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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers sowie einen Hohlkörper.
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Um ein Rohr aus Kunststoff zu stabilisieren, können unterschiedliche Methoden verwendet werden. So ist es möglich, ein zu stabilisierendes Rohr mit einer Glasfaserverstärkung zu umwickeln. Außerdem ist denkbar, ein gewickeltes thermoplastischen Rohr herzustellen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 059 817 A1 ist ein gewickeltes glasfaserverstärktes Kunststoffrohr bekannt, das mehrschichtig aufgebaut ist und eine Kernschicht umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Kernschicht aus zumindest einem Polyesterharz-Gemisch, Sand, Glasfasern und gegebenenfalls Additiven gebildet ist, wobei das Polyesterharz-Gemisch ein Gemisch aus einem Polyesterharz, einem Füllstoff und gegebenenfalls Additiven ist.
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Ein Kunststoffformteil mit einer Konstruktionsstruktur ist aus der Druckschrift
WO 1998/015404 A1 bekannt, wobei das Kunststoffformteil die tragende Konstruktionsstruktur aufweist, die teilweise oder ganz von einer das Kunststoffformteil bildenden Polymermasse umgeben ist. Die tragende Konstruktionsstruktur besteht dabei aus mehreren miteinander verbundenen hochfesten, endlosfaserverstärkten Strukturelementen. Hiermit können auf einfache und kostengünstige Art Gebilde verschiedenster Formgebung, bspw. Behälter, Tanks, Fahrzeugzellen usw., hergestellt werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Rohrs, das mindestens eine gewickelte Lage aus thermoplastischem Kunststoff enthält, ist aus der Druckschrift
DE 38 30 627 A1 bekannt. Hierbei besteht die gewickelte Lage aus einem im Querschnitt rhombischen oder rechteckigen Hohlkammerprofil, das nach Erreichen der Formstabilität auf der Innenseite und an seinen Seitenflächen plastifiziert und auf die ebenfalls plastifizierte Außenschicht eines Innenrohrs gewickelt wird, wobei die Seitenflächen benachbarter Stränge des Hohlkammerprofils miteinander verschmolzen werden.
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Ein in der Druckschrift
DE 10 2011 113 554 A1 beschriebenes Rohr umfasst Fasern, die von Ende zu Ende des Rohrs um eine äußere Fläche derart herumgewickelt sind, dass die Fasern eine Festhaltekraft auf die äußere Fläche des Rohrs anwenden, um einem Zerbersten des Rohrs durch die auf das Ende des Rohrs angewendete Druckkraft standzuhalten, wobei die gewickelten Fasern an der äußeren Fläche des Rohrs angebracht sind.
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Ein Wickelverfahren für eine Bandrolle ist aus der Druckschrift
AT 39 969 bekannt. Hierbei wird ein Band während oder vor einem Wickeln durch zweimaliges Umbiegen derart gefaltet, dass es in einem aufgewickelten Zustand zwei oder mehrere nebeneinander liegende Teilrollen bildet.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein Hohlkörper mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Hohlkörpers gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen eines Hohlkörpers, der mindestens einen Teilhohlkörper umfasst, vorgesehen. Bei Durchführung des Verfahrens wird zum Bereitstellen des mindestens einen Teilhohlkörpers ein Mantel eines üblicherweise hohlen Grundkörpers als erste Komponente mit einem Band als zweite Komponente unter Bereitstellung jeweils einer Umwicklung n-mal umwickelt. Hierbei wird für den mindestens einen Teilhohlkörper und somit Grundkörper eine Hauptwicklungsrichtung definiert, die parallel zu einer Hauptachse bzw. Rotationsachse, eines jeweils zu umwickelnden Abschnitts des Grundkörpers orientiert ist, wobei diese Hauptachse auch einer Hauptachse des mindestens einen Teilhohlkörpers entspricht. Das Band wird jeweils bei einer k-ten Umwicklung unter einem Winkel α zu der Hauptachse in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer jeweils nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt. Dabei ist ein Betrag des Winkels α kleiner als ein Betrag des Winkels β.
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Falls der Grundkörper in Ausgestaltung hohl ist, ist er als Grundhohlkörper ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
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In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Teilhohlkörper sowie der Grundkörper, üblicherweise der jeweils zu umwickelnde Abschnitt des Grundkörpers, eine Grundfläche aufweisen, die senkrecht zu der Hauptachse orientiert ist. Dabei ist die Grundfläche bspw. kreisförmig ausgebildet. In diesem Fall sind der mindestens eine Teilhohlkörper des Hohlkörpers und der in Ausgestaltung hohle Grundkörper jeweils als Rohr ausgebildet. Alternativ ist die Grundfläche des in Ausgestaltung hohlen Grundkörpers bzw. des mindestens einen Teilhohlkörpers n-eckig, bspw. viereckig, in Ausgestaltung quadratisch, ausgebildet. Der mindestens eine Teilhohlkörper bzw. der Grundkörper weist entweder ein rundes oder n-eckiges Hohlprofil auf.
