DE102017211897A1 - Method for producing a preform for a fiber composite workpiece - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück, wobei Fäden (2) eines Fasermaterials auf einen Formkern (3) lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings (10) geflochten werden. Eine Variation in der Wandstärke des Vorformlings (10) wird dadurch erzeugt, dass eine Geflechtlage als lokale Geflechtlage (4) ausgebildet wird, die sich nur über einen Teil der Länge des zu erzeugenden Vorformlings (10) erstreckt. Hierzu wird der Flechtprozess zur Erzeugung der lokalen Geflechtlage (4) gestoppt, wenn ein Geflechtschlauch (6) vorgegebener Länge (L) erreicht ist, und der Geflechtschlauch (6) wird durch weiteres Vorschieben des Formkerns (3) in der Flechtanlage (1) auf dem Formkern (3) verschoben und positioniert.

Figure DE102017211897A1_0000
The invention relates to a method for producing a preform for a fiber composite workpiece, wherein threads (2) of a fiber material are braided in layers on a mandrel (3) to form a braid of the preform (10). A variation in the wall thickness of the preform (10) is produced by forming a mesh layer as a local mesh layer (4) which extends only over part of the length of the preform (10) to be produced. For this purpose, the braiding process for producing the local braiding layer (4) is stopped when a braided hose (6) of predetermined length (L) is reached, and the braided hose (6) is in the braiding (1) by further advancing the mandrel (3) the mandrel (3) moved and positioned.
Figure DE102017211897A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück, wobei in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage Fäden eines Fasermaterials auf einen Formkern lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings geflochten werden.The invention relates to a method for producing a preform for a fiber composite workpiece, wherein in a braiding process in a braiding system threads of a fiber material are braided in layers onto a mandrel to form a braid of the preform.

Faserverstärkte Kunststoffe (z.B. CFK, GFK) werden aufgrund ihrer hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit zunehmend als Leichtbauwerkstoffe eingesetzt. Faserverstärkte Bauteile bestehen aus einer Kunststoff-Matrix, in die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Sofern keine vorimprägnierten Materialien zur Anwendung kommen, werden in einem ersten Schritt trockene Fasern, z.B. Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Nylonfasern oder Glasfasern, zu einem Vorformling verarbeitet. Für diesen ersten Schritt werden häufig aus der Textiltechnik stammende Verfahren verwendet, wie beispielweise Flechtprozesse. Bei der im zweiten Schritt folgenden Infiltration wird die Kunststoff-Matrix insbesondere mit einer Druckdifferenz in den Vorformling eingebracht und konsolidiert.Fiber-reinforced plastics (e.g., CFRP, GRP) are increasingly being used as lightweight materials due to their high weight-specific strength and rigidity. Fiber-reinforced components consist of a plastic matrix in which reinforcing fibers are embedded. Unless preimpregnated materials are used, in a first step, dry fibers, e.g. Carbon fibers, aramid fibers, nylon fibers or glass fibers, processed into a preform. For this first step often derived from textile technology processes are used, such as braiding processes. In the infiltration following in the second step, the plastic matrix is introduced into the preform, in particular with a pressure difference, and consolidated.

Bei der Kunststoff-Matrix handelt es sich üblicherweise um duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe. Dadurch ist das Bauteil nach dem Aushärten nicht mehr oder nur noch unter erheblichem Mehraufwand umformbar. Aus diesem Grund besteht die Anforderung, dass die Fasern bereits beim Vorformling endkonturnah abgelegt sein sollen. Im Flechtprozess wird dies durch das Umflechten eines sogenannten Formkerns bewerkstelligt.The plastic matrix is usually thermosetting or thermoplastic plastics. As a result, the component after curing is no longer or only at considerable additional expense formable. For this reason, there is a requirement that the fibers are already deposited near the preform near net shape. In the braiding process, this is done by braiding a so-called mandrel.

Im Flechtprozess erzeugt eine meist ringförmige Flechtanlage einen Geflechtschlauch, welcher auf dem durch den Anlagenmittelpunkt hindurch geführten Formkern abgelegt wird. Durch die Spannung der beim Flechten verwendeten Fäden legt sich der Schlauch an die Oberfläche des Formkerns an und bildet somit dessen Geometrie ab. Folglich wird beim Flechten für einen Vorformling die Geometrie des Formkerns so gewählt, dass sie möglichst der Form des späteren faserverstärkten Bauteils entspricht. Nach der Infiltration wird der Formkern nicht mehr benötigt, da der Verbund aus Faser-Geflecht und Kunststoff-Matrix nun selbst über eine ausreichend hohe Steifigkeit verfügt. Der Formkern wird daher anschließend meist wieder entfernt.In the braiding process, a mostly annular braiding system produces a braided hose which is laid down on the mandrel guided through the center of the installation. Due to the tension of the threads used in the braiding, the hose attaches to the surface of the mandrel and thus reflects its geometry. Consequently, when braiding a preform, the geometry of the mandrel is selected to be as close as possible to the shape of the later fiber reinforced member. After the infiltration of the mandrel is no longer needed because the composite of fiber braid and plastic matrix now even has a sufficiently high rigidity. The mold core is therefore usually subsequently removed again.

