DE102016100335B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels sowie Verfahren und Anlage zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegments mit einem Faserzwickel - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels sowie Verfahren und Anlage zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegments mit einem Faserzwickel Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels zum Besetzen von Hohlstellen bei der Herstellung von T-förmigen Bauteilsegmenten, wobei unidirektionale Faserstränge durch eine Zwickelmatrize, dessen Innenquerschnitt das Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels gebildet, hindurchgeführt und zusammengepresst werden und die Faserstränge dabei temperiert werden, um den Faserzwickel in seiner Form zu fixieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels zum Besetzen von Hohlstellen bei der Herstellung von T-förmigen Bauteilsegmenten aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegments aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein zuvor hergestellter Faserzwickel zum Besetzen von Hohlstellen verwendet wird.
  • Aufgrund der besonders vorteilhaften Eigenschaft, bei einem relativ geringen Gewicht in zumindest einer Richtung eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit aufzuweisen, eignen sich Faserverbundbauteile für eine Vielzahl von Anwendungszwecken. Dabei werden derartige Faserverbundbauteile vermehrt auch für lasttragende Strukturen im Fahrzeug- und Flugzeugbereich eingesetzt, um bspw. durch die Reduzierung des Gesamtgewichts Treibstoff einsparen zu können.
  • In einem klassischen Injektionsprozess wird dabei ein Matrixmaterial in ein Fasermaterial injiziert und anschließend das Matrixmaterial ausgehärtet, um so eine integrale Bauteilform von Matrixmaterial und Fasermaterial zu erhalten. Das Matrixmaterial kann bspw. ein Harz sein, wie es für die Herstellung von Faserverbundbauteilen klassischer Weise verwendet wird. Für ein Fasermaterial kommen bspw. Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder Glasfasern in Betracht.
  • Der oben genannte Vorteil der richtungsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit eines aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellten Faserverbundbauteils ist gleichzeitig auch sein Nachteil, da außerhalb der Faserrichtung, bspw. senkrecht zur Faserrichtung, die Festigkeit und Steifigkeit deutlich abnimmt. Im Gegensatz zu isotropen Werkstoffen, die in fast jede Richtung die gleichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, müssen bei anisotropen Werkstoffen, wie bspw. Faserverbundwerkstoffen, gerade bei flächigen Bauteilformen zusätzliche Verstärkungselemente eingebracht werden, um die notwendige Stabilität innerhalb der flächigen Bauteilebene über die gesamte Länge hinweg gewährleisten zu können.
  • So werden bspw. bei der Herstellung von Flügelschalen für Verkehrsflugzeuge diese mit sogenannten Stringern versteift, um so eine stabile Bauteilform über die gesamte Spannweite hinweg zu erreichen. Bei den Stringern handelt es sich dabei um aus der Bauteilebene abstehende Verstärkungselemente, wodurch die Faserrichtungsebene erweitert wird.
  • Solche Stringer bzw. Versteifungselemente werden dabei in der Regel aus zwei L-förmigen Bauteilelementen gebildet, die an jeweils einem ihrer Schenkel aneinander gefügt werden. Die beiden anderen L-förmig abgewinkelten Schenkel bilden dabei eine gemeinsame Fügefläche, sodass ein derartiges Versteifungselement dann mit diesen als Fügefläche ausgebildeten Schenkeln auf die zu versteifende Oberfläche angefügt werden können.
  • Aus der DE 10 2012 101 706 A1 ist bspw. eine Anlage bekannt, mit der ein flächiges Fasermaterial bzw. Faserhalbzeug kontinuierlich umgeformt und verschert werden kann, um so bspw. Spanten oder Stringer für die Versteifung von Flügelschalen herstellen können.