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In weiterer Ausgestaltung wird das Band zunächst unter dem Winkel α und danach unter dem Winkel β gewickelt. Außerdem wird das Band bei jeder Umwicklung einmal vollständig und somit um 360° um den Grundkörper des mindestens einen Teilhohlkörpers herumgewickelt. Je nach Definition ist der Winkel α positiv zu der Hauptachse und der Winkel β negativ zu der Hauptachse des jeweils zu umwickelnden Abschnitts ausgerichtet.
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Die Hauptwicklungsrichtung ist parallel zu der Rotationsachse als Hauptachse des jeweiligen Abschnitts des üblicherweise hohlen Grundkörpers von einer ersten runden bzw. kreisförmigen oder n-eckigen Öffnung zu einer zweiten runden bzw. kreisförmigen Öffnung und somit von einem ersten zu einem zweiten Ende des Grundkörpers orientiert. Demnach wird das Band bei einer k-ten Umwicklung unter einem Winkel (90° – α) zu dem Rand der ersten Öffnung in der Hauptwicklungsrichtung und bei der nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel (90° – β) zu der ersten Öffnung entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt.
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In einer Variante des Verfahrens wird das Band bei einer ersten Umwicklung parallel zu der ersten Öffnung des üblicherweise hohlen Grundkörpers und somit senkrecht zu der Hauptachse gewickelt, wobei das Band bei jeder nachfolgenden geradzahligen Umwicklung unter dem Winkel α in Richtung der Hauptwicklungsrichtung und bei jeder jeweils nachfolgenden ungeradzahligen Umwicklung unter dem Winkel β entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt wird.
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In Ausgestaltung ist ein in Tabelle 1 angegebenes Wickelschema denkbar. Hierbei ist eine erste Umwicklung optional, aber üblicherweise dann durchzuführen, wenn das Band einen Rand der ersten Öffnung des Hohlkörpers bündig zu umschließen hat, wobei das Band in diesem Fall senkrecht zu der Hauptwicklungsrichtung gewickelt wird. Eine eigentliche Orientierung des Bands in der Hauptwicklungsrichtung unter dem Winkel α ist ab der zweiten Umwicklung vorgesehen. Eine erste Umwicklung entgegen der Hauptwicklungsvorrichtung unter dem Winkel β ist ab der dritten Umwicklung vorgesehen.
| Nr. der Umwicklung | Winkel relativ zur Hauptachse |
| 1 | 90° |
| 2 | α |
| 3 | β |
| 4 | α |
| 5 | β |
| ... | ... |
| k | α |
| k + 1 | β |
| ... | ... |
| n | 90° |
Tabelle 1
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Eine vorletzte Umwicklung ist je nach Reihenfolge unter den Winkel α oder β zu wickeln. In Ausgestaltung beträgt der Winkel für eine letzte, n-te Umwicklung 90° zu der Hauptachse, wobei das Band parallel zu einem Rand einer zweiten Öffnung des bspw. hohlen Grundkörpers orientiert ist, um mit einem Rand eines zweiten Endes und somit der zweiten Öffnung des bspw. hohlen Grundkörpers bzw. des mindestens einen Teilhohlkörpers des Hohlkörpers bündig abzuschließen. Je nach Definition weist der Winkel α einen positiven Wert und der Winkel β einen negativen Wert auf.
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In der Regel wird ein rohrförmiger Grundkörper mit einem Radius r und ein Band mit einer Breite b verwendet. Alternativ wird ein n-eckiger Grundkörper mit der n-eckigen Grundfläche und ein Band mit der Breite b verwendet.
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Ein Verhältnis (tanα/tanβ) = v ist kleiner 1. Der Winkel α ist üblicherweise spitz und beträgt bspw. 45°.
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Außerdem besteht die Möglichkeit, das Band auf den Grundkörper zu kleben oder zu fixieren, bspw. durch Verwendung von zweikomponentigen Bindemitteln und/oder einer thermoplastischen Matrix, die während eines Umwickeln des Grundkörpers mit dem Band unter einer erhöhten Temperatur zu bearbeiten ist. Nachdem die vorgesehene Geometrie geformt ist, kann durch Abkühlen oder Aushärten ein eigenständiger Hohlkörper mit oder ohne Kern hergestellt werden.
