NO813486L - Fremgangsmaate til fremstilling av en gjenstand av viklede filamenter. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse har generell befatning med en fremgangsmåte for tilvirking av gjenstander ved filament-eller trådvikling, og vedrører, nærmere bestemt, en fremgangsmåte av nevnte art for tilvirking av gjenstander som ikke har sirkelformet tverrsnitt, f.eks. aerofoiler og liknende.

Ved moderne metoder for fremstilling av gjenstander med øket fasthet anvendes ofte trådviklingsprosesser. I slike tilfeller blir høyfasthets-filamenter eller -tråder som er anordnet i en matrise av bindingsmateriale, viklet rundt en form eller kjerne som er utformet stort sett i overensstemmelse med den ønskete fasong av den ferdige gjenstand,- hvoretter matrisemate-rialet herdes. Ved fremstilling av en langstrakt gjenstand, eksempelvis en aerofoil, under anvendelse av denne trådviklings-teknikk blir formen og trådene, under påviklingen av trådene rundt formen, forskjøvet innbyrdes langs formens lengde- eller viklingsakse, for opprettelse av et antall sjikt av trådmate-riale, hvor trådene i hvert sjikt er vinkelforskjøvet i forhold til formens lengdeakse og tverrakse samt i forhold til trådene i nærmestliggende sjikt. For å oppnå kontinuerlig, frem- og tilbakegående bevegelse av trådene langs formen under påviklingen, blir det vanligvis anordnet vendere eller viklingsringer ved endene av formen eller det formsegment som vikles, hvorved

de overliggende endetørn i de ulike sjikt dannes ved at trådene vikles over kantene og tvers over en ytterside av viklingsrin-gen, under reversering av retningen for den langsgående bevegelse mellom fibrene og formen.

Ifølge kjent teknikk har vendere som fungerer på den ovennevnte måte, vært sirkel- eller skiveformet, og forskyv-ningsvinkelen mellom tråder i innbyrdes tilgrensende sj.ikt og mellomrommene mellom de enkelte trådvindinger i et enkelt sjikt gir en ensartet, langsgående bevegelse mellom trådene og formen, mens trådene påvikles rundt formen. Dette innebærer at det, grunnet den ensartet frem- og tilbakegående bevegelse mellom trådene og formen, og som følge av trådvindingenes vinkelretning og avstand i de forskjellige trådlag, dannes et antall sekanter av ensartet lengde og plassering tvers over venderflaten. Hvis formen eller kjernen har en tverrsnittsflate hvor tverrsnittsbredden er større enn tykkelsen, slik tilfellet er når tverrsnittet defineres av en aerofoilform, vil det åpenbart oppstå betydelig overbrygging mellom venderens ytterkant og formflaten eller det påviklete trådsjikt. Dette representerer selvsagt bare bortsløst materiale som må fjernes fra den ferdige gjenstand ved etterfølgende maskinbearbeiding eller liknende. Overbryggingen gjør det dessuten nødvendig å plassere venderen

i avstand fra sonen ved enden av den ferdige gjenstand. Utstyr som anvendes for påvikling av trådene på formen, må følgelig kunne beveges i større utstrekning enn det som ville være nød-vendig dersom denne overbrygging på noen måte kunne unngås.

Det vil selvsagt innses, at denne overdrevent store bevegelses-kapasitet medfører en økning av dimensjoner og pris for et slikt viklingsutstyr og dermed av fremstillingskostnadene for den ferdige gjenstand.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse

å frembringe en viklet gjenstand, hvor trådoverbryggingen mellom en vender eller venderskive og en tilhørende form eller de påviklete fibrer er mest mulig redusert.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en slik fremgangsmåte som medfører en størst mulig minskning av tråd-viklingsmaskineriets nødvendige bevegelsesamplityde i langsgående retning.

Et annet formål med oppfinnelsen er å angi en slik fremgangsmåte som muliggjør størst mulig reduksjon av materialfor-bruket og kostnadene for den viklete gjenstand.

