DE3227639A1

DE3227639A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formgegenstaenden durch fadenwickeltechniken

Info

Publication number: DE3227639A1
Application number: DE19823227639
Authority: DE
Inventors: Warren Hill 06027 East Hartland Conn. Pinter; Dale Evans 06095 Windsor Conn. Smith
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1983-03-03
Also published as: AU545601B2; DK161378C; ES514111A0; JPS6410333B2; FI72490C; CA1178942A; NO822492L; IN156497B; NL8202905A; SE452876B; AR227249A1; DE3227639C2; GB2102381A; AU8629282A; DK161378B; FI822566A0; BR8204246A; KR840000428A; KR890000601B1; DK299982A

Description

PATENTANWALT J

DR. RICHARD KNEISSL Widenmayerstr. 46

D-8000 MÜNCHEN Td.089/295125

DE 51 Dr.K/sch

United Technologies Corporation, Hartford, Ct./V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formgegenständen durch Fadenwickeltechniken

κ- 9

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formgegenständen, durch eine Fadenwickeltechnik.

Die Popularität von Fadenwickeltechniken zur Herstellung von Formgegenständen hoher Festigkeit nimmt ständig zu. Bei solchen Fadenwickeltechniken werden hochfeste Fäden, die mit einem Binder bestrichen sind, um eine Form gewickelt, die der gewünschten Gestalt des fertigen Formgegenstands entspricht, worauf dann der Binder ausgehärtet wird.

Solche Fadenwickeltechniken werden im allgemeinen auf entsprechenden Maschinen ausgeführt, die folgende Teile aufweisen: eine Einrichtung zum Halten und Drehen der Form, eine Einrichtung zum kontinuierlichen Imprägnieren eines kontinuierlichen Fadenbands mit einem Harz und einen Wickelkopf, der entlang der Länge der Form hin- und hergeführt wird, wobei er sowohl seitliche als auch Schwenkbewegungen in bezug auf die Form ausübt, um die richtige Fadenorientierung aufrechtzuerhalten, während die imprägnierten Fäden rund um die Form gewickelt werden.

Um unerwünschte Hohlräume und.Poren im fertigen Gegenstand zu verhindern und um eine dimensioneile Genauigkeit desselben zu erreichen, ist es im allgemeinen wichtig, während des Wickelverfahrens eine genaue Bandbreite aufrechtzuerhalten. Bei bekannten Fadenwickelvorrichtungen wird ein Wickelauge verwendet, um das imprägnierte Fadenband zur Form zu führen. Wenn hohe Fadendichten (Faden/Faden-Kontakt) erwünscht sind, dann muß ein Wickelauge mit einer gekrümmten Form verwendet werden. Das Wickelauge legt den

y-ε.

Ablenkwinkel fest, das heißt den Winkel zwischen dem vom Wickelauge zur Form laufenden Bandteil und dem zum Wickelauge hinlaufenden Bandteil. Es ist klar, daß beim Wickeln von symmetrischen Formen, wie z. B. Zylinder, der Ablenkwinkel konstant bleibt, solange die Lage des Wickelauges und die Lage der Drehachse des Zylinders festliegen. Es ist aber auch klar, daß der Ablenkwinkel sich trotz eines festliegenden Wickelauges und einer festliegenden Drehachse der Form ändert, wenn der Querschnitt der Form in bezug auf die Wickelachse asymmetrisch ist, wie dies beispielsweise beim Wickeln von Tragflügeln der Fall ist. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die Änderung des Ablenkwinkels des Fadenbands am Wickelauge eine beträchtliche Änderung der Länge des Linienkontakts zwischen dem gekrümmten Wickelauge und dem Fadenband zur Folge hat. Wenn das Fadenband stärker nach oben gezogen wird, dann nimmt der Linienkontakt des Fadenbands mit dem Wickelauge zu, so daß das Fadenband in Richtung auf die Mitte desselben zusammengeschoben wird und die Bandbreite abnimmt. Wenn der Ablenkwinkel wieder größer wird, dann wird der Linienkontakt mit dem Wickelauge kleiner, so daß geringere Kräfte in Richtung auf die Mitte des Fadenbands herrschen, wodurch die Bandbreite zunimmt. Bei einigen modernen Fadenwickelmaschinen kann die Lage des Wickelauges während des Wickelverfahrens kontinuierlich eingestellt werden, um kleinere Änderungen des Ablenkwinkels auszukompensieren. Diese Fadenwickelvorrichtungen besitzen im allgemeinen aber nicht die Möglichkeit, daß die Lage des Wickelauges ausreichend verändert werden kann, um die extremen Änderungen des Ablenkwinkels auszukompensieren, die beim Wickeln von großen Teilen mit extremer Asymmetrie angetroffen werden, wie z. B. bei großen Luftschaufeln von Windturbinen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die in Rede stehenden Verfahren und Vorrichtungen so zu verbessern, daß die

-y-ί.

