DE102023203727A1 - Method and arrangement comprising a non-uniform thickness of a fiber material layer in a reversal zone of fiber deposition - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung (32) und ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung (32) mit wenigstens einer Fasermaterialschicht (10) und einem Bauteil (26), wobei das Verfahren aufweist:
- Ablegen eines Fasermaterials mit wenigstens einer Faser auf das Bauteil (26) unter Ausbilden zumindest einer ersten Fasermaterialschicht (10), umfassend:
• Ablegen von mehreren Abschnitten (12) das Fasermaterials jeweils entlang einer Längsachse (L) des Bauteils (26) in eine Umkehrzone (16) hinein; und
• Ändern der Ablegerichtung eines jeweiligen Abschnitts (12) innerhalb der Umkehrzone (16) zum Herausführen eines jeweiligen Abschnitts (12) aus der Umkehrzone (16);wobei die Abschnitte (12) in der Umkehrzone (16) jeweils wenigstens einen axial äußersten Punkt (18) aufweisen und die axialen Positionen der axial äußersten Punkte (18) von zumindest einigen der Fasermaterial-Abschnitte (12) verschieden voneinander sind, so dass die erste Fasermaterialschicht (10) innerhalb der Umkehrzone (16) aufweist:
a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder eine uneinheitliche axiale Erstreckung.
Durch die uneinheitliche Dicke wird eine Möglichkeit zum Herstellen von Formschlüssen mit dem Bauteil bereitgestellt. Dies ermöglicht eine mechanische Verbindung von Fasermaterialschicht und Bauteil. Eine Außendicke einer resultierenden Anordnung aus Fasermaterialschicht und dem damit verbundenen Bauteil kann jedoch gleichmäßig sein. Auch kann die Dicke der Fasermaterialschicht außerhalb der Umkehrzone gleichmäßig sein.
The invention relates to an arrangement (32) and a method for producing an arrangement (32) with at least one fiber material layer (10) and a component (26), the method comprising:
- depositing a fiber material with at least one fiber on the component (26) to form at least a first fiber material layer (10), comprising:
• depositing several sections (12) of the fiber material along a longitudinal axis (L) of the component (26) into a reversal zone (16); and
• Changing the laying direction of a respective section (12) within the reversal zone (16) to lead a respective section (12) out of the reversal zone (16); wherein the sections (12) in the reversal zone (16) each have at least one axially outermost point (18) and the axial positions of the axially outermost points (18) of at least some of the fiber material sections (12) are different from one another, so that the first fiber material layer (10) within the reversal zone (16) has:
a) a non-uniform thickness; and/or a non-uniform axial extent.
The non-uniform thickness provides an opportunity to create positive connections with the component. This enables a mechanical connection between the fiber material layer and the component. However, an external thickness of a resulting arrangement of the fiber material layer and the connected component can be uniform. The thickness of the fiber material layer outside the reversal zone can also be uniform.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung umfassend wenigstens eine Fasermaterialschicht und ein Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung eine derartige Anordnung. Die Fasermaterialschicht weist eine in der Regel uneinheitliche Dicke auf, insbesondere um bei Verbinden mit einem Bauteil (z.B. einem Adapter) eine resultierende Anordnung mit einheitlicher Dicke auszubilden.The invention relates to a method for producing an arrangement comprising at least one fiber material layer and a component. The invention also relates to such an arrangement. The fiber material layer generally has a non-uniform thickness, in particular in order to form a resulting arrangement with a uniform thickness when connected to a component (e.g. an adapter).
Das Herstellen von Bauteilen aus aushärtenden faserverstärkten Materialien ist bekannt. Ebenso ist es bekannt, Bauteile herzustellen, die sowohl entsprechende faserverstärkte Materialien als auch nicht-faserverstärkte Materialien oder bereits ausgehärtete faserverstärkte Materialien umfassen. Beispielsweise können faserverstärkte Materialien in Form gewickelter Strukturen oder allgemeiner Faserverbundstrukturen mit einer formstabilen Komponente z. B. aus einem andersartigen Material zu verbinden sein. Diese Komponente wird im Folgenden auch Verbindungskomponente genannt.The manufacture of components from hardening fiber-reinforced materials is known. It is also known to manufacture components that include both corresponding fiber-reinforced materials and non-fiber-reinforced materials or already hardened fiber-reinforced materials. For example, fiber-reinforced materials in the form of wound structures or general fiber composite structures can be connected to a dimensionally stable component, e.g. made of a different type of material. This component is also referred to below as a connecting component.
Neben der prozesstechnischen Herausforderung des Herstellens einer solchen Verbindung, soll diese Verbindung auch den erwarteten Lastfällen (z. B. Torsion, Zug/Druck und/oder Biegung) zuverlässig standhalten können.In addition to the process-technical challenge of producing such a connection, this connection should also be able to reliably withstand the expected load cases (e.g. torsion, tension/compression and/or bending).
Bisherige Lösungen existieren in der Form, dass derartige Verbindungen durch getrenntes Herstellen der Verbindungskomponente und der Faserverbundstruktur und anschließendem Fügen dieser Teile hergestellt werden. Das Fügen kann bspw. durch Klebe-, Bolzen- oder Schraubverbindungen erfolgen. Nachteilig ist bei dieser Art der Herstellung, dass die Fügestelle aufwändig präpariert werden muss bspw. durch spanende Bearbeitung. Die Präparation beschädigt die lasttragenden Fasern und erschwert das Vorsehen nachstehend geschilderter energie- und/oder signalführender Leitungen.Previous solutions exist in the form of such connections being made by separately producing the connecting component and the fiber composite structure and then joining these parts. The joining can be done using adhesive, bolt or screw connections, for example. The disadvantage of this type of production is that the joint has to be prepared in a complex way, for example by machining. The preparation damages the load-bearing fibers and makes it difficult to provide the energy and/or signal-carrying cables described below.
Die Verbindung kann auch im gleichen Prozessschritt wie das Herstellen der Faserverbundstruktur erzeugt werden. Dabei wird die Verbindungskomponente bspw. im Pultrusions-, Wickel- oder Flechtverfahren direkt von dem Fasermaterial der Faserverbundstruktur umschlossen. Eine Imprägnierung des Fasermaterials mit aushärtendem Kunststoff kann dabei sofort oder im Anschluss erfolgen.The connection can also be created in the same process step as the production of the fiber composite structure. The connection component is directly enclosed by the fiber material of the fiber composite structure, for example in a pultrusion, winding or braiding process. The fiber material can be impregnated with hardening plastic immediately or afterwards.
Eine Verbindung mit einer formschlüssigen Kraftübertragung zwischen einer gewickelten Faserverbundstruktur und einer Verbindungskomponente wird in der
Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Lösungen nur eine begrenzte Kraftübertragung ermöglichen. Auch sind sie insbesondere aufgrund erforderlicher Nachbearbeitungsprozess nur bedingt kompatibel mit einem teilweise gewünschten Einbringen von energie- und/oder signalführenden Leitungen oder Komponente. Die Nachbearbeitungsprozesse können durch Durchtrennen einzelner Fasern zudem das Kraftübertragungsvermögen weiter senken.It has been shown that the known solutions only allow for limited power transmission. They are also only partially compatible with the partially desired insertion of energy and/or signal-carrying cables or components, particularly due to the required post-processing processes. The post-processing processes can also further reduce the power transmission capacity by cutting through individual fibers.
