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DE102023203727A1 - Method and arrangement comprising a non-uniform thickness of a fiber material layer in a reversal zone of fiber deposition - Google Patents

Method and arrangement comprising a non-uniform thickness of a fiber material layer in a reversal zone of fiber deposition Download PDF

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DE102023203727A1
DE102023203727A1 DE102023203727.0A DE102023203727A DE102023203727A1 DE 102023203727 A1 DE102023203727 A1 DE 102023203727A1 DE 102023203727 A DE102023203727 A DE 102023203727A DE 102023203727 A1 DE102023203727 A1 DE 102023203727A1
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DE
Germany
Prior art keywords
fiber material
material layer
component
reversal zone
sections
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023203727.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Stommel
Moritz Kurkowski
Sebastian Michel
Jannik Summa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to DE102023203727.0A priority Critical patent/DE102023203727A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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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.

Figure DE102023203727A1_0000
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.
Figure DE102023203727A1_0000

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 AT 505 512 A1 offenbart. Dabei bildet eine Außenoberfläche einer gewickelten Faserverbundstruktur eine Oberfläche der Verbindungskomponente ab, welche erhöhte und in die Faserverbundstruktur eingreifende Formschlusselemente aufweist. Die Faserverbundstruktur ist daher in einem mit der Verbindungskomponente verbundenen Bereich verdickt gegenüber anderen Bereichen ohne Verbindung zur Verbindungskomponente.A connection with a positive force transmission between a wound fiber composite structure and a connecting component is described in the AT 505 512 A1 disclosed. An outer surface of a wound fiber composite structure forms a surface of the connecting component, which has raised form-fitting elements engaging in the fiber composite structure. The fiber composite structure is therefore thickened in an area connected to the connecting component compared to other areas without a connection to the connecting component.

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 AT 505 512 A1 oder auch alternativ denkbare Klebverbindungen Kräfte überwiegend über eine parallel zur Faserlage verlaufenden Grenzfläche in die Faserverbundstruktur einbringen. Aufgrund des laminaren Aufbaus des faserverstärkten Materials bedeutet dies eine inhomogene bzw. ungleichmäßige Krafteinleitung, die das Entstehen von Fehlern, insbesondere von Delaminationen, begünstigt.According to the invention, it was recognized that the solution of the AT 505 512 A1 or alternatively conceivable adhesive bonds introduce forces into the fiber composite structure predominantly via an interface running parallel to the fiber layer. Due to the laminar structure of the fiber-reinforced material, this means an inhomogeneous or uneven introduction of force, which promotes the occurrence of defects, in particular delaminations.

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 AT 505 512 A1 erkannt, dass ein Wickelpfad bzw. eine Verankerung der abgelegten Fasern hinter einem Wickelkern oder hinter den Pinreihen vorliegt, wobei diese Fasern im Rahmen einer Nachbearbeitung entfernt werden müssen. Üblicherweise werden die Fasern soweit abgelegt, dass sie sich hinter dem Wickelkern bzw. den Pinreihen durch einen Formschluss mit einem reduzierten Querschnitt bzw. den Pinreihen verankern (insbesondere durch Ausbilden einer Hinterschneidung). Nach abgeschlossenem Wickelprozess müssen die Fasern am Ende des Wickelkerns bzw. hinter den Pinreihen aufgetrennt, geschnitten oder gesägt werden, um den Wickelkern zu entformen.Another problem was identified, particularly with a connection according to AT 505 512 A1 recognized that there is a winding path or an anchoring of the deposited fibers behind a winding core or behind the rows of pins, whereby these fibers must be removed as part of a post-processing process. Usually, the fibers are deposited to such an extent that they anchor themselves behind the winding core or the rows of pins by means of a form fit with a reduced cross-section or the rows of pins (in particular by forming an undercut). After the winding process has been completed, the fibers must be separated, cut or sawn at the end of the winding core or behind the rows of pins in order to demold the winding core.