  • Im Querschnitt bilden die auf eine flächige Bauteilform angefügten L-förmigen Versteifungselemente ein T-förmiges Bauteilsegment. Da die L-förmigen Versteifungselemente jedoch nicht ohne jegliche Krümmung abgewinkelt werden können, entsteht im Krümmungsbereich ein entsprechender Krümmungsradius, der schließlich in eine Hohlstelle bzw. einen Hohlraum führt. Dieser Hohlraum wird dabei begrenzt durch die Krümmung des ersten L-förmigen Versteifungselementes, die Krümmung des zweiten L-förmigen Versteifungselementes und dem flächigen, zu versteifenden Bauteilelement. Diese entstandene Hohlstelle, deren Querschnitt mit der Wandstärke des Bauteils sowie dem Krümmungsradius der Versteifungselemente variiert, muss ausgefüllt werden, um die notwendige Stabilität der Gesamtkonstruktion zu gewährleisten.
  • Hierfür werden in der Praxis sogenannte Zwickel eingesetzt, um die Hohlstellen in der zusammengesetzten Preform zu schließen, damit sich dort keine Harzansammlungen bilden können, welche eine Schwachstelle im Faserverbundbauteil darstellen würden.
  • Aus der DE 10 2012 109 737 A1 ist bspw. ein Zwickel bekannt, der in den entstehenden Hohlraum bei der Anordnung von Stringern und Spanten auf großflächigen Bauteilformen einbringbar ist und darüber hinaus ein elastomeres Material aufweist, sodass sich der Zwickel an die Form des Hohlraums bzw. den Querschnitt des Hohlraums aufgrund seines elastomeren Materials anpassen kann.
  • Nachteilig hierbei ist jedoch, dass mit dem elastomeren Material eine weitere Materialeigenschaft in das Gesamtsystem eingebracht wird. Außerdem lassen sich mit einem elastomeren Material nicht gänzlich alle Querschnittsvariationen ausgleichen.
  • Aus der EP 2 006 074 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von profilförmigen Faserverbundbauteilen bekannt, bei denen zumindest teilweise ein flächiges Fasermaterial abgewinkelt wird. Dabei wird mithilfe einer Zwickelmatrize aus einem Fasermaterial ein Faserzwickel mit festem Außenquerschnitt hergestellt.
  • Aus der DE 10 2007 029 762 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung eines trockenen Faserbandes mit einem trockenen Faserstrang bekannt, wobei hier ein Faserzwickel von einer Rolle abgewickelt und mit einer flächigen Seite auf ein Fasermaterial aufgebracht wird.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Zwickels anzugeben, der vorzugsweise aus dem gleichen Fasermaterial gebildet wird, wie das Faserverbundbauteil und darüber hinaus vorzugsweise die Möglichkeit besteht, den Querschnitt des Zwickels zu variieren, um so auf entsprechende Querschnittsänderungen des Hohlraums basierend auf Dickenänderungen des Bauteils reagieren zu können.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 6 erfindungsgemäß gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe auch mit dem Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß Anspruch 11 sowie einer diesbezüglichen Anlage gemäß Anspruch 12 gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserzwickels zum Besetzen von Hohlstellen bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere T-förmige Bauteilsegmente als Faserverbundbauteile, beansprucht. Dabei werden zunächst eine Mehrzahl von unidirektionalen Fasersträngen bereitgestellt, die mit einem thermisch aktivierbaren Bindermaterial versehen sind oder bei der Bereitstellung noch versehen werden. Solche unidirektionalen Faserstränge können bspw. Rovings sein, die jeweils aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern, sogenannten Filamenten, bestehen.
  • Dabei ist nun vorgesehen, dass die unidirektionalen Faserstränge durch eine Zwickelmatrize hindurchgeführt werden, wobei der Innenquerschnitt der Zwickelmatrize das Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels bildet. Beim Hindurchführen der Faserstränge durch die Zwickelmatrize werden die Faserstränge dabei durch die Zwickelmatrize zusammengepresst und in eine entsprechende Außenform gebracht, die dem Innenquerschnitt der Zwickelmatrize entspricht.
