DE4002087A1 - Ablegen von faserbaendern auf doppelt gekruemmten koerpern oder flaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablegen von Faserbändern auf doppelt gekrümmten Körpern oder Flächen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine Automatisierung der Bandablage auf doppelt gekrümmten Körpern oder Flächen ist nur dann in befriedigender Weise erreichbar, wenn zur Kompensation des Materialüberschusses die Faserbänder auch längs der Bahnen abzulegen sind, die von der gegebenen Form des Bandes abweichen. Bekannte Bandlegemaschinen sind im Gegensatz dazu bei der Ablage an die gegebene Form des Bandes gebunden und damit für doppelt gekrümmte Flächen ungeeignet. Es entstehen dabei in der Ablage Falten, Wellen oder andere die Toleranz überschreitende Abweichungen vom gegebenen idealen Faserverlauf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem eine automatische, sich voll der Körper- oder Flächenform anpassenden Ablage von Faserbändern möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensmerkmale des Anspruchs 1 und die Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3, diejenigen der Vorrichtung in den Unteransprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet.

Mit der Erfindung ist es möglich, die gleichmäßige Belegung beliebig konturierter doppelt gekrümmter Flächen mit unidirektionalen vorimprägnierten Faserbändern zu erzielen. Die Grundüberlegung der Erfindung besteht darin, daß nur dann ein befriedigendes Ablageergebnis erzielbar ist, wenn die Länge der Ablegespur jeder Einzelfaser mit der längs dieser Spur abgelegten Faserlänge für alle Fasern des Bandes übereinstimmt. Da die Länge der Ablegespuren bei doppelt gekrümmten Flächen über die Bandbreite grundsätzlich nicht konstant ist, muß die Ablegevorrichtung in der Lage sein, über die Bandbreite verschiedene Faserlängen abzulegen. Die erfindungsgemäße Faserlängenverteilung über die Bandbreite führt notwendigerweise zu relativen Längsverschiebungen benachbarter Fasern, die ihrerseits eine Scherung bzw. ein Fließen in der die Fasern verbindenden Matrix hervorrufen. Das Prinzip des Einbringens der Scherung in das Faserband zur Erzeugung der relativen Längsverschiebung zwischen den Fasern ist die Realisierung einer über die Bandbreite variablen Lauflänge zwischen der Spenderrolle und der Andrückrolle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ablage von Faserbändern auf eine Kugel,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Ablegen von Faserbändern auf doppelt gekrümmte Flächen oder Körper,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Scherungsrolle,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linien IV-IV der Fig. 3 und

Fig. 5 eine Ansicht der Scherungsrolle entsprechend den Fig. 3 und 4 und einer Formgebungsrolle, die für das Ablegen eines Faserbandes auf eine doppelt gekrümmte Fläche hergerichtet ist.