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.
Instead, according to the invention, a method for producing an arrangement comprising at least one fiber material layer and a component is proposed, the method comprising:
  • - 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.
The filing includes the following:
  • • 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:

  1. a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
  2. b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung auf.
Furthermore, the sections in the reversal zone each have at least one axially outermost point and the axial positions of the axially outermost points of at least some of the fiber material sections are different from one another (e.g. by several millimeters, at least one fiber/roving width, in particular by more than 10 mm or more than 20 mm). The first fiber material layer therefore has within the reversal zone:
  1. a) a non-uniform thickness; and/or
  2. 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.
A further aspect provides that the method further comprises:
  • - 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:

  1. a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
  2. b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung,
wobei zumindest ein Teil der zweiten Umkehrzone axial beabstandet von der Umkehrzone der ersten Fasermaterialschicht ist.Furthermore, the second sections in the second reversal zone may each have at least one axially outermost point and the axial positions of the axially outermost points of at least some of the second fiber material sections may be different from each other, so that the second fiber material layer within the second reversal zone has:
  1. a) a non-uniform thickness; and/or
  2. b) a non-uniform axial extension,
wherein at least a portion of the second reversal zone is axially spaced from the reversal zone of the first fiber material layer.

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.
A further development of the procedure provides for the following:
  • - 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.
Alternatively or additionally, the procedure may provide for the following:
  • - 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:

  1. a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder
  2. b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung.
The invention also relates to an arrangement (e.g. a drive shaft) comprising at least one fiber material layer and a component, wherein the fiber material layer is formed by depositing a fiber material with at least one fiber on the component and comprises a plurality of sections, each of which is guided along a longitudinal axis of the component into a reversal zone; wherein the deposition direction of a respective section changes within the reversal zone and a respective section is guided out of the reversal zone; wherein the sections in the reversal zone each have at least one axially outermost point and the axial positions of the axially outermost points of at least some of the fiber material sections are different from one another, so that the first fiber material layer within the reversal zone has:
  1. a) a non-uniform thickness; and/or
  2. 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 aus 1 und daraus resultierender Dickenvariationen;
  • 3 zeigt ein Bauteil einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 zeigt ein Bauteil einer Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the attached schematic figures. The same reference numerals can be used for similar or similarly effective features across the figures. The figures describe various aspects of methods according to the invention and of inventive arrangements produced thereby. It is understood that explanations in a method context can also apply to an inventive arrangement, and vice versa.
  • 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 from 1 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.

1 zeigt schematisch eine Fasermaterialschicht 10, dargestellt durch die räumliche Erstreckung von linienartig abgebildeten Ablegepfaden mehrerer Fasermaterialabschnitte 12. Nicht dargestellt ist ein Bauteil, auf dem diese Fasermaterialschicht 10 abgelegt wird und aushärtet. Ein Beispiel eines solchen Bauteils wird jedoch nachstehend anhand von 3 und 4 erläutert. 1 shows schematically a fiber material layer 10, represented by the spatial extension of linearly depicted deposition paths of several fiber material sections 12. Not shown is a component on which this fiber material layer 10 is deposited and hardens. However, an example of such a component is shown below using 3 and 4 explained.

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 fiber material layer 10 is tubular or, in other words, hollow-cylindrical and extends with an optional circular cross-section along and around a longitudinal axis L. The fiber material layer 10 is produced by winding a fiber material onto the component (not shown), the fiber material being wound in sections along the longitudinal axis L and thus laid down. In a manner known per se, individual fiber material sections 12 intersect one another.

Die Fasermaterialschicht 10 weist zwei axiale Enden auf, von denen eines in 1 gezeigt ist. Ein anderes ist von dem dargestellten axialen Ende abgewandt und würde, sofern dargestellt, in 1 unterhalb des abgebildeten Endes liegen.The fiber material layer 10 has two axial ends, one of which is 1 Another is facing away from the axial end shown and, if shown, would be in 1 below the end shown.