  • Die Faserstränge werden dabei temperiert, sodass das thermisch aktivierbare Bindermaterial thermisch aktiviert wird, um so die Außenform des gerade hergestellten Zwickels zu fixieren, wenn das thermisch aktivierbare Bindermaterial wieder abkühlt. Die Temperierung der Faserstränge mittels eines Heizelementes kann dabei in Förderrichtung vor der Zwickelmatrize, in der Zwickelmatrize selber oder nach der Zwickelmatrize durchgeführt werden, wobei sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn das Heizelement in die Zwickelmatrize integriert ist und die Faser- stränge somit beim Hindurchführen durch die Zwickelmatrize durch die Zwickelmatrize mittels des Heizelementes temperiert werden.
  • Dadurch wird es möglich, direkt aus Fasermaterialien, die für die Herstellung von Faserverbundbauteilen verwendet werden, Faserzwickel herzustellen, die die entsprechende Form der zu besetzenden Hohlstelle aufweisen und somit an die konkreten Bedingungen exakt angepasst sind. Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz direkt bei der Herstellung des Faserverbundbauteils, da der Faserzwickel kontinuierlich herstellbar ist und somit bei der Herstellung des Faserverbundbauteils, insbesondere in den Umform- und Preformschritten on demand hergestellt und in das Bauteil integriert werden kann.
  • Unter einem Faserzwickel im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein längliches Bauelement verstanden, das zum Besetzen von Hohlstellen innerhalb eines Faserverbundbauteils vorgesehen und an die entsprechende Querschnittsform der Hohlstelle angepasst ist. Ein Faserzwickel im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein längliches Bauelement, das eine wenigstens dreieckige Querschnittsform aufweist. Insbesondere wird hierunter ein Bauelement verstanden, das zum Besetzen von Hohlstellen bei der Herstellung von T-förmigen Bauteilsegmenten verwendet wird, um insbesondere die im Kreuzungsbereich des T-förmigen Bauteilsegments entstehende Hohlstelle mit dem meist dreieckigen Querschnitt passend zu besetzen und somit bei der Herstellung eines solchen T-förmigen Bauteilsegmentes zu verhindern, dass sich dort Harzansammlungen bilden und es somit zu Schwachstellen in dem Faserverbundbauteil kommt.
  • Ein thermisch aktivierbares Bindermaterial ist dabei ein Material, das bspw. in Pulverform auf die unidirektionalen Faserstränge aufgebracht wird und durch eine Temperierung thermisch aktiviert wird, wodurch es eine bindende Eigenschaft freisetzt, mit der das Fasermaterial in seiner Form fixiert werden kann. Dies geschieht bspw. durch Aufschmelzen eines Kunststoffs, der beim Abkühlen verfestigt und dabei den Faserzwickel in seiner Form fixiert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die unidirektionalen Faserstränge bereitgestellt, indem ein Bindermaterial auf die Faserstränge vor der Hindurchführung durch die Zwickelmatrize aufgebracht wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Menge des auf die Faserstränge aufgebrachten Bindermaterials so bemessen ist, dass der Faserzwickel nach der thermischen Aktivierung des Bindermaterials und nach der Abkühlung des thermisch aktivierten Bindermaterials zur Formfixierung der Faserzwickel eine elastomere Eigenschaft aufweist, um so kleine Unebenheiten oder Abweichungen von einer Idealform in der Hohlstelle ausgleichen zu können. Der Faserzwickel wurde durch das thermisch aktivierbare Bindermaterial in seiner Form fixiert, ist jedoch in einem gewissen Grad noch verformbar.