Die Wandstärke eines faserverstärkten Bauteils wird über die Anzahl der Geflechtlagen eingestellt. Für gewöhnlich besteht das Geflecht des Vorformlings aus mehreren Lagen, das heißt, der Formkern wird mehrfach durch eine Flechtanlage oder durch mehrere Flechtanlagen bewegt. Die Fixierung jeder Geflechtlage erfolgt an den Enden des Formkerns über eine Einschnürung des Geflechtes oder über eine Klebung. Somit verfügt der Vorformling entlang der gesamten Länge über die gleiche Anzahl an Geflechtlagen. Folglich gibt die größte erforderliche Wandstärke die Wandstärke des gesamten Bauteils vor. Insbesondere bei großen Bauteilen mit lokal isolierten Belastungszonen führt dies zu einem unnötig hohen Bauteilgewicht und erhöhten Materialkosten.The wall thickness of a fiber-reinforced component is set by the number of mesh layers. Usually, the braid of the preform consists of several layers, that is, the mandrel is moved several times through a braiding or through multiple braiding. The fixation of each braid layer takes place at the ends of the mandrel via a constriction of the braid or via an adhesive bond. Thus, the preform has the same number of mesh layers along the entire length. Consequently, the largest wall thickness required dictates the wall thickness of the entire component. Especially with large components with locally isolated stress zones, this leads to an unnecessarily high component weight and increased material costs.

Zur Reduzierung des Bauteilgewichts ist es beispielsweise bekannt in hochbelasteten Bauteilbereichen zusätzliche lokale Verstärkungen in Form von sogenannten Patches aufzubringen. Hierzu werden aus einem flachen Faserband definierte Stücke ausgeschnitten und mittels eines Roboters gezielt auf dem Vorformling abgelegt. Dieser Prozess wird auch als „Fiber Patch Placement“ bezeichnet.To reduce the weight of the component, it is known, for example, to apply additional local reinforcements in the form of so-called patches in highly loaded component areas. For this purpose, defined pieces are cut out of a flat sliver and placed on the preform by means of a robot. This process is also known as "Fiber Patch Placement".

Dieser Vorgang ist jedoch mit einem weiteren Prozessschritt (außerhalb der Flechtanlage) verbunden, da umflochtene Formkerne, welche eine Patch-Verstärkung zwischen zwei Geflechtlagen erhalten sollen, aus dem Flechtprozess entfernt, lokal verstärkt und anschließend wieder in den Flechtprozess zurückgeführt werden müssen.However, this process is associated with a further process step (outside the braiding plant) since braided mandrels which are to receive a patch reinforcement between two braid layers must be removed from the braiding process, locally strengthened and then returned to the braiding process.

Weiterhin ist aus der den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bildenden Druckschrift DE 10 2015 214 596 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem eine lokale Verringerung der Wandstärke erzeugt wird, indem eine Geflechtlage aufgeflochten wird und dann in einer den Formkern umlaufenden Richtung durchtrennt wird. Durch Verschieben zumindest eines Teils der Geflechtlage wird zwischen den Teilen ein Bereich ohne diese Geflechtlage geschaffen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Verstärkung in lokal begrenzten Bereichen aufzuflechten. Jedoch ist ein zusätzlicher apparativer Aufwand erforderlich, da Greifvorrichtungen sowie eine zusätzliche Schneidvorrichtung zur Durchtrennung der Geflechtlage erforderlich sind.Furthermore, from the preamble of claim 1 forming document DE 10 2015 214 596 A1 a method is known in which a local reduction of the wall thickness is produced by braiding a mesh layer and then severing in a direction surrounding the mandrel. By moving at least a portion of the mesh layer, an area without this mesh layer is created between the parts. With this method it is possible to weave a reinforcement in localized areas. However, an additional expenditure on equipment is required because gripping devices and an additional cutting device for the separation of the mesh layer are required.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren anzugeben, mit dem Bauteile mit variierenden Wandstärken herstellbar sind und das sich leicht in bestehende großindustrielle Prozesse integrieren lässt.Against this background, it is the object of the present invention to provide an alternative method, with which components with varying wall thicknesses can be produced and which can be easily integrated into existing large-scale industrial processes.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a method according to claim 1. Further advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück werden in einem Flechtprozess in einer Flechtanlage Fäden eines Fasermaterials auf einen Formkern lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings geflochten. Eine Variation in der Wandstärke des Vorformlings wird dadurch erzeugt, dass eine Geflechtlage als lokale Geflechtlage ausgebildet wird, die sich nur über einen Teil der Länge des zu erzeugenden Vorformlings erstreckt. Erfindungsgemäß wird der Flechtprozess zur Erzeugung der lokalen Geflechtlage gestoppt, wenn ein Geflechtschlauch vorgegebener Länge erreicht ist und der Geflechtschlauch wird durch weiteres Vorschieben des Formkerns in der Flechtanlage auf dem Formkern verschoben und positioniert.In the process of producing a fiber preform for a fiber composite workpiece, in a braiding process in a braiding machine, filaments of a fibrous material are braided to a mandrel in layers into a braid of the preform. A variation in the wall thickness of the preform is generated by a Braid layer is formed as a local mesh layer, which extends only over part of the length of the preform to be produced. According to the braiding process for producing the local braiding layer is stopped when a braided hose of predetermined length is reached and the braided hose is moved and positioned by further advancing the mandrel in the braiding on the mandrel.