Fig. 1 zeigt die resultierende Faserlängenverteilung bei der Ablage von Faserbändern auf einer Kugel 1. Ein Faserband 2 ist längs des Großkreises der Kugel 1 abgelegt, wobei der Großkreis für jedes auf der Kugel abgelegte Band den natürlichen Pfad darstellt. Dabei versteht man unter natürlichen Pfad diejenige Bahn eines Faserbandes auf einer Fläche, die sich bei der Ablage des Bandes ohne Einfluß äußerer Kräfte einstellt. Ein weiteres Faserband 3 verläuft demnach nicht auf dem natürlichen Pfad, was in der erkennbaren Vergrößerung der Faserlängenunterschiede zum Ausdruck kommt. Beim Andrücken des Faserbandes 3 auf die Kugel 1 entstehen ungewollte Falten oder Wellen, wodurch Toleranzabweichungen von der Kugelform entstehen und Festigkeitseinbußen an dem gewickelten Kugelkörper auftreten.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 10, die eine völlig glatte Ablage von Faserbändern auf die Kugel 1 oder jeder anderen doppelt gekrümmten Fläche gestattet. Von einer Spenderrolle 11 läuft ein Faserband 12 zwischen Durchlaufrollen 13 und 14 hindurch, die zum Abziehen sowohl eines auf dem Faserband 12 befindlichen unteren Schutzfilms 15 als auch eines oberen Schutzfilms 16 dienen. Der untere Schutzfilm 15 wird auf eine erste Wickelrolle 17 gewickelt, der obere Schutzfilm 16 läuft über Umlenkrollen 18 und 19 und wird danach wieder auf das Faserband 12 aufgebracht. Das Faserband 12 wird dann um eine Scherungsrolle 30 zu einer Führungsrolle 21 geführt, bei der der obere Schutzfilm 16 wieder auf das Faserband aufgebracht wird. Von der Führungsrolle 21 läuft das Faserband 12 zu einer Andrückrolle 22, welche das Faserband 12 auf eine doppelt gekrümmte Legefläche 23 drückt. Dabei wird der obere Schutzfilm 16 abgezogen und auf eine zweite Wickelrolle 24 aufgewickelt. Mit der Scherungsrolle 30 arbeitet eine Formgebungsrolle 40 zusammen. Beide Rollen werden anhand der weiteren Figuren beschrieben.

In der Fig. 3 ist die Scherungsrolle 30 im Längsschnitt dargestellt. Sie besteht aus einer Anzahl, z. B. zehn, nebeneinander angeordneten Rollensegmenten 31, die wiederum je aus einer Lagerscheibe 31a mit aufgeschrumpften Kugellager 31b bestehen. In jeder Lagerscheibe 31a ist ein durch alle Lagerscheiben durchgehender Schlitz 31c vorhanden, in denen eine Lagerleiste 32 hindurchgeführt ist. Die Lagerleiste 32 ist an ihren Enden fest eingespannt und wird durch Federn 33, die in jeder Lagerscheibe 31a vorhanden sind, gegen ein Ende der Schlitze 31c gedrückt. Alle Kugellager 31b der Rollensegmente 31 sind mit einem gemeinsamen elastischen Mantel 34 versehen. Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Rollensegment 31. Es ist ersichtlich, daß alle Rollensegmente 31 in einer definierten radialen Richtung gegenüber der fest eingebauten Lagerleiste 32 verschiebbar sind. Da die verschiebbaren Rollensegmente 31 mit den Federn 33 abgestützt sind, streben sie bei äußerer Einwirkung auf die Scherungsrolle 30 immer in Richtung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausgangsstellung. Der elastische Mantel 34 gewährleistet bei unterschiedlicher Verschiebung einzelner Rollensegmente 31 eine kontinuierliche Kontur der Scherungsrolle 30.

In der Fig. 5 ist dargestellt, wie die Kontur der passiven Scherungsrolle 30 über eine gezielt manipulierbare elastische Verformung der Formgebungsrolle 40 gesteuert wird. Die aus elastischem Material bestehende Formgebungsrolle 40 ist auf einem Träger 41 montiert, der um eine senkrecht zur Rollenachse verlaufende Drehachse 42 drehbar gelagert ist, wie durch Pfeile 43 angedeutet ist. Die Formgebungsrolle 40 ist mit zwei Lagerzapfen 40a und 40b versehen. Beide Lagerzapfen sind in Lagern 44 und 45 gelagert, wobei die Lager 44 und 45 entsprechend Pfeilen 46 um ihre Achse drehbar sind. Das Lager 45 ist zusätzlich verschiebbar ausgeführt. Die Lagerzapfen 40a und 40b können in nicht dargestellter Weise in ihrer jeweiligen Stellung in den Lagern 44 und 45 arretiert werden. Durch gezielte Verdrehungen der Lagerzapfen 40a und 40b in ihren Lagern 44 und 45 kann somit die Formgebungsrolle 40 in jede gewünschte definierte Verformung gebracht werden. Durch Verdrehen des Trägers 41 um seine Achse 42 kann darüber hinaus eine lineare Anstellung der Formgebungsrolle 40 gegenüber der Scherungsrolle 30 überlagert werden.