  • Erfindungsgemäß wird während des Herstellens des Faserzwickels durch Variieren des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize der Außenquerschnitt des Faserzwickels variiert, wodurch sich über die gesamte Länge des Faserzwickels ein sich variierender Außenquerschnitt bzw. eine variierende Außenform herstellen lässt. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn das herzustellende Faserverbundbauteil, insbesondere das T-förmige Bauteilsegment aufgrund von unterschiedlichen Bauteildicken auch im Querschnitt variierende Hohlstellen aufweist, die jedoch mit Fasermaterial vollständig ausgefüllt werden müssen. Durch die Variation des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize lässt sich dabei der Außenquerschnitt bzw. die Außenform des Faserzwickels vergrößern oder verkleinern, sodass der Faserzwickel an die lokal vorherrschenden Bedingungen exakt angepasst werden kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn während des Herstellens des Faserzwickels einer oder ein Teil der Faserstränge vor der Hindurchführung durch die Zwickelmatrize mittels einer Schneidvorrichtung durchtrennt werden und die Förderung der durchtrennten Faserstränge gestoppt wird, um die Anzahl der durch die Zwickelmatrize hindurchgeführten Faserstränge zu reduzieren, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels durch Variieren des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize verkleinert wird. In Förderrichtung vor der Zwickelmatrize ist somit eine Schneidvorrichtung vorgesehen, die einen oder einen Teil der Faserstränge, die durch die Zwickelmatrize hindurchgeführt sind, vor der Zwickelmatrize durchtrennt, sodass die Anzahl der durch die Zwickelmatrize hindurchgeführten Faserstränge reduziert wird. Hierdurch lässt sich der Außenquerschnitt bzw. die Außenform des Faserzwickels verkleinern, ohne dabei das Faservolumengehalt durch eine höhere Kompaktierung zu erhöhen.
  • Demgemäß ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn während des Herstellens des Faserzwickels die Förderung eines oder mehrerer durchtrennter Faserstränge wieder gestartet wird und die gestarteten Faserstränge wieder durch die Zwickelmatrize hindurchgeführt werden, um die Anzahl der durch die Zwickelmatrize hindurchgeführten Faserstränge zu erhöhen, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels durch Variieren des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize vergrößert wird. Somit kann bei gleichbleibendem Faservolumengehalt der Außenquerschnitt bzw. die Außenform des Faserzwickels vergrößert werden.
  • Im Übrigen wird die Aufgabe auch mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels gemäß Anspruch 6 gelöst. Die Vorrichtung weist eine Bereitstellungseinrichtung auf, die zum Bereitstellen von unidirektionalen Fasersträngen eingerichtet ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Zwickelmatrize auf, dessen Innenquerschnitt das Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels bildet und mit der Bereitstellungseinrichtung derart zusammenwirkt, dass die bereitgestellten unidirektionalen Faserstränge durch die Zwickelmatrize hindurchführbar sind. Die Zwickelmatrize ist dabei des Weiteren so ausgebildet, dass sie die Faserstränge, die durch sie hindurchgeführt werden, zusammenpresst, um den Faserzwickel entsprechend zu bilden. Des Weiteren weist die Vorrichtung ein Heizelement auf, das zum Temperieren der Faserstränge zur thermischen Aktivierung eines Bindermaterials der Faserstränge eingerichtet ist, um so die Außenform des Faserzwickels zu fixieren.
  • Erfindungsgemäß ist die Zwickelmatrize zum Variieren des Innenquerschnitts während des Herstellens des Faserzwickels ausgebildet. Dabei hat die Zwickelmatrize mindestens drei Rahmenelemente, die zusammen den Innenquerschnitt der Zwickelmatrize als Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels bilden, wobei die Rahmenelemente jeweils mit einer Stirnseite an einem angrenzenden Rahmenelement in der Querschnittsebene verschiebbar zu dem jeweiligen angrenzenden Rahmenelement gelagert sind, um den Innenquerschnitt der Zwickelmatrize zu variieren, d.h. zu vergrößern oder zu verkleinern.