Die vorliegende Erfindung richtet sich daher auf die Aufgabe, das Verbinden von Faserverbundstrukturen mit weiteren Komponenten zu verbessern, insbesondere hinsichtlich eines reduzierten Herstellungsaufwands, einer zuverlässigen Kraftübertragung und einem optional gewünschten Einbringen von energie- und/oder signalführenden Leitungen oder Komponenten.The present invention is therefore directed to the task of improving the connection of fiber composite structures with other components, in particular with regard to reduced manufacturing costs, reliable power transmission and an optionally desired introduction of energy and/or signal-carrying lines or components.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen, in dieser Beschreibung und in den Figuren definiert.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous further developments are defined in the dependent claims, in this description and in the figures.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Lösung der
Prinzipiell könnte ein Ansatz, eine kontinuierlichere Krafteinleitung zu ermöglichen, in dem Herstellen einer geschäfteten Verbindung liegen. Jedoch ist bei den bisher bekannten Herstellungsprozessen hierfür eine zerstörende Vorbereitung der Oberfläche (zwecks Ausbilden einer Klebfläche) erforderlich. Bei der alternativen Herstellung einer geschäfteten Verbindung durch eine äußere Applikation von Faserrovings, wie beim Wickeln, auf eine geschäftete Oberfläche kommt es zu einer Aufdickung der äußeren Kontur. Dies ergibt sich aus der gleichbleibenden Lagendicke des faserverstärkten Materials zusätzlich zur Dicke des Verbindungselementes. Diese Aufdickung muss gegebenenfalls ebenfalls mittels eines zerstörenden Verfahrens entfernt werden. Dabei können wiederum Fasern durchtrennt werden, die folglich für eine Kraftübertragung nicht mehr zur Verfügung stehen, oder können etwaige energie- oder signalführende Leitungen durchtrennt werden.In principle, one approach to enabling a more continuous introduction of force could be to produce a shanked connection. However, the manufacturing processes known to date require destructive preparation of the surface (in order to form an adhesive surface). The alternative production of a shanked connection by external application of fiber rovings, such as winding, to a shanked surface results in a thickening of the outer contour. This results from the constant layer thickness of the fiber-reinforced material in addition to the thickness of the connecting element. This thickening may also have to be removed using a destructive process. This can in turn cut fibers, which are therefore no longer available for force transmission. are available, or any power or signal lines can be severed.
Als ein weiteres Problem wurde insbesondere bei einer Verbindung gemäß
Auch die Herstellung einer Umkehrzone ohne Pinreihen unter Ausnutzen der Reibung zwischen Fasern und Wickelkern ist möglich. Aufgrund der limitierten Reibung sind jedoch lange Umkehrbereiche notwendig, die nach einer Aushärtung der Faserverbundstruktur ebenfalls abgetrennt werden müssen.It is also possible to produce a reversal zone without rows of pins by taking advantage of the friction between the fibers and the winding core. However, due to the limited friction, long reversal areas are necessary, which also have to be separated after the fiber composite structure has hardened.
Es wurde erkannt, dass die aufgezeigten abtrennenden Nachbearbeitungen wiederum die Kraftflusslinien der Fasern stören und/oder etwaige signal- oder energieführende Leitungen durchtrennen können. Somit sind auch diese Ansätze ungeeignet, um die sich stellende Aufgabe zu lösen.It was recognized that the separating post-processing methods described above can disrupt the force flow lines of the fibers and/or sever any signal or energy-carrying cables. These approaches are therefore also unsuitable for solving the problem at hand.
Stattdessen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung umfassend wenigstens eine Fasermaterialschicht und ein Bauteil vorgeschlagen, wobei das Verfahren aufweist:
- - Ablegen eines Fasermaterials mit wenigstens einer Faser auf das Bauteil unter Ausbilden zumindest einer ersten Fasermaterialschicht.
- - Depositing a fiber material with at least one fiber onto the component to form at least a first fiber material layer.
Dabei umfasst das Ablegen folgendes:
- • Ablegen von mehreren Abschnitten das Fasermaterials jeweils entlang einer Längsachse des Bauteils in eine Umkehrzone hinein; und
- • Ändern der Ablegerichtung eines jeweiligen Abschnitts innerhalb der Umkehrzone zum Herausführen eines jeweiligen Abschnitts aus der Umkehrzone.
- • Depositing several sections of the fiber material along a longitudinal axis of the component into a reversal zone; and
- • Changing the laying direction of a respective section within the reversal zone to lead a respective section out of the reversal zone.
Ferner weisen die Abschnitte in der Umkehrzone jeweils wenigstens einen axial äußersten Punkt auf und die axialen Positionen der axial äußersten Punkte von zumindest einigen der Fasermaterial-Abschnitte sind verschieden voneinander (z.B. um mehrere Millimeter, mindestens eine Faser-/ Rovingbreite, insbesondere um mehr als 10 mm oder mehr als 20 mm verschieden). Die erste Fasermaterialschicht weist innerhalb der Umkehrzone folglich:
- a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
- b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung auf.
- a) a non-uniform thickness; and/or
- b) a non-uniform axial extension.
Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, durch eine variierende axiale Erstreckung von in die Umkehrzone (und wieder aus dieser heraus) geführten Fasermaterialabschnitten Formmerkmale der Umkehrzone zu definieren, die insbesondere eine formschlüssige Verbindung mit dem Bauteil ermöglichen. Beispielsweise können die Formmerkmale Formschlüsse mit dem Bauteil begünstigen oder ausbilden, insbesondere in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung. Dies ermöglicht eine nicht ausschließlich laminare Krafteinleitung und ist insbesondere für die Übertragung von Torsionskräften vorteilhaft.In other words, the invention provides for defining shape features of the reversal zone by means of a varying axial extension of fiber material sections guided into the reversal zone (and out of it again), which in particular enable a positive connection with the component. For example, the shape features can promote or form positive connections with the component, in particular in the axial direction and/or in the circumferential direction. This enables a force introduction that is not exclusively laminar and is particularly advantageous for the transmission of torsional forces.
Die hier offenbarte Lösung ist ferner dahingehend vorteilhaft, als dass keine oder nur sehr geringe Nacharbeiten mit der Herstellung dieser Formmerkmale einhergehen. Wie nachstehend noch erläutert, können die Formmerkmale bspw. lokal begrenzte Aufdickungen (z. B in Form radialer Stufen) oder freibleibende Bereiche jeweils innerhalb der Umkehrzone sein.The solution disclosed here is also advantageous in that no or only very little rework is required to produce these shape features. As explained below, the shape features can be, for example, locally limited thickenings (e.g. in the form of radial steps) or areas that remain free within the reversal zone.