Genauer gesagt wird die Flechtmaschine gestoppt und der Formkern wird vorgeschoben, während der Flechtprozess unterbrochen ist. Der Geflechtschlauch, welcher noch mit den Fäden verbunden ist, welche in der Flechtmaschine an deren Fadenspulen aufgewickelt sind, wird von den Flechtfäden an seinem Platz gehalten, während der Formkern durch den Flechtschlauch weiter nachgeschoben wird. Dadurch rutscht der Geflechtschlauch auf dem Formkern ab und befindet sich nach der Positionierung an einer Stelle, die weiter vom Anfang des Formkerns entfernt ist als vor der Positionierung.More specifically, the braiding machine is stopped and the mandrel is advanced while the braiding process is interrupted. The braid tube, which is still connected to the threads which are wound in the braiding machine at the filament bobbins, is held in place by the braiding threads, while the mandrel is pushed further through the braided tube. As a result, the braid tube slips on the mandrel and is located after positioning at a location that is farther from the beginning of the mandrel than before positioning.

Die vorgegebene Länge des Geflechtschlauchs wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Reibung, welche beim Verschieben des Geflechtschlauchs auf dem Formkern auftritt, nur so groß ist, dass der Geflechtschlauch noch verschiebbar ist. Gleiches gilt für die weiteren Flechtparameter wie z.B. Fadenspannung, Flechtwinkel etc., welche ebenfalls so gewählt werden, dass die Verschiebbarkeit des Geflechtschlauchs gegeben ist.The predetermined length of the braided tube is preferably chosen so that the friction that occurs when moving the braided tube on the mandrel is only so great that the braided tube is still displaced. The same applies to the other braiding parameters, such as Thread tension, braid angle, etc., which are also chosen so that the displaceability of the braided hose is given.

Vorteilhafter Weise kann bei diesem Verfahren die exakte Positionierung einer lokalen Verstärkung mit Hilfe der Flechtanlage vorgenommen werden. Insbesondere sind für die Positionierung keine zusätzlichen Vorrichtungen notwendig. Daher lässt sich das Verfahren leicht in bestehende Herstellverfahren zur Erzeugung umflochtener Vorformlinge integrieren.Advantageously, in this method, the exact positioning of a local reinforcement by means of the braiding system can be made. In particular, no additional devices are necessary for the positioning. Therefore, the process can be easily integrated into existing production processes for the production of braided preforms.

Vorteilhafter Weise kann der Flechtprozess zur Herstellung der lokalen Geflechtlage an einem vorderen Ende des Formkerns beginnen. Somit wird keine besondere Vorrichtung oder Verfahrensführung benötigt. Der entstehende Geflechtschlauch kann zunächst über eine Einschnürung am vorderen Ende des Formkerns gehalten werden. Wird der Flechtprozess gestoppt und der Formkern weiter vorgeschoben, so wird diese Einschnürung aufgeweitet und der Geflechtschlauch auf dem Formkern verschoben.Advantageously, the braiding process for producing the local braiding layer may begin at a front end of the mandrel. Thus, no special device or process management is needed. The resulting braided tube can first be held over a constriction at the front end of the mandrel. If the braiding process is stopped and the mandrel advanced further, this constriction is widened and moved the braid tube on the mandrel.

Der Formkern kann z.B. als Hohlkern oder als Schaumkern ausgebildet sein. Die Außenkontur des Formkerns weist zumindest abschnittsweise die Form der Innenkontur des fertigen Faserverbundwerkstücks auf.The mandrel may e.g. be designed as a hollow core or foam core. The outer contour of the mold core has, at least in sections, the shape of the inner contour of the finished fiber composite workpiece.