De ovennevnte og andre formål er ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnådd grunnet en forbedret fremgangsmåte til fremstilling av en trådviklet gjenstand av ikke-sirkulær tverrsnittsform, hvor gjenstanden vikles av tråd- eller filamentmateriale i et antall innbyrdes overliggende sjikt mellom to atskilte venderskiver som stort sett overensstemmer med formens tverrsnittsfasong, slik at overbryggingen mellom venderskivekanten og formen eller de påviklete fibersjikt reduseres med derav følgende, enklere og økonomisk rimeligere fremstilling av den viklete gjenstand, og minskete kostnader for utstyret som anvendes under vikleprosessen. Anordnet ved endene av en form som er uten skarpe kanter, kan venderskiven stort sett ha samme utstrekning som formens endetverrsnittsflate, hvorved filamentoverbrygging i hovedsak elimineres. Hvis venderskiven anvendes mellom formendene eller med en form som har en skarp kant, vil venderskiven, samtidig som den overensstemmer med formens tverrsnittsfasong i plasseringssonen for venderskiven, rage noe utad fra formen. Ved den foretrukne utførelsesform blir filamentmaterialet påviklet formen ved at denne roterer

i forhold til filamentmaterialet, idet formens rotasjonsbeveg-else oppstår ved rotasjon av formens opplagringsaksel. Akselen rager ut fra endevenderskivenes utsider, og forekommende slakk i filamentmaterialet som er viklet rundt venderskiven, opptas ved at materialet føres i det minste delvis rundt akselen idet det vikles over venderskiveutsiden.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning- til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss av en gjenstand under tilvirkning ved anvendelse av en trådviklings-fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et planriss av en sirkulær venderskive av kjent type for anvendelse ved trådvikling av en aerofoilform.

Fig. 3 viser et sideriss av en aerofoil som er viklet

i overensstemmelse med den viste fremgangsmåte ifølge fig. 2. Fig. 4 viser et planriss av en venderskive i generell motsvarighet til en form som anvendes ved trådvikling av en aerofoil, ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 viser et delsideriss av en aerofoil under vikling ved anvendelse av den foreliggende oppfinnelse som vist i fig.

1 og 4 .

Fig. 6 viser et planriss av en venderskive for anvendelse mellom endene av en trådviklingsform under utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 viser et perspektivriss som illustrerer plasser-ingen av venderskiven ifølge fig. 6 på en viklingsform i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Det er i fig. 1 vist en fremgangsmåte til fremstilling av en gjenstand av ikke-sirkulær, langstrakt tverrsnittsform ved utøvelse av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, og gjenstanden består i dette tilfelle av en langstrakt

■aerofoilvinge, eksempelvis for anvendelse i store vindturbiner. Fremgangsmåten utøves ved anvendelse av en viklemaskin 10 som er utstyrt med en dreibar aksel 13 med en påmontert form 16

søm vil rotere med akselen om formens lengde- eller viklingsakse. Viklemaskinen 10 omfatter videre en vogn eller et vikle-hode 19 som beveges rettlinjet i frem- og tilbakegående retning i viklemaskinens fulle lengde, langs skinner 22. Fra et forråd mottar viklehodet 19 filamentmateriale eller forgarn 25, eksempelvis glassfibre eller liknende, og beleg.ger fibrene med et egnet bindemiddel, f.eks. epoksy eller liknende materiale,

slik at fibrene påføres et bindemiddelbelegg og derved anordnes samlet og på velkjent måte i en bindemiddelmatrise. I den foretrukne utførelsesform blir fibrene påført formen i et bånd av innbyrdes tilgrensende fibrer. Fibrene vil imidlertid åpenbart kunne påføres i separate kordeler eller bunter, uten at det avvikes fra oppfinnelsens ramme.

Aerofoilen som er fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen, omfatter et antall viklete sjikt av filamentmateriale, hvorav det første eller innerste sjikt er vist i fig.