Fadenbandbreite auch unter den geschilderten ungünstigen Umständen stets konstant bleibt.

So wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formgegenstands durch eine Fadenwickeltechnik vorgeschlagen, bei welchem eine Anzahl von endlosen Fäden bereitgestellt wird/ die Fäden parallel und im Abstand voneinander in Form eines Bands angeordnet werden, das Fadenband mit einem Klebstoff behandelt wird, das Band durch ein Wickelauge geleitet wird und die Fäden um eine Form gewickelt werden, um den Formgegenstand zu bilden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Fadenband hinterhalb des Wickelauges durch eine Führung geführt wird, derart, daß das Band am Wickelauge stets gleichförmig abgelenkt wird, so daß das Band am Wickelauge unabhängig von asymmetrischen Formen stets auf die gleiche Breite gehalten wird, vorgeschlagen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche folgende Teile aufweist: einen Fadenbandbildner, der eine Anzahl von Fäden in ein Band verformt, ein .Wickelauge, das in bezug auf die Form die richtige Bandorientierung aufrechterhält und eine Bandführung, die das Fadenband zum Wickelauge leitet, und welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung eine zweite Bandführung aufweist, die zwischen dem Wickelauge und der Form angeordnet ist, derart, daß sie das Band vom Wickelauge mit einem konstanten Winkel abführt, wenn das Band um die Form gewickelt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt jede Änderung des Ablenkwinkels zwischen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Führung und der Form und nicht zwischen dem Wickelauge und der Form auf. Demgemäß bleibt der Ablenkwinkel am Wickelauge

während des gesamten Wickelverfahrens konstant, so daß sich die Breite des Fadenbands nicht ändert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Führung aus einem Paar von im Abstand angeordneten Stangen, zwischen welche das Fadenband hindurchgezogen wird.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fadenwickelvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des für die Erfindung wesentlichen Details der Vorrichtung von Fig. 1; und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des gekrümmten Wickelauges bei einem Fadenwickelverfahren gemäß dem Stand der Technik, wobei das Fadenband auf eine Form mit asymmetrischem Querschnitt aufgewickelt wird.

Fig. 1 zeigt eine Fadenwickelvorrichtung 10 mit einem Wickelkopf 15, einem Fadenbandbildner 20, der eine Anzahl von Fäden in ein Band umformt, einer Klebstoffaufbringeinrichtung 25 und einer Bandführung 30, welche das Band zum Wickelkopf leitet. Der Fadenbandbildner 20, die Klebstoffaufbringeinrichtung 25 und die Bandführung 30 sind in der Fadenwickeltechnik allgemein bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung. Der Fadenbandbildner 20 besitzt einen Kamm 35 mit abstehenden Zähnen^ zwischen die eine Anzahl von Fäden hindurchgezogen wird, die der Vorrichtung von einer Vielzahl von (nicht gezeigten) Spulen

in an sich bekannter Weise zugeführt werden. Die Fäden können auch beispielsweise aus S-Glas, Ε-Glas, Grafit, Kevlar usw. bestehen.

