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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkern, ein Verfahren und ein System zum Herstellen gekrümmter Verbundkomponenten, insbesondere gekrümmter Prepreg-Spanten zur Verwendung als Strukturkomponenten in einem Luft- oder Raumfahrzeug.
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Technischer Hintergrund
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Die Herstellung von gekrümmten Teilen aus Prepreg-Vorformen zur Verwendung als strukturelle Komponenten bei Luftfahrzeug-Rümpfen erfordert reproduzierbare Verfahren, um die gewünschte Krümmung zu erzielen. Insbesondere Faserverbundkomponenten müssen sorgfältig gehandhabt werden, so dass sich die Fasern nicht aufspreizen oder sich unkontrollierbar verkrümmen.
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Das Dokument
US 2011/0104432 A1 offenbart ein Ablegen eines Verbundstreifens längs auf einem flexiblen Silikon-Formkern, wobei der Verbundstreifen aus gleichgerichteten Verstärkungsfasern gebildet ist. Der Streifen wird unter Vakuum verdichtet, um ihm die spezifische Form des Formkerns zu geben, wobei der resultierende Streifen auf einem geheizten Metallwerkzeug aufgebracht wird, welches eine Krümmung in Entsprechung der Form des Formkerns aufweist.
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Das Dokument
DE 10 2011 119 220 A1 offenbart eine Einrichtung mit einem länglichen elastischen Träger zum Tragen eines biaxialen länglichen bahnähnlichen Halbprodukts, welches aus einem Verbundmaterial hergestellt ist. Die Fasern weisen einen Winkel in Bezug auf eine Längsachse des Trägers auf. Eine biegbar-elastische Walze unterstützt eine Neutralfaser des Halbprodukts in dem Träger. Eine Antriebseinrichtung bildet eine Krümmung des Trägers zusammen mit dem Halbprodukt.
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Das Dokument
DE 10 2008 028 865 A1 offenbart eine Profil-Vorform zum Herstellen einer Verbund-Profilkomponente, welche ein Fasermaterial-Halbprodukt auf einem länglichen Formkern umfasst, wobei die Profil-Vorform biegbar und verdrehbar entsprechend einer gewünschten Krümmung und/oder Verdrehung der zu erzeugenden Profil-Komponente ist.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Es ist deshalb ein Gegenstand der Erfindung, Lösungen zum Bilden gekrümmter Verbundkomponenten mit einem zweidimensionalen Querschnitt bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf automatisiert und umgesetzt werden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Formkern zum Herstellen gekrümmter Verbundkomponenten, wobei der Formkern einen prismatoiden Formkernkörper umfasst, welcher aus einem flexiblen Material gebildet ist, wobei der Formkernkörper zwei polygonale Grundflächen und eine obere Unterstützungsfläche aufweist, welche sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers erstreckt, und einen Verstärkungsbalken, welcher in dem Formkernkörper angeordnet ist und sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers im Wesentlichen parallel und nahe der oberen Unterstützungsfläche des Formkernkörpers erstreckt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Herstellen gekrümmter Verbundkomponenten einen Formkern gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, eine Gelege-Bildungs-Anordnung, welche dazu ausgebildet ist, ein Prepreg-Gelege aus Prepreg-Streifen auf einer flachen Oberfläche zu bilden und das Gelege zu der oberen Unterstützungsfläche des Formkernkörpers des Formkerns zu übertragen, und ein Umformrad, welches dazu ausgebildet ist, den Formkern und ein auf der oberen Unterstützungsfläche gebildetes Prepreg-Gelege in eine gekrümmte Gestalt zu biegen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen gekrümmter Verbundkomponenten ein Ablegen eines Prepreg-Geleges von Prepreg-Streifen; ein Queranordnen des Prepreg-Geleges auf einer oberen Unterstützungsfläche eines Formkerns, wobei der Formkern einen aus einem flexiblen Material hergestellten prismatischen Formkernkörper umfasst, wobei der Formkernkörper zwei polygonale Grundflächen und eine obere Unterstützungsfläche aufweist, welche sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers erstreckt, und einen Verstärkungsbalken, welcher in dem Formkernkörper angeordnet ist und sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers im Wesentlichen parallel und nahe der oberen Unterstützungsfläche des Formkernkörpers erstreckt; und Biegen des Formkerns und des Prepreg-Geleges der oberen Unterstützungsfläche mit einem Umformrad.