Die Dicke der Fasermaterialschicht kann sich auf eine radiale Abmessung der Schicht beziehen und/oder in einer radialen Richtung gemessen werden. Durch die uneinheitliche Dicke werden Räume bereitgestellt und/oder Unterscheidungen oder Vorsprünge ausgebildet, mittels denen Formschlüsse der hierin offenbarten Art ermöglicht werden.The thickness of the fibrous material layer may refer to a radial dimension of the layer and/or be measured in a radial direction. The non-uniform thickness provides spaces and/or forms distinctions or protrusions by means of which positive locking of the type disclosed herein is enabled.
Die uneinheitliche axiale Erstreckung kann beinhalten, dass ein axiales Ende (insbesondere eine axiale Stirnfläche) der Fasermaterialschicht nicht in einer einzelnen Umfangsebene liegt und/oder in einer Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise unterbrochen ist. Auch hierüber können Konturen definiert werden, die einen für eine Kraftübertragung vorteilhaften Formschluss mit dem Bauteil ermöglichen.The non-uniform axial extension can mean that an axial end (in particular an axial end face) of the fiber material layer is not located in a single circumferential plane and/or is interrupted at least in sections in a circumferential direction. This can also be used to define contours that enable a positive connection with the component that is advantageous for force transmission.
Jeder oder zumindest eine Mehrzahl der in die Umkehrzone geführten Abschnitte kann wenigstens einen weiteren Abschnitt des Fasermaterials innerhalb der Umkehrzone kreuzen. Anders ausgedrückt können die Abschnitte entlang ihres Ablegepfades in der Umkehrzone wenigstens einen weiteren Abschnitt des Fasermaterials kreuzen. Es können jedoch auch Bereiche in der Umkehrzone existieren, in denen nur ein Abschnitt des Fasermaterials ohne Kreuzung eines anderen Abschnitts vorliegt. Die Anzahl der gekreuzten anderen Abschnitte und/oder ein Abstand zwischen einzelnen Kreuzungspunkten, wie jeweils durch die axiale Erstreckung eines Fasermaterialabschnitts innerhalb der Umkehrzone definiert, kann eine lokale Dicke und insbesondere eine uneinheitliche Dickenvariation in der Umkehrzone definieren.Each or at least a majority of the sections guided into the reversal zone can cross at least one further section of the fiber material within the reversal zone. In other words, the sections can cross at least one further section of the fiber material along their deposition path in the reversal zone. However, there can also be areas in the reversal zone in which only one section of the fiber material is present without crossing another section. The number of other sections crossed and/or a distance between individual crossing points, as defined in each case by the axial extension of a fiber material section within the reversal zone can define a local thickness and in particular a non-uniform thickness variation in the reversal zone.
Die Fasermaterialabschnitte können sich auch durch eine Art der Richtungsänderung innerhalb der Umkehrzone unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Winkel der Richtungsänderung verschieden sein oder können zumindest einzelne Abschnitte vor einem Herausführen aus der Umkehrzone auch zunächst über eine individuelle Distanz in einer Umfangsrichtung abgelegt werden.The fiber material sections can also differ in terms of the type of direction change within the reversal zone. For example, the angle of the direction change can be different or at least individual sections can be initially laid down over an individual distance in a circumferential direction before being led out of the reversal zone.
Mit dem hier offenbarten Verfahren können insbesondere rotationssymmetrische Fasermaterialschichten hergestellt werden, was aber nicht zwingend ist. Stattdessen können auch nicht-rotationssymmetrische Querschnittsformen, zum Beispiel rechteckige Querschnittsformen hergestellt werden. Auch können zweidimensionale oder flächige Fasermaterialschichten hergestellt und mit einem Bauteil verbunden werden, z.B. entlang eines entsprechend zweidimensionalen oder flächigen Verbindungsbereichs. Hierin verwendete Begriffe wie radial, axial und in Umfangsrichtung können sich auf die Längsachse des Bauteils beziehen. Dabei entspricht eine radiale Richtung einer Richtung in einem (insbesondere orthogonalen) Winkel zu der Längsachse, eine axiale Richtungen einer Richtung, die mit der Längsachse zusammenfällt, und einer Umfangsrichtung einer um die Längsachse herum verlaufenden Richtung. Weder Bezugnahmen auf eine radiale Richtung, noch auf eine Umfangsrichtung setzten rotationssymmetrische Formen aus. Eine radiale Richtung kann auch bei einer flächigen Konfiguration vorgesehen sein und dort z.B. einer Dicke quer zu einer Ebene der flächigen Erstreckung entsprechen.The method disclosed here can be used to produce rotationally symmetrical fiber material layers in particular, but this is not mandatory. Instead, non-rotationally symmetrical cross-sectional shapes, for example rectangular cross-sectional shapes, can also be produced. Two-dimensional or planar fiber material layers can also be produced and connected to a component, e.g. along a correspondingly two-dimensional or planar connection region. Terms used herein such as radial, axial and in the circumferential direction can refer to the longitudinal axis of the component. A radial direction corresponds to a direction at an (in particular orthogonal) angle to the longitudinal axis, an axial direction to a direction that coincides with the longitudinal axis, and a circumferential direction to a direction running around the longitudinal axis. Neither references to a radial direction nor to a circumferential direction exclude rotationally symmetrical shapes. A radial direction can also be provided in a planar configuration and there correspond, for example, to a thickness transverse to a plane of the planar extension.
Unter einem Ablegen von Fasermaterialabschnitten entlang der Längsachse (oder auch allgemeinen Erstreckungen oder Verläufen entlang der Längsachse) kann verstanden werden, dass eine betrachtete Richtung nicht-orthogonal und insbesondere in einem Winkel x von -90° < x <90° zu der Längsachse verläuft und/oder dass eine betrachtete Richtung eine von null verschiedene Vektorkomponente umfasst, die parallel zu der Längsachse verläuft. Folglich muss eine solche Richtung nicht zwingend mit der Längsachse zusammenfallen oder sich parallel zu dieser erstrecken, was aber ebenfalls vorgesehen sein kann.The laying down of fiber material sections along the longitudinal axis (or general extensions or courses along the longitudinal axis) can be understood to mean that a direction under consideration is non-orthogonal and in particular at an angle x of -90° < x <90° to the longitudinal axis and/or that a direction under consideration includes a vector component other than zero that runs parallel to the longitudinal axis. Consequently, such a direction does not necessarily have to coincide with the longitudinal axis or extend parallel to it, but this can also be provided.
Insbesondere kann hiervon ein Ablegen von Fasermaterialabschnitten durch Wickeln umfasst sein, wobei die Abschnitte um die Längsachse herum sowie entlang von dieser gewickelt werden.In particular, this may include laying down fiber material sections by winding, wherein the sections are wound around and along the longitudinal axis.
Entsprechend kann das Ablegen der Fasermaterialabschnitte ein Wickeln umfassen. Alternativ kann das Ablegen zum Beispiel TFP-Verfahren (Tailored Fiber Placement) oder AFP-Verfahren (Automated Fiber Placement) umfassen oder gemäß derartigen Verfahren erfolgen.Accordingly, the deposition of the fiber material sections can comprise winding. Alternatively, the deposition can comprise, for example, TFP (Tailored Fiber Placement) or AFP (Automated Fiber Placement) processes or can be carried out according to such processes.