Die lokale Geflechtlage kann als erste Faserlage auf dem Kern ausgebildet werden. Ebenso ist es möglich, dass bereits eine oder mehrere weitere Faserlagen, insbesondere Geflechtlagen, auf dem Formkern ausgebildet sind, wenn die lokale Geflechtlage erzeugt wird. Das Aufflechten der lokalen Geflechtlage erfolgt vorzugsweise unmittelbar auf dem Formkern oder unmittelbar auf einer weiteren Faser- oder Geflechtlage, wobei der Begriff „unmittelbar“ dahingehend zu verstehen ist, dass zwischen dem Formkern (oder der Faserlage) und der lokalen Geflechtlage keine weiteren Stoffe oder Schichten angeordnet sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auf den Einsatz von zusätzlichen Materialien, wie z.B. Hilfskernen oder Patches, verzichtet werden kann, welche im nachfolgenden Konsolidierungsprozess ggf. ein problematisches Verhalten zeigen können.The local mesh layer can be formed as a first fiber layer on the core. It is likewise possible that one or more further fiber layers, in particular braided layers, are already formed on the mold core when the local braiding layer is produced. The weaving of the local braiding layer is preferably carried out directly on the mandrel or directly on another fiber or braided layer, wherein the term "immediate" is to be understood that between the mandrel (or the fiber layer) and the local braid layer no further substances or layers are arranged. This is particularly advantageous because of the use of additional materials, e.g. Auxiliary kernels or patches can be dispensed with, which may possibly show a problematic behavior in the subsequent consolidation process.

Ist der Formkern im Geflechtschlauch so weit vorgeschoben, dass die gewünschte Position des Geflechtschlauchs erreicht ist, so kann der Flechtprozess zur Fertigstellung der lokalen Geflechtlage fortgeführt werden. Beispielsweise wird der Flechtprozess wieder gestartet und der Formkern wird mit dem Geflechtschlauch weiter umflochten bis das Ende des Formkerns erreicht ist oder bis die lokale Geflechtlage eine vorgegebene Länge erreicht hat. Besonders bei sehr kurzen zu verstärkenden Abschnitten ist es jedoch auch denkbar, dass die Länge des Geflechtschlauchs, welcher auf dem Formkern verschoben wird, bereits als lokale Geflechtlage ausreicht und daher nach dem Verschieben des Formkern nicht mehr weitergeflochten wird.If the mandrel in the braided tube has advanced so far that the desired position of the braided tube has been reached, then the braiding process can be continued to complete the local braiding position. For example, the braiding process is restarted and the mandrel is braided further with the braided tube until the end of the mandrel is reached or until the local braid has reached a predetermined length. However, especially with very short sections to be reinforced, it is also conceivable that the length of the braided tube, which is displaced on the mandrel, already sufficient as a local braid layer and therefore no longer braided after moving the mandrel.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Flechtfäden abgetrennt, wenn die lokale Geflechtlage fertiggestellt und positioniert ist. Gegenüber dem sogenannten Wechselflechten, bei dem der Vorformling nach Fertigstellung einer Geflechtlage in der entgegengesetzten Richtung erneut durch die Flechtanlage geführt wird, hat dies den Vorteil einer erhöhten Flexibilität. Insbesondere kann der mit der lokalen Geflechtlage versehene Formkern problemlos auch in einer weiteren Flechtanlage weiterbearbeitet werden, was insbesondere bei auf dem Umlaufprinzip basierenden Fertigungsstrukturen von Vorteil ist.In a preferred embodiment, the braiding threads are severed when the local braid layer is completed and positioned. Compared to the so-called change-over braiding, in which the preform is again guided through the braiding system in the opposite direction after completion of a braiding layer, this has the advantage of increased flexibility. In particular, the mandrel provided with the local mesh layer can be easily processed in another braiding system, which is particularly advantageous when based on the circulation principle manufacturing structures.

Die vorgegebene Länge des Geflechtschlauchs, welcher auf dem Formkern verschoben wird, wird vorzugsweise auch so gewählt, dass die Reibung des Geflechtschlauchs, welcher dieser auf seiner Auflage erfährt, ausreicht, um den Geflechtschlauch bei Wiederaufnahme des Flechtprozesses an einem ungewollten Abrutschen zu hindern.The predetermined length of the braided hose, which is displaced on the mandrel, is preferably also selected so that the friction of the braided hose, which experiences this on its support, sufficient to prevent the braided hose at resumption of the braiding process from unwanted slipping.