1. Det bør bemerkes at sjiktene omfatter et antall vindinger

28 som er anordnet stort sett parallelt og med mellomrom, og

som er vinkelforskjøvet med hensyn på formens lengdeakse og tverrakse. Det er åpenbart at denne vinkelinnretting av vin-dingene skyldes viklehodets langsgående bevegelse i forhold til formen, idet vinkelhodets hastighet i forhold til formens rotasjonshastighet er bestemmende for vindingenes vinkelretning. Ved påvikling av det'første eller indre sjikt fastgjøres ender av de bindemiddelbehandlete filamenter til en ende av formen, og formen roterer om sin lengdeakse mens viklehodet løper langs formen. Idet det nærmer seg venderskiven 30, utlegger viklei-hodet en endevinding 32 av filamentmaterialet. Når viklehodet passerer enden av formen, blir filamentene oppfanget av én eller flere stifter 34 som rager utad fra kanten av venderskiven 30. Etter å ha passert venderskiven, vil viklehodet reversere

sin bevegelsesretning, for derved å påvikle filamentene over venderskivens utside, hvoretter fibrene oppfanges av et antall stifter 34a som er forskjøvet i forhold til de stifter 34 som først oppfanget filamentene. Idet viklehodet innleder sin be-

vegelse langs formen i den motsatte retning, utlegges en endevinding 37 som plasseres over endevindingen 32 og er vinkelfor-skjøvet i forhold til denne. Ved fortsatt bevegelse av viklehodet 19 langs formen 16 mens denne roterer, opprettes et andre sjikt av innbyrdes atskilte vindinger av filamentmaterialet. Viklehodets frem- og tilbakegående bevegelse langs formen gjen-tas, til det nødvendige antall sjikt er oppbygd på formen.

Som det fremgår av fig. 2, har de kjente og hittil anvendte venderskiver vært sirkelformet. Det er i fig. 2 vist en stort sett sirkelformet venderskive 4 0 av kjent type, som på hensiktsmessig måte er fastgjort til enden av en aerofoilform 16. Kanten av venderskiven 40 er forbundet med et antall innbyrdes atskilte, utadragende stifter 34 som tjener til å gripe det kontinuerlige bånd av filamentmateriale som derved omhylles eller påvikles over venderskivens ytterflate, som tidligere beskrevet. Ifølge fig. 2 er venderskivens diameter lik eller større enn aerofoilformens bredde. Som det videre fremgår av fig. 2, vil viklingen av suksessive filamentsjikt på formen 16 medføre at det tvers over ytterflaten av den kjente venderskive 40 plasseres et antall vindinger innbefattende et stort antall sekanter med stort sett samme lengde og relative vinkelretning. Det er således åpenbart at ensartet rotasjon av formen i forening med ensartet, frem- og tilbakegående bevegelse av viklehodet vil medføre en ensartet fordeling av filamentmaterial-sekanter på venderskiven 40, som vist i fig.

2. Hvis bredden av formen er vesentlig større enn tykkelsen, f.eks. som ved den viste aerofoilform 16, vil det oppstå en betydelig overbrygging av filamentmaterialet mellom venderskivekanten og formen med sine påførte filamentsjikt. Det er åpenbart at en slik overbrygging ikke er til nytte i det ferdige produkt og derfor må bortkappes fra dette under fullføringen av vikleprosessen, hvorved produktets fremstillingspris økes. Materialet som danner overbryggingen, blir dessuten kassert

og kan ikke anvendes under påfølgende vikleprosesser. Selvsagt vil også dette i høy grad påvirke prisen for den ferdige gjenstand. Det kan eksempelvis nevnes, at ved fremstilling av en stor aerofoilvinge med tykkelse helt ned til 12% av bredden (korden) kan mengden av det overbryggende spillmateriale over-stige sluttvekten av den viklete gjenstand. Grunnet overbryggingen må dessuten venderskiven plasseres i betydelig avstand

fra den sone som motsvarer enden av den viklete gjenstand.

I de tilfeller hvor slik overbrygging oppstår, vil følgelig anvendelsen av viklemaskiner som har større lengde enn det som ville være nødvendig dersom overbryggingen bortfalt, ytter-ligere øke prisen for den viklete gjenstand.