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 individual sections 12 of the fiber material are each laid down with a defined course and/or a defined orientation within a central zone 14 and guided in the direction of one of the axial ends. When they reach the corresponding axial end, a change in direction takes place such that the respective section 12 can be guided again in the direction of the other axial end. This can by a bend, a continuous curvature or by any other change in course or direction, without the solution disclosed here being limited to one of these variants.

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 fiber material layer 10 in which such a change in direction occurs is generally referred to as the reversal zone 16. In conventional fiber deposition processes, all sections 12 are reversed at the same axial position and/or the individual fiber sections are anchored at the axial end without reversing the direction.

Hingegen ist es bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 vorgesehen, dass die axialen äußersten Positionen 18 einzelner in der Umkehrzone 16 umkehrender Fasermaterialabschnitte 12 variieren. In 1 sind ausgewählte axial äußersten Positionen 18 einzelner Fasermaterialabschnitte 12 markiert.In contrast, in the embodiment of 1 It is provided that the axial outermost positions 18 of individual fiber material sections 12 reversing in the reversal zone 16 vary. In 1 selected axially outermost positions 18 of individual fiber material sections 12 are marked.

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 fiber material sections 18 bend immediately in an opposite direction along the longitudinal axis L when they reach their axially outermost position 18, as shown for one of the fiber material sections 16 at an exemplary position 20. Other fiber material sections 12, on the other hand, cannot bend immediately in an opposite direction, but can initially be guided with a certain length in the circumferential direction, as also shown for an exemplary position 22.

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 reversal zone 16, as well as the different extent of the change in direction of the individual fiber material sections 12, lead to a locally varying thickness. This also varies the local number of intersecting or superimposed fiber material sections 12. This leads to a (radial) thickness of the fiber material layer 10 within the reversal zone 16 that varies inhomogeneously both in the axial direction and in the circumferential direction. In contrast, a thickness within the central zone 14 is essentially constant or any thickness variations are significantly more homogeneous and/or significantly smaller in magnitude than within the reversal zone 16.

Des Weiteren erkennt man in 1, dass die Fasermaterialschicht 10 innerhalb der Umkehrzone 16 in Umfangsrichtung teilweise unterbrochen ist und insbesondere kein in einer gemeinsamen Umfangsebene liegendes Ende (bzw. keine entsprechende Stirnfläche) aufweist, wobei sich diese Umfangsebene orthogonal zur Längsachse L erstreckt. Stattdessen ist die Umkehrzone 16 axial gestuft oder, mit anderen Worten, axial eingeschnitten.Furthermore, one can see in 1 that the fiber material layer 10 is partially interrupted in the circumferential direction within the reversal zone 16 and in particular does not have an end (or corresponding end face) lying in a common circumferential plane, wherein this circumferential plane extends orthogonally to the longitudinal axis L. Instead, the reversal zone 16 is axially stepped or, in other words, axially incised.

In 1 sind beispielhaft in Umfangsrichtung und axialer Richtung frei bleibende Bereiche 24 gezeigt, die eine signifikante Größe aufweisen (beispielsweise sich über einen Umfangssektor von mehr als 20° erstrecken). Die frei bleibenden Bereiche 24 entsprechen axial zurückgesetzten oder, mit anderen Worten, axial eingeschnittenen Bereichen der Umkehrzone 16. In diesen können nachstehend erläuterte radiale Vorsprünge des in 1 nicht dargestellten Bauteils zum Ausbilden eines Formschlusses aufnehmenbar sein.In 1 By way of example, regions 24 remaining free in the circumferential direction and axial direction are shown, which have a significant size (for example, extend over a circumferential sector of more than 20°). The regions 24 remaining free correspond to axially recessed or, in other words, axially incised regions of the reversal zone 16. In these, radial projections of the in 1 component not shown in order to form a positive connection.

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 fiber material layer 10 can be produced in this form directly on the component (not shown) and requires no or only limited reworking, in particular for producing the form-fitting connections disclosed here. It should also be noted that several or all of the fiber material sections 12 can be comprised of a common roving that is guided back and forth between the reversal zones 16 of the fiber material layer 10.