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegments aus einem Faserverbundwerkstoff beansprucht, wobei in den durch das Anliegen zwei L-förmiger Bauelemente im Krümmungsbereich entstandenen Hohlraum ein Faserzwickel eingesetzt wird. Erfindungsgemäß wird dabei der Faserzwickel kontinuierlich gemäß den vorhergehenden Ausführungen hergestellt und in den Hohlraum eingesetzt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematische Darstellung eines T-förmigen Bauteilsegments;
  • 2 schematische Darstellung einer Zwickelmatrize;
  • 3 schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.
  • 1 zeigt ein T-förmiges Bauteilsegment 10, das bspw. eine Verstärkungsanordnung zur Verstärkung flächiger Bauteile sein kann. Das T-förmige Bauteilsegment 10 weist dabei ein flächiges Grundbauteil 11 auf, an das zwei L-förmige Bauelemente 12 und 13 angefügt sind. Die beiden L-förmigen Bauelemente 12 und 13 sind dabei an jeweils einem ihrer Schenkel 14a und 15a angefügt, sodass die L-förmig abstehenden Schenkel 14b des ersten L-förmigen Bauelementes und 15b des zweiten L-förmigen Bauelementes eine durchgehende Fügefläche bilden, über die dann die beiden L-förmigen Bauelemente 12 und 13 an das flächige Grundbauteil 11 angefügt werden.
  • Zwischen dem Krümmungsbereich 14c des ersten L-förmigen Bauelementes, dem Krümmungsbereich 15c des zweiten L-förmigen Bauelementes 13 sowie dem flächigen Grundbauteil 11 entsteht aufgrund der Krümmung der L-förmigen Bauelemente 12 und 13 eine Hohlstelle 16, dessen Querschnitt, insbesondere dessen Größe, von der Bauteildicke der L-förmigen Bauelemente 12 und 13 abhängt. Je dicker dabei die Bauteildicke der L-förmigen Bauelemente 12 und 13 ist, desto größer ist auch die entstehende Hohlstelle 16.
  • Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen muss diese Hohlstelle 16 mit einem Material gefüllt werden, um Harzansammlungen in der Hohlstelle 16 zu vermeiden, die dann zu Schwachstellen im Faserverbundbauteil 10 führen kann.
  • 2 zeigt schematisch eine Zwickelmatrize 20, mit der erfindungsgemäß ein Faserzwickel hergestellt werden kann, indem Faserstränge durch die Zwickelmatrize 20 hindurchgeführt werden. In 2 ist dabei die Zwickelmatrize 20 in einer Draufsicht abgebildet, d.h. das Hindurchführen der Faserstränge erfolgt aus der Betrachtungsebene heraus.
  • Die Zwickelmatrize 20 weist einen Innenquerschnitt 21 auf, der das Negativ der Außenform der herzustellenden Faserzwickels bildet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Innenquerschnitt 21 dreieckig ausgebildet, wodurch ein dreieckiger Faserzwickel herstellbar ist. Durch diesen Innenquerschnitt 21, der zunächst als Durchführung ausgebildet ist, durch den die Faserstränge hindurchführbar sind, wird durch drei Rahmenelemente 22, 23 und 24 gebildet, die jeweils mit einer ihrer Stirnseiten an einem benachbarten Rahmenelement angrenzen und an diesen gelagert sind.
  • Erfindungsgemäß ist die Zwickelmatrize so ausgebildet, dass das erste Rahmenelement 22 mit einer seiner Stirnseiten 22a an dem benachbarten zweiten Rahmenelement 23 anliegt, während die Stirnseite 23a des zweiten Rahmenelementes 23 an dem dritten Rahmenelement 24 anliegt, dessen eine Stirnseite 24a wiederum an dem ersten Rahmenelement 22 anliegt. Hierdurch entsteht ein geschlossener Ring von Rahmenelementen, die jeweils über ihre Stirnseite miteinander verbunden und kontaktiert sind, sodass sich im Inneren ein Hohlraum ausbildet, der die Durchführung der Zwickelmatrize 20 bildet und somit den Innenquerschnitt 21 vorgibt.
