgestellten Faserstranges (5) an den Wickelrahmen (1), – Ausführen einer Drehbewegung (14) des Wickelrahmens (1), wobei der Faserstrang (5) durch die Fortsätze mitgenommen wird und sich so flächig über einen Innenbereich (8) des Wickelrahmens (1) erstreckend auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird, wobei der Faserwerkstoffrohling (30) durch Umwickeln des Wickelrahmens (1) zweilagig erzeugt wird, wobei eine erste Lage (L1) auf einer Vorderseite (7) des Wickelrahmens (1) ausgebildet wird und eine zweite Lage (L2) an einer Rückseite (19) des Wickelrahmens (1) ausgebildet wird, – Entnahme des auf dem Wickelrahmen (1) hergestellten Faserwerkstoffrohlings (30).A method for producing a fiber material blank (30), in particular for producing a vehicle component, preferably a motor vehicle component, wherein a fiber strand (5) is wound on a frame (2), characterized by the following method steps: - Providing a winding frame (1), wherein the winding frame (1) on its outer edge (3) circumferentially protruding extensions, in particular teeth (4), - inserting the winding frame (1) in a Bewicklungsvorrichtung, wherein the winding frame (1) is rotatably mounted in the winding device, - coupling one on one Winding body provided fiber strand (5) to the winding frame (1), - performing a rotational movement (14) of the winding frame (1), wherein the fiber strand (5) is entrained by the extensions and so flat over an inner region (8) of the winding frame ( 1) extending on the winding frame (1) is wound, wherein the fiber material blank (30) by wrapping the winding a first layer (L1) on a front side (7) of the winding frame (1) is formed and a second layer (L2) on a rear side (19) of the winding frame (1) is formed, Removal of the fiber material blank (30) produced on the winding frame (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1. The present invention relates to a method for producing a fiber material blank according to the features in the preamble of patent claim 1.

In der Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen sind innerhalb der letzten Jahre große Fortschritte zur automatisierten Herstellung getätigt worden. So wird im Fahrzeugbau, beispielsweise für Luftfahrzeuge oder aber auch für Kraftfahrzeuge, auf gezielten Leichtbau gesetzt, für den sich Faserverbundwerkstoffbauteile optimal eignen, da diese hohe Festigkeitseigenschaften bei hohen Formgebungsfreiheitsgraden und geringem spezifischen Eigengewicht besitzen. In the processing of fiber composites, great progress has been made in recent years for automated production. Thus, in vehicle construction, for example, for aircraft or even for motor vehicles, focused on lightweight construction, for which fiber composite components are optimally suitable, since they have high strength properties at high shaping degrees of freedom and low specific weight.

Heutzutage ist es möglich, in modernen Produktionsstraßen Faserwerkstoffbauteile automatisiert herzustellen. Beispielsweise ist aus der DE 100 59 801 A1 ein Herstellungsverfahren bekannt, bei dem eine Faserverbundstruktur, die aus einem im Wege des Fließpressens unter Wärmeeinwirkung konsolidierbarem Zuschnitt aus mindestens einer fließfähigen, mit einem Matrixsystem durchtränkten und beim Fließpressen umstrukturierten Faserlage hergestellt wird. Hierzu werden auch mehrlagige Zuschnitte von Manipulatoren oder aber Industrierobotern aufgenommen, gestapelt und einer Umformanlage zugeführt. In der Umformanlage erfolgt zum einen die Formgebung, zum anderen die Aushärtung, beispielsweise durch Zuführung von Wärme. Nowadays, it is possible to manufacture fiber material components automatically in modern production lines. For example, is from the DE 100 59 801 A1 a production method is known in which a fiber composite structure, which is made of a consolidatable by means of extrusion under heat blank from at least one flowable, saturated with a matrix system and restructured during extrusion fiber layer is prepared. For this purpose, multi-layer blanks of manipulators or industrial robots are added, stacked and fed to a forming plant. In the forming plant on the one hand, the shaping, on the other hand, the curing, for example by supplying heat.

Ein Nachteil von solch automatisierten Fertigungsanlagen ist die Verschmutzung der einzelnen Werkzeuge von Manipulatoren sowie Greifvorrichtungen innerhalb der Fertigungslinie aufgrund des aus dem Faserverbundwerkstoff tropfenden Matrixharzes. Eine weitere Problematik insbesondere bei der Formgebung mit lokalen hohen Umformgraden ist die gezielte Faserausrichtung bzw. Faserorientierung und auch die Faserdichte innerhalb des automatisiert hergestellten Faserverbundwerkstoffbauteils. A disadvantage of such automated manufacturing equipment is the contamination of the individual tools of manipulators and gripping devices within the production line due to the dripping of the fiber composite matrix resin. A further problem, in particular in the shaping with locally high degrees of deformation, is the targeted fiber orientation or fiber orientation and also the fiber density within the automatically produced fiber composite component.

Von der Faserdichte und der Faserorientierung sind jedoch die Festigkeitswerte sowie die Steifigkeitswerte des hergestellten Faserverbundwerkstoffbauteils stark abhängig. Hier besteht eine weitere Problematik in der automatisierten Fertigung von Faserverbundwerkstoffbauteilen, wobei aufgrund der Umformung eine Abscherung der einzelnen Fasern innerhalb eines Gewebes oder aber auch Geleges ein Faserriss entstehen kann. From the fiber density and the fiber orientation, however, the strength values and the rigidity values of the fiber composite component produced are highly dependent. Here is another problem in the automated production of fiber composite components, which due to the deformation of a shearing of the individual fibers within a fabric or even Geleges a fiber tear may arise.

Ziel ist es, die Produktionstoleranzen so gering wie möglich zu halten und auch bei lokal hohen Umformgraden eine gezielte Faserausrichtung zu ermöglichen bzw. beizubehalten. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Spannrahmen bekannt, wobei flächige Fasermatten, beispielsweise in Form von Gelegen, Geweben oder aber auch Gestricken, in einen solchen Spannrahmen eingesetzt werden und anschließend in einem Umformwerkzeug zu dem entsprechenden Faserverbundwerkstoffbauteil umgeformt werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 199 30 000 A1 bekannt. Eine weitere Alternative zur Verwendung eines Spannrahmens stellt die DE 10 2007 046 734 A1 dar. Hierbei werden verschiedene Fasermatten mittels eines Spannrahmens, der die Fasermatten randseitig klemmend fixiert, in einem Formwerkzeug zu dem entsprechenden Faserverbundwerkstoffbauteil umgeformt. The aim is to keep the production tolerances as low as possible and to enable or maintain a targeted fiber orientation even with locally high degrees of deformation. For this purpose, clamping frames are known from the prior art, with flat fiber mats, for example in the form of loops, woven fabrics or even crocheted, are used in such a clamping frame and then formed in a forming tool to the corresponding fiber composite component. Such a method is for example from the DE 199 30 000 A1 known. Another alternative to using a tenter frame is the DE 10 2007 046 734 A1 Here are different fiber mats by means of a clamping frame, which fixes the fiber mats edge clamping, converted into a mold to the corresponding fiber composite component.

Bei dem Faserwerkstoff selber kann es sich um verschiedenste Faserarten handeln. Exemplarisch seien Karbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern, aber auch Metallfasern erwähnt. Ebenfalls werden Mischformen der zuvor genannten Faserarten verarbeitet, bei denen es sich dann um Faserbündel oder aber Rovings handelt. Ebenfalls werden verschiedene Faserlagen übereinander gelegt, wobei die Faserlagen jeweils verschiedene Ausrichtungen zueinander haben, so dass sich hierdurch wiederum gezielt verschiedene Festigkeitseigenschaften einstellen lassen. Beispielsweise sind solch verschiedene Ausrichtungen von Faserlagen und die Verwendung von einander verschiedenen Faserarten aus der DE 10 2009 052 263 A1 bekannt. The fiber material itself can be a variety of fiber types. By way of example, mention may be made of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, basalt fibers, but also metal fibers. Also, mixed forms of the aforementioned fiber types are processed, which are then fiber bundles or rovings. Likewise, different fiber layers are superimposed, wherein the fiber layers each have different orientations to each other, so that in turn can be adjusted selectively different strength properties. For example, such different orientations of fiber layers and the use of different types of fibers from the DE 10 2009 052 263 A1 known.

Die einzelnen Faserwerkstoffe werden von den Faserherstellern in verschiedenen Formen angeboten. Hierbei stellen Gewebe, Gelege oder aber Gestricke bzw. Filze oder Vliese, mithin flächige Formen der Faserwerkstoffe, eine teure Alternative dar gegenüber Fasern bzw. Fasersträngen, die auf eine Spule gewickelt sind. Bei der Weiterverarbeitung von Halbzeugen, also von flächig gelieferten Faserwerkstoffen, entsteht zudem ein hoher Verschnitt, da nur ein Teil der verarbeiteten Fasern effektiv in dem späteren Bauteil verbaut sind. Die restlichen Fasern stehen über dem bereits oben erwähnten Spannrahmen über oder überranden das Bauteil umfangsseitig und werden nach der Formgebung abgeschnitten. Es fällt also ein hoher Verschnitt an. The individual fiber materials are offered by the fiber manufacturers in various forms. In this case, fabrics, scrims or else knits or felts or nonwovens, and consequently flat forms of the fiber materials, represent an expensive alternative to fibers or fiber strands that are wound on a spool. In the further processing of semi-finished products, ie of fiber materials supplied on a wide scale, a high amount of waste also results, since only a portion of the processed fibers are effectively installed in the later component. The remaining fibers are above the already above-mentioned tenter over or over the component circumferential and are cut off after shaping. So it's a high cut.

Ein Nachteil von einzelnen Fasern oder Faserbündeln bzw. Rovings, die bei einem Hersteller selbst zu Halbzeugen oder aber direkt in Faserverbundwerkstoffanwendungen verarbeitet werden, ist die schlechte Kontrollierbarkeit während des Umformens. So können diese Fasern leicht abscheren oder in sonstiger Form unkontrolliert oder aber nur unter Einhaltung von sehr weit auszulegenden Produktionstoleranzen verarbeitet werden. Ein mitunter günstigerer Einkauf der Rohmaterialien des Faserwerkstoffs wird mithin durch höhere Produktionskosten ausgeglichen. A disadvantage of individual fibers or fiber bundles or rovings, which are processed at a manufacturer even to semi-finished products or directly in fiber composite applications, is the poor controllability during forming. Thus, these fibers can shear off easily or in any other form uncontrolled or processed only in compliance with very widely tolerated production tolerances. A sometimes cheaper purchase of the raw materials of the fiber material is thus compensated by higher production costs.

In diesem Zusammenhang zeigen auch die JP 62-109 627 A und die DE 10 2008 014 380 A1 Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, wobei eine Faser mit Hilfe eines Spannrahmens zu einem zylindrischen Faserverbundwerkstoff ausgeformt wird und anschließend, nach Entnahme des Kerns, weiterverarbeitet wird. In this context, also show the JP 62-109 627 A and the DE 10 2008 014 380 A1 A method for producing a fiber composite component, wherein a fiber is formed by means of a tenter to a cylindrical fiber composite material and then, after removal of the core, further processed.

Weiterhin zeigen auch die US 5,685,933 A und die JP 5-229 018 A Verfahren zur Herstellung von aus Verbundwerkstoffen hergestellten dreidimensionalen Bauteilen, welche mittels einer Führungsstruktur ausgebildet werden. Furthermore, the show US 5,685,933 A and the JP 5-229 018 A Method for producing three-dimensional components made from composite materials, which are formed by means of a guide structure.

Zudem offenbart die DD 207 673 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines konischen Hohlprofils über ein Roving-Wickelverfahren. Aus diesen Hohlprofilen werden anschließend Geräte für den Hochleistungssport hergestellt. In addition, the reveals DD 207 673 A1 a method and an apparatus for producing a conical hollow profile via a roving winding method. These hollow profiles are then used to produce equipment for high-performance sport.

Auch die DE 697 16 751 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schleifwerkzeugen. Hierbei wird die Grundlage des Schleifwerkzeugs durch eine flächige Grundplatte aus Faserwerkstoff bereitgestellt. Also the DE 697 16 751 T2 discloses a method and apparatus for making abrasive tools. Here, the basis of the grinding tool is provided by a flat base plate made of fiber material.

Die DE 1 779 172 A beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohrbögen aus faserverstärktem Kunstharz. Hierbei wird ein in Kunstharz getränktes Glasfaserroving um eine Rohrbogenform, welche dem Wickelkern entspricht, gewickelt, wobei der Wickelkern auf einem dem Rohrbogenradius entsprechenden Kreisabschnitt gegenüber der festliegenden Roving-Auflaufzonge hin und her bewegt wird. The DE 1 779 172 A describes a device for producing pipe bends made of fiber-reinforced synthetic resin. In this case, a fiberglass roving soaked in synthetic resin is wound around an arcuate shape which corresponds to the winding core, wherein the winding core is moved back and forth on a circular section corresponding to the pipe bend radius with respect to the fixed roving run-up zone.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, eine kostengünstige Möglichkeit aufzuzeigen, einen Faserwerkstoffrohling herzustellen, wobei der Faserwerkstoffrohling an das herzustellende Faserverbundwerkstoffbauteil angepasst ist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Herstellungsverfahrens aufzuzeigen. Object of the present invention is therefore, starting from the prior art, to show a cost-effective way to produce a fiber material blank, wherein the fiber material blank is adapted to the fiber composite material component to be produced. It is a further object of the present invention to provide an apparatus for carrying out such a production method.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. The aforementioned object is achieved with a method for producing a fiber material blank according to the features in claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche. Advantageous embodiments of the present invention are part of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings, insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils, wobei ein Faserstrang auf einen Rahmen gewickelt wird, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

– Bereitstellen eines Wickelrahmens, wobei der Wickelrahmen auf seinem äußeren Rand umlaufend abstehende Fortsätze, insbesondere Zähne, aufweist,
– Einlegen des Wickelrahmens in eine Bewicklungsvorrichtung, wobei der Wickelrahmen in der Bewickelungsvorrichtung drehbar gelagert wird,
– Koppeln eines auf einem Wickelkörper bereitgestellten Faserstranges an den Wickelrahmen,
– Ausführen einer Drehbewegung des Wickelrahmens, wobei der Faserstrang durch die Fortsätze mitgenommen wird und sich so flächig über einen Innenbereich des Wickelrahmens erstreckend um den Wickelrahmen gewickelt wird, wobei der Faserwerkstoffrohling durch Umwickeln des Wickelrahmens zweilagig erzeugt wird, wobei eine erste Lage auf einer Vorderseite des Wickelrahmens ausgebildet wird und eine zweite Lage an einer Rückseite des Wickelrahmens ausgebildet wird,
– Entnahme des auf dem Wickelrahmen hergestellten Faserwerkstoffrohlings.