Das Fasermaterial kann in an sich bekannter Weise bereits vor dem Ablegen imprägniert sein oder im Anschluss daran imprägniert werden. In sämtlichen hier offenbarten Ausführungsbeispielen kann nach dem Ablegen ein Aushärten des Fasermaterials erfolgen. Das Bauteil kann hingegen inhärent formstabil sein.The fiber material can be impregnated in a manner known per se before it is laid down or can be impregnated after it has been laid down. In all of the embodiments disclosed here, the fiber material can harden after it has been laid down. The component can, however, be inherently dimensionally stable.
Das Bauteil ist vorzugsweise nicht aus einem Fasermaterial hergestellt (oder allenfalls aus einem bereits ausgehärteten Fasermaterial). Beispielsweise kann das Bauteil ein Metallbauteil oder ein Kunststoffbauteil sein.The component is preferably not made from a fiber material (or at most from a fiber material that has already hardened). For example, the component can be a metal component or a plastic component.
Das Fasermaterial kann eine oder mehrere Fasern umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können mehrere Abschnitte des Fasermaterials von wenigstens einem gemeinsamen Roving oder von einer gemeinsamen Faser umfasst sein. Dieses gemeinsame Roving oder diese gemeinsame Faser kann demnach durchgängig sein und unter Ausbilden der mehreren Abschnitte mehrmals in die Umkehrzone herein und wieder aus dieser herausgeführt werden. Dies kann die Anzahl unterbrochener Fasern verringern und somit eine Kraftübertragungsfähigkeit verbessern.The fiber material can comprise one or more fibers. According to one embodiment, several sections of the fiber material can be comprised of at least one common roving or of one common fiber. This common roving or this common fiber can therefore be continuous and can be guided into and out of the reversal zone several times to form the multiple sections. This can reduce the number of interrupted fibers and thus improve the force transmission capability.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Fasermaterialschicht an ihrer von dem Bauteil abgewandten Außenseite im Wesentlichen eben ist und/oder eine insbesondere in Umfangsrichtung im Wesentlichen homogene Welligkeit aufweist. Dabei versteht es sich, dass sich ein Ausmaß der Ebenheit je nach dem verwendeten Ablegeverfahren einstellen kann. Durch zum Beispiel prozessbedingte Relativanordnungen benachbarter (beispielsweise gewickelter) Fasermaterialabschnitte kann die Ebenheit von einer vollständigen und/oder idealen Ebenheit abweichen. Insbesondere kann jedoch (zumindest in der Umkehrzone) an der Außenseite eine höhere Ebenheit der Fasermaterialschicht als an der Innenseite vorliegen. Die Ebenheit kann zum Beispiel als radiales Höhen- oder Dickenprofil der Oberfläche an der Außenseite und/oder Innenseite definiert sein. Ferner insbesondere kann an der Außenseite eine mit dem gewählten Ablegeverfahren prozessbedingte maximal mögliche Ebenheit vorliegen, an der Innenseite sowie zumindest in der Umkehrzone hingegen eine deutlich geringere Ebenheit.A further development provides that the fiber material layer is essentially flat on its outside facing away from the component and/or has a substantially homogeneous waviness, in particular in the circumferential direction. It is understood that the degree of flatness can vary depending on the deposition method used. For example, due to process-related relative arrangements of adjacent (for example wound) fiber material sections, the flatness can deviate from complete and/or ideal flatness. In particular, however, the fiber material layer can be more flat on the outside than on the inside (at least in the reversal zone). The flatness can be defined, for example, as a radial height or thickness profile of the surface on the outside and/or inside. Furthermore, in particular, the maximum possible flatness can be process-related with the selected deposition method on the outside, but on the inside and at least in the reversal zone, the flatness can be significantly lower.
Ferner zusätzlich oder alternativ kann die Fasermaterialschicht zumindest an der Außenseite eine (insbesondere in Umfangsrichtung) homogene Welligkeit aufweisen, an der Innenseite sowie zumindest in der Umkehrzone hingegen einer weniger oder auch nicht homogene Welligkeit.Furthermore, additionally or alternatively, the fiber material layer can have a homogeneous waviness (in particular in the circumferential direction) at least on the outside, on the inside and at least At least in the reversal zone, however, there is less or even non-homogeneous waviness.
Dies verhindert Aufdickungen der Fasermaterialschicht an deren Außenseite, ermöglicht aber dennoch das Herstellen von Formschlüssen mit dem Bauteil über die Innenseite. Folglich kann die uneinheitliche Dicke der Fasermaterialschicht in der Umkehrzone überwiegend oder vollständig durch entsprechende Dickenvariationen an der Innenseite der Fasermaterialschicht ausgebildet sein.This prevents the fiber material layer from becoming thicker on the outside, but still allows for positive locking with the component on the inside. Consequently, the non-uniform thickness of the fiber material layer in the reversal zone can be formed predominantly or completely by corresponding thickness variations on the inside of the fiber material layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Fasermaterialschicht einheitliche äußere Abmessungen (und/oder eine einheitliche äußere Querschnittsform) auf. Dies kann insbesondere für Bereiche innerhalb der Umkehrzone als auch Bereiche außerhalb der Umkehrzone gelten. Auch dies bringt zum Ausdruck, dass mit der hier vorgestellten Lösung äußere Aufdickungen der Fasermaterialschicht gezielt unterbunden werden können.According to a further embodiment, the fiber material layer has uniform external dimensions (and/or a uniform external cross-sectional shape). This can apply in particular to areas within the reversal zone as well as areas outside the reversal zone. This also expresses the fact that external thickening of the fiber material layer can be specifically prevented with the solution presented here.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Fasermaterialschicht infolge der (insbesondere zumindest in der Umkehrzone) uneinheitlichen Dicken eine dem Bauteil zugewandte unebene Innenseite auf, wobei eine der Fasermaterialschicht zugewandte Außenseite des Bauteils zumindest abschnittsweise komplementär zu der Fasermaterialschicht-Innenseite geformt ist. Insbesondere kann die Außenseite des Bauteils von vorneherein durch Gießen, Fräsen, 3D-Drucken oder Ähnlichem an eine durch das Ablegeverfahren bewusst hergestellte Dickenvariation und/oder uneinheitliche axiale Erstreckung der Fasermaterialschicht angepasst sein, um möglichst spielfreie Formschlüsse mit der Fasermaterialschicht auszubilden. Dies verbessert Kraftübertragungen zwischen der Fasermaterialschicht und dem Bauteil und stärkt somit die mechanische Verbindung dieser Komponenten.According to one embodiment, the fiber material layer has an uneven inner side facing the component due to the non-uniform thicknesses (in particular at least in the reversal zone), wherein an outer side of the component facing the fiber material layer is shaped at least in sections to be complementary to the fiber material layer inner side. In particular, the outer side of the component can be adapted from the outset by casting, milling, 3D printing or similar to a thickness variation and/or non-uniform axial extension of the fiber material layer deliberately created by the deposition process in order to form a form fit with the fiber material layer that is as free of play as possible. This improves force transmission between the fiber material layer and the component and thus strengthens the mechanical connection of these components.