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Mindestens ein Abschnitt des Grundkörpers, für den die Hauptwicklungsrichtung parallel zu dessen Hauptachse definiert wird, ist in Ausgestaltung zylinderförmig ausgebildet. Dabei entspricht die Hauptachse einer symmetrischen Rotationsachse des jeweiligen Abschnitts des hierbei rohrförmigen Grundkörpers. In der Regel ist der komplette Grundkörper zylinderförmig ausgebildet. Falls der Grundkörper mindestens eine Biegung, bspw. eine Ecke, aufweist, ist es dennoch möglich, einzelne, ggf. infinitesimale, Abschnitte zu definieren, wobei für jeden dieser Abschnitte wiederum eine Hauptachse, die einer Rotationsachse entspricht, und eine Hauptwicklungsrichtung definiert ist. Dabei ist jeder dieser Abschnitte zylinderförmig oder quadratisch ausgebildet.
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Falls der Grundkörper eine n-eckige Grundfläche und demnach bspw. ein n-eckiges Hohlprofil aufweist, ist üblicherweise bei einer regelmäßigen n-eckigen Grundfläche eine Rotationsachse als Hauptachse vorgesehen, die senkrecht durch einen Mittelpunkt der Grundfläche verläuft.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Band zum Bereitstellen des mindestens einen Teilhohlkörpers, nach dem dieses um den Grundkörper gewickelt wurde, bspw. durch ein chemisches und/oder thermisches Verfahren unter Zugabe mindestens einer zusätzlichen Substanz, mit der das Band befeuchtet oder benetzt wird und/oder in die das Band getränkt wird, sowie bspw. durch Erwärmen, ausgehärtet. Hierbei ist möglich, einen in Ausgestaltung massiven Grundkörper aus Salz bereitzustellen, der nach Aushärten des Bands bspw. mit Wasser als Lösungsmittel ausgespült wird. Alternativ oder ergänzend ist möglich, dass der Grundkörper des mindestens einen Teilhohlkörpers und somit ein Kern des herzustellenden Hohlkörpers nach Aushärten des Bands unter Zugabe einer weiteren Substanz aufgelöst wird. Hierbei wird das Band durch die weitere Substanz, durch die der Grundkörper aufgelöst bzw. zersetzt wird, nicht angegriffen, da die weitere Substanz so zu wählen ist, dass das Band gegen diese weitere Substanz chemisch resistent ist. Dabei ergibt sich, dass ein Hohlkörper bereitgestellt wird, der den mindestens einen Teilhohlkörper umfasst, der lediglich aus dem ausgehärteten Band gebildet ist und eine dem Grundkörper entsprechende Querschnittsfläche umschließt.
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In der Regel haftet das ausgehärtete Band an dem Grundkörper. Somit ist es möglich, dass das Band, das bspw. ein Thermoplast umfasst, nach Umwickeln des Grundkörpers abgekühlt und ausgehärtet wird. Anschließend wird der Grundkörper aufgelöst. Ein somit hergestellter Hohlkörper umfasst lediglich das ausgehärtete Band.
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Weiterhin ist denkbar, den bspw. hohlen Grundkörper oder das ausgehärtete Band, z. B. zur Bereitstellung eines Crashrohrs, mit einem Leichtgranulat oder Leichtschaum zu füllen.
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Mit dem Verfahren ist auch ein Hohlkörper herzustellen, der mehrere miteinander verbundene Teilhohlkörper umfasst, wobei jeweils ein Teilhohlkörper durch Umwickeln eines Grundkörpers mit einem Band durch das voranstehend beschriebene Verfahren hergestellt wird.
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Hierbei ist möglich, dass sich mindestens zwei Grundkörper an einer Verzweigung kreuzen, wobei für jeden Grundkörper eine Hauptwicklungsrichtung parallel zu einer Hauptachse eines jeweils zu umwickelnden Abschnitts des Grundkörpers definiert wird, wobei die Verzweigung entlang mindestens eines Grundkörpers mit dem Band mindestens einmal gekreuzt umwickelt wird.
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Weiterhin ist möglich, dass sich zwei Grundkörper an der Verzweigung entweder T-förmig aufeinander stoßen oder unter einem Winkel, bspw. von 90°, kreuzen bzw. schneiden. Dabei wird das Band entlang mindestens eines Grundkörpers, entlang dem die Verzweigung angeordnet ist, gewickelt. Dabei endet ein erster Abschnitt des Grundkörpers in Hauptwickelrichtung bei der Verzweigung. Ein zweiter Abschnitt des Grundkörpers beginnt in Hauptwickelrichtung bei der Verzweigung. Die Verzweigung entlang des Grundkörpers wird mit dem Band mindestens einmal gekreuzt umwickelt. Falls ein weiterer Grundkörper bspw. an einer T-förmigen Verzweigung endet, ist es möglich, das Band dieses weiteren Grundkörpers zumindest nur bis zu der Verzweigung zu wickeln. Ergänzend ist möglich, die Verzweigung ebenfalls mindestens einmal gekreuzt zu umwickeln.