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Der Hauptgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zum Herstellen gekrümmter Verbundteile aus sogenannten Prepregs, wobei das Verfahren in der Lage ist, Falten, Überlappungen oder ähnliche qualitätsmindernde Fehler während der Bildung der Krümmung zu vermeiden. Ein wesentlicher Gedanke besteht darin, einen flexiblen Formkern mit einer vorbestimmten Querschnittsgestalt zu verwenden und in vorteilhafter Weise die neutrale Biegeachse des Formkerns hin zu dem Biegedruckbereich zu verschieben. Dies wird erreicht durch Hinzufügen von versteifenden Komponenten innerhalb des flexiblen Formkerns. Diese versteifenden Komponenten sind schwieriger zu komprimieren als der Rest des Formkerns, was zu einer Verlagerung der neutralen Achse hin zu dem Ort der versteifenden Komponenten führt.
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Diese Verlagerung der neutralen Achse aufgrund der Verwendung versteifender Komponenten innerhalb des Formkerns führt in vorteilhafter Weise zur Verringerung des Faser-Komprimierungsbereiches, das heißt, des Bereiches, in welchem ein Biege- bzw. Torsionsmoment auf Prepreg-Vorformen, welche auf dem Formkern abgelegt sind, zu einem Knicken der Fasern führt. Gleichzeitig wird der Faserspannungsbereich, das heißt der Bereich, in welchem ein Biege- bzw. Torsionsmoment auf Prepreg-Vorformen, welche auf dem Formkern abgelegt sind, zu einer Faserspreizung führt, erhöht. Mit anderen Worten, das Biegeverhalten der Prepreg-Vorformen, welche gemäß der Erfindung auf dem flexiblen Formkern abgelegt sind, wird auf vorteilhafte Weise in einer Art geändert, dass lediglich neutrale Biegezonen oder Faserspannungsbereiche während der Biege- bzw. Torsionsbewegung auftreten. Die Bildung von unerwünschten Knicken bzw. Falten in den Faser-Prepregs wird somit erfolgreich vermieden.
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Die Verwendung von versteiften bzw. verstärkten flexiblen Formkernen in einem Verfahren zur Herstellung von gebogenen Verbundkomponenten hilft bei der Entwicklung eines vollständig automatisierten und kontinuierlichen Herstellungsprozesses. Der Anteil an manueller Arbeit bei solchen Prozessen ist in bedeutsamer Weise reduziert, was zu einem höheren Durchsatz führt, einer besseren Komponentenqualität, einem geringeren Ausschuss der gebogenen Komponenten und geringeren Herstellungskosten. Der kontinuierliche Herstellungsprozess ist besonders effizient, falls der Formkern als eine Endlosschleife bzw. ein Endlosband ausgebildet ist, welche um ein Krümmungsbildungswerkzeug herumgewickelt ist und durch einen Rücklaufrolle zurückgeführt wird. Mit einem solchen Endlos-Formkern kann ein System zur Herstellung gebogener Verbundkomponenten umgesetzt werden, welches die kontinuierliche Herstellung von gebogenen Verbundkomponenten innerhalb dieses Systems ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform des Formkerns kann dieser weiterhin eine Mehrzahl von Verstärkungsstützen bzw. Verstärkungsstäben umfassen, welche mit dem Verstärkungsbalken verbunden sind und sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Verstärkungsbalken und der oberen Unterstützungsfläche innerhalb des Formkernkörpers erstrecken. Diese Verstärkungsstützen unterstützen in vorteilhafter Weise eine Verbesserung des Formschlusses des Verstärkungsbalkens innerhalb des Formkernkörpers.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Formkerns kann die Steifigkeit des Verstärkungsbalkens und/oder der Verstärkungsstützen höher als eine Steifigkeit des prismaförmigen Formkernkörpers sein. Dies ermöglicht eine Bewegung der neutralen Biegeachse hin zum oberen Bahnabschnitt im Formkernkörper, wodurch das Ausmaß des Druckbereichs innerhalb des Formkerns reduziert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Formkerns kann der Verstärkungsbalken eine rohrförmige oder rechteckige Stange umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Formkerns kann dieser weiterhin eine Mehrzahl von verteilten Schlitzen umfassen, welche in eine Oberfläche des Formkernkörpers gegenüber der oberen Unterstützungsfläche eingeschnitten sind. Solche