  • Die Rahmenelemente 22, 23 und 24 sind dabei mit ihren jeweiligen Stirnseiten 22a, 23a und 24a an dem jeweils benachbarten Rahmenelement verschiebbar gelagert, was durch die Pfeile der Zwickelmatrize auf der linken Seite dargestellt ist. Die Rahmenelemente sind dabei in der Ebene des Innenquerschnitts 21 verschiebbar gelagert, sodass durch eine Verschiebung der Rahmenelemente 22, 23 und 24 der Innenquerschnitt 21 variiert werden kann.
  • In 2 ist auf der rechten Seite eine Zwickelmatrize 20 dargestellt, bei der die Rahmenelemente 22, 23 und 24 jeweils gegenüber ihrem angrenzenden Rahmenelement nach außen verschoben wurden, wodurch der Innenquerschnitt 21 hinsichtlich seiner Fläche vergrößert wurde. Werden die Rahmenelemente 22, 23 und 24 nach innen in Richtung Innenquerschnitt 21 verschoben, so wird der Innenquerschnitt 21 hinsichtlich der Fläche verkleinert.
  • Dadurch wird es möglich, einen Faserzwickel mit variierendem Querschnitt herzustellen, wodurch Hohlstellen mit variierenden Querschnitt formschlüssig ausgefüllt werden können. Derartige variierende Hohlstellen entstehen bspw. dann, wenn T-förmige Bauteilsegmente hergestellt werden, da deren Bauteildicke über die gesamte Länge variiert, wodurch auch der Innendurchmesser der Hohlstelle variiert. Mit Hilfe der variierenden Zwickelmatrize kann der Faserzwickel so hergestellt werden, dass die Außenform des Faserzwickels in korrespondierender Art und Weise zu der Variation des Innendurchmessers der Hohlstelle variiert.
  • 3 zeigt eine Anlage 30 die eine Bereitstellungseinrichtung 31 hat, mit der unidirektionale Faserstränge 32 bereitgestellt werden. Die unidirektionalen Faserstränge werden dann der Zwickelmatrize 33 zugeführt, die so ausgebildet ist, wie bspw. in 2 gezeigt. Nach dem Hindurchführen der Faserstränge 32 durch die Zwickelmatrize 33 wurde ein formstabiler Faserzwickel 34 hergestellt, der dann in die Hohlstelle 35 zwei L-förmiger Bauteilsegmente 36 kontinuierlich eingesetzt wird. Mit Hilfe einer Anpressrolle 37 lässt sich dabei der Faserzwickel 34 in die Hohlstelle 35 der L-förmigen Bauteilsegmente 36 einpressen.
  • Um die Außenform des Faserzwickels 34 durch die Veränderung des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize 33 zu variieren, ist in Förderrichtung vor der Zwickelmatrize 33 eine Schneidvorrichtung 38 vorgesehen, die beim Verkleinern des Innenquerschnitts der Zwickelmatrize 33 Faserstränge 32 entsprechend durchtrennt und die Förderung in Richtung Zwickelmatrize 33 dann gestoppt wird. Dadurch wird die Anzahl der Faserstränge, die der Zwickelmatrize 33 zugeführt werden, reduziert, wodurch das Faservolumen insgesamt in dem herzustellenden Faserzwickel an den verkleinerten Innenquerschnitt angepasst wird.
  • Schließlich weist die Zwickelmatrize 33 ein Heizelement 39 auf, mit dem die Faserstränge während des Hindurchführens durch die Zwickelmatrize 33 temperiert werden, wodurch ein thermisch aktivierbares Bindermaterial aktiviert wird, um so den hergestellten Faserzwickel 34 in seiner Form zu fixieren.