The inventive method for producing a fiber material blank, in particular for producing a vehicle component, wherein a fiber strand is wound on a frame, is characterized by the following method steps:

Providing a winding frame, wherein the winding frame on its outer edge circumferentially protruding projections, in particular teeth,
Inserting the winding frame into a winding device, wherein the winding frame is rotatably mounted in the winding device,
Coupling a fiber strand provided on a winding body to the winding frame,
Carrying out a rotational movement of the winding frame, wherein the fiber strand is entrained by the extensions and is so extensively wound over an inner region of the winding frame extending around the winding frame, wherein the fiber material blank is produced by wrapping the winding frame two layers, wherein a first layer on a front of the Winding frame is formed and a second layer is formed on a rear side of the winding frame,
- Removal of the fiber material blank produced on the winding frame.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Faserwerkstoffrohlinge zur Herstellung von Faserverbundbauteilen herstellen, wobei das Herstellungsverfahren zum Faserverbundbauteil als Umformverfahren in einem Umformwerkzeug stattfindet. Hiermit lassen sich Bauteile, insbesondere für Fahrzeuge, beispielsweise für Schiffe, Flugzeuge, insbesondere aber auch für Kraftfahrzeuge, herstellen. Beispielsweise können Fensterrahmen für Personenflugzeuge oder aber auch diverse Bauteile für Kraftfahrzeuge, beispielsweise B-Säulen, Innenverkleidungen oder aber auch Dachhäute, hergestellt werden. Die Rohlinge dafür sind als flächige Vliese, Gelege, Gewebe teuer im Zukauf und müssen durch aufwendige Zwischenschritte in einen Spannrahmen oder Transportrahmen eingebracht und anschließend umgeformt werden. With the method according to the invention can be fiber material blanks for the production of fiber composite components produced, wherein the manufacturing process for fiber composite component takes place as a forming process in a forming tool. This makes it possible to produce components, in particular for vehicles, for example for ships, aircraft, but in particular also for motor vehicles. For example, window frames for passenger aircraft or even various components for motor vehicles, such as B-pillars, interior linings or even skins, are produced. The blanks for this are as flat nonwovens, scrim, fabric expensive to buy and must be introduced by consuming intermediate steps in a tenter or transport frame and then converted.

Im Rahmen der Erfindung wird der Faserstrang insbesondere auf einem Wickelkörper, ganz besonders bevorzugt auf einer Spule, bereitgestellt. Bei dem Wickelkörper handelt es sich um einen solchen Körper, von dem der Faserstrang abwickelbar ist. Hierdurch ist es möglich, das Fasermaterial besonders kostengünstig als Faserstrang einzukaufen und wiederum weiterzuverarbeiten. Im Folgenden wird der Einfachheit halber von einer Spule gesprochen, es kann sich jedoch um jegliche geometrische Ausgestaltungen eines Wickelkörpers handeln, von dem der auf den Wickelkörper aufgewickelte Faserstrang abwickelbar ist.In the context of the invention, the fiber strand is provided in particular on a wound body, very particularly preferably on a spool. The winding body is such a body from which the fiber strand can be unwound. This makes it possible to buy the fiber material particularly cost as fiber strand and in turn to further process. In the following, for the sake of simplicity, it will be referred to as a coil, but it may be any geometric configuration of a wound body, from which the fiber strand wound onto the wound body can be unwound.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings wird auf einen außen umlaufenden Wickelrahmen ein Faserstrang aufgewickelt. Bei dem Faserstrang kann es sich im Rahmen der Erfindung um eine Einzelfaser, um eine verdrehte oder verdrillte Faser oder aber auch um einen Roving handeln. Insbesondere können Fasern als Karbonfaser, Glasfaser, Basaltfaser, Aramidfaser und/oder Metallfaser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass der Faserwerkstoff kostengünstig als Endlosstrang auf einer Spule eingekauft werden kann und dann an die Spezifikation des herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteils ein entsprechend angepasster Faserwerkstoffrohling auf dem Wickelrahmen herstellbar ist. In the method according to the invention for producing a fiber material blank, a fiber strand is wound onto an externally circulating winding frame. In the context of the invention, the fiber strand may be a single fiber, a twisted or twisted fiber, or else to trade a roving. In particular, fibers can be processed as carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, aramid fiber and / or metal fiber with the method according to the invention. The advantage lies in the fact that the fiber material can be inexpensively purchased as a continuous strand on a spool and then to the specification of the produced fiber composite component, a correspondingly adapted fiber material blank on the winding frame can be produced.

Insbesondere wird der Wickelrahmen in einer Bewicklungsvorrichtung mit dem Faserstrang bewickelt. Hierzu wird der Wickelrahmen, der eine eckige, bevorzugt eine runde, insbesondere eine kreisrunde Kontur aufweist, aber auch eine Mischform aus den zuvor genannten Konturen besitzen kann, in die Bewicklungsvorrichtung eingelegt und ein Anfang des auf den Wickelrahmen aufzuwickelnden Faserstrangs an diesem befestigt. Anschließend wird der Wickelrahmen in der Bewicklungsvorrichtung in eine Drehbewegung versetzt, wodurch sich der Faserstrang auf den Wickelrahmen aufwickelt. In particular, the winding frame is wound in a winding device with the fiber strand. For this purpose, the winding frame, which has a polygonal, preferably a round, in particular a circular contour, but may also have a hybrid form of the aforementioned contours, inserted into the Bewicklungsvorrichtung and a beginning of the wound up on the winding frame fiber strand attached to this. Subsequently, the winding frame is set in the winding device in a rotational movement, whereby the fiber strand winds on the winding frame.

Bei dem Verfahren wird die Spule, auf der der Faserstrang bereit gestellt ist, während des Wickelvorgangs von einer Seite der durch den Wickelrahmen verlaufenden Mittelebene auf die andere Seite der Mittelebene bewegt. Hierunter ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass der Wickelrahmen ein im Wesentlichen flächig ausgebildetes Objekt ist, durch den eine Mittelebene verläuft. Auf der einen Seite der Mittelebene befindet sich sodann die Vorderseite des Wickelrahmens, wohingegen auf der anderen Seite sich die Rückseite des Wickelrahmens befindet. Die Spule wird dann bevorzugt nicht direkt oberhalb des Wickelrahmens, also im Wesentlichen innerhalb der Mittelebene, positioniert, sondern von einer Seite der Mittelebene auf die andere Seite der Mittelebene bewegt. Dieser Vorgang findet alternierend statt, so dass ein Hin- und Herbewegen der Spule von der Vorderseite zu der Rückseite des Wickelrahmens erfolgt. Insbesondere wird hierdurch sichergestellt, dass der Faserstrang jeweils zwischen zwei Zähnen lagesicher mit hoher Produktionsgenauigkeit positioniert wird und anschließend durch die weitere Drehbewegung des Wickelrahmens selber mitgenommen bzw. mitgeführt wird. Ein Seitenwechsel der Spule von der Vorderseite auf die Rückseite des Wickelrahmens erfolgt somit immer im Wesentlichen dann, wenn der Faserstrang zwischen zwei Zähnen positioniert, mithin um den Rand, gewickelt wird. In the method, the bobbin on which the fiber strand is provided is moved during the winding process from one side of the center plane passing through the winding frame to the other side of the center plane. This is to be understood in the context of the invention that the winding frame is a substantially flat trained object through which a central plane passes. On one side of the median plane is then the front of the winding frame, whereas on the other side is the back of the winding frame. The coil is then preferably not positioned directly above the winding frame, ie substantially within the center plane, but moved from one side of the center plane to the other side of the median plane. This process takes place alternately, so that a back and forth movement of the coil takes place from the front to the back of the winding frame. In particular, this ensures that the fiber strand is positioned in each case securely between two teeth with high production accuracy and then taken or carried along by the further rotation of the winding frame itself. A side change of the coil from the front to the back of the winding frame thus always takes place essentially when the fiber strand positioned between two teeth, that is, around the edge, is wound.

Erfindungsgemäß weist der Wickelrahmen auf seiner Außenseite Zähne auf, so dass sich ein Erscheinungsbild analog einem Zahnrad ergibt. Durch die Anordnung der Zähne an der Außenseite des Wickelrahmens ist es möglich, den Faserstrang derart formschlüssig mit dem Wickelrahmen zu koppeln, dass dieser auf dem äußeren Rand des Wickelrahmens lagefixiert ist. Über einen Innenbereich des Wickelrahmens erstrecken sich dann Abschnitte des Faserstrangs und ergeben hier einen flächigen Bereich bzw. Lage, wobei in diesem flächigen Bereich insbesondere der Faserwerkstoffrohling ausgebildet ist, der dann in dem nachgeschalteten Umformverfahren durch Hinzufügung von Matrixharz oder einem sonstigem aushärtenden Werkstoff zu dem Faserwerkstoffverbundbauteil umgeformt wird. According to the invention, the winding frame on its outside teeth, so that there is an appearance analogous to a gear. The arrangement of the teeth on the outside of the winding frame, it is possible to couple the fiber strand so form-fitting manner with the winding frame, that it is fixed in position on the outer edge of the winding frame. Sections of the fiber strand then extend over an inner region of the winding frame, resulting in a flat region or layer, in which area the fiber material blank is formed, which then in the subsequent forming process by adding matrix resin or another hardening material to the fiber composite component is transformed.

Nach Abschluss des Wickelvorgangs wird ein Ende des auf den Wickelrahmen gewickelten Faserstrangs an dem Wickelrahmen oder aber auch an dem flächigen Bereich des ausgebildeten Faserwerkstoffrohlings gekoppelt, so dass sich der auf den Wickelrahmen gewickelte Faserstrang nicht von alleine abwickelt. Im Anschluss hieran wird der Wickelrahmen mit dem auf dem Wickelrahmen hergestellten Faserwerkstoffrohling aus der Bewicklungsvorrichtung entnommen. Insbesonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist, dass es teilmechanisiert, ganz besonders bevorzugt vollautomatisiert, ausführbar ist, so dass alle Arbeitsschritte, insbesondere das Bestücken der Bewicklungsvorrichtung mit Wickelrahmen und Spule, durch einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, ausführbar sind. After completion of the winding process, one end of the wound on the winding frame fiber strand is coupled to the winding frame or even at the area of the formed fiber material blank so that the wound on the winding frame fiber strand does not unwind by itself. Following this, the winding frame is removed from the winding device with the fiber material blank produced on the winding frame. A particular advantage of the manufacturing method according to the invention is that it is partially mechanized, very particularly preferably fully automated, executable, so that all steps, in particular the loading of Bewicklungsvorrichtung with winding frame and coil, by a manipulator, in particular an industrial robot, executable.

Insbesondere wird der Faserstrang derart auf den Wickelrahmen gewickelt, dass sich ein über den Innenbereich des Wickelrahmens flächig erstreckender Faserwerkstoffrohling ergibt. Der Innenbereich des Wickelrahmens ist bevorzugt hohl ausgebildet, so dass der Wickelrahmen aus einem außen umlaufenden Rahmen besteht, der einen hohlen Innenbereich aufweist. Der außen umlaufende Rahmen besitzt wiederum einen außen umlaufenden Rand, wobei auf dem außen umlaufenden Rand entsprechend abstehende Zähne angeordnet sind, die dann einen auf den Rahmen gewickelten Faserstrang formschlüssig fixieren. Der Faserstrang selber verläuft dann abschnittsweise von einer Seite des Rahmens zu der anderen Seite des Rahmens, so dass er sich über einen Innenbereich erstreckt. In particular, the fiber strand is wound onto the winding frame in such a way that results in a fiber material blank extending flat over the inner region of the winding frame. The inner region of the winding frame is preferably hollow, so that the winding frame consists of an outer peripheral frame which has a hollow inner region. The outer peripheral frame in turn has an outer peripheral edge, wherein on the outer peripheral edge correspondingly projecting teeth are arranged, which then fix a wound onto the frame fiber strand form-fitting manner. The fiber strand itself then extends in sections from one side of the frame to the other side of the frame, so that it extends over an inner region.