2 ist ein Diagramm, in dem eine Struktur der Fasermateriaschicht 10 aus 1 schematisch in abgewickelter Form dargestellt ist. Die Winkelangabe entlang der horizontalen Achse dieses Diagramms entspricht einer Winkelposition bzw. einer Position in Umfangsrichtung um die Längsachse L aus 1. Entlang der vertikalen Achse dieses Diagramms ist eine z-Position aufgetragen, die einer Positionen entlang der Längsachse L entspricht. Die lediglich beispielhaften Werte entlang dieser vertikalen Achse beziehen sich auf einen Abstand von einem nicht dargestellten weiteren axialen Ende der Fasermaterialschicht 10, wobei dieses Ende einen Positionswert von 0 mm aufweist. 2 is a diagram showing a structure of the fiber material layer 10 of 1 shown schematically in developed form. The angle along the horizontal axis of this diagram corresponds to an angular position or a position in the circumferential direction around the longitudinal axis L of 1 . A z-position is plotted along the vertical axis of this diagram, which corresponds to a position along the longitudinal axis L. The merely exemplary values along this vertical axis refer to a distance from a further axial end of the fiber material layer 10 (not shown), wherein this end has a position value of 0 mm.

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 2 lokale Dickenabweichungen von der Bezugsdicke in der Mittelzone 14 eingetragen. It is shown that within the middle zone 14 there is an essentially continuous reference thickness, which forms a reference value, from which there is consequently a 0% deviation within the middle zone 14. Within the reversal zone 16, however, there is a significantly more inhomogeneous thickness with significant deviations from this reference thickness. For selected areas within the reversal zone 16, 2 Local thickness deviations from the reference thickness are recorded in the middle zone 14.

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 1 erläutert. Durch die Dickenvariationen werden radial einwärts gerichtete Stufen und/oder Vorsprünge gebildet, aber auch die axial zurückgesetzten Bereiche 24.It can be seen that these thickness deviations can be +/-50%, but can also be identical to the reference thickness of the central zone 14 (+/- 0%). In addition, a peripheral section is shown in which the fiber material layer 10 is interrupted or not formed (see -100%). This corresponds to a free area 24, as described above with reference to 1 explained. Through the thickness Variations form radially inwardly directed steps and/or projections, but also the axially recessed areas 24.

In 2 sind zudem wiederum ausgewählte axiale äußerste Positionen 18 markiert innerhalb der Umkehrzone. An einer am weitesten rechten dem Bezugszeichen 18 zugeordneten Position in 2 erfolgt eine unmittelbare Abknickung und Richtungsänderung des Faserverlaufs. An den beiden anderen dem Bezugszeichen 18 zugeordneten Positionen erfolgt hingegen zunächst eine Weiterführung der Faser in Umfangsrichtung und somit eine weniger starke Abknickung. Die z-Positionen der jeweiligen axial äußersten Positionen innerhalb der Umkehrzone 16 verdeutlichen, dass diese um mehr als 30 mm auseinander liegen können.In 2 In addition, selected axial outermost positions 18 are marked within the reversal zone. At a rightmost position assigned to the reference number 18 in 2 there is an immediate bend and change in direction of the fiber path. At the other two positions assigned to reference number 18, however, the fiber initially continues in the circumferential direction and thus bends less severely. The z-positions of the respective axially outermost positions within the reversal zone 16 make it clear that these can be more than 30 mm apart.