Zur Positionierung der lokalen Geflechtlage auf dem Formkern kann dieser z.B. um eine vorgegebene Strecke bei gestopptem Flechtprozess verschoben werden. Eine besonders sichere Positionierung und Fixierung des Geflechtschlauchs auf dem Formkern ergibt sich in einer Ausgestaltung, bei der der Formkern eine Positionierhilfe aufweist und mit der Positionierhilfe bis an oder in den Geflechtschlauch eingeschoben wird. An der Positionierhilfe kann der Formkern beispielsweise eine - insbesondere lokal begrenzte - Querschnittsvergrößerung aufweisen. Die Querschnittsvergrößerung kann beispielsweise durch eine Ausbuchtung o.ä. realisiert sein. Wird der Formkern bis zur Positionierhilfe in dem Geflechtschlauch verschoben, so steigt der Widerstand stark an, wodurch das Erreichen der Sollposition z.B. mittels Sensor leicht detektierbar ist. Weiterhin bewirkt die Positionierhilfe, dass der Geflechtschlauch bei einer Wideraufnahme des Flechtprozesses nicht weiter auf dem Formkern abrutschen kann. Vorteilhafter Weise sind für die sichere Fixierung keine zusätzlichen Fixiermittel, wie z.B. Klebstoffe notwendig und es können auch sehr kurze lokale Geflechtlagen sicher positioniert werden.For positioning the local braiding layer on the mandrel this can be moved for example by a predetermined distance with braiding process stopped. A particularly safe Positioning and fixation of the braided tube on the mandrel results in an embodiment in which the mandrel has a positioning aid and is inserted with the positioning aid to or in the braided tube. At the positioning of the mold core, for example, have a - especially localized - cross-sectional enlargement. The cross-sectional enlargement can, for example, by a bulge o.ä. be realized. If the mold core is displaced up to the positioning aid in the braided hose, the resistance rises sharply, as a result of which the achievement of the desired position, for example by means of a sensor, can easily be detected. Furthermore, the positioning helps that the braided hose can not slip on the mandrel at a resumption of the braiding process. Advantageously, no additional fixative, such as adhesives are necessary for secure fixation and it can be safely positioned even very short local mesh layers.

Nach Ausbilden der lokalen Geflechtlage können auf den Formkern z.B. noch ein oder mehrere weitere Geflechtlagen oder lokal begrenzte Geflechtlagen aufgebracht werden, wozu der umflochtene Formkern erneut durch eine Flechtanlage geführt werden kann. Der fertiggestellte Vorformling kann anschließend mit dem Matrixwerkstoff infiltriert und in einem geeigneten Formwerkzeug ggf. unter Druck und bei erhöhter Temperatur zum Faserverbundwerkstück konsolidiert werden. Der Formkern kann im Faserverbundwerkstück verbleiben oder aus diesem entfernt werden.After forming the local braiding layer, it is possible to apply to the mandrel e.g. one or more other layers of braids or localized braid layers are applied, for which purpose the braided mandrel can be passed through a braiding system again. The finished preform can then be infiltrated with the matrix material and consolidated in a suitable mold, if necessary under pressure and at elevated temperature to the fiber composite workpiece. The mandrel can remain in the fiber composite workpiece or be removed from it.

Unter einem Faserverbundwerkstück ist vorliegend ein Werkstück zu verstehen, welches durch einen Verbund eines Vorformlings aus Fasermaterial und eines Matrixwerkstoffs gebildet wird. Als Fasermaterialien sind hierbei z.B. Carbonfasern, Glasfasern oder Aramidfasern bevorzugt. Die zum Flechten verwendeten Fäden sind Faserstränge aus einer Vielzahl von Endlosfasern (Rovings). Der Matrixwerkstoff kann beispielsweise duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe umfassen.In the present case, a fiber composite workpiece is to be understood as meaning a workpiece which is formed by a composite of a preform made of fiber material and a matrix material. As fiber materials here are e.g. Carbon fibers, glass fibers or aramid fibers are preferred. The threads used for braiding are fiber strands of a variety of continuous fibers (rovings). The matrix material may comprise, for example, thermosetting or thermoplastic plastics.

Das voranstehend beschriebene Verfahren eignet sich hervorragend für die automatisierte Fertigung von mehrlagigen, biaxialen oder triaxialen Hohlgeflechten aus Fasermaterialien. Die aufgebrachten Verstärkungen sind lokal begrenzbar. Das Verfahren erfordert keine nennenswerten Unterbrechungen des Flechtvorgangs und keine manuellen Eingriffe, wodurch es sich leicht in bestehende kontinuierliche Produktionsprozesse integrieren lässt.The method described above is outstandingly suitable for the automated production of multilayer, biaxial or triaxial hollow braids made of fiber materials. The applied reinforcements are locally limited. The process does not require any significant breaks in the braiding process and no manual intervention, which makes it easy to integrate into existing continuous production processes.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich anhand der Zeichnung und im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood with reference to the drawings and in conjunction with the following description of the embodiments. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

  • 1a-1f in einer schematischen Darstellung die Prozessschritte in einer Flechtanlage zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens und
  • 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Formkerns mit Positionierelement.
Embodiments will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show:
  • 1a-1f in a schematic representation of the process steps in a braiding system for illustrating an exemplary method and
  • 2 a schematic representation of an exemplary mold core with positioning.