Durch Aneinanderreihung diverser Faserstränge mit paralleler, unidirektionaler Ausrichtung und/oder sich kreuzender, omnidirektionaler bzw. multidirektionaler Ausrichtung bilden diese einen flächigen Bereich aus, wobei der flächige Bereich, der sich über den Innenbereich erstreckt, den eigentlichen Faserwerkstoffrohling ausbildet. Dieser Bereich ist dann als flächiger Bereich in einem anschließenden Umformverfahren umformbar, wobei besonders bevorzugt der gesamte Faserwerkstoffrohling mit dem Wickelrahmen in eine Umformvorrichtung einlegbar ist und der Wickelrahmen dann während des Umformverfahrens als Spannrahmen dient. Während des Transportes von der Bewicklungsvorrichtung zu der Umformvorrichtung oder aber zu einer Zwischenlagerung dient der Wickelrahmen des Weiteren als Handhabungsrahmen oder aber als Transportrahmen, so dass die erfindungsgemäß hergestellten Faserwerkstoffrohlinge besonders einfach handzuhaben sind. By juxtaposing various fiber strands with parallel, unidirectional alignment and / or intersecting, omnidirectional or multidirectional alignment, these form a planar region, wherein the planar region which extends over the inner region forms the actual fiber material blank. This area can then be deformed as a flat area in a subsequent forming process, wherein particularly preferably the entire fiber material blank with the winding frame can be inserted into a forming device and the winding frame then serves as a tenter during the forming process. During transport from the Bewicklungsvorrichtung to the forming device or to a Interim storage of the winding frame further serves as a handling frame or as a transport frame, so that the fiber material blanks produced according to the invention are particularly easy to handle.

Im Rahmen der Erfindung wird der Faserwerkstoffrohling insbesondere einlagig erzeugt, wobei der auf den Wickelrahmen gewickelte Faserstrang am äußeren Rand um jeweils einen Zahn gewickelt wird und anschließend wieder auf die Seite des Wickelrahmens zurückgeführt wird, von der er gekommen ist. Der auf dem Wickelrahmen gewickelte Faserstrang erfährt dann an einem jeweiligen Zahn eine Richtungsumkehr von in etwa 180°, so dass sich nur an einer Seite des Wickelrahmens ein einlagiger Faserwerkstoffrohling ergibt. In the context of the invention, the fiber material blank is produced in particular single-layer, wherein the wound on the winding frame fiber strand is wound around the outer edge of each tooth and then returned to the side of the winding frame, from which he came. The wound on the winding frame fiber strand then undergoes a reversal of direction of approximately 180 ° at a respective tooth, so that only results on one side of the winding frame a single-layer fiber material blank.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch bevorzugt möglich, den Faserwerkstoffrohling durch Umwickeln des Wickelrahmens, insbesondere durch Umwickeln des äußeren Randes, den Faserstrang derart auf den Wickelrahmen zu wickeln, dass sich ein zweilagiger Faserwerkstoffrohling auf einem Wickelrahmen ergibt. Hierbei ist dann eine erste Lage auf einer Vorderseite des Wickelrahmens ausgebildet und die zweite Lage an einer Rückseite des Wickelrahmens ausgebildet. Die zwei Lagen weisen somit einen Abstand zueinander auf, der im Wesentlichen der Dicke des Wickelrahmens im Querschnitt entspricht. Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere hierbei möglich, den auf dem Wickelrahmen hergestellten zweilagigen Faserwerkstoffrohling auf die Anforderung des herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteils derart abzustimmen, dass beispielsweise auf einer Seite eine Lage mit unidirektional orientierten Fasersträngen ausgebildet wird, wohingegen eine parallel hierzu verlaufende zweite Lage auf der anderen Seite mit omnidirektional verlaufenden Fasern ausgebildet wird. In the context of the invention, however, it is also preferably possible to wrap the fiber material blank by wrapping the winding frame, in particular by wrapping the outer edge, the fiber strand on the winding frame so that there is a two-layer fiber material blank on a winding frame. Here, a first layer is then formed on a front side of the winding frame and the second layer is formed on a rear side of the winding frame. The two layers thus have a distance from one another, which corresponds essentially to the thickness of the winding frame in cross section. In the context of the invention, it is particularly possible in this case to tailor the two-layer fiber material blank produced on the winding frame to the requirement of the fiber composite component to be produced such that, for example, a layer with unidirectionally oriented fiber strands is formed on one side, whereas a second layer running parallel thereto on the other Page is formed with omnidirectionally extending fibers.

Im Rahmen der Erfindung können somit in dem Innenbereich des Wickelrahmens bevorzugt zweilagige Faserwerkstoffrohlinge hergestellt werden. Auf der einen Seite befindet sich dann die eine Lage und auf der dieser gegenüberliegenden Seite die zweite Lage. Beide Lagen können jeweils unidirektionale, also parallel orientierte Faserstränge aufweisen, wobei die Faserstränge beider Lagen jeweils in die gleiche Richtung zeigen oder aber auch die Faserstränge der zwei Lagen in unterschiedliche Richtungen als unidirektionale Faserstränge orientiert sind. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Faserstränge einer Lage unidirektional und die der gegenüberliegenden Lage multidirektional orientiert auf den Wickelrahmen zu wickeln.Within the scope of the invention, two-ply fiber material blanks can thus be produced in the inner region of the winding frame. On one side there is one layer and on the opposite side the second layer. Both layers can each have unidirectional, ie parallel oriented fiber strands, the fiber strands of both layers each pointing in the same direction or else the fiber strands of the two layers are oriented in different directions as unidirectional fiber strands. However, within the scope of the invention it is also possible to unidirectionally wind the fiber strands of one layer and to wind the multidirectionally oriented layer on the winding frame.

Damit sich der Faserstrang während des Wickelprozesses nicht um seine eigene Längsachse dreht und somit im Falle eines Rovings verdreht oder aber im Falle eines gedrillten Faserstrangs entgegen der Drillbewegung aufdreht, erfährt insbesondere bei dem Seitenwechsel die Spule eine Drehbewegung um ihre Hochachse. Die Hochachse liegt dabei im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mittellängsachse der Spule. Bei dem Seitenwechsel selber oder aber kurz vor dem Seitenwechsel beginnend und nach dem Seitenwechsel abschließend wird bevorzugt eine Drehbewegung der Spule um ihre Hochachse von ca. 180° durchgeführt. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich der Faserstrang nicht in sich verdreht. So that the fiber strand does not rotate about its own longitudinal axis during the winding process and thus rotates in the case of a roving or in the case of a twisted fiber strand contrary to the twisting motion, learns especially during the page change, the coil rotational movement about its vertical axis. The vertical axis lies substantially at right angles to the central longitudinal axis of the coil. When the page change itself or shortly before the page change beginning and after the page change finally a rotary movement of the coil is preferably performed about its vertical axis of about 180 °. This ensures that the fiber strand does not twist in itself.

Weiter gesteigert wird diese Produktionsgenauigkeit dadurch, dass der Faserstrang exakt in einem Zahnzwischenraum zwischen zwei Zähnen formschlüssig abgelegt und durch die Zugspannung, die während des Wickelvorgangs entsteht, ebenfalls formschlüssig gehalten wird. Der Faserstrang wird somit während des Wickelvorgangs nicht verdreht und nicht verkantet, weshalb sich ein Faserwerkstoffrohling mit besonders hoher Fertigungsgenauigkeit ergibt. Diese Fertigungsgenauigkeit ist entscheidend für die Qualität des herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteils, da hier die Festigkeitseigenschaften insbesondere von der Faseranordnung und Faserorientierung beeinflusst werden. This production accuracy is further enhanced by the fact that the fiber strand is placed in a form-fitting manner exactly in a tooth space between two teeth and also held in a form-fitting manner by the tensile stress which arises during the winding process. The fiber strand is thus not twisted during the winding process and not tilted, which is why a fiber material blank results with particularly high manufacturing accuracy. This manufacturing accuracy is crucial for the quality of the fiber composite component to be produced, since here the strength properties are particularly influenced by the fiber arrangement and fiber orientation.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für den Faserwerkstoffrohling ist, dass die Zugspannung der auf den Wickelrahmen gewickelten Faserstränge durch die Wahl der Wickelkraft und/oder durch die Wahl der Elastizität des Wickelrahmens während des Herstellungsverfahrens eingestellt werden. A further advantage of the production method according to the invention for the fiber material blank is that the tension of the fiber strands wound on the winding frame can be adjusted by the choice of the winding force and / or by the choice of the elasticity of the winding frame during the production process.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, einen Wickelrahmen einzusetzen, der beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff oder aber auch aus einem Leichtmetallwerkstoff, ausgebildet ist. Ein solcher Wickelrahmen ist insbesondere biegesteif, so dass er einen zu vernachlässigen Anteil an elastischer Verformbarkeit aufweist. Hierbei ist es durch die Wahl der Wickelkraft möglich, in dem Faserstrangabschnitt, der sich von einem Teil des Randes zu dem anderen Teil des Randes über den Innenbereich erstreckt, in der Zugspannung einzustellen. Insbesondere wird dies beispielsweise dadurch erreicht, dass der Abrollwiderstand der Spule, auf der der Faserstrang bereit gestellt ist, regelbar ist. Ergibt sich ein hoher Abrollwiderstand, ist eine dazu relativ gesehene hohe Kraft zur Ausführung der Drehbewegung des Wickelrahmens notwendig, weshalb sich wiederum eine hohe Zugspannung und somit ein straff gespannter Abschnitt des Faserstranges auf dem Wickelrahmen ergibt. In the context of the invention, it is possible to use a winding frame, which is formed for example of a metallic material, in particular a steel material or even of a light metal material. Such a winding frame is particularly resistant to bending, so that it has a negligible amount of elastic deformability. In this case, it is possible by the choice of the winding force to adjust in the fiber strand portion which extends from one part of the edge to the other part of the edge over the inner region, in the tensile stress. In particular, this is achieved, for example, in that the rolling resistance of the coil on which the fiber strand is provided is controllable. If a high rolling resistance results, a relatively high force required for carrying out the rotary movement of the winding frame is necessary, which in turn results in a high tensile stress and thus a tautly stretched section of the fiber strand on the winding frame.

Besitzt die Spule hingegen einen zu vernachlässigenden Abrollwiderstand, ist diese beispielsweise kugelgelagert, so ist auch nur eine geringe Kraft zur Ausführung der Drehbewegung und somit zur Drehbewegung des Wickelrahmens notwendig, weshalb sich von einem Rand zum anderen Rand erstreckend eine nur geringe Zugspannung innerhalb des Faserstrangabschnitts einstellt. Hier ist es beispielsweise möglich, einen durchhängenden, also einen nicht straff gespannten Faserstrangabschnitt auf dem Wickelrahmen herzustellen. Beispielsweise kann dieses für einen anschließenden Umformprozess, bei dem die durchhängenden Faserstränge vorher noch vernäht oder mit Faserwerkstoffresten bestreut werden, verwendet werden. If, on the other hand, the coil has a negligible rolling resistance, for example if it is ball-bearing, then only a small force is available necessary for the execution of the rotational movement and thus for the rotational movement of the winding frame, which is why extending from one edge to the other edge only a small tension within the fiber strand section adjusts. Here it is possible, for example, to produce a sagging, that is to say a not tautly stretched fiber strand section on the winding frame. For example, this can be used for a subsequent forming process in which the sagging fiber strands are previously sewn or sprinkled with fiber material residues.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich und insbesondere bevorzugt, einen Wickelrahmen aus einem elastisch verformbaren Material einzusetzen, beispielsweise einen Wickelrahmen, der aus einem Kunststoffmaterial oder aus Holz ausgebildet ist. Hierbei wird dann der Wickelrahmen während des Wickelvorgangs bereits in einer regelbaren und steuerbaren, insbesondere vorherbestimmbaren Art und Weise elastisch verformt und in einen eigenen inneren Spannungszustand versetzt. Durch die nach außen gerichteten Radialkräfte des elastisch durch den Wickelvorgang vorgespannten Wickelrahmens wird somit der auf den Wickelrahmen gewickelte Faserstrang in dem insbesondere flächigen Bereich gespannt, so dass diese sich straff über diesen erstrecken. In the context of the invention, however, it is also possible and particularly preferred to use a winding frame made of an elastically deformable material, such as a winding frame, which is formed of a plastic material or of wood. In this case, the winding frame is then already elastically deformed during the winding process in a controllable and controllable, in particular predeterminable manner and placed in its own internal state of tension. As a result of the radially outward directed forces of the winding frame prestressed elastically by the winding process, the fiber strand wound onto the winding frame is thus stretched in the areal region, in particular, so that it extends tightly over the latter.

Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin bevorzugt insbesondere der Innenbereich des Faserwerkstoffrohlings mit unidirektional, vorzugsweise parallel orientiert laufenden Fasersträngen hergestellt und/oder im Innenbereich ein Faserwerkstoffrohling mit multidirektional orientierten Fasersträngen hergestellt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, durch kreuzweises Bewickeln, also durch ein Übereinander legen bzw. sich kreuzen multidirektionaler Faserstrangabschnitte, die sich über den Innenbereich erstrecken, den Faserwerkstoffrohling entsprechend zu verweben. Im Rahmen der Erfindung kann weiterhin lokal die Faserdichte und/oder Faserorientierung durch gezielte Bewicklung so eingestellt werden, dass sie den Ansprüchen des herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteils entspricht. In the context of the invention, in particular the inner region of the fiber material blank with unidirectional, preferably parallel oriented, running fiber strands is furthermore preferably produced and / or a fiber material blank with multidirectionally oriented fiber strands is produced in the inner region. In the context of the invention, it is also possible by cross-wise winding, so lay by a superimposed or cross multidirectional fiber strand sections that extend over the inner region, to weave the fiber material blank accordingly. In the context of the invention, furthermore, locally the fiber density and / or fiber orientation can be adjusted by targeted winding so that it corresponds to the requirements of the fiber composite component to be produced.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorstellbar, dass der Faserstrang als vorimprägnierter Faserstrang auf den Wickelrahmen gewickelt wird und/oder dass der auf dem Wickelrahmen gewickelte Faserstrang während des Wickelvorgangs imprägniert wird, insbesondere wird er durch ein Tauchbad gezogen und/oder durch eine Sprühvorrichtung imprägniert. Erfindungsgemäß ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass der Faserstrang dann jeweils für sich mit einem thermoplastischen Material oder einem Matrixharzmaterial entsprechend vorimprägniert ist und somit auch bei sich kreuzenden Faserstrangabschnitten unten oder in einem Mittelbereich liegende Faserstrangabschnitte eine homogene Verteilung des Faserverbundwerkstoffs aufweisen, wohingegen bei einem herkömmlichen, flächigen Faserwerkstoff zunächst die oberflächlichen Bereiche mit einem Matrixharz benetzt werden. Im Rahmen der Erfindung kann es sich beispielsweise um ein Matrixharz oder um ein Thermoplastmaterial handeln, das zunächst nach dem Imprägniervorgang teilaushärtet, wobei der Faserwerkstoffrohling noch umformbar ist und durch beispielsweise einen chemischen Aktivator oder aber durch eine Wärmenachbehandlung derart aktivierbar ist, dass der Faserwerkstoffverbund aushärtet. In the context of the invention, it is also conceivable that the fiber strand is wrapped as preimpregnated fiber strand on the winding frame and / or that the wound on the winding frame fiber strand is impregnated during the winding process, in particular it is pulled through a dip and / or impregnated by a spray device , According to the invention, this results in the advantage that the fiber strand is then respectively pre-impregnated with a thermoplastic material or a matrix resin material and thus even with intersecting fiber strand sections below or in a central region fiber strand sections have a homogeneous distribution of the fiber composite material, whereas in a conventional flat fiber material, the superficial areas are first wetted with a matrix resin. In the context of the invention may be, for example, a matrix resin or a thermoplastic material, which initially partially hardened after the impregnation process, wherein the fiber material blank is still deformable and by such as a chemical activator or by heat post-treatment can be activated so that the fiber composite material hardens.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin insbesondere möglich, dass zwei Faserstränge gleichzeitig auf den Wickelrahmen gewickelt werden, insbesondere werden drei oder mehr Faserstränge auf den Wickelrahmen gewickelt und/oder dass zwei oder mehr Faserstränge auf den Wickelrahmen gewickelt werden, wobei die Wickelvorgänge der Faserstränge in zeitlichen Abständen zueinander erfolgen. Durch diesen Freiheitsgrad ist es möglich, beispielsweise zwei voneinander verschiedene Faserwerkstoffe auf den Wickelrahmen zu wickeln. So kann beispielsweise ein Faserwerkstoffrohling hauptsächlich, beispielsweise zwischen 90 oder 95 %, aus Glasfasern hergestellt werden, wobei einzelne Metallfasern mit eingewickelt werden. Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass mehrere, beispielsweise vier, fünf oder sechs Faserstränge aus einem Fasermaterial, beispielsweise aus Glasfaser, gleichzeitig auf den Wickelrahmen gewickelt werden, wohingegen ein weiterer Faserstrang aus beispielsweise hiervon verschiedenen Faserwerkstoff, beispielsweise einer Metallfaser, auf den Wickelrahmen gewickelt werden. In the context of the invention it is furthermore possible in particular that two fiber strands are wound simultaneously on the winding frame, in particular three or more fiber strands are wound on the winding frame and / or that two or more fiber strands are wound on the winding frame, wherein the winding processes of the fiber strands in Time intervals between each other. By this degree of freedom, it is possible to wrap, for example, two different fiber materials on the winding frame. Thus, for example, a fiber material blank mainly, for example, between 90 or 95%, are made of glass fibers, wherein individual metal fibers are wrapped with. This can be achieved, for example, by several, for example four, five or six fiber strands of a fiber material, for example of glass fiber, being wound simultaneously on the winding frame, whereas another fiber strand of, for example, different fiber material, for example a metal fiber, is wound onto the winding frame ,

Auch ist es möglich, die einzelnen Wickelvorgänge zeitlich aufeinander folgend auszuführen. So wird beispielsweise zunächst ein flächiger Grundbereich aus einem Faserwerkstoff erzeugt, dann ein Faserstrang, beispielsweise durch einen automatisierten Spulenwechsel, ein weiterer Faserstrang aus einem hiervon verschiedenen Fasermaterial aufgewickelt, beispielsweise in Form einer lokalen Faserdichteerhöhung oder aber einer homogen verteilten Verstärkungsfaser und hieran anschließend wiederum der erste Faserwerkstoff weiterhin aufgewickelt. It is also possible to carry out the individual winding processes in succession. Thus, for example, first a flat base region is produced from a fiber material, then a fiber strand, for example by an automated bobbin change, another fiber strand wound from a different fiber material, for example in the form of a local increase in fiber density or a homogeneously distributed reinforcing fiber and then in turn the first Fiber material continues to be wound up.

Ebenfalls ist es möglich, voneinander verschiedene Faserstranggeometrien auf den Wickelrahmen zu wickeln. Beispielsweise können im Querschnitt variierende Faserstränge auf den Wickelrahmen gewickelt werden, zunächst würde dann ein im Querschnitt dickerer Faserstrang, gefolgt von einem im Querschnitt dünneren Faserstrang und wiederum gefolgt von einem im Querschnitt hiervon ebenfalls verschiedenen Faserstrang auf den Wickelrahmen gewickelt werden. Auch ist es möglich, Faserstränge mit unterschiedlicher Anzahl an Faserfilamenten oder aber Faserstränge, die nicht verdreht sind, oder Faserstränge, die verdrillt sind, auf den Wickelrahmen aufzuwickeln. Es sollten jedoch nicht mehr als 100 verschiedene Faserstränge gleichzeitig auf dem Wickelrahmen gewickelt werden. It is also possible to wrap different fiber strand geometries on the winding frame. For example, cross-sectionally varying fiber strands may be wound on the winding frame, first a cross-sectionally thicker fiber strand would then be wound onto the winding frame followed by a fiber strand which is thinner in cross-section and again followed by a fiber strand which is likewise different in cross section. It is also possible fiber strands with different numbers of fiber filaments or but fiber strands that are not twisted or fiber strands that are twisted to wind on the winding frame. However, not more than 100 different fiber strands should be wound simultaneously on the winding frame.

Im Rahmen der Erfindung wird der Faserstrang insbesondere in Form des Rovings auf den Wickelrahmen gewickelt und/oder der Faserstrang in Form von verdrillten Fasern. Je nach geforderter Festigkeit des herzustellenden Faserwerkstoffverbundbauteils ist dann ein Faserstrang zu wählen, der beispielsweise aus verdrillten Fasern oder aber aus parallel nebeneinander liegenden Fasern, mithin einem Roving, besteht. In the context of the invention, the fiber strand is wound on the winding frame, in particular in the form of the roving, and / or the fiber strand in the form of twisted fibers. Depending on the required strength of the fiber composite material component to be produced, a fiber strand is then to be selected which, for example, consists of twisted fibers or fibers lying parallel next to one another, thus a roving.

Insbesondere ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Wickelverfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings alle gängigen Faserwerkstoffe zu verarbeiten. Insbesondere können Karbonfasern und/oder Glasfasern und/oder Basaltfasern und/oder Aramidfasern und/oder Metallfasern auf den Wickelrahmen gewickelt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es möglich, die unterschiedlichen Faserarten in einer beliebigen Kombination zueinander auf den Wickelrahmen zu wickeln. In particular, it is possible to process all common fiber materials with the winding method according to the invention for producing a fiber material blank. In particular, carbon fibers and / or glass fibers and / or basalt fibers and / or aramid fibers and / or metal fibers can be wound onto the winding frame. Most preferably, it is possible to wind the different fiber types in any combination to each other on the winding frame.

Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere vorteilhaft, dass auf den Wickelrahmen Faserstränge aus Thermoplastfasern oder aber auch aus Duroplastfasern oder aber aus Matrixharzfasern, mithin auch aus Plastikfasern, auf den Wickelrahmen wickelbar sind.In the context of the invention it is particularly advantageous that on the winding frame fiber strands of thermoplastic fibers or even of thermosetting fibers or matrix resin fibers, and thus also of plastic fibers, are wound on the winding frame.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich weiterhin der Vorteil, dass insbesondere in einem Innenbereich des Wickelrahmens ein Kern eingewickelt wird und/oder dass eine Folie mindestens in einer Lage des herzustellenden Faserwerkstoffrohlings eingewickelt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, einen Kern als Füllkern, insbesondere als verlorenen Füllkern, einzuwickeln, so dass höhere Formgebungsfreiheitsgrade bei dem herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteil erreicht werden. Bei diesem Kern kann es sich beispielsweise um einen in sich hohlen Kern, beispielsweise einen Ballon oder einen sonstigen Hohlkörper, handeln. Es kann sich jedoch auch um einen Kern aus Wachs oder aber einen Kern aus Sand oder einem Schaumwerkstoff handeln. In the context of the invention, there is also the advantage that in particular in an inner region of the winding frame a core is wrapped and / or that a film is wrapped at least in one layer of the fiber material blank to be produced. In the context of the invention, it is possible to wrap a core as a filler core, in particular as a lost filler core, so that higher degrees of freedom of shaping are achieved in the fiber composite component to be produced. This core may be, for example, a hollow core, for example a balloon or another hollow body. However, it may also be a core of wax or a core of sand or a foam material.

Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einen Kern aus einem Matrixharz oder einem Thermoplastmaterial, mithin aus einem Härtermaterial, einzuwickeln, der dann beispielsweise in dem Umformverfahren aufschmilzt und somit die einzelnen Faserwerkstofflagen von innen heraus mit Matrixharz oder Thermoplastmaterial, mithin aufschmelzendem Kunststoff, benetzt, so dass eine besonders homogene Verteilung des Verbundwerkstoffes innerhalb des Faserverbundbauteils hergestellt wird. It is also possible within the scope of the invention to wrap a core of a matrix resin or of a thermoplastic material, ie of a hardening material, which then melts for example in the forming process and thus wets the individual fiber material layers from inside with matrix resin or thermoplastic material, thus melting plastic , so that a particularly homogeneous distribution of the composite material is produced within the fiber composite component.

Gleiches gilt für einzuwickelnde Folien, wobei die Folien ebenfalls aus einem Thermoplastmaterial oder aber aus einem Matrixharzmaterial ausgebildet sein können. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch weiterhin möglich, die Folien als Trennfolien mit einzuwickeln, so dass hier bei Einbringen von Verbundwerkstoff in den Faserverbund eine Trennung erhalten bleibt. The same applies to films to be wrapped, wherein the films may also be formed from a thermoplastic material or from a matrix resin material. In the context of the invention, however, it is still possible to wrap the films as release films, so that a separation is maintained here when introducing composite material into the fiber composite.

Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin bevorzugt ein Anfang des Faserstranges an den Wickelrahmen und/oder an den Faserwerkstoffrohling gekoppelt. Insbesondere wird dies durch ein Vernähen, Verknoten, Verkleben, Verklemmen oder aber ein Durchziehen ermöglicht. Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung darauf zu achten, dass das Koppeln des Anfangs zumindest teilmechanisiert, bevorzugt vollautomatisiert, ausgeführt werden kann. Hierzu bietet sich insbesondere ein Verkleben des Anfangs, beispielsweise mit einem Thermoplast, auf dem Wickelrahmen an. In the context of the invention, furthermore, a beginning of the fiber strand is preferably coupled to the winding frame and / or to the fiber material blank. In particular, this is made possible by sewing, knotting, gluing, jamming or pulling through. In particular, it should be ensured in the context of the invention that the coupling of the beginning can be carried out at least partially mechanized, preferably fully automated. For this purpose, in particular a gluing of the beginning, for example with a thermoplastic, on the winding frame offers.

Auch ist es möglich, den Anfang zunächst auf einem klebrigen Anfangsabschnitt des Wickelrahmens anzuhaften und dann die ersten Wickelvorgänge, beispielsweise die ersten Dutzend Wickelvorgänge, mit nur verminderter Wickelkraft auszuführen und anschließend die Wickelkraft zu erhöhen. It is also possible to initially adhere the beginning to a tacky initial section of the winding frame and then to carry out the first winding operations, for example the first dozen winding operations, with only reduced winding force and subsequently to increase the winding force.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch weiterhin möglich, den Anfang beispielsweise auf dem Wickelrahmen zu verknoten, insbesondere durch ein Loch durchzuziehen oder aber auch in eine Klemmvorrichtung einzuführen und so formschlüssig zu verklemmen. Ebenfalls ist es möglich, den Faserstrang auf dem Wickelrahmen in sich selbst zu vernähen und anschließend mit dem Wickelvorgang zu beginnen. In the context of the invention, however, it is still possible to knot the beginning, for example, on the winding frame, in particular to pull through a hole or even introduce it into a clamping device and thus to clamp positively. It is also possible to sewn the fiber strand on the winding frame in itself and then to start the winding process.