  • Damit wird es möglich, kontinuierlich nicht nur die L-förmigen Bauteilsegmente 36 herzustellen, sondern gleichzeitig auch im selben Prozessschritt den Faserzwickel kontinuierlich herzustellen, an die entsprechende Form der Hohlstelle der beiden L-förmigen Bauteilsegmente 36 anzupassen und gleichzeitig im selben Prozessschritt in die Hohlstelle einzusetzen, wodurch insbesondere bei der Serienfertigung von derartigen Bauteilsegmenten die Effizienz deutlich gesteigert werden kann. Hierdurch lassen sich die Produktionszeiten eines Elementes deutlich verringern.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    T-förmiges Bauteilsegment
    11
    flächiges Grundbauteil
    12
    erstes L-förmiges Bauelement
    13
    zweites L-förmiges Bauelement
    14a, 15a
    erster Schenkel der L-förmigen Bauelemente
    14b, 15b
    zweiter Schenkel der L-förmigen Bauelemente
    14c, 15c
    Krümmungsbereich der L-förmigen Bauelemente
    16
    Hohlstelle
    20
    Zwickelmatrize
    21
    Innenquerschnitt der Zwickelmatrize
    22, 23, 24
    Rahmenelemente der Zwickelmatrize
    22a, 23a, 24a
    anliegende Stirnseiten der Rahmenelemente
    30
    Anlage
    31
    Bereitstellungseinrichtung
    32
    Faserstränge
    33
    Zwickelmatrize
    34
    Faserzwickel
    35
    Hohlstelle
    36
    L-förmige Bauteilsegmente
    37
    Anpressrolle
    38
    Schneidvorrichtung
    39
    Heizelement

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Faserzwickels (34) zum Besetzen von Hohlstellen (16, 35) bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von unidirektionalen Fasersträngen (32), die mit einem thermisch aktivierbaren Bindermaterial versehen sind, b) Hindurchführen der unidirektionalen Faserstränge (32) durch eine Zwickelmatrize (20, 33), dessen Innenquerschnitt (21) das Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels (34) bildet, und Zusammenpressen der durch die Zwickelmatrize (20, 33) geführten unidirektionalen Faserstränge (32) mittels der Zwickelmatrize (20, 33), und c) Temperieren der Faserstränge (32) zur thermischen Aktivierung des Bindermaterials, um die Außenform des Faserzwickels (34) zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herstellens des Faserzwickels (34) durch Variieren des Innenquerschnitts (21) der Zwickelmatrize (20, 33) der Außenquerschnitt des Faserzwickels (34) variiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unidirektionalen Faserstränge (32) bereitgestellt werden, indem ein Bindermaterial auf die Faserstränge (32) vor der Hindurchführung durch die Zwickelmatrize (20, 33) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (32) durch ein Heizelement (39) der Zwickelmatrize (20, 33) beim Hindurchführen durch die Zwickelmatrize (20, 33) temperiert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herstellens des Faserzwickels (34) einer oder ein Teil der Faserstränge (32) vor dem Hindurchführen durch die Zwickelmatrize (20, 33) mittels einer Schneidvorrichtung (38) durchtrennt werden und die Förderung der durchtrennten Faserstränge (32) gestoppt wird, um die Anzahl der durch die Zwickelmatrize (20, 33) hindurchgeführten Faserstränge (32) zu reduzieren, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels (34) durch Variieren des Innenquerschnitts (21) der Zwickelmatrize (20, 33) verkleinert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herstellens des Faserzwickels (34) die Förderung eines oder mehrerer durchtrennter Faserstränge (32) gestartet wird, um die Anzahl der durch die Zwickelmatrize (20, 33) hindurchgeführten Faserstränge (32) zu erhöhen, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels (34) durch Variieren des Innenquerschnitts (21) der Zwickelmatrize (20, 33) vergrößert wird.