verteilten Schlitze unterstützen auf vorteilhafte Art und Weise ein Erhöhen des Spannungsbereiches des Formkerns, da die untere Unterstützungsfläche noch weiter ausgedehnt werden kann, wodurch kleinere Biegeradien ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Formkerns kann das flexible Material ein Elastomer oder Gummi umfassen. Elastomere Materialien wie Silikonformteile sind ausreichend flexibel, um Biegebewegungen in reversibler Weise zu widerstehen, sie weisen eine geeignete Wärmebeständigkeit auf und können ohne Beschädigung der ausgehärteten Teile von den gebogenen Verbundkomponenten entfernt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Formkerns können die zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers eine T-Form, eine I-Form, eine Z-Form, eine C-Form, eine L-Form, eine Ω-Form, eine Hut-Form oder eine trapezoide Form aufweisen. Solche Formen werden in vorteilhafter Weise bei der Herstellung von gebogenen Stringern, Versteifungen, Längsträgern oder Spanten für eine Verwendung in Flugzeugrumpfstrukturen verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird detaillierter mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen erläutert; welche in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
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Die begleitenden Zeichnungen sind zur Bereitstellung eines weiteren Verständnisses der vorliegenden Erfindung beigefügt und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und dienen in Verbindung mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit besserem Verständnis durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich. Die Elemente der Zeichnungen sind im Bezug aufeinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen entsprechend ähnliche Teile.
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1 zeigt schematisch einen flexiblen Formkern in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren zum Erzeugen gebogenen Verbundkomponenten in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt schematisch eine Gelege-bildende-Anordnung für das System aus 2 in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gebogener Verbundkomponenten in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Obwohl spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben werden, wird der Fachmann bevorzugen, dass eine Anzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen in den dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzukehren. Im Allgemeinen soll diese Anmeldung jegliche Anpassungen oder Änderungen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines flexiblen Formkerns 10, welcher zur Herstellung gebogener Verbundkomponenten aus vollständig oder teilweise abgelegten Prepreg-Faserteilen verwendet werden kann. Der Formkern 10 umfasst einen prismaförmigen Formkernkörper 11, welcher aus einem flexiblen Material gebildet ist. Der Begriff „prismaförmig” (d. h. prismatoid) soll in der vorliegenden Anmeldung alle vielflächigen dreidimensionalen Körper umfassen, welche zwei im Allgemeinen polygonale Grundfläche in zwei parallelen Ebenen aufweisen, wobei alle Eckpunkte in diesen zwei parallelen Ebenen liegen. Die zwei im Allgemeinen polygonalen Grundflächen können eine veränderliche äußere Gestalt aufweisen, das heißt die verbindenden Kanten des Vielflächners zwischen den zwei polygonalen Grundflächen müssen nicht notwendigerweise zueinander parallel sein. In einer bestimmten Ausführungsform kann der prismaförmige Formkernkörper 11 ein prismatischer Formkernkörper 11 sein, das heißt die zwei im Allgemeinen polygonalen Grundflächen sind zueinander kongruent, und sind an ihren jeweils entsprechenden Seiten mit Seitenflächen mit parallelen Verbindungskanten verbunden. Im Falle des prismaförmigen Formkernkörpers 11 können die Querschnitte durch den prismaförmigen Formkernkörper 11 entlang der Erstreckung des Formkernkörpers 11 variieren, beispielsweise in der Bahnhöhe des Bahnabschnitts 13. In dem besonderen Fall des prismatischen Formkernkörpers 11 können jedoch alle Querschnitte durch den prismatischen Formkernkörper 11 parallel zu den polygonalen Grundflächen die gleichen sein.