Das Gleiche gilt für den Abschluss des Wickelvorgangs, bei dem dann ein Ende des Faserstranges abgeschnitten wird und ebenfalls an den Wickelrahmen und/oder an den Faserwerkstoffrohling selbst gekoppelt wird. Auch hier ist wiederum ein Verkleben, beispielsweise mit einem Thermoplast, möglich. Ebenfalls ist es möglich, das Ende an den Wickelrahmen oder aber an den Bereich der übereinander liegenden Faserstrangabschnitte, die den Faserwerkstoffrohling ausbilden, zu koppeln. Dies kann beispielsweise durch ein Verknoten oder aber ein Vernähen erfolgen. Ebenfalls ist hier auch wieder ein Verklemmen in einer Klemmvorrichtung möglich, insbesondere mit dem Ziel, den gesamten Wickelvorgang derart automatisiert stattfinden zu lassen, dass anschließend der Wickelrahmen ohne händisches Eingreifen von einem Industrieroboter aus der Wickelvorrichtung entnehmbar ist und in den weiteren Produktionsprozess überführbar ist. The same applies to the completion of the winding process, in which then one end of the fiber strand is cut off and is also coupled to the winding frame and / or to the fiber material blank itself. Again, a bonding, for example, with a thermoplastic, possible. It is also possible to couple the end to the winding frame or to the region of the superimposed fiber strand sections which form the fiber material blank. This can be done for example by knotting or sewing. Also here again a jamming in a clamping device is possible, in particular with the aim to make the entire winding process take place so automated that then the winding frame without manual intervention of an industrial robot from the Winding device is removable and can be converted into the further production process.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, die Faserstränge bzw. den Faserstrang derart auf den Wickelrahmen zu wickeln, dass sich in dem flächig herzustellenden Faserwerkstoffrohling Flächenbereiche mit zu benachbarten Flächenbereichen ausbilden, die eine höhere Faserdichte aufweisen. Insbesondere ist dies durch eine gezielte Bewicklung des mit höherer Faserdichte versehenen Flächenbereichs durch mehrfaches Umwickeln in diesem Bereich möglich. Beispielsweise kann durch gesteuertes Überführen der Spule von der Vorderseite auf die Rückseite hier gezielt nur ein Teilbereich des Wickelrahmens derart temporär bewickelt werden, dass sich beispielsweise gegenüber den benachbarten Flächenbereichen innerhalb des Wickelrahmens die doppelte oder dreifache Faserdichte anhäuft. Auch ist eine Vorwärts- und Rückwärtsdrehbewegung, also eine wechselnde Drehbewegung, des Wickelrahmens möglich, so dass durch gezieltes Vor- und Zurückbewegen in einem Bereich entsprechend eine höhere Faserdichte erzielbar ist. In the context of the invention, it is furthermore possible to wind the fiber strands or the fiber strand onto the winding frame in such a way that area regions with adjacent surface areas which have a higher fiber density are formed in the fiber material blank to be produced in a planar manner. In particular, this is possible by a targeted winding of the area provided with higher fiber density area by multiple wrapping in this area. For example, by controlled transfer of the coil from the front to the back here only a portion of the winding frame targeted so temporarily wound that accumulates, for example, compared to the adjacent surface areas within the winding frame twice or three times the fiber density. Also, a forward and backward rotational movement, ie an alternating rotational movement of the winding frame is possible, so that by targeted back and forth in a range corresponding to a higher fiber density can be achieved.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, dass der Faserwerkstoff selbst mit einem Härtermaterial versehen wird und anschließend auf den Wickelrahmen gewickelt wird, wobei der zu dem Faserwerkstoffrohling gewickelte Faserwerkstoff durch das Härtermaterial derart in Form gehalten wird, so dass nach dem Aushärten des Härtermaterials der Wickelrahmen selbst entfernt werden kann. Das Härtermaterial ist jedoch nicht als Verbundwerkstoff derart zu sehen, dass der Faserwerkstoffrohling anschließend vollständig ausgehärtet ist, vielmehr ist er dann noch in dem Umformprozess zu dem Faserverbundwerkstoffbauteil formbar. Handelt es sich bei dem Härtermaterial bereits um zumindest einen Teil des Verbundmaterials, so ist dieses beispielsweise chemisch oder aber durch Temperatureinwirkung derart aktivierbar, dass anschließend der Umformprozess ausführbar ist. Handelt es sich lediglich um ein Härtematerial, dass den Faserwerkstoffrohling in Form hält, so wird der Faserwerkstoffrohling anschließend noch vor oder während des Umformprozesses mit Verbundwerkstoff, beispielsweise mit Matrixharz, benetzt, so dass ein Faserverbundwerkstoffbauteil ausgebildet wird. In the context of the invention, it is also possible that the fiber material itself is provided with a hardening material and is then wound on the winding frame, wherein the wound to the fiber material blank fiber material is held in such a form by the hardening material, so that after curing of the hardening material of the Winding frame itself can be removed. However, the hardener material is not seen as a composite material such that the fiber material blank is then fully cured, but it is then still in the forming process to form the fiber composite component. If the hardener material already comprises at least part of the composite material, then this can be activated, for example, chemically or else by the effect of temperature, such that the forming process can then be carried out. If it is merely a hardening material that keeps the fiber material blank in shape, the fiber material blank is subsequently wetted with composite material, for example with matrix resin, before or during the shaping process, so that a fiber composite component is formed.

Insbesondere wird der Wickelrahmen durch das Bewickeln in seinem Außendurchmesser verkleinert, vorzugsweise durch eine elastische Deformation des Rahmenmaterials. Insbesondere bei einem Wickelrahmen aus einem Kunststoffwerkstoff oder aber bei einem Wickelrahmen, der selbst aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, ergibt sich ein Elastizitätsmodul, das im Rahmen der Erfindung durch gezielte Bewicklung dazu genutzt werden kann, dass die sich über den Innenbereich des Wickelrahmens erstreckenden Faserwerkstoffe eine Zugspannung aufweisen, so dass diese straff gespannt sind und während des Umformvorgangs gezielt orientiert gehalten werden. In particular, the winding frame is reduced by the winding in its outer diameter, preferably by an elastic deformation of the frame material. In particular, in a winding frame made of a plastic material or in a winding frame, which itself is formed from a fiber composite material, results in a modulus of elasticity, which can be used in the context of the invention by targeted wrapping that the extending over the inner region of the winding frame fiber materials a Have tensile stress, so that they are taut and kept targeted during the forming process.

Der Wickelrahmen wird somit beim Bewicklungsvorgang vorgespannt und die nach außen wirkende Radialkraft spannt die sich über den Innenbereich erstreckenden Faserstrangabschnitte. The winding frame is thus biased during Bewicklungsvorgang and acting outward radial force biases over the inner region extending fiber strand sections.

Insbesondere wird der Wickelrahmen während des Wickelvorgangs nur in eine Drehrichtung gedreht oder aber der Wickelrahmen wird während des Wickelvorgangs zeitlich aufeinander folgend in zwei entgegengesetzte Richtungen gedreht, vorzugsweise erfolgt der Richtungswechsel der Drehbewegung mehrfach. Hierdurch ist es möglich, gezielte Faserorientierungen zu erhalten oder aber, beispielsweise durch ein Alternieren der Drehbewegung in einem Drehbereich von in etwa nur 100° oder beispielsweise auch nur 50°, in einen Bereich des Wickelrahmens eine erhöhte Faserwerkstoffdichte zu erhalten, wobei bei vollständiger Umdrehung um 360° sich bei gleichmäßiger Bewicklung eine homogene Verteilung des Faserwerkstoffs über den Innenbereich einstellt. In particular, the winding frame is rotated during the winding process only in one direction of rotation or the winding frame is rotated in succession in two opposite directions during the winding process, preferably, the direction change of the rotational movement takes place several times. This makes it possible to obtain targeted fiber orientations or, for example, by alternating the rotational movement in a range of rotation of about only 100 ° or, for example, only 50 °, in an area of the winding frame to obtain an increased fiber material density, wherein at full revolution to 360 ° uniform distribution of the fiber material sets over the interior with uniform winding.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden die auf den Wickelrahmen gewickelten Faserstränge nach dem Wickelvorgang und/oder während des Wickelvorgangs miteinander vernäht. Das Vernähen selbst kann nach dem Prinzip von Schuss- und Kettfäden erfolgen, wodurch aufgrund des Nähvorgangs bzw. des in sich ausgeführten Geflechts eine formschlüssige Positionierung der Faserwerkstoffabschnitte innerhalb des Innenbereichs auch während des Umformvorgangs erhalten wird. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, mehrere Faserwerkstoffrohlinge auf verschiedenen Wickelrahmen durch übereinander koppeln der Wickelrahmen miteinander zu verbinden. Auch hier ist es dann wiederum möglich, die einzelnen Faserstränge der voneinander verschiedenen Wickelrahmen derart miteinander zu vernähen, dass sie während des Umformvorgangs relativ zueinander lagefixiert positioniert bleiben. In a further preferred embodiment, the fiber strands wound on the winding frame are sewn together after the winding process and / or during the winding process. The sewing itself can be done on the principle of weft and warp threads, which is due to the sewing process or the intrinsic braid a positive positioning of the fiber material sections within the inner area is also obtained during the forming process. In the context of the invention, it is also possible to combine several fiber material blanks on different winding frame by coupling the winding frame to each other. Again, it is then possible to sew the individual fiber strands of mutually different winding frame together so that they remain positioned fixed relative to each other during the forming process.

Das Verfahren wird weiterhin auf einer Bewicklungsvorrichtung zum Bewickeln des Wickelrahmens mit einem Faserstrang durchgeführt. Die Bewicklungsvorrichtung weist Führungsrollen zur Aufnahme des Wickelrahmens auf, wobei der Wickelrahmen durch die Führungsrollen außenseitig umfasst und drehbar gelagert ist. The method is further performed on a winding device for winding the winding frame with a fiber strand. The winding device has guide rollers for receiving the winding frame, wherein the winding frame by the guide rollers comprises the outside and is rotatably mounted.

Insbesondere bei einem rund, ganz besonders bevorzugt bei einem kreisrund ausgeführten Wickelrahmen ist es somit möglich, diesen durch mehrere Führungsrollen, beispielsweise durch drei oder mehr Führungsrollen, außenseitig derart lagefixiert zu umfassen, dass er zwischen den Führungsrollen gehalten wird und gleichzeitig drehbar gelagert ist. In particular, in a round, very particularly preferably in a circular running winding frame, it is thus possible, this fixed in position by a plurality of guide rollers, for example by three or more guide rollers on the outside to include that it is held between the guide rollers and is rotatably supported at the same time.

Zum Ausführen der Drehbewegung ist insbesondere eine Antriebsrolle vorgesehen, wobei der Wickelrahmen über die Antriebsrolle mit einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Antriebsrolle sitzt dann außenseitig und übernimmt gleichzeitig eine Führungsfunktion einer Führungsrolle. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, den Wickelrahmen anderweitig anzutreiben, beispielsweise über einen zentrisch angeordneten Drehantrieb, wobei dann der Innenbereich des Wickelrahmens entsprechende Mittel aufweisen muss, so dass hier eine Drehkraft auf den Rahmen übertragbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, den Wickelrahmen randseitig an seiner Vorderseite und/oder seiner Rückseite derart anzutreiben, dass hier eine Antriebsrolle ansetzbar ist, die mittels einer Haftkraft den Wickelrahmen in seine Drehbewegung versetzt. For carrying out the rotational movement, in particular a drive roller is provided, wherein the winding frame can be driven via the drive roller with a rotational movement. The drive roller then sits on the outside and at the same time assumes a guiding function of a guide roller. In the context of the invention, however, it is also conceivable to drive the winding frame otherwise, for example via a centrally arranged rotary drive, in which case the interior of the winding frame must have corresponding means, so that here a rotational force on the frame is transferable. In the context of the invention, it is also possible to drive the winding frame edge on its front side and / or its back so that here a drive roller can be attached, which puts the winding frame in its rotational movement by means of an adhesive force.

Weiterhin besonders bevorzugt sind die Führungsrollen und/oder die Antriebsrolle translatorisch in radialer Richtung zu dem Wickelrahmen beweglich gelagert. Hierdurch ist es möglich, entsprechend auf die Kontraktion des Wickelrahmens während des Wickelvorgangs zu reagieren, so dass dieser formgenau innerhalb des von den Rollen gebildeten Radius gelagert ist. Ebenfalls ist es möglich, bei translatorischer Bewegung von bis zu mehreren Zentimetern, insbesondere von 20, 30 oder 40 cm jeder einzelnen Rolle Wickelrahmen mit verschiedenen Durchmessern zu bewickeln. So kann beispielsweise ein Wickelrahmen mit einem Innendurchmesser von nur wenigen Zentimetern, beispielsweise 10 oder 20 cm, aber auch ein Wickelrahmen mit einem Durchmesser von 1 oder sogar 2 m auf ein und derselben Bewicklungsvorrichtung bewickelt werden. Furthermore, particularly preferably, the guide rollers and / or the drive roller are mounted in a translatory manner in the radial direction to the winding frame. This makes it possible to respond accordingly to the contraction of the winding frame during the winding process, so that it is mounted dimensionally accurate within the radius formed by the rollers. It is also possible, with translational movement of up to several centimeters, in particular of 20, 30 or 40 cm, to wind each individual roll of winding frames with different diameters. Thus, for example, a winding frame with an inner diameter of only a few centimeters, for example 10 or 20 cm, but also a winding frame with a diameter of 1 or even 2 m on one and the same Bewicklungsvorrichtung be wound.