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Außerdem ist möglich, dass ein Grundkörper zwei ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlich geformten und/oder unterschiedlich großen Querschnittsflächen aufweist. In diesem Fall sind beim Umwickeln beider Abschnitte des Grundkörpers mit dem Band ebenfalls die voranstehend beschriebenen Winkel α und β zu berücksichtigen.
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Der erfindungsgemäße Hohlkörper umfasst mindestens einen Teilhohlkörper, der wiederum als erste Komponente einen in der Regel hohlen Grundkörper und als zweite Komponente ein um den Grundkörper zu wickelndes Band aufweist. Ein Mantel des Grundkörpers ist mit dem Band unter Bereitstellung jeweils einer Umwicklung n-mal zu umwickeln, wobei eine Hauptwicklungsrichtung zu definieren ist, die parallel zu einer Rotationsachse eines jeweils zu umwickelnden Abschnitts des Grundkörpers orientiert ist. Das Band ist bei einer k-ten Umwicklung unter einem Winkel α zu der Hauptachse in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung zu wickeln. Dabei ist ein Betrag des Winkels α kleiner als ein Betrag des Winkels β.
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Üblicherweise ist der Grundkörper aus Kunststoff oder Metall und das in der Regel elastische Band aus Fasermaterial, bspw. Glasfasermaterial, gebildet.
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Außerdem ist der mindestens eine Teilhohlkörper als Rohr ausgebildet, wobei der in der Regel hohle Grundkörper als Grundrohr ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend weist der mindestens eine Teilhohlkörper eine n-eckige Grundfläche auf, die senkrecht zu der Hauptachse des jeweils zu umwickelnden Abschnitts des Grundkörpers ausgebildet ist, wobei der Grundkörper ebenfalls eine n-eckige Grundfläche aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erster Teilhohlkörper bzw. erster Abschnitt eines Grundkörpers mit einer ersten Querschnittsfläche in einen zweiten Teilhohlkörper bzw. zweiten Abschnitt des Grundkörpers mit einer zweiten Querschnittsfläche übergeht. Somit ist möglich, dass der erste Teilhohlkörper rund und der daran anschließende Teilhohlkörper eckig ist oder umgekehrt. Falls beide Teilhohlkörper rund sind, ist möglich, dass ihre Querschnittsfläche unterschiedliche Radien aufweisen. Falls beide Teilhohlkörper eckig sind, ist möglich, dass ihre Querschnittsflächen Diagonalen unterschiedlicher Länge aufweisen. Außerdem ist möglich, dass ein Abschnitt eines Grundkörpers mit rundem Querschnitt konisch ausgebildet ist und einen sich entlang der Hauptachse ändernden Radius aufweist. Falls der Querschnitt des Abschnitts des Grundkörpers n-eckig ist, ist möglich, dass sich eine Länge einer Diagonalen entlang der Hauptachse ändert.
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Der hergestellte Hohlkörper ist bspw. als Verstärkungselement einsetzbar bzw. verwendbar. So ist der Hohlkörper in Ausgestaltung als Strebe für einen Rahmen einer Seitenwand und/oder einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu verwenden. Alternativ oder ergänzend ist durch den Hohlkörper ein üblicherweise fluides Material, bspw. ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein schütt- bzw. ein rieselfähiger Feststoff, etwa in Form eines Pulvers oder Granulats, zu fördern.
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Bei dem herzustellenden Hohlkörper werden eine hohe Belastbarkeit hinsichtlich eines Drucks, einer Spannung oder eines Außendrucks, die bei einem Einsatz des Hohlkörpers auf dieses wirken, mit guten Wickeleigenschaften kombiniert. Demnach ist dieser Hohlkörper im Vergleich zu anderen bekannten verstärkten Hohlkörpern erheblich robuster und sicherer. Der Hohlkörper umfasst nur eine einzige solide Wandung, die üblicherweise aus dem mit dem Band umwickelten Grundkörper gebildet ist, statt mehrerer separater Schichten. Falls der Grundkörper nach Aushärten des Bandes aufgelöst wird, umfasst der Hohlkörper als Wandung lediglich das gewickelte Band.