  6. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserzwickels (34) zum Besetzen von Hohlstellen (16, 35) bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei die Vorrichtung eine Bereitstellungseinrichtung (31) hat, die zum Bereitstellen von unidirektionalen Fasersträngen (32) eingerichtet ist, eine Zwickelmatrize (20, 33) hat, dessen Innenquerschnitt (21) das Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels (34) bildet und mit der Bereitstellungseinrichtung (31) derart zusammenwirkt, dass die bereitgestellten unidirektionalen Faserstränge (32) durch die Zwickelmatrize (20, 33) hindurchführbar sind, wobei die Zwickelmatrize (20, 33) zum Zusammenpressen der durch sie hindurchgeführten unidirektionalen Faserstränge (32) ausgebildet ist, und wobei die Vorrichtung ein Heizelement (39) hat, das zum Temperieren der Faserstränge (32) zur thermischen Aktivierung eines Bindermaterials der Faserstränge (32), um die Außenform des Faserzwickels (34) zu fixieren, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwickelmatrize (20, 33) zum Variieren des Innenquerschnitts (21) während des Herstellens des Faserzwickels (34) ausgebildet ist, wobei die Zwickelmatrize (20, 33) mindestens drei Rahmenelemente (22, 23, 24) hat, die zusammen den Innenquerschnitt (21) der Zwickelmatrize (20, 33) als Negativ der Außenform des herzustellenden Faserzwickels (34) bilden, wobei die Rahmenelemente (22, 23, 24) jeweils mit einer Stirnseite (22a; 23a, 23b) zu einem angrenzenden Rahmenelement (22, 23, 24) in der Querschnittsebene verschiebbar zu dem jeweiligen angrenzenden Rahmenelement (22, 23, 24) gelagert sind, um den Innenquerschnitt (21) der Zwickelmatrize (20, 33) zu variieren.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Binderauftragseinrichtung vorgesehen ist, die zum Aufbringen eines Bindermaterials auf die Faserstränge (32) vor dem Hindurchführen durch die Zwickelmatrize (20, 33) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (39) Teil der Zwickelmatrize (20, 33) ist, um beim Hindurchführen durch die Zwickelmatrize (20, 33) die Faserstränge (32) zu temperieren.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidvorrichtung (38) zwischen der Bereitstellungseinrichtung (31) und der Zwickelmatrize (20, 33) vorgesehen ist, die zum Durchtrennen von einem oder mehreren Fasersträngen (32) ausgebildet ist, wobei die Bereitstellungseinrichtung (31) zum Stoppen der Förderung des oder der durchtrennten Faserstränge (32) ausgebildet ist, um so die Anzahl der durch die Zwickelmatrize(20, 33) hindurchgeführten Faserstränge (32) zu reduzieren, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels (34) durch Variieren des Innenquerschnitts (21) der Zwickelmatrize (20, 33) verkleinert wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellungseinrichtung (31) zum Starten der Förderung eines oder mehrerer durchtrennter Faserstränge (32) ausgebildet ist, um die Anzahl der durch die Zwickelmatrize (20, 33) hindurchgeführten Faserstränge (32) zu erhöhen, wenn der Außenquerschnitt des Faserzwickels (34) durch Variieren des Innenquerschnitts (21) der Zwickelmatrize (20, 33) erhöht wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegmentes (10) aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei in den durch das Anliegen zweier L-förmiger Bauelemente (12, 13) im Krümmungsbereich entstandenen Hohlraum ein Faserzwickel (34) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich ein Faserzwickel (34) mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt und in den Hohlraum eingesetzt wird.
  12. Anlage (30) zur Herstellung eines T-förmigen Bauteilsegmentes (10) aus einem Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (10) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 aufweist und zum Einlegen des kontinuierlich hergestellten Faserzwickels (34) in den durch das Anliegen zweier L-förmiger Bauelemente (12, 13) im Krümmungsbereich entstandenen Hohlraum ausgebildet ist.
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