For å oppheve manglene i tilknytning til de kjente vikle-metoder, "sammenfaller" venderskiven, ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, generelt med formens tverrsnittsfasong, slik det fremgår av fig. 1, 4 og 5. I denne forbindelse angir uttrykket "sammenfaller" at venderskiven og formen, fullstendig eller delvis, har samme utstrekning, eller at omkretsen av disse to elementer er av samme, ikke-sirkulære form. Hvis venderskiven og formen ikke sammenfaller fullstendig, angir uttrykket "sammenfalle" at det ikke-sammenfallende venderskive-parti bare rager ganske lite ut fra formen, slik at venderskivekanten og formytterflaten befinner seg umiddelbart nær hver-andre. Som vist i fig. 1, 4 og 5 består venderskiven 31 av et stort sett plant element som av form stort sett sammenfaller med formens tverrsnittsflate og er fastgjort til formen på hensiktsmessig måte. I likhet med de kjente venderskiver er kanten av venderskiven 30 forbundet med utadragende stifter eller tagger 34 som oppfanger filamentbåndene under påviklingen av disse tvers over venderskiveytterflaten. Det fremgår av fig. 5 at den nære overensstemmelse mellom den anvendte venderskive ifølge oppfinnelsen og formen medfører en reduksjon av overbryggingen mellom formen med sine pålagte, fullførte filamentsjikt og venderskivekanten. For en gjenstand av gitt lengde vil følgelig den nødvendige lengde av viklemaskinen som skal anvendes til fremstilling av denne gjenstand, reduseres stort sett til selve gjenstandslengden. Da det oppstår meget liten overbrygging, blir dessuten tapet av filament og av bindemiddel vesentlig redusert. For å unngå at venderskivekanten forår-saker separasjon av filamentene i et bånd, er venderskiven avrundet, og rager noe utad fra formen. Det bør imidlertid bemerkes at hvis formen er uten skarpe kanter, kan venderskiven være generelt sammenfallende med formens tverrsnittsfasong,

i nøyaktig tilpasning til denne. Ved slik nøyaktig overensstemmelse vil overbryggingen praktisk talt elimineres, hvorved materialtapet grunnet overbryggingen bortfaller totalt sammen med behovet for viderebehandling etter viklingen, for å fjerne

det overbryggende materiale fra den ferdige gjenstand.

Det fremgår av fig. 4 at, i motsetning til venderskiven

40 av kjent type som er vist i fig. 2, hvor filamentene vil forløpe som ensartede sekanter langs ytterflaten, har filamentene som er påviklet over ytterflaten av venderskiven 30, forskjellige lengder og varierende, relativ vinkelretning. Det er derfor åpenbart at slik uensartethet kan betinge variasjon i viklehodets bevegelse forbi venderskiven og i viklehodets bevegelseshastighet i venderskivesonen, for å kunne oppta fila-mentslakk og innrette filamentene på ønsket måte tvers over venderskiveflaten. Det kan selvsagt kreves andre variasjoner, f.eks. vertikalforskyvning av viklehodet, i maskinens viklings-hovedbane. Det kan på liknende måte anvendes en viklingshoved-bane som bevirker at filamentene vikles om akselen 13, for opptakelse av slakk. Mens en slik uensartet bevegelse av viklehodet ikke vil kunne styres ved kjent teknikk, idet det kreves anvendelse av sirkulære venderskiver, vil moderne utstyr for numerisk styring kunne anvendes ved slike viklemaskiner som de beskrevne, som ved å forsynes med informasjon vedrørende formens tverrsnittsfasong, og rotasjonshastighet, samt fibrenes vinkelretning i forhold til tverraksen, vil kunne styre viklehodet automatisk, for oppnåelse av den ønskete plassering av filamentmaterialet langs venderskiveflaten.

Hvis gjenstanden som skal vikles skal ha konisk eller avsmalnende form, kan dette oppnås ved å minske antallet påviklete sjikt fra den bredeste til den smaleste ende av gjenstanden. Det er underforstått at en slik vikleteknikk krever anbringelse av venderskiver, mellom endene av formen, i de soner som atskiller et parti av gjenstanden, med et spesielt antall påviklete sjikt, fra et tilgrensende parti, med et mindre antall påviklete sjikt. En slik venderskive 45 er vist i fig. 6 og 7. I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse sammenfaller venderskiven 45 med tverrsnittsfasongen av formen 16.