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die vorstehende Option a) und die uneinheitliche Dicke definiert an einer Innenseite der Fasermaterialschicht wenigstens eine Stufe, die einen Formschluss mit dem Bauteil ausbildet. Diese Stufe kann eine radiale Stufe sein und/oder als ein die Dicke lokal vergrößernder Vorsprung radial nach innen ragen. Das Bauteil kann eine lokale Kontur oder Form (insbesondere einer radiale Ausnehmung) aufweisen, die diese Stufe zumindest teilweise aufnehmen und/oder an dieser zumindest abschnittsweise anliegen kann. Dieser Formschluss kann insbesondere einer axiale Relativbewegung und/oder einer Relativbewegung in Umfangsrichtung von Fasermaterialschicht und Bauteil entgegenstehen. Folglich können zuverlässige Kraftübertragungen in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung erreicht werden.In a further embodiment, the method comprises the above option a) and the non-uniform thickness defines at least one step on an inner side of the fiber material layer, which forms a positive connection with the component. This step can be a radial step and/or protrude radially inwards as a projection that locally increases the thickness. The component can have a local contour or shape (in particular a radial recess) that can at least partially accommodate this step and/or can rest against it at least in sections. This positive connection can in particular oppose an axial relative movement and/or a relative movement in the circumferential direction of the fiber material layer and the component. Consequently, reliable force transmission in the axial direction and/or in the circumferential direction can be achieved.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren die vorstehende Option b) umfassen und die Fasermaterialschicht kann wenigstens einen axial zurückgesetzten Bereich umfassen, der einen radial erhöhten Bereich des Bauteils aufnimmt. Der axial zurückgesetzte Bereich kann eine axiale Ausnehmung in einem axialen Endabschnitt der Fasermaterialschicht bilden. Dieser axiale Ausnehmung bzw. dieser axial zurückgesetzten Bereich kann sich in einem definierten Umfangsabschnitt erstrecken, welcher weniger als 360° betragen kann (zum Beispiel 90° oder weniger).Additionally or alternatively, the method may comprise option b) above and the fiber material layer may comprise at least one axially recessed region which accommodates a radially raised region of the component. The axially recessed region may form an axial recess in an axial end portion of the fiber material layer. This axial recess or this axially recessed region may extend in a defined circumferential portion, which may be less than 360° (for example 90° or less).
Der radial erhöhte Bereich des Bauteils kann korrespondierend zu dem axial zurückgesetzten Bereich geformt sein. Beispielsweise kann der radial erhöhte Bereich axial gegenüber angrenzenden Bauteilbereichen hervorstehen und/oder ein axialen äußersten Bereich auf der entsprechenden radialen Höhe des Bauteils bilden.The radially raised region of the component can be shaped to correspond to the axially recessed region. For example, the radially raised region can protrude axially from adjacent component regions and/or form an axially outermost region at the corresponding radial height of the component.
Auch mittels eines derartigen Eingriffes zwischen dem axial zurückgesetzten Bereich der Fasermaterialschicht und dem radial erhöhten Bereich des Bauteils kann ein stabiler Formschluss hergestellt werden, der zuverlässige Kraftübertragungen insbesondere in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ermöglicht.By means of such an engagement between the axially recessed region of the fiber material layer and the radially raised region of the component, a stable positive connection can be produced, which enables reliable force transmission, in particular in the axial direction and/or in the circumferential direction.
Gemäß einem weiteren Aspekt variiert eine Dicke der Fasermaterialschicht innerhalb der Umkehrzone um bis zu +/- 100 % gegenüber einer Dicke der Fasermaterialschicht außerhalb der Umkehrzone. Zusätzlich oder alternativ kann die Dicke der Fasermaterialschicht innerhalb der Umkehrzone um bis zu +/-100 % gegenüber einer mittleren Dicke der Fasermaterialschicht innerhalb der Umkehrzone variieren. Diese mittlere Dicke kann einer Dicke der Fasermaterialschicht außerhalb der Umkehrzonen entsprechen. Die Dickenvariation innerhalb der Umkehrzone kann signifikante Dickenschwankungen innerhalb der Fasermaterialschicht definieren. Insbesondere kann diese Dickenvariation eine prozessbedingte (zum Beispiel durch Wickeln) geringfügige lokale Dickenschwankung, zum Beispiel in Form einer homogenen Oberflächenwelligkeit, überschreiten, bspw. um das wenigstens Fünffache oder wenigstens Zehnfache.According to a further aspect, a thickness of the fiber material layer within the reversal zone varies by up to +/- 100% compared to a thickness of the fiber material layer outside the reversal zone. Additionally or alternatively, the thickness of the fiber material layer within the reversal zone can vary by up to +/- 100% compared to an average thickness of the fiber material layer within the reversal zone. This average thickness can correspond to a thickness of the fiber material layer outside the reversal zones. The thickness variation within the reversal zone can define significant thickness fluctuations within the fiber material layer. In particular, this thickness variation can exceed a process-related (for example due to winding) slight local thickness fluctuation, for example in the form of a homogeneous surface waviness, for example by at least five times or at least ten times.
Eine Dickenvariation um -100 % gegenüber der Dicke außerhalb der Umkehrzonen kann gleichbedeutend mit einer Definition von lokalen Löchern oder Durchbrüchen innerhalb der Fasermaterialschicht in der Umkehrzone sein (d.h. einer Dicke von 0 mm bzw. 0 % einer Bezugsdicke entsprechen). Dies kann vorgesehen sein, um optional vorhandene Pinreihen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an einer Außenfläche des Bauteils zwischen die Fasermaterialabschnitte einzubetten und/oder mit diesen zu umwickeln oder um optional vorhandene radial erhöhte Bereiche des Bauteils formschlüssig zwischen die Fasermaterialabschnitte einzubetten.A thickness variation of -100% compared to the thickness outside the reversal zones can be equivalent to a definition of local holes or breakthroughs within the fiber material layer in the reversal zone (ie a thickness of 0 mm or 0% of a reference thickness). This can be provided in order to embed optionally available rows of pins, as known from the prior art, on an outer surface of the component between the fiber material sections and/or to wrap them around them or to optionally to embed radially raised areas of the component in a form-fitting manner between the fiber material sections.
Entsprechend kann im Rahmen dieser Offenbarung allgemein vorgesehen sein, dass die Fasermaterialschicht zumindest lokal durch eine darunterliegende Struktur des Bauteils (bspw. durch wenigstens eine Pinreihe oder eine Verdickung beispielsweise aus Metalldreiecken) durchdrungen wird.Accordingly, within the scope of this disclosure, it can generally be provided that the fiber material layer is penetrated at least locally by an underlying structure of the component (e.g. by at least one row of pins or a thickening, for example made of metal triangles).