Die zuvor genannten Merkmale können im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombiniert werden, ohne dabei deren Rahmen zu verlassen. The aforementioned features can be combined as desired within the scope of the invention without departing from their scope.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are part of the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen; 1 a winding frame according to the invention;

2 eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung mit Wickelrahmen; 2 a winding device according to the invention with winding frame;

3a bis f einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen während der Bewicklung; 3a to f a winding frame according to the invention during the winding;

4 eine Detailansicht des Randes des Wickelrahmens; 4 a detailed view of the edge of the winding frame;

5a bis c verschiedene Zahnformen auf dem Rand des Wickelrahmens; 5a to c different tooth shapes on the edge of the winding frame;

6a bis d einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen mit verschiedenen Wickelrichtungen; 6a to d a winding frame according to the invention with different winding directions;

7a bis b einen Wickelrahmen vor und nach der Umformung; 7a to b a winding frame before and after the transformation;

8a bis c einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen während des Umformvorgangs; 8a to c a winding frame according to the invention during the forming process;

9 einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen in einer Querschnittsansicht mit eingewickeltem Kern; 9 a winding frame according to the invention in a cross-sectional view with wrapped core;

10a bis c einen erfindungsgemäßen rechteckigen Wickelrahmen mit verschiedenen Bewicklungen; 10a to c a rectangular winding frame according to the invention with different windings;

11a bis c vier aufeinander gestapelte Wickelrahmen. 11a to c four stacked winding frames.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt. In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen 1 in einer Draufsicht. Der Wickelrahmen 1 weist dabei einen außen umlaufenden Rahmen 2 auf, wobei der Rahmen 2 wiederum einen den Rahmen 2 außen berandenden Rand 3 aufweist. Auf dem Rand 3 sind in Abständen zueinander Zähne 4 angeordnet. Exemplarisch ist ein Faserstrang 5 auf den Wickelrahmen 1 gewickelt, wobei der Faserstrang 5 jeweils am Rand 3 den äußeren Rahmen 2 des Wickelrahmens 1 umfasst und in einem Zahnzwischenraum 6 zur Anlage kommt und dort formschlüssig gehalten wird. Der Wickelrahmen 1 weist ferner eine Vorderseite 7 und eine nicht sichtbare Rückseite auf, wobei die Rückseite auf der der Vorderseite 7 gegenüberliegenden Seite des Wickelrahmens 1 ausgebildet ist. 1 shows a winding frame according to the invention 1 in a top view. The winding frame 1 has an outside surrounding frame 2 on, with the frame 2 turn one's frame 2 outside bordering edge 3 having. On the edge 3 are at intervals to each other teeth 4 arranged. An example is a fiber strand 5 on the winding frame 1 wrapped, the fiber strand 5 each at the edge 3 the outer frame 2 of the winding frame 1 includes and in an interdental space 6 comes to the plant and is held there form-fitting. The winding frame 1 also has a front side 7 and an invisible back on, with the back on the front 7 opposite side of the winding frame 1 is trained.

Der Wickelrahmen 1 weist einen Innenbereich 8 auf, der von dem außen umlaufenden Rahmen 2 eingeschlossen ist. Zwischen dem außen umlaufenden Rahmen 2 ist ein Innendurchmesser 9 ausgebildet, wobei der Wickelrahmen 1 ebenfalls einen Außendurchmesser 10 aufweist, und der Außendurchmesser 10 je nach Anwendungsfall inklusive oder aber exklusive der Zähne 4 zu sehen ist. The winding frame 1 has an interior area 8th on, from the outside surrounding frame 2 is included. Between the outside encircling frame 2 is an inside diameter 9 formed, with the winding frame 1 also an outside diameter 10 has, and the outer diameter 10 depending on the application included or excluding the teeth 4 you can see.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung 11, wobei die Wickelvorrichtung 11 zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Wickelrahmens 1 ausgebildet ist. Hierzu besitzt die Wickelvorrichtung 11 Stützrollen bzw. Führungsrollen 12, die den Wickelrahmen 1 umfangsseitig umfassen. Die Führungsrollen 12 können dabei jeweils in translatorischer Richtung 13 verschoben werden, so dass die Wickelvorrichtung 11 zur Aufnahme von Wickelrahmen 1 mit verschiedenen Außendurchmessern 10 geeignet ist. 2 shows a winding device according to the invention 11 , wherein the winding device 11 for receiving the winding frame according to the invention 1 is trained. For this purpose has the winding device 11 Support rollers or guide rollers 12 that the winding frame 1 include circumferentially. The leadership roles 12 can in each case in translational direction 13 be moved so that the winding device 11 for receiving winding frames 1 with different outside diameters 10 suitable is.

Der Wickelrahmen 1 erfährt eine Drehbewegung 14 um seinen Mittelpunkt 15, so dass ein auf einer Spule 16 bereit gestellter Faserstrang 5 von der Spule 16 abgewickelt wird und auf den Wickelrahmen 1 aufgewickelt wird. Ein Mitführen des Faserstrangs 5 erfolgt aufgrund des formschlüssigen Eingriffs des Faserstrangs 5 in den Zahnzwischenraum 6 der auf dem äußeren Rand 3 des Wickelrahmens 1 angeordneten Zähne 4. The winding frame 1 experiences a rotational movement 14 around its center 15 so one on a spool 16 provided fiber strand 5 from the coil 16 is handled and on the winding frame 1 is wound up. Carrying the fiber strand 5 takes place due to the positive engagement of the fiber strand 5 in the interdental space 6 the one on the outer edge 3 of the winding frame 1 arranged teeth 4 ,

Im Rahmen der Erfindung wird hier dargestellt der Wickelrahmen 1 von einer Antriebsrolle 17 angetrieben, so dass er die Drehbewegung 14 ausführt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Wickelrahmen 1 an seinem Mittelpunkt 15 aufzuhängen und dann auch über den Mittelpunkt 15 anzutreiben, so dass beispielsweise andere Außenkonturen des Wickelrahmens 1 mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsverfahren bewickelbar sind. Beispielsweise sind dies eckige, insbesondere rechteckige, Außenkonturen. Der Wickelrahmen ist dann beispielsweise analog einem Speichenrad aufgebaut. In der Mitte ist eine Nabe angeordnet und der außen umlaufende Felgenkranz, hier der Wickelrahmen, ist über Speichen mit der Nabe verbunden. Die Speichen können selbst aus Fasersträngen ausgebildet sein, so dass die Nabe und der Wickelrahmen aus dem fertig gewickelten Faserwerkstoffrohling problemlos heraustrennbar sind. Ebenfalls können die Speichen aus einem anderen Material ausgebildet sein, das in dem Faserwerkstoffrohling verbleiben kann.In the context of the invention, the winding frame is shown here 1 from a drive roller 17 driven, so he made the rotary motion 14 performs. In the context of the invention, however, it is also possible, the winding frame 1 at its center 15 hang up and then over the center 15 to drive so that, for example, other outer contours of the winding frame 1 be wound with the winding method according to the invention. For example, these are angular, in particular rectangular, outer contours. The winding frame is then constructed, for example, analogous to a spoked wheel. In the middle of a hub is arranged and the outer circumferential rim, here the winding frame, is connected via spokes to the hub. The spokes may themselves be formed of fiber strands, so that the hub and the winding frame are easily separable from the finished wound fiber material blank. Also, the spokes may be formed of a different material that may remain in the fiber material blank.

3a bis f zeigen einen erfindungsgemäßen Wicklungsvorgang auf den erfindungsgemäßen Wickelrahmen 1. Zunächst wird ein freies Ende 18 des Faserstrangs 5 an dem Wickelrahmen 1 befestigt. Anschließend wird der Wickelrahmen 1 in eine Drehbewegung 14 versetzt und wickelt somit den Faserstrang 5 von der Spule 16 ab und auf den Wickelrahmen 1 auf. Hierzu wird die Spule 16 von einer Vorderseite 7 des Wickelrahmens 1 in Richtung 21 zu einer Rückseite 19 des Wickelrahmens 1 bewegt, wobei die Rückseite 19 auf der der Vorderseite 7 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Dabei kommt der Faserstrang 5 in einem Zahnzwischenraum 6 auf dem äußeren Rand 3 des Wickelrahmens 1 zum formschlüssigen Eingriff. 3a to f show a winding process according to the invention on the winding frame according to the invention 1 , First, a free end 18 of the fiber strand 5 on the winding frame 1 attached. Subsequently, the winding frame 1 in a rotary motion 14 offset and thus wound the fiber strand 5 from the coil 16 off and on the winding frame 1 on. This is the coil 16 from a front side 7 of the winding frame 1 in the direction 21 to a back 19 of the winding frame 1 moved, with the back 19 on the front 7 is arranged opposite side. Here comes the fiber strand 5 in a tooth space 6 on the outer edge 3 of the winding frame 1 for positive engagement.

Im Anschluss daran erfährt der Wickelrahmen 1 gemäß 3b eine weitere Drehbewegung 14, wobei die Drehbewegung 14 sukzessive aufeinander folgend ausgeführt werden kann oder aber kontinuierlich. Hierdurch wickelt sich der Faserstrang 5 weiter von der Spule 16 ab und auf den Wickelrahmen 1 auf. Damit ein in Form eines Rovings, also eines unverdrehten, nebeneinander liegenden Faserstranges 5, keine ungewollte Verdrehung in sich und somit eine Schwächung des später herzustellenden Faserverbundwerkstoffbauteils erfährt, wird die Spule 16 in Rotationsrichtung 20 um ihre Hochachse H gedreht, so dass ein gleichmäßig flächiges Bespannen des Wickelrahmens 1 mit dem Faserstrang 5 erfolgen kann. Afterwards learn the winding frame 1 according to 3b another rotation 14 , where the rotational movement 14 can be successively performed consecutively or continuously. As a result, the fiber strand wound 5 further from the coil 16 off and on the winding frame 1 on. So that in the form of a roving, so an untwisted, adjacent fiber strand 5 , no unwanted twist in and thus a weakening of the fiber composite component to be produced later learns, the coil 16 in the direction of rotation 20 rotated about its vertical axis H, so that a uniform flat covering of the winding frame 1 with the fiber strand 5 can be done.

In 3c und d dargestellt wird die Spule 16 wieder von der Rückseite 19 des Wickelrahmens 1 auf die Vorderseite 7 in Richtung 21 bewegt, so dass wieder an einem weiteren Zahnzwischenraum 6 der Faserstrang 5 zur formschlüssigen Anlage kommt und somit der Wickelrahmen 1 weiter bewickelt wird. Dieser Schritt ist überführend dargestellt in 3d. In 3c and d represents the coil 16 again from the back 19 of the winding frame 1 on the front 7 in the direction 21 moved, so again at another interdental space 6 the fiber strand 5 comes to the positive attachment and thus the winding frame 1 continues to be wound. This step is convincingly illustrated in 3d ,

Gemäß 3e wird dann die Spule 16 wiederum um eine Rotationsrichtung 20 um ihre Hochachse H gedreht, wobei die Rotationsrichtung 20 gemäß 3e der Rotationsrichtung 20 gemäß 3b und c entgegengesetzt ist. Hierdurch wird, wie bereits eingangs erwähnt, ein Verdrehen des Faserstrangs 5 verhindert. Die Spule 16 wird dann in 3f dargestellt wieder von einer Vorderseite 7 des Wickelrahmens 1 zu einer Rückseite 19 des Wickelrahmens 1 in Richtung 21 bewegt, so dass wiederum ein erneuter formschlüssiger Eingriff in einem Zahnzwischenraum 6 durch den Faserstrang 5 erfolgt. According to 3e then becomes the coil 16 turn around a direction of rotation 20 rotated about its vertical axis H, with the direction of rotation 20 according to 3e the direction of rotation 20 according to 3b and c is opposite. As a result, as already mentioned, a twisting of the fiber strand 5 prevented. The sink 16 will be in 3f shown again from a front side 7 of the winding frame 1 to a back 19 of the winding frame 1 in the direction 21 moves, so that in turn a re-positive engagement in a tooth space 6 through the fiber strand 5 he follows.

4 zeigt eine Detailansicht des Rahmens 2, wobei der Rahmen 2 auf seinem äußeren Rand 3 umlaufend Zähne 4 angeordnet hat. Zwischen den Zähnen 4 ist der Zahnzwischenraum 6 ausgebildet, wobei zwei Zähne 4 zueinander einen Abstand 22 zueinander aufweisen. Wie hier dargestellt, sind es die Zahnspitzen 23, die einen entsprechenden Abstand 22 zueinander aufweisen, im Rahmen der Erfindung können die Zähne 4 jedoch auch rechteckig konfiguriert sein, so dass dann der Abstand 22 von einer Zahnflanke 24 zur nächsten Zahnflanke 24 zu sehen ist. Bei den hier dargestellten spitzen Zähnen 4 ist in den Zahnzwischenräumen 6 ein Talbereich 25 ausgebildet. In dem Talbereich 25 legt sich der Faserstrang 5 derart an, dass er seine ursprüngliche Breite 26 im Wesentlichen beibehält, jedoch nicht verdreht oder verdrillt wird. Hierdurch wird ein flächiges Anliegen des Faserstranges 5 auf der hier dargestellten Vorderseite 7, aber auch auf der Rückseite 19 des Wickelrahmens 1 über den Talbereich 25 hinweg gewährleistet. 4 shows a detailed view of the frame 2 , where the frame 2 on its outer edge 3 encircling teeth 4 has arranged. Between the teeth 4 is the interdental space 6 formed, with two teeth 4 to each other a distance 22 to each other. As shown here, it is the tooth tips 23 that have a corresponding distance 22 to each other, in the invention, the teeth 4 however, also be configured rectangular, so then the distance 22 from a tooth flank 24 to the next tooth flank 24 you can see. In the pointed teeth shown here 4 is in the interdental spaces 6 a valley area 25 educated. In the valley area 25 the fiber strand settles 5 such that it is its original width 26 essentially retains, but is not twisted or twisted. As a result, a flat concern of the fiber strand 5 on the front shown here 7 but also on the back 19 of the winding frame 1 over the valley area 25 ensured.

5a bis c zeigen verschiedene Ausführungsvarianten der Zähne 4 auf dem Rahmen 2. 5a zeigt spitz zulaufende Zähne 4 mit Zahnspitzen 23, wobei zwischen den Zähnen 4 ein Talbereich 25 ausgebildet ist. Die Zahnspitzen 23 weisen jeweils einen Abstand 22 zueinander auf. 5b zeigt Zähne 4, die eine säbelartige oder aber haifischflossenartige Krümmung aufweisen, wobei sich zwischen den Zähnen 4 ebenfalls ein Talbereich 25 ausbildet. Die Spitzen der Zähne 4 weisen wiederum einen Abstand 22 zueinander auf. Die Ausführungsvariante gemäß 5c zeigt zwei spitz zulaufende Zähne 4, wobei die Zähne 4 jeweils eine Zahnspitze 23 aufweisen. Zwischen den zwei Zähnen 4 erstreckt sich ein Abstand 27 auf dem Rand 3, so dass in der Breite des Abstandes 27 eine auf dem Rand im Wesentlichen gerade Auflagefläche für den nicht näher dargestellten Faserstrang erfolgt. 5a to c show different variants of the teeth 4 on the frame 2 , 5a shows pointed teeth 4 With tooth tips 23 , being between the teeth 4 a valley area 25 is trained. The tooth tips 23 each have a distance 22 to each other. 5b shows teeth 4 which have a saber-like or shark-fin-like curvature, extending between the teeth 4 also a valley area 25 formed. The tips of the teeth 4 again have a distance 22 to each other. The embodiment according to 5c shows two tapered teeth 4 , where the teeth 4 one tooth tip each 23 exhibit. Between the two teeth 4 extends a distance 27 on the edge 3 so that in the width of the distance 27 a substantially straight on the edge support surface for the fiber strand, not shown, takes place.