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Der Hohlkörper weist eine geringe Masse auf, bietet einen hohen Ermüdungswiderstand, eine hohe chemische Beständigkeit, bspw. Korrosionsbeständigkeit, und eine hohe Schlagfestigkeit. Neben Kosteneinsparungen beim Betrieb ist mit einem Hohlkörper, der nach dem vorgestellten Konzept hergestellt ist, aus einem Bohrloch eine erhöhte Menge an Öl oder Gas zu fördern.
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Der bspw. hohle Grundkörper bzw. ein entsprechendes Hohlprofil wird in Ausgestaltung nach dem Umschlagprinzip umwickelt, wodurch eine erhöhte Stabilisierung und Krafteinleitung zu erreichen ist. Der im Rahmen des Verfahrens gewickelte Hohlkörper ist als Hohlbauteil, mit geschäumtem Kern oder als mehrlagiger Aufbau einsetzbar. Durch das vorgesehene Umwickeln des Grundkörpers kann ein Ausknicken des Hohlkörpers bei einer Belastung im Betrieb auf deutlich höhere Eingangskräfte verschoben werden. Der beschriebene Hohlkörper ist als Strebe, bspw. zur Verstärkung als Crash-Hohlkörper, in einer Tür und/oder Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder in einem Schweller einsetzbar.
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Die für den Hohlkörper vorgesehene Umwicklung wird auch als Kornährenverband bezeichnet, bei dem eine Binde in Achtertouren zu wickeln ist und der zum Verbinden einer Gliedmaße bzw. Extremität, bspw. von einem Teil eines Arms oder Beins, angewendet wird. Ein derartiger Kornährenverband dient bspw. zur Stabilisierung eines gebrochenen Gelenks. Im Rahmen des Verfahrens dient der Kornährenverband der Materialverstärkung.
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Zum Herstellen des Hohlkörpers wird in Ausgestaltung die Hauptwicklungsrichtung definiert, wobei das Band bei einer jeweiligen Umwicklung des Grundkörpers abwechselnd in der Hauptwicklungsrichtung unter dem Winkel α zu der Rotationsachse des jeweiligen Abschnitts und danach entgegen der Hauptwicklungsrichtung unter dem Winkel β, dessen Betrag größer als jener des Winkels α ist, gewickelt wird. Danach wird das Band wieder unter dem Winkel α in der Hauptwicklungsrichtung und danach entgegengesetzt unter dem Winkel β usw. gewickelt.
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Das Band bzw. eine entsprechende Binde wird so gewickelt, dass sich die unterschiedlich orientierten Umwicklungen bzw. Windungen unter einem Winkel γ = |α| + |β| kreuzen. Eine jeweilige Anordnung der Umwicklungen hängt neben den beiden Winkeln α, β von dem Radius r des Grundkörpers sowie von der Breite b des Bands ab. In Ausgestaltung überlappen sich die Umwicklungen dabei ca. um die Hälfte der Breite b des Bands.
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Zum Umwickeln des Grundkörpers wird in Ausgestaltung eine geradzahlige Umwicklung schräg in Richtung der Hauptwicklungsrichtung unter dem Winkel α gewickelt. Eine nachfolgende ungeradzahlige Wicklung wird unter dem Winkel β entgegen der Hauptwicklungsrichtung schräg zurückgewickelt. Dabei überkreuzen sich an einer Stelle des Grundkörpers und somit auch des Hohlkörpers zumindest zwei unmittelbar aufeinander folgende Umwicklungen.
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Falls der bereitzustellende Hohlkörper mehrere verzweigte, an einer Verzweigung miteinander verbundene Teilhohlkörper umfasst, wobei jeweils ein Teilhohlkörper zumindest einen Abschnitt eines Grundkörpers umfasst, ist für jeden Abschnitt eine Wicklung mit einer hierfür definierten Hauptwicklungsrichtung vorgesehen. Ein zum Umwickeln eines Abschnitts zu verwendendes Band ist in der Regel dünn und weist bspw. eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm auf. Der aus mindestens einem Grundkörper bereitgestellte Hohlkörper, der den mindestens einen Teilhohlkörper umfasst, ist u. a. in Richtung der Hauptachse des jeweiligen Teilhohlkörpers mechanisch verstärkt bzw. stabilisiert.
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Sobald ein Band auf einen Grundkörper gewickelt ist, ist in weiterer Ausgestaltung möglich, das Band bspw. mit einem Presswerkzeug auf den Mantel des Grundkörpers zu drücken, wodurch das Band an eine Geometrie bzw. Querschnittsfläche des Grundkörpers bzw. des bereitgestellten Teilhohlkörpers angepasst wird. Hierbei ist möglich, den Teilhohlkörper bspw. unter Bereitstellung einer Abkantung zu verformen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Außenwandung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers.