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Verfahren ferner folgendes aufweist:
- - Herstellen wenigstens einer zweiten Fasermaterialschicht durch Ablegen eines Fasermaterials auf die erste Fasermaterialschicht, umfassend:
- • Ablegen von mehreren zweiten Abschnitten das Fasermaterials jeweils entlang einer Längsachse des Bauteils in eine zweite Umkehrzone der zweiten Fasermaterialschicht hinein; und
- • Ändern der Ablegerichtung eines jeweiligen zweiten Abschnitts innerhalb der zweiten Umkehrzone und Herausführen eines jeweiligen zweiten Abschnitts aus der zweiten Umkehrzone.
- - Producing at least a second fiber material layer by depositing a fiber material on the first fiber material layer, comprising:
- • Depositing a plurality of second sections of the fiber material along a longitudinal axis of the component into a second reversal zone of the second fiber material layer; and
- • Changing the laying direction of a respective second section within the second reversal zone and leading a respective second section out of the second reversal zone.
Dabei können die erste und die zweite Umkehrzone auf einer gemeinsamen Seite in Bezug auf eine axiale Mitte der zweiten Fasermaterialschicht (und/oder der ersten Fasermaterialschicht und/oder des Bauteils) liegen.The first and the second reversal zone can lie on a common side with respect to an axial center of the second fiber material layer (and/or the first fiber material layer and/or the component).
Ferner können die zweiten Abschnitte in der zweiten Umkehrzone jeweils wenigstens einen axial äußersten Punkt aufweisen und die axialen Positionen der axial äußersten Punkte von zumindest einigen der zweiten Fasermaterial-Abschnitte können verschieden voneinander sein, so dass die zweite Fasermaterialschicht innerhalb der zweiten Umkehrzone aufweist:
- a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
- b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung,
- a) a non-uniform thickness; and/or
- b) a non-uniform axial extension,
In an sich bekannter Weise können Fasern, die entlang eines Bauteils abgelegt werden, eine Fasermaterialschicht mit einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende ausbilden. Jedes axiale Ende umfasst dabei eine Umkehrzone, sodass je Fasermaterialschicht zwei Umkehrzonen vorhanden sein können. Gemäß der vorstehenden Ausführungsform werden jedoch diejenigen Umkehrzonen zweier benachbarter bzw. aufeinander abgelegter Fasermaterialschichten betrachtet, die sich auf einer gemeinsamen Seite in Bezug auf eine axiale Mitte befinden. Die jeweiligen Umkehrzonen auf der anderen (nicht betrachteten) Seite der axialen Mitte können optional gleichartig zu oder abweichend von der hier geschilderten Ausführungsform ausgebildet sein.In a manner known per se, fibers that are laid down along a component can form a fiber material layer with a first axial end and a second axial end. Each axial end comprises a reversal zone, so that two reversal zones can be present per fiber material layer. According to the above embodiment, however, those reversal zones of two adjacent or superimposed fiber material layers are considered that are located on a common side in relation to an axial center. The respective reversal zones on the other (not considered) side of the axial center can optionally be designed in the same way as or differently from the embodiment described here.
Die zweite Fasermaterialschicht kann prinzipiell gemäß jeglicher in Bezug auf die erste Fasermaterialschicht geschilderten Varianten ausgebildet sein. Insbesondere kann die zweite Fasermaterialschicht ebenfalls wenigstens einen Formschluss zwischen dessen zweiter Umkehrzone und dem Bauteil gemäß jeglicher hierin geschilderten Variante ausbilden, um die Zuverlässigkeit und das Ausmaß von Kraftübertragungen zwischen Fasermaterialschicht und Bauteil zu verbessern.The second fiber material layer can in principle be designed according to any of the variants described with respect to the first fiber material layer. In particular, the second fiber material layer can also form at least one positive connection between its second reversal zone and the component according to any of the variants described herein in order to improve the reliability and extent of force transmission between the fiber material layer and the component.
Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht, dass insbesondere die erste Fasermaterialschicht im Wesentlichen ohne radiale Aufdickung in ihrer Umkehrzone dennoch einen wirksamen Formschluss mit dem Bauteil ausbilden kann. Aufgrund der begrenzten oder nicht vorhandenen radiale Aufdickung kann die zweite Fasermaterialschicht direkt und aufwandsarm auf der ersten Fasermaterialschicht abgelegt werden.The solution presented here enables the first fiber material layer in particular to form an effective form fit with the component without any radial thickening in its reversal zone. Due to the limited or non-existent radial thickening, the second fiber material layer can be deposited directly and with little effort on the first fiber material layer.
In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine durchschnittliche radiale Abmessung (insbesondere ein Durchmesser) des Bauteils im Bereich der ersten Umkehrzone geringer ist als im Bereich der zweiten Umkehrzone. Dies ermöglicht, dass die zweite Fasermaterialschicht mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser (gegebenenfalls mit Ausnahme der zweiten Umkehrzone) auf dem Bauteil abgelegt werden kann. Beispielsweise kann die radiale Abmessung des Bauteils im Bereich der zweiten Umkehrzone im Wesentlichen und/oder zumindest abschnittsweise einem Außendurchmesser der ersten Fasermaterialschicht entsprechen.In this context, it can be provided in particular that an average radial dimension (in particular a diameter) of the component in the region of the first reversal zone is smaller than in the region of the second reversal zone. This enables the second fiber material layer to be deposited on the component with a substantially constant diameter (possibly with the exception of the second reversal zone). For example, the radial dimension of the component in the region of the second reversal zone can correspond substantially and/or at least in sections to an outer diameter of the first fiber material layer.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht folgendes vor:
- - Anordnen einer Komponente, die eingerichtet ist, (z.B. optische oder elektrische) Signale zu empfangen und/oder zu senden; und/oder die eingerichtet ist, (z.B. elektrische oder fluidische) Energie zu empfangen und/oder zu senden, in oder an der ersten Fasermaterialschicht und/oder in oder an einer zweiten Fasermaterialschicht gemäß der vorstehend geschilderten Ausführungsform. Die Komponente kann insbesondere eine Sensorkomponente sein.
- - Arranging a component that is configured to receive and/or transmit (eg optical or electrical) signals; and/or that is configured to receive and/or transmit (eg electrical or fluidic) energy, in or on the first fiber material layer and/or in or on a second fiber material layer according to the embodiment described above. The component can in particular be a sensor component.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren folgendes vorsehen:
- - Anordnen wenigstens eines Abschnitts einer signalführenden und/oder energieführenden und/oder fluidführenden Leitung in oder an der ersten Fasermaterialschicht und/oder in oder an einer zweiten Fasermaterialschicht gemäß der vorstehend geschilderten Ausführungsform. Diese Leitung kann an der vorstehenden Komponente angeschlossen oder anschließbar sein. Das geführte Signal kann zum Beispiel elektrisch oder optisch sein. Die geführte Energie kann bspw. fluidisch (d.h. hydraulisch oder pneumatisch) oder elektromagnetisch sein.