6a bis d zeigen verschiedene Bewicklungsmuster eines erfindungsgemäßen Wickelrahmens 1 mit einem Faserstrang 5. Gemäß 6a ist der Wickelrahmen 1 mit dem Faserstrang 5 in unidirektionaler Richtung 28 aufgewickelt. Dies bedeutet, dass alle Faserstränge 5 in eine Richtung orientiert sind, also parallel zueinander verlaufen. Die Bewicklung kann derart erfolgen, dass sich zwischen den Fasersträngen 5, wie hier dargestellt, ein Zwischenraum 29 ergibt, die Faserstränge 5 können jedoch auch so dicht auf den Wickelrahmen 1 gewickelt sein, dass sie ohne Zwischenraum 29 nebeneinander oder aber teilweise überlappend angeordnet sind. Im Innenbereich 8 des Wickelrahmens 1 entsteht somit ein im Wesentlich flächig ausgebildeter Faserwerkstoffrohling 30. 6a to d show various Bewicklungsmuster a winding frame according to the invention 1 with a fiber strand 5 , According to 6a is the winding frame 1 with the fiber strand 5 in unidirectional direction 28 wound. This means that all fiber strands 5 are oriented in one direction, ie parallel to each other. The winding can be made such that between the fiber strands 5 , as shown here, a gap 29 yields the fiber strands 5 However, they can also be so close to the winding frame 1 be wrapped that without gap 29 are arranged side by side or partially overlapping. Indoor 8th of the winding frame 1 Thus, a substantially flat trained fiber material blank arises 30 ,

Gemäß der 6b ist eine Bewicklung in zwei unidirektionale Richtungen 28 möglich, wobei dann die zwei unidirektionalen Richtungen 28 in einem Winkel α zueinander angeordnet sind. Hier dargestellt ist ein Winkel α von im Wesentlichen 90°, es ist jedoch auch jede beliebige Winkellage der zwei unidirektionalen Richtungen 28 zueinander möglich. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, 3, 4 oder mehr unidirektionale Richtungen 28 auszubilden. Auch hier ergeben sich Zwischenräume 29, die je nach Art der Bewicklung, Dichte des Faserstrangs 5 und Materials als Freiräume ausgebildet sein können oder aber auch durch ein direktes benachbartes Anliegen der Faserstränge 5 zueinander gefüllt sein können. According to the 6b is a winding in two unidirectional directions 28 possible, in which case the two unidirectional directions 28 are arranged at an angle α to each other. Shown here is an angle α of substantially 90 °, but it is also any angular position of the two unidirectional directions 28 possible to each other. Within the scope of the invention it is also possible to use 3, 4 or more unidirectional directions 28 train. Again, there are gaps 29 Depending on the type of winding, density of the fiber strand 5 and materials may be formed as free spaces or by a direct adjacent concerns of the fiber strands 5 can be filled to each other.

6c zeigt eine weitere Ausführungsvariante als Bewicklungsmöglichkeit des Wickelrahmens 1, wobei hier die Fasern unidirektional übereinander gelegt sind. D. h. die Fasern von Vorderseite 7 und Rückseite des Wickelrahmens 1 sind jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet, so dass sich ein entsprechend mehrdirektionales Geflecht für den im Innenbereich des Wickelrahmens 1 ergebenden Faserwerkstoffrohlings einstellt. Die Dichte des Fasermaterials ist, in 6c gut erkennbar, steuerbar, so dass ein Innenteil 31 gänzlich freibleibend ist und sich von dem Innenteil 31 zu dem äußeren Rand 3 erstreckend verschiedene Faserdichten einstellen. 6c shows a further embodiment variant as Bewicklungsmöglichkeit the winding frame 1 , where the fibers are laid one above the other unidirectionally. Ie. the fibers from the front 7 and back of the winding frame 1 are each arranged at an angle to each other, so that a corresponding mehrdirektionales braid for the inside of the winding frame 1 resulting fiber material blank sets. The density of the fiber material is, in 6c easily recognizable, controllable, leaving an inner part 31 is completely subject to change and away from the inner part 31 to the outer edge 3 extending different fiber densities.

Gemäß der Ausführung in 6d ist der Wickelrahmen 1 derart exzentrisch mit dem Faserwerkstoff umwickelt worden, dass zwar ein Innenteil 31 gleich bleibend zu 6c freibleibt, jedoch die Faserdichte sich zu einer Seite hin verlagert und auch dort konzentriert. Mit einem solch hergestellten Faserwerkstoffrohling ist es beispielsweise möglich, ein nicht näher dargestelltes, U-förmiges Faserwerkstoffverbundbauteil herzustellen, das dann in dem Bereich der höchsten Dichte seine höchste Festigkeit hat und beispielsweise zwei Ausleger mit geringeren Festigkeitsanforderungen aufweist. Der so in 6d dargestellte Faserwerkstoffrohling ist optimal an das herzustellende Faserwerkstoffverbundbauteil angepasst, so dass wenig Verschnitt beim Herstellungsprozess auftaucht. According to the execution in 6d is the winding frame 1 so eccentrically wrapped with the fiber material, that although an inner part 31 consistent too 6c remains free, but the fiber density shifts to one side and also concentrated there. With a fiber material blank produced in this way, it is possible, for example, to produce a U-shaped fiber composite component which is not shown in more detail, which then has its highest strength in the region of highest density and has, for example, two cantilevers with lower strength requirements. The so in 6d illustrated fiber material blank is optimally adapted to the fiber composite material component to be produced, so that little waste occurs in the manufacturing process.

7a zeigt ein auf einem Wickelrahmen 1 hergestellten Faserwerkstoffrohling 30, der gemäß 7b zu einem Faserwerkstoffverbundbauteil 32 umgeformt wurde. Der Winkelrahmen 1 des Faserwerkstoffrohlings 30 gemäß 7a weist einen Außendurchmesser 10 auf, der größer ist als der Außendurchmesser 33 des Wickelrahmens 1 des Faserwerkstoffverbundbauteils 32 nach dem Umformen. Dies erfolgt aufgrund einer Kontraktion 34 von allen Seiten zur gezielten Nachführung der in dem Faserverbundwerkstoffbauteil 32 ausgebildeten Faserorientierung. Durch die Wahl eines elastisch verformbaren Wickelrahmens 1, der entweder als verlorener Wickelrahmen 1 oder aber nach dem Ausschneiden des Faserverbundwerkstoffbauteils 32 aus dem Wickelrahmen 1 wieder verwendet werden kann wird erreicht, dass der Der Wickelrahmen 1 somit während des Umformvorgangs als Spannrahmen dient. 7a shows one on a winding frame 1 manufactured fiber material blank 30 which according to 7b to a fiber composite material component 32 was reshaped. The angle frame 1 of the fiber material blank 30 according to 7a has an outer diameter 10 on, which is larger than the outer diameter 33 of the winding frame 1 of the fiber composite material component 32 after forming. This is due to a contraction 34 from all sides for targeted tracking of the in the fiber composite component 32 trained fiber orientation. By choosing an elastically deformable winding frame 1 , either as a lost winding frame 1 or after cutting out the fiber composite component 32 from the winding frame 1 can be used again that is the The winding frame 1 thus serves as a clamping frame during the forming process.

Ebenfalls dargestellt ist dieses in 8a bis c, die den Umformprozess eines Faserwerkstoffrohlings 30, welcher auf einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen 1 gewickelt ist, darstellt. Hierzu wird der Faserwerkstoffrohling 30 gemäß 8 in ein Umformwerkzeug 35 eingelegt und positioniert. Anschließend wird das Umformwerkzeug 35 geschlossen, so dass sich der einen Außendurchmesser 10 aufweisende Wickelrahmen 1 kontrahiert 34 und dabei ein gezieltes Nachführen der Fasern des Faserwerkstoffrohlings 30 in den Formhohlraum 36 ermöglicht. So wird auch im Bereich mit lokalen hohen Umformgraden 37 eine gezielte Faserausrichtung innerhalb des Umformwerkzeugs 35 durch den erfindungsgemäßen Wickelrahmen 1 ermöglicht. Also shown is this in 8a to c, the forming process of a fiber material blank 30 , which on a winding frame according to the invention 1 is wound. For this purpose, the fiber material blank 30 according to 8th in a forming tool 35 inserted and positioned. Subsequently, the forming tool 35 closed so that the one outside diameter 10 having winding frames 1 contracts 34 and doing a targeted tracking of the fibers of the fiber material blank 30 into the mold cavity 36 allows. So is also in the area with local high degrees of deformation 37 a targeted fiber orientation within the forming tool 35 through the winding frame according to the invention 1 allows.

Nach Abschluss des Umformverfahrens, dargestellt in 8c, weist der Wickelrahmen 1 einen gegenüber dem ursprünglichen Außendurchmesser 10 verringerten Außendurchmesser 33 auf. Der kontrahierte bzw. verringerte Außendurchmesser 33 ist jedoch derart dimensioniert, dass ein sich dadurch einstellender Innendurchmesser 9 des Wickelrahmens 1 größer ist als ein Außendurchmesser 38 des Umformwerkzeugs 35. Hier ist jedoch erfindungsgemäß innerhalb des Produktionsprozesses abzustimmen, dass der sich während der Umformung einstellende Innendurchmesser 9 des Rahmens nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser 38 des Umformwerkzeugs 35, so dass möglichst geringer Verschnitt bzw. wenig Produktionsreste anfallen. After completion of the forming process, presented in 8c , shows the winding frame 1 one opposite the original outer diameter 10 reduced outside diameter 33 on. The contracted or reduced outer diameter 33 However, it is dimensioned such that an thereby adjusting inner diameter 9 of the winding frame 1 larger than an outer diameter 38 of the forming tool 35 , Here, however, according to the invention, it is necessary to coordinate within the production process that the inner diameter which is established during the forming process 9 of the frame is only slightly larger than the outer diameter 38 of the forming tool 35 , so that the lowest possible waste or little production residues incurred.

In 9 ist ein erfindungsgemäßer Faserwerkstoffrohling 30 dargestellt, wobei der Faserwerkstoffrohling 30 auf einen erfindungsgemäßen Wickelrahmen 1 gewickelt ist. Der Wickelrahmen 1 weist dazu eine Vorderseite 7 und eine Rückseite 19 auf, wobei jeweils um den Rand 3 des Rahmens 2 die Faserstränge 5 gewickelt worden sind. Hierdurch ergibt sich auf der Vorderseite 7 eine erste Lage L1 und auf der Rückseite 19 eine zweite Lage L2, mithin ein zweilagiger Faserwerkstoffrohling 30. Zwischen den Lagen L1 und L2 ist ein Kern 39 eingewickelt worden, wobei der Kern 39 beispielsweise aus einem Füllkörper oder aber auch aus einem Harzmaterial oder aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein kann. Der Kern 39 kann dann während des Umformprozesses als Füllkörper zur Formgebung dienen oder aber auch durch ein Aufschmelzen des Harzes für eine homogene Matrixharzverteilung innerhalb des Faserverbundwerkstoffbauteils genutzt werden. In 9 is a fiber material blank according to the invention 30 represented, wherein the fiber material blank 30 on a winding frame according to the invention 1 is wound. The winding frame 1 has a front side 7 and a back 19 on, each one around the edge 3 of the frame 2 the fiber strands 5 have been wound. This results on the front 7 a first layer L1 and on the back 19 a second layer L2, thus a two-ply fibrous material blank 30 , Between the layers L1 and L2 is a core 39 been wrapped, the core 39 for example, from a filler or even from a resin material or from a plastic material may be formed. The core 39 can then serve during the forming process as a filler for shaping or else be used by a melting of the resin for a homogeneous matrix resin distribution within the fiber composite component.

10a bis c zeigen einen Wickelrahmen 1 mit einer rechteckigen Kontur, wobei innerhalb des Wickelrahmens 1 der Faserwerkstoffrohling 30 mit ebenfalls rechteckiger Kontur ausgebildet ist. Auch der Wickelrahmen 1 mit rechteckiger Kontur weist einen umlaufenden Rahmen 2 mit einem äußeren Rand 3 auf, wobei auf dem Rand 3 Zähne 4 angeordnet sind. Ebenfalls ist der rechteckig konfigurierte Wickelrahmen 1 durch zwei unidirektionale Faserrichtungen 28 umwickelt, wobei die zwei unidirektionalen Faserrichtungen 28 einen Winkel α zueinander aufweisen, hier dargestellt einen in etwa rechteckigen Winkel α. In 10c ist der rechteckig konfigurierte Wickelrahmen 1 in nur einer unidirektionalen Richtung 28 mit einem Faserstrang 5 bewickelt worden. 10a to c show a winding frame 1 with a rectangular contour, being inside the winding frame 1 the fiber material blank 30 is also formed with a rectangular contour. Also the winding frame 1 with rectangular contour has a circumferential frame 2 with an outer edge 3 on, being on the edge 3 teeth 4 are arranged. Also is the rectangular configured winding frame 1 by two unidirectional fiber directions 28 wrapped, the two unidirectional fiber directions 28 have an angle α to each other, here shown an approximately rectangular angle α. In 10c is the rectangular configured winding frame 1 in only one unidirectional direction 28 with a fiber strand 5 been wound.