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4 zeigt in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers.
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Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers 20 ist hier als Rohr ausgebildet, wobei in 1 eine komplette, aufgeschnittene Außenwandung des hier geraden, rohr- bzw. zylinderförmigen Hohlkörpers 20 dargestellt ist, und umfasst einen hier hohlen Grundkörper 22 mit einem zylinderförmigen Mantel 24, auf dem ein Band 26 gewickelt ist. Hierbei ist der hohle Grundkörper 22 und somit auch der herzustellende Hohlkörper 20 durch eine erste runde Öffnung mit einem Rand 28 und eine zweite runde Öffnung mit einem Rand 30 begrenzt, wobei sich die erste Öffnung an einem ersten Ende und die zweite Öffnung an einem zweiten Ende des Hohlkörpers 20 befindet. Außerdem ist hier entlang des Rands 28 der ersten Öffnung eine Abszisse aufgezeichnet, entlang der Winkel von 0° bis 360° aufgetragen sind. Bei einer plastischen, dreidimensionalen Betrachtung des Hohlkörpers 20 schließt der Winkel von 360° nach einer kompletten Umrundung des Hohlkörpers 20 wieder unmittelbar an dem Winkel von 0° an. Demnach sind eine erste Mantellinie 32 sowie eine zweite Mantellinie 34 des Grundkörpers 22 und somit des Hohlkörpers 20 unmittelbar miteinander verbunden.
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Zum Herstellen des hier runden Hohlkörpers 20 ist der Grundkörper 22 mit dem Band 26 mehrmals zu umwickeln, wobei anhand von 1 exemplarisch fünfzehn derartige Umwicklungen dargestellt sind. Zur Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Hohlkörpers 20 wird eine Hauptwicklungsrichtung definiert, die hier parallel zu einer zentralen, symmetrischen Hauptachse des hier zylinderförmigen Grundkörpers 22 und somit auch des herzustellenden Hohlkörpers 20 orientiert ist, der hier lediglich einen Teilhohlkörper aufweist.
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In der Darstellung aus 1 sind die Hauptachse sowie die Hauptwicklungsrichtung parallel zu den beiden Mantellinien 32, 34 orientiert. Gemäß der Darstellung aus 1 beginnt jede einzelne Umwicklung des Grundkörpers 22 mit dem Band bei 0° und endet bei 360°.
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In der hier vorgestellten Ausführungsform ist zunächst vorgesehen, das Band bei einer ersten Umwicklung (Pfeil 1) bündig und somit parallel zu dem Rand 28 der ersten Öffnung um den Mantel 24 des Grundkörpers 22 zu wickeln, wobei das Band 26 senkrecht zu der Hauptachse gewickelt wird. Danach wird das Band 26 bei einer zweiten Umwicklung (Pfeil 2) um einen Winkel α zu der Hauptachse bzw. Hauptwicklungsrichtung in Hauptwicklungsrichtung und somit in Richtung der zweiten Öffnung einmal vollständig herumgewickelt.
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Danach wird eine Wickelrichtung für das Band 26 bei einer unmittelbar nachfolgenden dritten Umwicklung (Pfeil 3) unter einem Winkel β entgegen der Hauptwicklungsrichtung wieder in Richtung des Rands 28 der ersten Öffnung gewickelt. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Betrag des Winkels β größer als ein Betrag des Winkels α ist. Danach wird das Band 26 bei einer vierten Umwicklung (Pfeil 4) wieder um den Winkel α in Hauptwicklungsrichtung gewickelt. Bei einer fünften Umwicklung (Pfeil 5) wird das Band 26 wieder um den Winkel β entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt. Bei der hier vorgestellten Ausführungsform wird jede weitere geradzahlige Umwicklung, d. h. eine sechste, achte, zehnte, zwölfte und vierzehnte Umwicklung um den Winkel α in Hauptwicklungsrichtung und jede weitere ungeradzahlige Umwicklung, d. h. eine siebte, neunte, elfte, dreizehnte und fünfzehnte Umwicklung entgegen der Hauptwicklungsrichtung um den Winkel β zu der Hauptachse gewickelt.
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Weiterhin kreuzt jeweils eine geradzahlige Umwicklung eine ungeradzahlige Umwicklung hier unter einem Winkel γ = |α| + |β|. Demnach entspricht der Winkel γ einer Summe der Beträge der beiden Winkel α und β. Sobald die zweite Öffnung des Grundkörpers 22 erreicht ist, wird das Band 26 bündig zu dem Rand 30 dieser zweiten Öffnung und somit senkrecht zu der Hauptachse gewickelt.