- - Arranging at least one section of a signal-carrying and/or energy-carrying and/or fluid-carrying line in or on the first fiber material layer and/or in or on a second fiber material layer according to the embodiment described above. This line can be connected or connectable to the above component. The guided signal can be electrical or optical, for example. The guided energy can be fluidic (ie hydraulic or pneumatic) or electromagnetic, for example.
Alternativ oder zusätzlich kann bei beiden vorstehend geschilderten Weiterbildungen betreffend das Anordnen einer Komponente oder einer Leitung vorgesehen sein, dass diese an einem Abschnitt des Bauteils angeordnet werden, auf dem die Fasermaterial-Abschnitte zumindest der ersten Fasermaterialschicht abgelegt werden. Anders ausgedrückt kann die Komponente oder die Leitung somit radial zwischen der Fasermaterialschicht und dem Bauteil positioniert sein, und insbesondere von der Fasermaterialschicht umwickelt werden. Es versteht sich, dass bei einem Anordnen der Komponente oder der Leitung an einer Außenseite der hergestellten ersten Fasermaterialschicht die zweite Fasermaterialschicht auf zumindest einen Abschnitt der Komponente bzw. der Leitung abgelegt werden und insbesondere diesen umwickeln kann.Alternatively or additionally, in both of the above-described developments relating to the arrangement of a component or a line, it can be provided that these are arranged on a section of the component on which the fiber material sections of at least the first fiber material layer are deposited. In other words, the component or the line can thus be positioned radially between the fiber material layer and the component, and in particular can be wrapped around by the fiber material layer. It is understood that when the component or the line is arranged on an outer side of the first fiber material layer produced, the second fiber material layer can be deposited on at least one section of the component or the line and in particular can wrap around it.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung (z. B. eine Antriebswelle), umfassend wenigstens eine Fasermaterialschicht und ein Bauteil, wobei die Fasermaterialschicht durch Ablegen eines Fasermaterials mit wenigstens einer Faser auf das Bauteil ausgebildet ist und mehrere Abschnitte umfasst, die jeweils entlang einer Längsachse des Bauteils in eine Umkehrzone hinein geführt sind; wobei sich die Ablegerichtung eines jeweiligen Abschnitts innerhalb der Umkehrzone ändert und ein jeweiliger Abschnitt aus der Umkehrzone herausgeführt ist; wobei die Abschnitte in der Umkehrzone jeweils wenigstens einen axial äußersten Punkt aufweisen und die axialen Positionen der axial äußersten Punkte von zumindest einigen der Fasermaterial-Abschnitte verschieden voneinander sind, so dass die erste Fasermaterialschicht innerhalb der Umkehrzone aufweist:
- a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
- b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung.
- a) a non-uniform thickness; and/or
- b) a non-uniform axial extension.
Die Anordnung kann mit einem Verfahren gemäß jeglicher hierin geschilderten Variante hergestellt werden, sodass sämtliche Varianten und Weiterbildungen des Verfahrens auch für die Anordnung gelten können.The arrangement can be manufactured using a method according to any variant described herein, so that all variants and further developments of the method can also apply to the arrangement.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können für gleichartige oder gleichwirkende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. In den Figuren werden verschiedene Aspekte erfindungsgemäßer Verfahren sowie damit hergestellter erfindungsgemäßer Anordnungen geschildert. Dabei versteht es sich, dass Erläuterungen in einem Verfahrenskontext ebenso für eine erfindungsgemäße Anordnung gelten können, und umgekehrt.
-
1 zeigt Ablegepfade von Fasermaterialabschnitten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Anordnung; -
2 zeigt ein weiteres Diagramm zum Erläutern der Ablegepfade aus1 und daraus resultierender Dickenvariationen; -
3 zeigt ein Bauteil einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 zeigt ein Bauteil einer Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
1 shows deposition paths of fiber material sections according to a first embodiment of a method and an arrangement; -
2 shows another diagram to explain the drop paths from1 and resulting thickness variations; -
3 shows a component of an arrangement according to an embodiment; -
4 shows a component of an arrangement according to a further embodiment.
Die Fasermaterialschicht 10 ist in dem gezeigten Beispiel rohrförmig oder, mit anderen Worten, hohlzylindrisch und erstreckt sich mit einem optionalen kreisrunden Querschnitt entlang und um eine Längsachse L. Die Fasermaterialschicht 10 wird durch Wickeln eines Fasermaterials auf das nicht dargestellte Bauteil hergestellt, wobei das Fasermaterial abschnittsweise entlang der Längsachse L gewickelt und dadurch abgelegt wird. In an sich bekannter Weise kreuzen sich dabei einzelne Fasermaterialabschnitte 12 untereinander.In the example shown, the
Die Fasermaterialschicht 10 weist zwei axiale Enden auf, von denen eines in
Die einzelnen Abschnitte 12 des Fasermaterials werden jeweils mit einem definierten Verlauf und/oder einer definierten Ausrichtung innerhalb einer Mittelzone 14 abgelegt und dabei in Richtung von einem der axialen Enden geführt. Wenn sie dass entsprechende axiale Ende erreichen, erfolgt eine Richtungsänderung derart, dass das ein jeweiliger Abschnitt 12 wieder in Richtung des anderen axialen Endes geführt werden kann. Dies kann durch ein Abknicken, eine kontinuierliche Krümmung oder durch beliebige andere Verlaufs- bzw. Richtungsänderung erfolgen, ohne dass die hier offenbarte Lösung auf eine dieser Varianten beschränkt ist.The
Derjenige Bereich an einem axialen Ende der Fasermaterialsschicht 10, in dem derartige Richtungsänderung erfolgen, wird im allgemeinen als Umkehrzone 16 bezeichnet. Bei herkömmlichen Faser-Ablegeverfahren erfolgt eine Umkehr sämtliche Abschnitte 12 an einer gleichen axialen Position und/oder werden die einzelnen Faserabschnitte ohne Richtungsumkehr an dem axialen Ende verankert.The area at an axial end of the
Hingegen ist es bei dem Ausführungsbeispiel aus
Zudem knicken einige der Fasermaterialabschnitte 18 bei Erreichen ihrer axialen äußersten Position 18 unmittelbar in eine entlang der Längsachse L entgegengesetzte Richtung ab, wie für einen der Fasermaterialabschnitte 16 an einer beispielhaften Position 20 gezeigt. Andere Fasermaterialabschnitte 12 können hingegen nicht unmittelbar in eine entgegengesetzte Richtung abknicken, sondern zunächst mit einer gewissen Länge in Umfangsrichtung geführt werden, wie ebenfalls für eine beispielhafte Position 22 gezeigt.In addition, some of the