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Der Formkernkörper 11 umfasst weiterhin eine obere Unterstützungsfläche 11a, welche sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 erstreckt. Die obere Unterstützungsfläche 11a ist zur Unterstützung eines Prepreg-Geleges ausgebildet, welches quer zu der äußeren Gestalt der Unterstützungsfläche 11a angeordnet sein kann. Im Allgemeinen gegenüber von der oberen Unterstützungsfläche 11a umfasst der Formkernkörper 11 eine untere Oberfläche 11b.
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Die Gestalt der oberen Unterstützungsfläche 11a kann durch einen Bahnabschnitt 13 und Fußabschnitte 12 definiert sein. Im Beispiel der 1 nimmt der Formkernkörper 11 die Querschnittsform eines Ω an (Ω-Form), jedoch sind andere Querschnittsformen gleichfalls möglich, wie zum Beispiel eine T-Form, eine I-Form, eine Z-Form, eine C-Form, eine L-Form, eine Hut-Form oder eine im Allgemeinen trapezförmige Gestalt. Zur Erzielung dieser Formen können die zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 in geeigneter Weise mit entsprechenden Bahnabschnitten 13 gebildet werden, und nach Bedarf mit einem oder mehreren Fußabschnitten 12.
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Im Allgemeinen ist der Formkernkörper 11 aus einem flexiblen festen Material hergestellt, wie zum Beispiel einem Elastomer oder einem Gummi, beispielsweise Divinylgummi und Silikongummi. Jedes flexible Material, welches bei Umgebungstemperaturen einen relativ geringen Elastizitätsmodul (Youngsches Modul) aufweist, kann für den Formkernkörper 11 verwendet werden.
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Der Formkern 10 kann weiterhin einen innerhalb des Formkernkörpers 11 angeordneten Verstärkungsbalken umfassen. Der Verstärkungsbalken 14 kann insbesondere eine hohe Steifigkeit aufweisen, das heißt einen höheren Elastizitätsmodul (Youngsches Modul) als der Formkernkörper 11. Der Verstärkungsbalken 14 kann beispielsweise eine rohrförmige oder rechtwinkelige Stange sein, welche sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 im Wesentlichen parallel und nahe zu der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 erstreckt.
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Bei Ausüben eines positiven Biegemoments auf den Formkernkörper 11 wird dieser eine nach oben gebogene Krümmung entwickeln, wobei das Material nahe dem oberen Ende des Formkernkörpers 11, das heißt nahe der oberen Unterstützungsfläche 11a, entlang der Biegeachse unter Druck gesetzt wird, und das Material nahe der Bodenfläche des Formkernkörpers 11, das heißt nahe der unteren Oberfläche 11b, unter Spannung gesetzt wird. An der Grenzfläche des Druckbereiches in der oberen Seite des Formkernkörpers 11 und an der Grenzfläche des Spannungsbereichs in der unteren Seite des Formkernkörpers 11 wird die Biegebeanspruchung gleich Null. Die Ebene mit einer Beanspruchung von Null ist auch als die neutrale Achse des Formkernkörpers 11 bekannt. Wenn Schichten von Prepreg-Streifen als ein Gelege auf der oberen Unterstützungsfläche 11a gebildet werden und der Formkern 10 zusammen mit dem Gelege entlang der Längsausdehnung gebogen wird, dann sind die Schichten der Prepreg-Streifen in dem Druckbereich angeordnet und können die Bildung von Falten und Knicken aufweisen.
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Die Bereitstellung des Verstärkungsbalkens 14 führt jedoch zu einer Verschiebung der neutralen Achse hin zu der oberen Unterstützungsfläche 11a aufgrund ihres innewohnenden Widerstands gegen Druck. Deshalb ist das Ausmaß des Druckbereichs in dem verstärkten Formkern 10 verringert, wobei ein Gelege von Prepreg-Streifen auf der oberen Unterstützungsfläche 11a für ein Knicken oder Falten weniger anfällig ist.