Es sind Stangen 40, 45 und 50 vorgesehen, um in der Nachbarschaft des Kamms die richtige Spannung aufrechtzuerhalten. Die Klebstoffaufbringeinrichtung 25 weist eine große Klebstoffrolle 55 auf, die teilweise in ein Klebstoffbad 60 eintaucht und aufgrund der Reibung durch die über sie laufenden Fäden in Drehung versetzt wird. Die Drehung der Klebstoffrolle innerhalb des Bads 60 hat zur Folge, daß ihre Oberfläche kontinuierlich mit Klebstoff beschickt wird, der dann auf die einzelnen Fäden übertragen wird, während diese über die Klebstoffrolle laufen. Nachdem ein geeigneter Klebstoff aufgebracht worden ist, wird das Fadenband durch die Bandführung 30, die in geeigneter Weise angeordnete Stangen 65, 70, 75 zum Spannen der Fäden aufweist, zum Wickelkopf 15 geführt. Eine Form 95 ist in geeigneter Weise drehbar gelagert. Sie wird durch eine geeignete (nicht gezeigte)Antriebseinrichtung, wie z. B. einen Elektromotor, in Drehung versetzt. Ein Ende des Fadenbands wird auf der Form befestigt. Wenn sich diese dreht, dann wird das Fadenband durch den Wickelkopf 15 gezogen, der dabei parallel zur Wickelachse 97 (durch die Ebene der Zeichnung hindurch) über die gesamte Länge der Form hin- und herbewegt wird. Dabei wird eine Vielzahl von übereinanderliegenden Lagen aus dem mit Klebstoff behandelten Band auf der Form abgelegt, wobei eine jede Lage eine Vielzahl von schrägliegenden Windungen aufweist. Nachdem die erforderliche Menge Fadenmaterial auf die Form aufgewickelt worden ist, wird der erhaltene Gegenstand zum Abbinden des Klebstoffs ausgehärtet und wird die Form entnommen, wie es in der Technik an sich bekannt ist.

-y-i.

Gemäß Fig. 2 besitzt der Wickelkopf 15 einen Wagen 100, der parallel zur Wickelachse hin- und hergeführt wird, während sich die Form 95 dreht, so daß das Fadenmaterial durch den Wickelkopf hindurchgezogen und rund um die sich drehende Form gelegt wird. Dieser Wagen 100 besitzt einen Kamm 105 mit aufrechtstehenden Zähnen, zwischen die die mit Klebstoff behandelten Fäden hindurchgezogen werden, und ein Wickelauge 110, durch das die Fäden hindurchgezogen werden, wobei das Wickelauge die Fäden in ein porenloses Band verdichtet, das dann auf die Form 95 aufgewickelt werden kann.

Das Wickelauge sitzt auf einem Halter 112, der zusammen mit dem Kamm 105 auf Schienen 115 befestigt ist, die mit dem Wagen 100 hin- und herlaufen. Die Schienen sind auf einem rotierbaren Ring 120 befestigt, der seinerseits an einem Wagen 125 montiert ist, welcher auf senkrechtstehenden Führungen 130 vertikal justierbar ist. Die Schienen sind mit einer Anzahl von im Abstand angeordneten und einander gegenüberliegenden Ausnehmungen 133 versehen, die die Enden des Kamms 105 aufnehmen. Der Abstand des Kamms 105 vom .Wickelauge 110 bestimmt zum Teil die Breite des Bands. Wie es in der Technik bekannt ist, verdichtet das Wickelauge 110 die Fäden, indem es auf diese eine nach innen zum Zentrum des Bands gerichtete Kraft ausübt, und zwar wegen der Spannung im Band und wegen der Ablenkung des Bands, während dieses durch das Wickelauge hindurchgeht. Es wird darauf hingewiesen, daß bei einer Veränderung des Ablenkwinkels des Bands am Wickelauge 110 sich auch die seitlichen Rückstellkräfte ändern, die durch das Wickelauge auf das Band ausgeübt werden.

In Fig. 3 ist zu sehen, wie das Fadenband kontinuierlich um die Form 95 gewickelt wird. Es ist ersichtlich, daß in der durch gestrichelte Linien dargestellten Lage der