Das Vorhandensein unterschiedliche axiale Erstreckungen innerhalb der Umkehrzone 16, wie auch das unterschiedliche Ausmaß der Richtungsänderung der einzelnen Fasermaterialabschnitte 12, führen zu einer lokal variierenden Dicke. Ebenso wird hierdurch die lokale Anzahl an sich kreuzenden bzw. übereinander liegenden Fasermaterialabschnitten 12 variiert. Dies führt zu einer sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung inhomogen variierenden (radialen) Dicke der Fasermaterialschicht 10 innerhalb der Umkehrzone 16. Hingegen ist eine Dicke innerhalb der Mittelzone 14 im Wesentlichen konstant oder sind etwaige Dickenvariationen deutlich homogener und/oder betragsmäßig deutlich geringer als innerhalb der Umkehrzone 16.The presence of different axial extensions within the
Des Weiteren erkennt man in
In
Es ist darauf hinzuweisen, dass die dargestellte Erstreckung der Fasermaterialsschicht 10 in dieser Form direkt am nicht dargestellten Bauteil herstellbar ist und keine oder nur begrenzte Nacharbeiten erfordert, insbesondere zum Herstellen hier offenbarter Formschlüsse. Weiter ist festzuhalten, dass mehrere oder sämtliche der Fasermaterialabschnitte 12 von einem gemeinsamen Roving umfasst sein können, das zwischen den Umkehrzonen 16 der Fasermateriaschicht 10 hin- und hergeführt wird.It should be noted that the illustrated extension of the
Dargestellt ist, dass innerhalb der Mittelzone 14 eine im wesentlichen kontinuierliche Bezugsdicke vorliegt, die einen Referenzwert bildet, von dem folglich innerhalb der Mittelzone 14 zu 0 % abgewichen wird. Innerhalb der Umkehrzone 16 liegt hingegen eine deutlich inhomogenere Dicke mit deutlichen Abweichungen von dieser Bezugsdicke vor. Für ausgewählte Bereiche innerhalb der Umkehrzone 16 sind in
Man erkennt, dass diese Dickenabweichungen +/-50% betragen können, jedoch auch identisch zu der Bezugsdicke der Mittelzone 14 sein können (+/- 0%). Zudem ist ein Umfangsabschnitt gezeigt, in dem die Fasermaterialschicht 10 unterbrochen bzw. nicht ausgebildet ist (siehe -100%). Dies entspricht einem freibleibenden Bereich 24, wie vorstehend anhand von
In
Auf dem in
Auch die weiteren Dickenvariationen innerhalb der Umkehrzone 16 aus
Optional kann ein weiterer in
In dem Beispiel aus
Auf diese erste bzw. unterste Fasermaterialschicht 10 wird eine zweite (nicht gesondert dargestellte) Fasermaterialschicht 11 aufgewickelt, deren Umkehrzone 16 an dem in
Es ist somit ersichtlich, dass die Umkehrzone 16 der zweiten Fasermaterialschicht 11 axial von der Umkehrzone 16 der ersten Fasermaterialschicht 10 beabstandet ist. Außerdem überlappt die zweite Fasermaterialschicht 11 axial mit der Umkehrzone 16 der ersten Fasermaterialschicht 10 und wird axial über diese hinweg gewickelt. Letzteres wird vorliegend insbesondere dadurch aufwandsarm und ohne gesonderte Nachbearbeitung ermöglicht, da sich die Dickenvariationen der ersten Fasermaterialschicht 10 primär an deren Innenseite niederschlagen und deren Außenseite deutlich ebener ausgebildet ist.It is thus clear that the
Die Umkehrzone 16 der zweiten Fasermaterialschicht 11 ist analog zu derjenigen aus
In dem Beispiel aus
Auch die Umkehrzone 16 der dritten Fasermaterialschicht 13 ist analog zu dem Beispiel aus
Der Vollständigkeit halber ist in
Durch das aufeinander bzw. übereinander Wickeln der mehreren Fasermaterialschichten 10, 11, 13 wird eine mechanisch stabile Verbindung und insbesondere eine Art geschäftete Verbindung der Fasermaterialschichten 10, 11, 13 untereinander aber auch zwischen den Fasermaterialschichten 10, 11, 13 und dem Bauteil 26 hergestellt.By winding the multiple fiber material layers 10, 11, 13 on top of each other or over each other, a mechanically stable connection and in particular a type of serrated connection of the fiber material layers 10, 11, 13 among each other but also between the fiber material layers 10, 11, 13 and the
Durch das Herstellen von Formschlüssen zwischen einer jeden Fasermaterialschicht 10, 11, 13 und dem Bauteil 26 sind besonders hohe Kräfte übertragbar. Dabei sind diese Formschlüsse und/oder die Fasermaterialschichten 10, 11, 13 als solches im Vergleich zum Stand der Technik ohne signifikante Nachbearbeitungen herstellbar.By creating positive connections between each
Des weiteren sind radiale Aufdickungen an Außenseiten der Fasermaterialschichten 10, 11, 13 begrenzt, sodass eine schlussendlich hergestellte (Gesamt-) Anordnung 32 aus Bauteil 26 und den Fasermaterialschichten 10, 11, 13 einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist.Furthermore, radial thickenings on the outer sides of the fiber material layers 10, 11, 13 are limited, so that a finally manufactured (overall)
Des Weiteren ist in
Da bei der hier offenbarten Lösung Nachbearbeitungen geringer ausfallen oder auch gänzlich entfallen können als im Stand der Technik, sinkt die Beschädigungsgefahr der Komponenten 36 und der Leitungen 38 entsprechend.Since the solution disclosed here requires less post-processing or can be eliminated entirely than in the prior art, the risk of damage to the
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 1010
- erste Fasermaterialschichtfirst fiber material layer
- 1111
- zweite Fasermaterialschichtsecond fiber material layer
- 1212
- Fasermaterialabschnittfiber material section
- 1313
- dritte Fasermaterialschichtthird fiber material layer
- 1414
- Mittelzonemiddle zone
- 1616
- Umkehrzonereversal zone
- 1818
- äußerste axiale Positionoutermost axial position
- 2020
- Position mit unmittelbarer Richtungsänderungposition with immediate change of direction
- 2222
- Position mit Weiterführung im Umkehrrichtungposition with continuation in the reverse direction
- 2424
- frei bleibender Bereich / axial zurückgesetzter Bereichfree area / axially recessed area
- 2626
- Bauteilcomponent
- 2828
- radial gestufter Bereichradially stepped area
- 3030
- axialer Vorsprung / radial erhöhter Bereichaxial projection / radially raised area
- 3232
- Anordnungarrangement
- 3434
- Kunststoffhülleplastic cover
- 3636
- Sensorkomponentesensor component
- 3838
- Leitung Line
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- MM
- mittlere axiale Positionmean axial position
- DD
- Durchmesserdiameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- AT 505512 A1 [0006, 0010, 0012]AT 505512 A1 [0006, 0010, 0012]
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| DE102023203727.0A DE102023203727A1 (en) | 2023-04-24 | 2023-04-24 | Method and arrangement comprising a non-uniform thickness of a fiber material layer in a reversal zone of fiber deposition |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| DE102010005986A1 (en) * | 2009-07-29 | 2011-06-16 | East 4D- Carbon Technology Gmbh | Method for manufacturing products, particularly cone- and truncated cone-shaped polar orthotropic hollow bodies by using endless fibers or fiber bundles, involves modifying winding angle after completion of winding of fiber layer |
-
2023
- 2023-04-24 DE DE102023203727.0A patent/DE102023203727A1/en active Pending
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Legal Events
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| R016 | Response to examination communication |