I motsetning til venderskiven 31 som med henblikk på optimal overbryggingsreduksjon er dimensjonert i motsvarighet til formens tverrsnittsfasong, er venderskiven 45 forlenget utad i tilstrekkelig grad til å gi rom for det filamentmateriale som påvikles vendersiden mellom dens ytterkant og formen. Mengden av det således opptatte filamentmateriale vil følgelig være bestemmende for venderskivens forlengelse utad fra formen.

Det er•imidlertid konstatert, at ved vikling av store, avsmalnende aerofoilformer, eksempelvis for store vindturbin-blader, hvor filamentmaterialet påvikles formen som bånd, vil venderskiven rage utad fra formens forkant og hovedflater over en avstand omtrent lik halve båndbredden, og med en krumningsradius ved den bakre ende, som tilnærmelsesvis er lik båndbredden. Det vil innses, at selv om venderskivens forlengelse utad fra formsiden nødvendigvis vil medføre en viss overbrygging, vil en slik overbrygging, som følge av at denne utad-gående forlengelse bare motsvarer halve båndbredden, bli vesentlig redusert sammenliknet med den som ville forårsakes av kjente, sirkulære venderskiver som ville rage utad fra formen over en avstand av opp til syv ganger formtykkelsen. I likhet med akselen 13 kan selve formen tjene som middel for opptakelse av slakk i filamentmaterialet.

Det er således åpenbart at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av viklete gjenstander, vil medføre en betydelig reduksjon av overbryggingen av filamentmateriale mellom venderskivekanten og formen. Som tidligere omtalt vil en slik overbryggingsminskning, foruten å redusere tapet av fibrer og bindemiddel, også redusere den nødvendige maskinbearbeiding av gjenstanden etter viklingen og den nødvendige kapasitet av maskinutstyret som anvendes for vikling av gjenstanden.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i tilknytning til aero-foilf remstilling, er den like egnet for anvendelse ved vikling av en vilkårlig langstrakt form.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en gjenstand med ikke-sirkulært avlangt tverrsnitt, ved vikling av et antall innbyrdes ovenpåliggende sjikt (28) av filamentmateriale rundt en form (16) mellom to innbyrdes atskilte venderskiver (30,45) under opprettholdelse av en frem- og tilbakegående bevegelse av filamentmaterialet i forhold til formen langs en viklingsakse gjennom formen, hvorved det i nærmestliggende sjikt dannes overliggende endevindinger ved vikling av filamentmaterialet rundt formen mens filamentmaterialet og formen forskyves innbyrdes i en første retning langs viklingsaksen, og etterfølgende vikling av filamentmaterialet over en utside av venderskiven med inngrep mot skivekantene under reversering av den relative bevegelsesretning for filamentmaterialet og formen, karakterisert ved ' at venderskivene (30,45) er slik utformet at de generelt sammenfaller med formens (16) tverr-snittsf asong , hvorved denne overensstemmende utforming av venderskiven og formen medfører en minimal filamentoverbrygging mellom venderskivekantene og formen langs størstedelen av omkretsen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med kr3/ 1, karakterisert ved at den ikke-sikrulære, avlange tverrsnittsflate innbefatter en aerofoilform.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at aerofoilformen omfatter fremre og bakre kanter, og at de fremre og bakre kanter på venderskiven og formen generelt sammenfaller.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at filamentmaterialet vikles rundt formen som et kontinuerlig bånd omfattende et antall filamenter som er generelt anordnet side om side, og at venderskiven, rundt et hovedparti av formen, rager ut fra formen over en avstand som tilnærmelsesvis er lik halve båndbredden.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at venderskiven og formen har tverrsnitts-fasonger som kjennetegnes ved fremre og bakre kanter, hvor venderskivens fremre kant har en krumningsradius som tilnærmelsesvis er lik båndbredden.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at formen er montert på en aksel (13) som har sin lengdeakse generelt sammenfallende med viklingsaksen og som rager utad fra den nevnte venderskiveytter-side, slik at slakk i filamentmaterialet opptas ved påvikling rundt akselen, når filamentmaterialet vikles over venderskive-yttersiden.