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Zur Erzielung eines guten Formschlusses des Verstärkungsbalkens 14 mit dem Formkernkörper 11, das heißt zur Vermeidung einer Translationsbewegung des Verstärkungsbalkens 14 innerhalb des Formkernkörpers 11 bei Biegebeanspruchung, kann eine Mehrzahl von Verstärkungsstützen 15 mit dem Verstärkungsbalken 14 verbunden werden. Die Verstärkungsstützen 15 können rohrförmige oder rechtwinkelige Stäbe/Stangen sein, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Verstärkungsbalken 14 und der oberen Unterstützungsfläche 11a innerhalb des Formkernkörpers 11 von der oberen Unterstützungsfläche 11a hin zu der unteren Fläche 11b erstrecken. Die Verstärkungsstützen können entlang der Längsachse des Formkernkörpers 11 voneinander beabstandet sein, beispielsweise in gleichmäßigem Abstand voneinander.
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Zur Verbesserung des Versteifungseffekts des Verstärkungsbalkens 14 und zur Entlastung der unteren Oberfläche 11b des Formkernkörpers 11 von Dehnungsbeanspruchung kann eine Mehrzahl von verteilten Schlitzen 16 in die untere Oberfläche des Formkernkörpers 11 geschnitten sein. Auf diese Weise wird eine Biegebewegung des Formkernkörpers 11 zu einer trichterförmigen Öffnung der verteilten Schlitze 16 führen, wodurch kleinere Biegeradien und eine noch weitergehende Ausdehnung des Spannungsbereiches mit Bezug auf den Druckbereich des Formkerns 11 ermöglicht werden.
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2 zeigt schematisch ein Herstellungssystem 1, welches zur Erzeugung von gebogenen Verbundkomponenten C verwendbar ist. Das Herstellungssystem 1 verwendet allgemein den in 1 gezeigten Formkern 10. Der Formkern 10 ist um ein Umformrad 2 gewunden, welches einen äußeren Rand bzw. Umfang umfassen kann, welcher als eine Negativformung komplementär zu der Positivform der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 des Formkerns 10 gebildet ist. Das Umformrad 2 ist dazu ausgebildet, den Formkern 10 und ein auf der oberen Unterstützungsfläche 11a gebildetes Prepreg-Gelege L in eine gebogene Gestalt zu biegen. Der Formkern 10 aus 2 kann in vorteilhafter Weise als eine Endlosschleife ausgebildet sein, welche um das Umformrad 2 und um eine Rücklaufrolle 3 als ein Endlos-Band herumläuft. Somit kann der Formkern 10 aus 1 in einer entsprechenden Länge hergestellt und an seinen zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 verbunden werden, um eine Endlosschleife zu bilden, welche dann um das Umformrad 2 herumgewunden wird. Die Laufrichtung des Formkernbandes 10 kann wie in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn sein. Jedoch ist es allgemein möglich, ein Herstellungssystem 1 zu verwenden, welches einen Formkern 10 verwendet, welcher nicht zu einer Endlosschleife verbunden ist. Somit muss das Herstellungssystem 1 keine Laufbandgeometrie hinsichtlich des Umformrads 2 und der Rücklaufrolle 3 umfassen. Beispielsweise kann es möglich sein, die Rücklaufrolle 3 wegzulassen und gebogene Verbundkomponenten C auf einfache Art und Weise lediglich durch Verwenden eines Formkerns 10 mit offener Schleife und des Umformrads 2 zu bilden.
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Eine Gelege-bildende Anordnung 20 des Herstellungssystems 1 kann bahnaufwärts vom Umformrad 2 bereitgestellt werden, das heißt ein fester Punkt auf dem Formkern 10 läuft zunächst an der Gelege-bildenden Anordnung 20 vorbei und wird dann über das Umformrad 2 weiter übertragen. Die Gelege-bildende Anordnung 20 ist dazu ausgebildet, ein Prepreg-Gelege L aus Prepreg-Streifen L1, L2, L3, L4 auf der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 des Formkerns 10 zu bilden. Ein Beispiel für eine solche Gelege-bildende Anordnung 20 ist detaillierter schematisch in 3 dargestellt. Im Folgenden wird sowohl auf 2 als auch auf 3 Bezug genommen, wenn die Funktionalität und die Komponenten der Gelege-bildenden Anordnung 20 erläutert werden.