In den 1a bis 1f ist schematisch die Herstellung eines Vorformlings 10 dargestellt, der in einer Flechtanlage 1 hergestellt wird. Die Flechtanlage 1 umfasst einen Flechtring, über welchen Fäden 2 von nicht dargestellten Fadenspulen auf einen Formkern 3 zu einem Geflecht eines Vorformlings 10 aufgeflochten werden. In den Figuren ist aus Gründen der Veranschaulichung keine weitere Faser- oder Geflechtlage dargestellt. Gleichwohl können bereits eine oder mehrere Faserlagen, insbesondere Geflechtlagen, auf dem Formkern aufgebracht sein, bevor die in den 1a bis 1f gezeigten Schritte durchgeführt werden. Auf den Formkern 3 wird eine lokale Geflechtlage 4 aufgebracht. Hierzu wird der Formkern in die Flechtanlage 1 eingeführt und vom vorderen Ende 5 an umflochten. Der Formkern 3 wird während des Flechtvorgangs in die Vorschubrichtung X weiterbewegt, wobei sich ein den Formkern 3 umgebender Geflechtschlauch 6 bildet. Wenn dieser Geflechtschlauch 6 eine vorgegebene Länge L erreicht hat, wird der Flechtprozess gestoppt, dargestellt in 1b.In the 1a to 1f is schematically the production of a preform 10 pictured in a braiding plant 1 will be produced. The braiding plant 1 comprises a braiding ring over which threads 2 not shown thread bobbins on a mandrel 3 to a mesh of a preform 10 be braided. In the figures, for reasons of illustration no further fiber or mesh layer is shown. Nevertheless, one or more fiber layers, in particular braided layers, can already be applied to the mandrel before they enter the 1a to 1f be performed steps shown. On the mold core 3 becomes a local webbing 4 applied. For this purpose, the mold core in the braiding 1 introduced and from the front end 5 entwined. The mold core 3 becomes in the feed direction during the braiding process X moved further, with one the mold core 3 surrounding braid hose 6 forms. If this braided hose 6 a given length L has reached, the braiding process is stopped, shown in 1b ,

Die lokale Geflechtlage 4 soll das fertige Bauteil in einem lokal begrenzten Bereich verstärken, in welchem das Bauteil aufgrund der zu erwartenden Bauteilbelastung eine größere Wandstärke aufweisen muss. Um die lokale Geflechtlage auf dem Formkern 3 an die Verstärkungsstelle zu bringen, wird nun, dargestellt in 1c, der Formkern 3 in der Flechtanlage 1 weiter vorgeschoben während der Flechtprozess gestoppt bleibt. Hierdurch wird der bis dahin entstandene Geflechtschlauch 6 durch die Fäden 2, welche mit der Flechtanlage 1 gekoppelt sind, an seiner Position relativ zur Flechtanlage gehalten, während der Formkern 3 durch den Geflechtschlauch 6 vorgeschoben wird. Dabei weitet sich die zu Beginn des Geflechtschlauchs ausgebildete Einschnürung auf. Der Flechtkern 3 kann z.B. um eine vorgegebene Strecke vorgeschoben werden, um die lokale Geflechtlage 4 an einer vorbestimmten Position auf dem Formkern 3 zu positionieren. Danach kann der Flechtprozess wieder gestartet werden und die lokale Geflechtlage 4 wird weitergeflochten, siehe 1d. Die lokale Geflechtlage 4 kann beispielsweise bis zum hinteren Ende 7 des Formkerns ausgebildet werden.The local braid situation 4 should reinforce the finished component in a localized area, in which the component must have a greater wall thickness due to the expected component load. Around the local mesh layer on the mandrel 3 to bring to the reinforcing point, is now shown in 1c , the mold core 3 in the wicker plant 1 further advanced while the braiding process is stopped. As a result, the braid tube formed up to that point will become 6 through the threads 2 , which with the braiding plant 1 are coupled, held in position relative to the braiding during the mold core 3 through the braided hose 6 is advanced. At the same time, the constriction formed at the beginning of the braided hose widens. The braid core 3 can be advanced, for example, by a predetermined distance to the local mesh layer 4 at a predetermined position on the mandrel 3 to position. Thereafter, the braiding process can be restarted and the local braiding 4 is being woven, see 1d , The local braid situation 4 for example, to the far end 7 be formed of the mandrel.

1e zeigt den Vorformling 10 mit der lokalen Geflechtlage 4, welche sich nur über einen Abschnitt des Formkerns erstreckt. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kann der so umflochtene Formkern anschließend mit einer oder weiteren Geflechtlagen umflochten werden, wobei auch mehrere Geflechtlagen, wie voranstehend beschrieben, als lokale Verstärkungen ausgebildet werden können. 1e shows the preform 10 with the local mesh 4 , which extends only over a portion of the mold core. Although not shown in the figures, the braided mandrel can then be braided with one or more braided layers, wherein a plurality of braid layers, as described above, can be formed as local reinforcements.