Form 95 diese das Fadenband in der Weise durch das Wickelauge führt, daß letzteres die Fäden in ein im wesentlichen kontinuierliches Band zusammenhält. Wenn sich jedoch die Form um 180° in die durch ausgezogene Linien dargestellte Lage dreht, dann ist ersichtlich, daß das Band nach oben gehoben wird. Dies erhöht beträchtlich den Linienkontakt zwischen dem Band und dem Wickelauge, wodurch die normale Kraft auf das Wickelauge erhöht wird, was eine Zunahme der seitlichen Rückstellkräfte zur Folge hat, die durch das Wickelauge auf das Band ausgeübt werden, so daß die Breite des Bands abnimmt. Angenommen, es bestehe eine optimale Breite entsprechend der gestrichelten Lage der Form 95, das heißt eine Breite, bei der sich die einzelnen Fäden gerade gegenseitig seitlich berühren, dann ist ohne weiteres einzusehen, daß eine Verringerung der Bandbreite in der oben beschriebenen Weise zwangsläufig zu einer Bündelung der Fäden führt, wenn das Band rund um die Form gewickelt wird. Dadurch entstehen Zwischenräume in. dem schmaleren Band, was zu Hohlräumen im gewickelten Gegenstand und zu Abweichungen von den gewünschten Abmessungen des Gegenstands führt. Zwar kann durch vertikale Verschiebung des Wickelauges 110 zusammen mit dem Wagen und durch eine Drehung des Rings 120 in gewissem Maße der Ablenkwinkel am Wickelauge beeinflußt werden, aber es hat sich gezeigt, daß beim Wickeln von Gegenständen mit extremer Asymmetrie, wie z. B. Tragflächen, eine bekannte Vorrichtung im allgemeinen eine vertikale Bewegung des Wickelauges überhaupt nicht oder nur in unzureichendem Maße zuläßt.

Dieses Problem, das mit gebogenen Wickelaugen verknüpft ist, wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß eine zweite Führung 135 zwischen dem Wickelauge und der Form angeordnet und in bezug auf das Wickelauge festgelegt wird, wobei die zweite Führung das Fadenband vom

Wickelauge abführt und dabei den Ablenkwinkel am Wickelauge beeinflußt, so daß ein konstanter Ablenkwinkel erhalten wird (das ist der Winkel zwischen dem vom Wickelauge abgezogenen Bandteil "¹^ ^öer Iängsachse des i_n ^_as Wickelauge gezogenen Bandteils). Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die zweite Führung ein Paar von im Abstand angeordneten Stangen 140 und 145. Der Abstand wird auf den kleinstmöglichen Wert eingestellt, so daß gerade noch ein freier Durchgang des behandelten Fadenbands zwischen die Stangen hindurch gewährleistet ist. Die Stangen sind auf einem Gestell 155 befestigt, welches seinerseits an einem Halter 160 angeordnet ist, der am Halter 112 für das Wickelauge angebracht ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, können Abstandshalter 165 vorgesehen werden, um einen optimalen Abstand der zweiten Führung vom Wickelauge sicherzustellen.

Beim Wickelverfahren verläuft das Fadenband im Anschluß an das Wickelauge durch die zweite Führung. Es ist ersichtlich, daß die zweite Führung einen konstanten Ablenkwinkel am Wickelauge festlegt, wodurch eine gleichförmige Bandbreite beibehalten wird, auch wenn sich die Winkelrichtung des Bandteils, der sich zwischen der Form 95 und den Stangen 140 und 145 erstreckt ändert. Da die Stangen 140 und 145 gerade sind und keine Rückstellkräfte in Querrichtung zum Band ausüben, ergeben Änderungen im Ablenkwinkel an den Stangen keinerlei Veränderung der Bandbreite.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Formgegenstands durch eine Fadenwickeltechnik, bei welchem eine Anzahl von endlosen Fäden bereitgestellt wird, die Fäden parallel und im Abstand voneinander in Form eines Bands angeordnet werden, das Fadenband mit einem Klebstoff behandelt wird, das Band durch ein Wickelauge geleitet wird und die Fäden um eine Form gewickelt werden, um den Formgegenstand zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenband hinterhalb des Wickelauges (110) durch eine Führung (135) geführt wird, derart, daß das Band am Wickelauge (110) stets gleichförmig abgelenkt wird, so daß das Band am Wickelauge unabhängig von asymmetrischen Formen stets auf die gleiche Breite gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (135) aus einem Paar von im Abstand angeordneten Stangen (140, 145) besteht, durch welche das Fadenband hindurchgezogen wird.

3. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Fadenbandbildner (20), der eine Anzahl von Fäden in ein Band verformt, mit einem
Wickelauge (110), das in bezug auf die Form die richtige Bandorientierung aufrechterhält,und mit einer Bandführung (30), die das Fadenband zum Wickelauge (110) leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine zweite Bandführung (135) aufweist, die zwischen dem Wickelauge (110) und der Form (95) angeordnet ist, derart, daß sie das Band vom Wickelauge (110) mit einem konstanten Winkel abführt, wenn das Band um die Form gewickelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bandführung (135) ein Paar von im Abstand angeordneten Stangen (140, 145) aufweist, durch die das Fadenband hindurchgeführt wird.