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Die in 2 schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers 40 umfasst hier einen ersten Teilhohlkörper 42 sowie einen zweiten Teilhohlkörper 44, die beide hier quadratische Querschnittsflächen aufweisen und sich an einer Verzweigung 46 unter einem Winkel von 90° T-förmig schneiden.
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Dieser erste Teilhohlkörper 42 umfasst als Komponenten einen ersten, hier hohlen Grundkörper und ein um diesen zu wickelndes erstes Band 50. Der erste Grundkörper und somit auch der erste Teilhohlkörper 42 sind durch die Verzweigung 46 in zwei Abschnitte 48, 54 unterteilt. Dagegen endet der zweite Teilhohlkörper 44 bzw. ein zweiter, hier hohler Grundkörper an der gemeinsamen Verzweigung 46.
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Zum Herstellen der zweiten Ausführungsform des Hohlkörpers 40 werden der erste Grundkörper als erste Komponente des ersten Teilhohlkörpers 42 sowie der zweite Grundkörper als erste Komponente des zweiten Teilhohlkörpers 44 bereitgestellt. Dabei schneiden sich die beiden Grundkörper an der Verzweigung 46 ebenfalls unter einem Winkel von 90°.
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Weiterhin wird der erste Abschnitt 48 des ersten Teilhohlkörpers 42 mit dem ersten Band 50 in einer durch einen ersten Pfeil 52 angedeuteten Hauptwicklungsrichtung in Richtung der Verzweigung 46 mehrmals umwickelt, wobei hier eine k-te Umwicklung unter einem Winkel α zu einer Hauptachse des Grundkörpers in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt wird, wobei ein Betrag von α größer als ein Betrag von β ist.
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Sobald beim Umwickeln des ersten Abschnitts 48 des ersten Grundkörpers die Verzweigung 46 erreicht ist, wird diese mit dem Band 50 mindestens einmal gekreuzt umwickelt.
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In Ausgestaltung wird das Band 50 genauso wie zuvor gewickelt, aber an der Verzweigung 46 ausgespart.
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Danach wird die Wicklung entlang des zweiten Abschnitts 54 des ersten Grundkörpers fortgesetzt. Dabei wird der zweite Abschnitt 54 des ersten Grundkörpers analog zu dem ersten Abschnitt 48 unter Berücksichtigung der Winkel α und β sowie der Hauptwicklungsrichtung fortgesetzt.
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Ein zweites Band 56 ist unter Berücksichtigung einer zweiten Hauptwicklungsrichtung, die hier durch einen zweiten Pfeil 58 angedeutet ist, ebenfalls mehrmals umwickelt. Dabei ist diese zweite Hauptwicklungsrichtung in Richtung der Verzweigung 46 orientiert. Weiterhin wird das zweite Band 56 bei einer k-ten Umwicklung unter einem ersten Winkel α zu einer Hauptachse des zweiten Grundkörpers in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt. Dabei ist sowohl beim ersten Grundkörper als auch beim zweiten Grundkörper ein Betrag des Winkels α kleiner als ein Betrag des Winkels β.
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Die in 3 schematisch dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkörpers 140 umfasst hier einen ersten Teilhohlkörper 142 sowie einen zweiten Teilhohlkörper 144, die beide hier quadratische Querschnittsflächen aufweisen und sich an einer Verzweigung 146 unter einem Winkel von 90° T-förmig schneiden.
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Der erste Teilhohlkörper 142 umfasst als Komponenten einen ersten, hier hohlen Grundkörper und ein um diesen zu wickelndes Band 150. Der erste Grundkörper und somit auch der erste Teilhohlkörper 142 sind durch die Verzweigung 146 in zwei Abschnitte 148, 154 unterteilt. Dagegen endet der zweite Teilhohlkörper 144 bzw. ein zweiter, hier hohler Grundkörper an der gemeinsamen Verzweigung 146.
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Zum Herstellen der dritten Ausführungsform des Hohlkörpers 140 werden der erste Grundkörper als erste Komponente des ersten Teilhohlkörpers 142 sowie der zweite Grundkörper als erste Komponente des zweiten Teilhohlkörpers 144 bereitgestellt. Dabei schneiden sich die beiden Grundkörper an der Verzweigung 146 ebenfalls unter einem Winkel von 90°.
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Weiterhin wird der erste Abschnitt 148 des ersten Teilhohlkörpers 142 mit dem ersten Band 150 in einer durch einen Pfeil 152 angedeuteten Hauptwicklungsrichtung in Richtung der Verzweigung 146 mehrmals umwickelt, wobei hier eine k-te Umwicklung unter einem Winkel α zu einer Hauptachse des Grundkörpers in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung gewickelt wird, wobei ein Betrag von α größer als ein Betrag von β ist.