Die Länge L des Geflechtschlauchs 6, bei der der Flechtprozess in 1b unterbrochen wird, wird vorzugsweise so gewählt, dass einerseits die Reibung des Geflechtschlauchs 6 auf dem darunterliegenden Material (Formkern 3 oder weitere Geflechtlage) es erlaubt, den Formkern 3 durch das Geflecht hindurchzuschieben. Andererseits wird die Länge L auch so gewählt, dass die Reibung genügt, damit der Geflechtschlauch 6 beim Weiterflechten nach dem Verschieben des Formkerns nicht unbeabsichtigt verrutscht. Die Länge des Geflechtschlauchs, welcher dieser hierfür aufweisen muss, ist u.a. abhängig von der Art und Anzahl der Flechtfäden und dem Material und der Beschaffenheit des Formkerns bzw. einer unter dem Geflechtschlauch bereits befindlichen weiteren Geflechtlage.The length L of the braided hose 6 in which the braiding process in 1b is interrupted, is preferably chosen so that on the one hand, the friction of the braided hose 6 on the underlying material (mold core 3 or more mesh layer) it allows the mandrel 3 push through the mesh. On the other hand, the length becomes L also chosen so that the friction is sufficient, so that the braided hose 6 when further braiding after moving the mandrel does not accidentally slip. The length of the braided hose, which this must have for this purpose depends inter alia on the type and number of braiding threads and the material and the nature of the mandrel or a further braid under the braid already located.

Die exakte Positionierung des Geflechtschlauchs 6 auf dem Formkern 3 kann weiter verbessert werden, wenn am Formkern 3 hierzu eine Positionierhilfe 8 in Form einer lokalen Querschnittsvergrößerung vorgesehen ist. Die Positionierhilfe 8 kann beispielsweise, wie in 2 dargestellt, durch eine Ausbuchtung o.ä. dargestellt sein. Die Positionierhilfe stellt sicher, dass der bereits geflochtene Geflechtschlauch nur bis zur Positionierhilfe 8 verschoben werden kann und beim anschließenden Weiterflechten positioniert bleibt.The exact positioning of the braided hose 6 on the mold core 3 can be further improved when the mold core 3 this is a positioning aid 8th is provided in the form of a local cross-sectional enlargement. The positioning aid 8th can, for example, as in 2 represented by a bulge or similar be shown. The positioning aid ensures that the already braided braided hose only reaches the positioning aid 8th can be moved and remains positioned during subsequent lichenization.

Der in 1e dargestellte Schritt des Weiterflechtens ist optional. Es kann bis zum hinteren Ende 7 des Formkerns weitergeflochten werden. Denkbar ist auch das Abschneiden der Geflechtlage 4 bereits vor dem Ende des Formkerns, wodurch Verstärkungen beispielsweise nur in einem mittleren Bereich erzeugt werden können. Das Ende der lokalen Geflechtlage kann in diesem Fall beispielsweise durch eine Klemmvorrichtung oder Klebstoff fixiert werden.The in 1e shown step of further weaving is optional. It can be up to the far end 7 the mandrel be further braided. It is also conceivable to cut off the mesh layer 4 already before the end of the mold core, whereby reinforcements can be produced, for example, only in a central region. The end of the local braid layer can be fixed in this case, for example, by a clamping device or adhesive.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, lokale Verstärkungen im Flechtprozess aufzubringen ohne dass dies mit zusätzlichen Prozessschritten verbunden wäre. Insbesondere kann auf manuelle Arbeitsschritte oder den Einsatz zusätzlicher Greifvorrichtungen verzichtet werden, weshalb sich das Verfahren insbesondere für den großindustriellen Einsatz eignet. Das Verfahren kann mit herkömmlichen Flechtanlagen durchgeführt werden, so dass keine zusätzlichen Investitionskosten und kein zusätzlicher Platzbedarf anfällt.With the method according to the invention, it is possible to apply local reinforcements in the braiding process without this being associated with additional process steps. In particular, can be dispensed with manual operations or the use of additional gripping devices, which is why the method is particularly suitable for large-scale industrial use. The process can be carried out with conventional braiding, so that no additional investment costs and no additional space required.