Mit der Vorrichtung 10 kann somit bei vorbestimmter Einrichtung der Formgebungsrolle 40 eine der unterschiedlichen Länge der Ablegespuren entsprechende relative Längsverschiebung der Fasern durch eine über die Breite des Faserbandes 12 variable Lauflänge der Fasern eingebracht werden. Dabei rollt die Scherungsrolle 30 auf der Formgebungsrolle 40 ab, wodurch sich die Kontur der Scherungsrolle 30 der vorgegebenen Kontur der Formgebungsrolle 40 anpaßt. Voraussetzung für eine beschädigungsfreie Scherung des Faserbandes ist, daß an der Kontaktfläche zwischen Scherungsrolle und Faserband die lokalen Bewegungsrichtungen aller Punkte von Faserband und Scherungsrolle parallel sind. Dieses ist mit der Formgebungsrolle alleine nicht zu erzielen, sondern nur in Kombination mit der auf der Formgebungsrolle abrollenden Scherungsrolle.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ablegen von unidirektionalen vorimprägnierten Faserbändern auf doppelt gekrümmten Körpern oder Flächen, bei dem das Faserband von einer Spenderrolle abgewickelt und durch eine Andrückrolle auf die zu belegende Fläche gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der unterschiedlichen Länge der Ablegespuren, bedingt durch Flächenkrümmung und Verlauf des Faserbandes auf der Fläche, entsprechende relative Längsverschiebung der Fasern durch eine über die Breite des Bandes variable Lauflänge der Fasern zwischen der Spenderrolle und der Andrückrolle eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der variablen Lauflänge der Fasern das Faserband über eine zwischen der Spenderrolle und der Andrückrolle angeordnete, durch die Kontur ihrer Lauffläche die unterschiedlichen Längen der Ablegespuren der Einzelfasern kompensierende Scherungsrolle geleitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Scherungsrolle durch eine Formgebungsrolle erzielt wird, welche entsprechend den unterschiedlichen Längen der Ablegespuren verformt und gegen die Scherungsrolle gedrückt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet im wesentlichen durch die Spenderrolle (11) für das Faserband (12), zwei Durchlaufrollen (13, 14), der Scherungsrolle (30) mit der Formgebungsrolle (40), einer Führungsrolle (21) und der Andrückrolle (22).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserband (12) mit einem unteren (15) und einem oberen Schutzfilm (16) versehen ist, daß der untere Schutzfilm (15) über die erste der beiden Durchlaufrollen (13) auf eine erste Wickelrolle (17) gewickelt ist und der obere Schutzfilm (16) über die zweite Durchlaufrolle (14) und zwei Umlenkrollen (18, 19) vor der Führungsrolle (21) wieder auf das Faserband aufgebracht und von der Andrückrolle (22) auf eine zweite Wickelrolle (24) geführt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherungsrolle (30) aus einer Anzahl von aneinandergesetzten Rollensegmenten (31) besteht, wobei jedes Rollensegment eine mit einem inneren Schlitz (31c) versehene Lagerscheibe (31a) und auf dieser aufgeschrumpftes Kugellager (31b) aufweist, daß durch die Schlitze (31c) aller Lagerscheiben (31a) eine an ihren Enden fest eingebaute Lagerleiste (32) führt, die in jeder Lagerscheibe (31a) durch eine Feder (33) in ein Schlitzende gedrückt ist, und daß die Kugellager (31b) außen mit einem gemeinsamen mitlaufenden elastischen Mantel (34) versehen sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsrolle (40) aus elastischem Material besteht, mit zwei Lagerzapfen (40a, 40b) auf einem um eine Achse (42) quer zur Längsachse der Formgebungsrolle (40) drehbar gelagerten Träger (41) gelagert ist und daß beide Lager um ihre Achse drehbar und in ihrer Einstellung arretierbar sind und zusätzlich ein Lager verschiebbar ist.