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Sobald beim Umwickeln des ersten Abschnitts 148 des ersten Grundkörpers die Verzweigung 146 erreicht ist, wird diese mit dem Band 150 mindestens einmal gekreuzt umwickelt.
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Danach wird die Wicklung entlang des zweiten Abschnitts 154 des ersten Grundkörpers fortgesetzt. Dabei wird der zweite Abschnitt 154 des ersten Grundkörpers analog zu dem ersten Abschnitt 148 unter Berücksichtigung der Winkel α und β sowie der Hauptwicklungsrichtung fortgesetzt.
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4 zeigt in schematischer Darstellung die vierte Ausführungsform des Hohlkörpers 80, der hier je nach Definition drei Teilhohlkörper 82, 84, 86 umfasst, die entlang einer gemeinsamen Hauptachse hintereinander und/oder ineinander fluchtend angeordnet sind. Dabei weist ein erster Teilhohlkörper 82 eine erste quadratische Querschnittsfläche auf, deren Diagonale eine erste Länge aufweist. Ein zweiter Teilhohlkörper weist eine zweite quadratische Querschnittsfläche auf, deren Diagonale eine zweite Länge aufweist. Ein dritter Teilhohlkörper 84 weist dieselbe Querschnittsfläche wie der erste auf. Die Querschnittsfläche des zweiten Teilhohlkörpers 84 in der Mitte ist kleiner als die des ersten bzw. dritten Teilhohlkörpers 86. Übergänge zwischen zwei benachbarten Teilhohlkörpern 82, 84, 86 weisen hier kontinuierliche veränderte Querschnittsflächen auf.
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Der Hohlkörper 80 umfasst als erste Komponente einen hier hohlen Grundkörper 90 und als zweite Komponente ein um den Grundkörper 90 zu wickelndes Band 88. Ein Mantel des Grundkörpers 90 ist mit dem Band 88 unter Bereitstellung jeweils einer Umwicklung n-mal zu umwickeln, wobei eine Hauptwicklungsrichtung zu definieren ist, die parallel zu der gemeinsamen Hauptachse von insgesamt drei zu umwickelnden Abschnitten des Grundkörpers 90 orientiert ist. Hier erstreckt sich ein erster Abschnitt des Grundkörpers entlang des ersten Teilhohlkörpers 82, ein zweiter Abschnitt entlang des zweiten Teilhohlkörpers 84 und ein dritter Abschnitt entlang des dritten Teilhohlkörpers 86.
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Das Band 88 ist bei einer k-ten Umwicklung unter einem Winkel α zu der Hauptachse in der Hauptwicklungsrichtung und bei einer nachfolgenden k + 1-ten Umwicklung unter einem Winkel β zu der Hauptachse entgegen der Hauptwicklungsrichtung zu wickeln, wobei ein Betrag des Winkels α kleiner als ein Betrag des Winkels β ist.
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Nach Umwickeln des Grundkörpers 90 mit dem Band 88 geht aus dem ersten Abschnitt der erste Teilhohlkörper 82, aus dem zweiten Abschnitt der zweite Teilhohlkörper 84 und aus dem dritten Abschnitt der dritte Teilhohlkörper 86 hervor.
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Ein jeweils vorgestellter Hohlkörper 20, 40, 80, 140 ist als Strebe oder Querträger einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, bspw. für einen Dachrahmen und/oder einen Scheibenquerträger, einzusetzen. Dies betrifft u. a. einen Einsatz in Verbindungspunkten bzw. -knoten der Karosserie, an denen mehrere Streben und/oder Profile miteinander zu verbinden sind. Eine derartige Strebe und/oder ein derartiges Profil ist durch den jeweiligen Hohlkörper 20, 40, 80, 140 bereitzustellen. Dabei ist ein Verbindungspunkt zunächst über mindestens einen Grundkörper 22, 90 bereitzustellen, der mit dem Band 26, 50, 56, 88, 150 zu verstärken ist, wobei mindestens ein Hohlkörper 20, 40, 80, 140 als Teil der Karosserie bereitzustellen ist. Da der mindestens eine Hohlkörper 22, 40, 80, 140 durch das Band 26, 50, 56, 88, 150 verstärkt wird, kann bei dessen Einsatz an einem Verbindungspunkt der Karosserie auf eine ansonsten übliche Blechverstärkung verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007059817 A1 [0003]
- WO 1998/015404 A1 [0004]
- DE 3830627 A1 [0005]
- DE 102011113554 A1 [0006]
- AT 39969 [0007]