Die gezielte lokale Verstärkung des Vorformlings ermöglicht es weiterhin Gewicht und Kosten des fertigen Bauteils gegenüber herkömmlichen Verstärkungen zu reduzieren. Die so aufgebrachte lokale Verstärkung kann in einfacher Weise z.B. durch Variation der Stehfadenanzahl und die Verwendung verschiedener Flechtfäden variiert und dem Belastungsfall angepasst werden. Beispielsweise ist ein gezielt asymmetrisches Verformungsverhalten des Bauteils im Belastungsfall zu erreichen, wenn die lokale Verstärkung nur einseitig ausgebildet wird, z.B. wenn einseitig Stehfäden aus Kohlefasern verwendet werden und ansonsten Stehfäden aus Glasfasern.The targeted local reinforcement of the preform allows further weight and cost of the finished component compared to conventional reinforcements to reduce. The local amplification thus applied can be easily measured e.g. varied by varying the number of stave thread and the use of different braiding threads and adapted to the load case. For example, a deliberately asymmetric deformation behavior of the component to be achieved in the load case, if the local reinforcement is formed only on one side, e.g. if one-sided standing threads made of carbon fibers are used and otherwise standing threads made of glass fibers.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Insbesondere ist es auch denkbar, die lokale Verstärkung nicht vom vorderen Ende des Formkerns aufzuflechten, sondern erst in einem mittleren Bereich mit dem Flechtvorgang zu beginnen. Die Fixierung der lokalen Geflechtlage kann dann z.B. mittels einer zusätzlichen Greifvorrichtung oder durch Klebstoff erfolgen.The embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible. In particular, it is also conceivable not to wind up the local reinforcement from the front end of the mold core, but to begin the braiding process only in a central region. The fixation of the local mesh layer may then be e.g. by means of an additional gripping device or by adhesive.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
FlechtanlageFlechtanlage
22
Fädenthreads
33
Formkernmold core
44
lokale Geflechtlagelocal mesh
55
vorderes Ende Formkernfront end mold core
66
GeflechtschlauchGeflechtschlauch
77
hinteres Ende Formkernrear end mold core
88th
Positionierhilfepositioning
1010
Vorformlingpreform
LL
Längelength
XX
Vorschubrichtungfeed direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015214596 A1 [0008]DE 102015214596 A1 [0008]

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundwerkstück, wobei Fäden (2) eines Fasermaterials auf einen Formkern (3) lagenweise zu einem Geflecht des Vorformlings (10) geflochten werden, wobei eine Variation in der Wandstärke des Vorformlings (10) dadurch erzeugt wird, dass eine Geflechtlage als lokale Geflechtlage (4) ausgebildet wird, die sich nur über einen Teil der Länge des zu erzeugenden Vorformlings (10) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flechtprozess zur Erzeugung der lokalen Geflechtlage (4) gestoppt wird, wenn ein Geflechtschlauch (6) vorgegebener Länge (L) erreicht ist, und der Geflechtschlauch (6) durch weiteres Vorschieben des Formkerns (3) in der Flechtanlage (1) auf dem Formkern (3) verschoben und positioniert wird.A method of producing a preform for a fiber composite workpiece, wherein threads (2) of a fibrous material are braided onto a mandrel (3) in layers to a braid of the preform (10), wherein a variation in the wall thickness of the preform (10) is produced by a braid layer is formed as a local braiding layer (4) which extends over only a part of the length of the preform (10) to be produced, characterized in that the braiding process for producing the local braiding layer (4) is stopped when a braided hose (6 ) predetermined length (L) is reached, and the braided hose (6) by further advancement of the mandrel (3) in the braiding system (1) on the mandrel (3) is moved and positioned. Verfahren nach Patentanspruch 1, bei dem der Flechtprozess zur Herstellung der lokalen Geflechtlage (4) an einem vorderen Ende (5) des Formkerns (3) beginnt.Method according to Claim 1 in which the braiding process for producing the local braid layer (4) starts at a front end (5) of the mandrel (3). Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die lokale Geflechtlage (4) unmittelbar auf dem Formkern (3) oder unmittelbar auf einer auf dem Formkern (3) aufgebrachten weiteren Geflechtlage aufgeflochten wird.Method according to one of the preceding claims, in which the local braiding layer (4) is braided directly on the mandrel (3) or directly on a further braiding layer applied to the mandrel (3). Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Flechtprozess nach dem Positionieren des Geflechtschlauchs (6) zur Fertigstellung der lokalen Geflechtlage (4) fortgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the braiding process is continued after the positioning of the braided tube (6) to complete the local braiding layer (4). Verfahren nach einem der vorangehenden Patenansprüche, bei dem die Fäden (2) durchtrennt werden, wenn die lokale Geflechtlage (4) fertiggestellt und positioniert ist.Method according to one of the preceding claims, in which the threads (2) are severed when the local mesh layer (4) is completed and positioned. Verfahren nach einem der vorangehenden Patenansprüche, bei dem der Formkern (3) eine Positionierhilfe (8) aufweist und mit der Positionierhilfe (8) bis an oder in den Geflechtschlauch (6) eingeschoben wird.Method according to one of the preceding patent claims, in which the mold core (3) has a positioning aid (8) and is inserted with the positioning aid (8) as far as or into the braided hose (6). Verfahren nach einem der vorangehenden Patenansprüche, bei dem der fertige Vorformling (10) mit einem Matrixwerkstoff infiltriert und in einem Formwerkzeug zum Faserverbundwerkstück konsolidiert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the finished preform (10) is infiltrated with a matrix material and consolidated in a mold to the fiber composite workpiece. Verfahren nach einem der vorangehenden Patenansprüche, bei dem die Fäden (2) Carbon-, Glasfasern und/oder Aramidfasern sind.Method according to one of the preceding patent claims, in which the threads (2) are carbon fibers, glass fibers and / or aramid fibers.
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