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Die Gelege-bildende Anordnung 20 kann eine Mehrzahl von Prepreg-Lager- bzw. Speichereinrichtungen 21 beinhalten, welche dazu ausgebildet sind, verschiedene Prepreg-Streifen L1, L2, L3, L4 zu lagern, insbesondere unidirektionale Prepreg-Streifen, das heißt Prepreg-Streifen mit lediglich in einer Richtung ausgerichteten Fasern. Die Prepreg-Speicher 21 können beispielsweise Vorratsspeicherrollen umfassen, auf welche die Prepregs als halbfertige Bänder aufgewickelt sind. Einer der Prepreg-Speicher 21 ist dazu ausgebildet, einen unidirektionalen Prepreg-Streifen L1 als ein kontinuierliches halbfertiges Produkt auf eine Gelege-Unterstützung 23 zuzuführen, welche zum Unterstützen des Prepreg-Geleges L in einer flachen Form ausgebildet ist, beispielsweise als eine Unterstützungsfolie oder dergleichen. Die verbleibenden Prepreg-Speicher 21 sind dazu ausgebildet, die Prepreg-Streifen L2, L3, L4 unter vorbestimmten Winkeln mit Bezug auf den kontinuierlichen Prepreg-Streifen L1 zuzuführen. Dies stellt sicher, dass die Faserrichtung jedes der unidirektionalen Prepreg-Streifen L2, L3, L4 mit Bezug auf die Faserrichtung des kontinuierlichen Prepreg-Streifens L1 vordefiniert ist. Beispielsweise können die Prepreg-Streifen L2, L3 unter einem Winkel ±45° mit Bezug auf den kontinuierlichen Prepreg-Streifen L1 ausgerichtet sein, während der Prepreg-Streifen L4 unter einem Winkel von 90° mit Bezug auf den kontinuierlichen Prepreg-Streifen L1 ausgerichtet sein kann.
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Zur Sicherstellung einer konstanten Breite des vielschichtigen Prepreg-Geleges L in der flachen Form können die Prepreg-Streifen L2, L3, L4 über Prepreg-Unterstützungseinheiten 22 geführt werden, welche Schneideinrichtungen umfassen können, welche dazu ausgebildet sind, Rhomben von den kontinuierlichen Prepreg-Bändern L2, L3, L4 auszuschneiden. In 3 ist dies mit gepunkteten Schneidlinien C2, C3, C4 gekennzeichnet. Dadurch wird der kontinuierlich verlaufende Prepreg-Streifen L1 mit Teilen der Prepreg-Streifen L2, L3, L4 überdeckt bzw. überlappt, um das Gelege L zu bilden.
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Die Prepreg-Unterstützung 23 mit dem Prepreg-Gelege L in der flachen Form, welches darauf gelagert ist, wird dann zu einem Gelege-bildenden Werkzeug 24 transportiert, welches dazu ausgebildet ist, das Prepreg-Gelege L in der flachen Form von der Gelege-Unterstützung 22 auf die obere Unterstützungsoberfläche 11a des Formkernkörpers 11 abzulegen. Optional können das Prepreg-Gelege L und die Prepreg-Unterstützung 23 erwärmt bzw. erhitzt werden und/oder vor dem Ablegen auf den Formkernkörper 11 verdichtet werden. Zusätzlich kann eine Heizeinrichtung 25 bahnabwärts von dem Gelege-bildenden Werkzeug 24 angeordnet und dazu ausgebildet sein, um das Prepreg-Gelege L auf der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 vor einem Quer-Übereinanderlegen durch ein Werkzeug 26 zum Queranordnen des Geleges zu heizen, wobei das Werkzeug dazu ausgebildet ist, das Prepreg-Gelege L zu der zweidimensionalen Form der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 übereinander abzulegen.
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Der Formkernkörper 11 wird dann um das Umformrad 2 unter Druck- und Wärmeeinwirkung geführt, um dem Formkernkörper 11 und dem Prepreg-Gelege L die gewünschte Krümmung des Umformrades 2 einzuprägen. Eine Schneidanordnung 4 am Ende des Umformrades kann dazu ausgebildet sein, das durch das Umformrad 2 gebogene Prepreg-Gelege L in gebogene Abschnitte zu schneiden, um die gebogenen Verbundkomponenten C zu erhalten. Die geschnittenen Abschnitte der gebogenen Verbundkomponenten C können dann von dem Herstellungssystem 1 entfernt werden.