11a bis c zeigen hier dargestellt jeweils 4 Wickelrahmen 1, die übereinander positioniert werden und somit dargestellt in 11c einen aus 4 übereinander gestapelten Wickelrahmen 1 in deren Innenbereich 8 ausgebildeten Faserwerkstoffrohling 30 bereit stellen. Jeder der 4 Wickelrahmen 1 weist hierzu in dem Ausführungsbeispiel gemäß 11b eine unidirektionale Ausrichtung 28 der auf ihn gewickelten Faserstränge 5 auf. Hierdurch ergibt sich ein Faserwerkstoffrohling 30 gemäß 11c, der 8 Lagen mit 4 unidirektionalen Faserausrichtungen 28 aufweist, wobei jeweils 2 benachbarte Lagen auf einen Wickelrahmen 1 die gleiche Faserausrichtung aufweisen. Durch Kombination mit verschiedensten Faserausrichtungen, beispielsweise multidirektional oder aber omnidirektional ausgerichteten Fasern, oder aber auch gemäß 6d exzentrisch angeordneten Faserdichten lässt sich so jeweils beliebig ein Faserwerkstoffrohling 30 für das herzustellende Faserverbundwerkstoffbauteil optimal bereitstellen. 11a to c show here shown 4 winding frames 1 , which are positioned one above the other and thus shown in 11c one of 4 stacked winding frame 1 in their interior 8th trained fiber material blank 30 provide. Each of the 4 winding frames 1 has this in the embodiment according to 11b a unidirectional orientation 28 the fiber strands wound on it 5 on. This results in a fiber material blank 30 according to 11c , the 8 layers with 4 unidirectional fiber orientations 28 each having two adjacent layers on a winding frame 1 have the same fiber orientation. By combination with a wide variety of fiber orientations, such as multidirectional or omnidirectional oriented fibers, or according to 6d eccentrically arranged fiber densities can thus be arbitrarily a fiber material blank 30 optimally provide for the fiber composite component to be produced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Wickelrahmenwinding frame
2 2: Rahmenframe
3 3: Randedge
4 4: Zähneteeth
5 5: Faserstrangtow
6 6: ZahnzwischenraumInterdental
7 7: Vorderseite zu 1 Front to 1
8 8th: Innenbereich zu 1 Interior too 1
9 9: Innendurchmesser zu 2 Inner diameter too 2
1010: Außendurchmesser zu 2 Outside diameter too 2
1111: Wickelvorrichtung winder
1212: Führungsrollen guide rollers
1313: tanslatorische Richtung tanslatorische direction
1414: Drehbewegung rotary motion
1515: Mittelpunkt zu 1 Center point too 1
1616: Spule Kitchen sink
1717: Antriebsrolle capstan
1818: freies Ende zu 5 free end too 5
1919: Rückseite back
2020: Rotationsrichtung zu 16 Direction of rotation 16
2121: Bewegung der Spule von 7 zu 19 bzw. von 19 zu 7 Moving the coil from 7 to 19 or from 19 to 7
2222: Abstand von 4 zu 4 Distance from 4 to 4
2323: Zahnspitzen tooth tips
2424: Zahnflanken tooth flanks
2525: Talbereich valley
2626: Breite zu 5 Width too 5
2727: Abstand von 5 auf 3 Distance from 5 on 3
2828: unidirektionale Ausrichtung unidirectional alignment
2929: Zwischenraum gap
3030: Faserwerkstoffrohling Fiber material blank
3131: Innenteil inner part
3232: Faserwerkstoffverbundbauteil Fiber material composite component
3333: Außendurchmesser zu 2 nach UmformenOutside diameter too 2 after forming
3434: Kontraktion contraction
3535: Umformwerkzeug forming tool
3636: Formhohlraum mold cavity
3737: lokal hoher Umformgrad locally high degree of deformation
3838: Außendurchmesser zu 35 Outside diameter too 35
3939: Kern core
α α: Winkelangle
L1L1: erste Lage first location
L2L2: zweite Lage second location
H H: Hochachsevertical axis

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserwerkstoffrohlings (30), insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugbauteils, wobei ein Faserstrang (5) auf einen Rahmen (2) gewickelt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Wickelrahmens (1), wobei der Wickelrahmen (1) auf seinem äußeren Rand (3) umlaufend abstehende Fortsätze, insbesondere Zähne (4) aufweist, – Einlegen des Wickelrahmens (1) in eine Bewicklungsvorrichtung, wobei der Wickelrahmen (1) in der Bewickelungsvorrichtung drehbar gelagert wird, – Koppeln eines auf einem Wickelkörper bereitgestellten Faserstranges (5) an den Wickelrahmen (1), – Ausführen einer Drehbewegung (14) des Wickelrahmens (1), wobei der Faserstrang (5) durch die Fortsätze mitgenommen wird und sich so flächig über einen Innenbereich (8) des Wickelrahmens (1) erstreckend auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird, wobei der Faserwerkstoffrohling (30) durch Umwickeln des Wickelrahmens (1) zweilagig erzeugt wird, wobei eine erste Lage (L1) auf einer Vorderseite (7) des Wickelrahmens (1) ausgebildet wird und eine zweite Lage (L2) an einer Rückseite (19) des Wickelrahmens (1) ausgebildet wird, – Entnahme des auf dem Wickelrahmen (1) hergestellten Faserwerkstoffrohlings (30).Method for producing a fiber material blank ( 30 ), in particular for the production a vehicle component, preferably a motor vehicle component, wherein a fiber strand ( 5 ) on a frame ( 2 ), characterized by the following method steps: - providing a winding frame ( 1 ), whereby the winding frame ( 1 ) on its outer edge ( 3 ) circumferentially protruding extensions, in particular teeth ( 4 ), - inserting the winding frame ( 1 ) in a winding device, wherein the winding frame ( 1 ) is rotatably mounted in the winding device, - coupling a fiber strand provided on a winding body ( 5 ) to the winding frame ( 1 ), - performing a rotary movement ( 14 ) of the winding frame ( 1 ), wherein the fiber strand ( 5 ) is taken through the extensions and so flat over an interior area ( 8th ) of the winding frame ( 1 ) extending on the winding frame ( 1 ), wherein the fiber material blank ( 30 ) by wrapping the winding frame ( 1 ) is produced in two layers, wherein a first layer (L1) on a front side (L1) 7 ) of the winding frame ( 1 ) is formed and a second layer (L2) on a rear side ( 19 ) of the winding frame ( 1 ), - removal of the on the winding frame ( 1 ) produced fiber material blank ( 30 ).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze Zähne (4) sind und/oder dass der Wickelkörper eine Spule (16) ist. A method according to claim 1, characterized in that the extensions teeth ( 4 ) and / or that the winding body is a coil ( 16 ).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper, insbesondere die Spule (16) während des Wickelvorganges von einer Seite der durch den Wickelrahmen (1) verlaufenden Mittelebene auf die andere Seite der Mittelebene bewegt wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the winding body, in particular the coil ( 16 ) during the winding process from one side of the through the winding frame ( 1 ) extending median plane is moved to the other side of the median plane.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper, insbesondere die Spule (16) bei Seitenwechsel eine Drehbewegung (14) um ihre Hochachse (H) erfährt, vorzugsweise ist die Hochachse (H) im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittellängsachse der Wickelkörper, insbesondere die Spule (16) ausgerichtet, insbesondere wird eine Drehbewegung (14) um 180 Grad durchgeführt. A method according to claim 2, characterized in that the winding body, in particular the coil ( 16 ) a rotational movement when changing sides ( 14 ) experiences about its vertical axis (H), preferably, the vertical axis (H) is substantially perpendicular to a central longitudinal axis of the winding body, in particular the coil ( 16 ), in particular a rotational movement ( 14 ) performed 180 degrees.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang (5) in einem Zahnzwischenraum (6) zwischen zwei Zähnen (4) formschlüssig gehalten wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber strand ( 5 ) in a tooth space ( 6 ) between two teeth ( 4 ) is held positively.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung der auf den Wickelrahmen (1) gewickelten Faserstränge (5) durch Einstellen der Wickelkraft und/oder durch Wahl der Elastizität des Wickelrahmens (1) eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tensile stress on the winding frame ( 1 ) wound fiber strands ( 5 ) by adjusting the winding force and / or by selecting the elasticity of the winding frame ( 1 ) is set.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenbereich (8) ein Faserwerkstoffrohling (30) mit unidirektional, vorzugsweise parallel orientierten Fasersträngen (5) hergestellt wird und/oder dass im Innenbereich (8) ein Faserwerkstoffrohling (30) mit multidirektional orientierten Fasersträngen (5) hergestellt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the interior ( 8th ) a fiber material blank ( 30 ) with unidirectional, preferably parallel oriented fiber strands ( 5 ) and / or that indoors ( 8th ) a fiber material blank ( 30 ) with multidirectionally oriented fiber strands ( 5 ) will be produced.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorimprägnierter Faserstrang (5) auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird und/oder dass der auf den Wickelrahmen (1) gewickelte Faserstrang (5) während des Wickelvorganges imprägniert wird, insbesondere durch ein Tauchbad und/oder eine Sprühvorrichtung.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a preimpregnated fiber strand ( 5 ) on the winding frame ( 1 ) and / or that on the winding frame ( 1 ) wound fiber strand ( 5 ) is impregnated during the winding process, in particular by a dip bath and / or a spray device.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Faserstränge (5) gleichzeitig auf den Wickelrahmen (1) gewickelt werden, insbesondere werden drei oder mehr Faserstränge (5) auf den Wickelrahmen (1) gewickelt und/oder dass zwei oder mehr Faserstränge (5) auf den Wickelrahmen (1) gewickelt werden, wobei die Wickelvorgänge der Faserstränge (5) in zeitlichen Abständen zueinander erfolgen. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that two fiber strands ( 5 ) at the same time on the winding frame ( 1 ), in particular three or more fiber strands ( 5 ) on the winding frame ( 1 ) and / or that two or more fiber strands ( 5 ) on the winding frame ( 1 ), wherein the winding processes of the fiber strands ( 5 ) take place at intervals from one another.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserstrang (5) in Form eines Rovings auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird und/oder dass ein Faserstrang (5) in Form von verdrillten Fasern auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that a fiber strand ( 5 ) in the form of a roving on the winding frame ( 1 ) and / or that a fiber strand ( 5 ) in the form of twisted fibers on the winding frame ( 1 ) is wound.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserstrang (5) aus Carbonfasern und/oder Glasfasern und/oder Basaltfasern und/oder Aramidfasern und/oder Metallfasern auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that a fiber strand ( 5 ) of carbon fibers and / or glass fibers and / or basalt fibers and / or aramid fibers and / or metal fibers on the winding frame ( 1 ) is wound.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern (39) zumindest bereichsweise im Innenbereich (8) des Wickelrahmens (1) eingewickelt wird und/oder dass eine Folie mindestens in eine Lage des herzustellenden Faserwerkstoffrohlings (30) eingewickelt wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that a core ( 39 ) at least partially in the interior ( 8th ) of the winding frame ( 1 ) is wrapped and / or that a film at least in one layer of the fiber material blank ( 30 ) is wrapped.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfang eines Faserstranges (5) an dem Wickelrahmen (1) gekoppelt wird, vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder dass ein Ende des Faserstranges (5) an den Wickelrahmen (1) und/oder an den Faserwerkstoffrohling (30) gekoppelt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that a beginning of a fiber strand ( 5 ) on the winding frame ( 1 ) is coupled, preferably positively and / or cohesively and / or that one end of the fiber strand ( 5 ) to the winding frame ( 1 ) and / or to the fiber material blank ( 30 ) is coupled.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang (5) derart auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird, dass sich in dem flächig herzustellenden Faserwerkstoffrohling (30) ein Flächenbereich mit zu benachbarten Flächenbereichen höherer Faserdichte ergibt. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the fiber strand ( 5 ) on the winding frame ( 1 ) is wound, that in the fiber material blank ( 30 ) results in a surface area with adjacent areas of higher fiber density.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserwerkstoff mit einem Härtermaterial versehen wird und anschließend auf den Wickelrahmen (1) gewickelt wird, wobei der zu dem Faserwerkstoffrohling (30) gewickelte Faserwerkstoff durch das Härtermaterial in Form gehalten wird, insbesondere wird nach Aushärten des Härtermaterials der Wickelrahmen (1) entfernt.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the fiber material is provided with a hardening material and then on the winding frame ( 1 ) is wound, wherein the to the fiber material blank ( 30 ) wound fiber material is held by the hardener material in the form, in particular after hardening of the hardener material of the winding frame ( 1 ) away.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelrahmen (1) durch das Bewickeln in seinem Außendurchmesser verkleinert wird, vorzugsweise durch elastische Deformation des Rahmenmaterials.Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the winding frame ( 1 ) is reduced in size by the winding in its outer diameter, preferably by elastic deformation of the frame material.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelrahmen (1) während des Wickelvorganges nur in eine Richtung gedreht wird oder dass der Wickelrahmen (1) während des Wickelvorganges zeitlich aufeinanderfolgend in zwei entgegengesetzte Richtungen gedreht wird, vorzugsweise erfolgt mehrfach ein Richtungswechsel der Drehbewegung.Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the winding frame ( 1 ) is rotated during the winding process in one direction only or that the winding frame ( 1 ) is rotated in succession in two opposite directions during the winding process, preferably a change of direction of the rotational movement takes place several times.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Wickelrahmen (1) gewickelten Faserstränge (5) nach dem Wickelvorgang und/oder während des Wickelvorganges miteinander vernäht werden.Method according to one of claims 1 to 17, characterized in that on the winding frame ( 1 ) wound fiber strands ( 5 ) are sewn together after the winding process and / or during the winding process.