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4 zeigt schematisch ein Blockdiagramm für ein Verfahren M zur Herstellung gebogener Verbundkomponenten C. Das Verfahren M kann insbesondere unter Verwendung des Formkerns 10 aus 1 in einem Herstellungssystem 1 umgesetzt werden, wie es in Verbindung mit 2 und 3 dargestellt und erläutert ist.
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Bei M kann ein Prepreg-Gelege L der Prepreg-Streifen L1, L2, L3, L4 abgelegt werden. Dieses flache Prepreg-Gelege L wird dann bei Schritt M2 auf einer oberen Unterstützungsfläche 11a eines Formkerns 10 quer angeordnet. Der Formkern 10 kann insbesondere einen aus einem flexiblen Material hergestellten prismatischen Formkernkörper 11 umfassen, wobei der Formkernkörper 11 zwei polygonale Grundflächen und eine obere Unterstützungsfläche 11a aufweist, welche sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 erstreckt, und einen Verstärkungsbalken 14, welcher in dem Formkernkörper 11 angeordnet ist und sich zwischen den zwei polygonalen Grundflächen des Formkernkörpers 11 im Wesentlichen parallel und nahe zu der oberen Unterstützungsfläche 11a des Formkernkörpers 11 erstreckt. Bei Schritt M3 werden der Formkern 10 und das Prepreg-Gelege L auf der oberen Unterstützungsfläche 11a mit einem Umformrad 2 gebogen. Optional kann das gebogene Prepreg-Gelege L bei Schritt M4 in gebogene Abschnitte geschnitten werden, um die gebogenen Verbundkomponenten C zu erhalten.
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In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zusammen in einem oder mehreren Beispielen zum Zwecke der Vereinfachung der Offenbarung zusammengruppiert. Es wird davon ausgegangen, dass die obige Beschreibung darstellend und nicht beschränkend sein soll. Es sollen alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abgedeckt werden. Viele weitere Beispiele werden für den Fachmann bei Durchsicht der obigen Spezifikation ersichtlich werden.
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Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen bestmöglich zu erläutern, so dass der Fachmann in der Lage ist, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit unterschiedlichen Änderungen so gut wie möglich umzusetzen, wie sie für eine bestimmte Anwendung geeignet sind. In den beigefügten Ansprüchen und in der Beschreibung werden die Begriffe „einschließlich” und „in denen” jeweils als die Englisch-sprachigen Äquivalente der entsprechenden Begriffe „umfassend” und „wobei” verwendet. Weiterhin soll der Begriff „ein, eine, eines” bzw. „eins” eine Mehrzahl im vorliegenden Fall nicht ausschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Herstellungssystem
- 2
- Umformrad
- 3
- Rücklaufrolle
- 4
- Schneidanordnung
- 10
- Formkern
- 11
- Formkernkörper
- 11a
- obere Unterstützungsfläche
- 11b
- untere Unterstützungsfläche
- 12
- Formkern-Fußabschnitt
- 13
- Formkern-Bahnabschnitt
- 14
- Verstärkungsbalken
- 15
- Verstärkungsstütze
- 16
- verteilte Schlitze
- 20
- Gelege-bildende Anordnung
- 21
- Prepreg-Speichereinrichtung
- 22
- Prepreg-Unterstützung
- 23
- Gelege-Unterstützung
- 24
- Gelege-Platzierungswerkzeug
- 25
- Heizeinrichtung
- 26
- Gelege-Queranordnungswerkzeug
- C
- gebogene Verbundkomponente
- C2
- Schneidlinie
- C3
- Schneidlinie
- C4
- Schneidlinie
- L1
- Prepreg-Gelege
- L1
- Prepreg-Streifen
- L2
- Prepreg-Streifen
- L3
- Prepreg-Streifen
- L4
- Prepreg-Streifen
- M
- Verfahren
- M1
- Verfahrensschritt
- M2
- Verfahrensschritt
- M3
- Verfahrensschritt
- M4
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0104432 A1 [0003]
- DE 102011119220 A1 [0004]
- DE 102008028865 A1 [0005]