3 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 26, auf dem die Fasermaterialschicht 10 aus 1 aufbringbar oder, mit anderen Worten, ablegbar ist. Das Bauteil 26 erstreckt sich wiederum ebenfalls entlang einer Längsachse L, die mit der Längsachse L einer aufgebrachten Fasermaterialschicht 10 zusammenfällt. Lediglich beispielhaft weist das Bauteil 26 mehrere axial aufeinanderfolgende sowie radial gestufte Bereiche 28 auf. Diese Bereiche 28 sind relativ zu wenigstens einem jweils axial anschließenden Bereich des Bauteils 26 radial abgestuft. 3 shows an exemplary component 26 on which the fiber material layer 10 of 1 can be applied or, in other words, can be deposited. The component 26 in turn also extends along a longitudinal axis L, which coincides with the longitudinal axis L of an applied fiber material layer 10. Merely as an example, the component 26 has several axially successive and radially stepped regions 28. These regions 28 are radially stepped relative to at least one axially adjoining region of the component 26.

Auf dem in 3 untersten radial gestuften Bereich 28 ist die Fasermaterialschicht 10 aus 1 durch Wickeln ausbildbar. Dabei weist der unterste radial gestufte Bereiche 28 einen axialen Vorsprung 30 auf, der auch als radial erhöhter Bereich bezeichnet werden kann. Dieser ist komplementär zu einem der in Umfangsrichtung freibleibenden Bereiche 24 der Fasermaterialschicht 10 ausgebildet, wie in den 1 und 2 dargestellt. Entsprechend ist dieser axiale Vorsprung 30 in einem der freibleibenden Bereiche 24 unter Ausbilden eines Formschlusses in axialer Richtung wie auch in Umfangsrichtung aufgenommen. Dies verbindet die Fasermaterialschicht 10 und das Bauteil 26 unter Ermöglichung einer Kraftübertragung in axialer Richtung und in Umfangsrichtung, also insbesondere das Übertragen einer Torsionskraft.On the in 3 The fiber material layer 10 is made of 1 by winding. The lowest radially stepped region 28 has an axial projection 30, which can also be referred to as a radially raised region. This is designed to be complementary to one of the regions 24 of the fiber material layer 10 that remain free in the circumferential direction, as shown in the 1 and 2 shown. Accordingly, this axial projection 30 is received in one of the remaining areas 24, forming a positive connection in the axial direction as well as in the circumferential direction. This connects the fiber material layer 10 and the component 26, enabling a force transmission in the axial direction and in the circumferential direction, i.e. in particular the transmission of a torsional force.

Auch die weiteren Dickenvariationen innerhalb der Umkehrzone 16 aus 2 können zum Ausbilden von Formschlüssen mit dem Bauteil 26 genutzt werden. Hierfür kann eine Außenseite des Bereichs 28 komplementär zu diesen Dickenvariationen geformt sein.The further thickness variations within the reversal zone 16 from 2 can be used to form positive connections with the component 26. For this purpose, an outer side of the region 28 can be shaped complementarily to these thickness variations.

Optional kann ein weiterer in 3 vom Betrachter abgewandter axialer Vorsprung 30 vorgesehen sein, der in den weiteren freibleibenden Abschnitt 24 der Fasermaterialschicht 10 aus 2 eingreift.Optionally, another in 3 An axial projection 30 facing away from the viewer may be provided, which extends into the further free section 24 of the fiber material layer 10 from 2 intervenes.

In dem Beispiel aus 3 weist das Bauteil 26 neben dem axial untersten radial gestuften Bereiche 28 noch zwei weitere entsprechende Bereiche 28 auf. Jeder dieser Bereiche 28 umfasst wenigstens einen axialen Vorsprung 30 der vorstehend geschilderten Art. Auf jedem der Bereiche 28 ist die Umkehrzone 16 einer Fasermaterialschicht 10, 11, 13 unter Herstellen eines Formschlusses mit zumindest dem axialen Vorsprung 30 ausbildbar. Dabei ist eine axiale Erstreckung der Fasermaterialschicht 10, die direkt auf dem in 3 untersten radial gestuften Bereich 28 aufgebracht wird, beispielhaft mittels eines Pfeils angedeutet.In the example from 3 the component 26 has, in addition to the axially lowest radially stepped region 28, two further corresponding regions 28. Each of these regions 28 comprises at least one axial projection 30 of the type described above. The reversal zone 16 of a fiber material layer 10, 11, 13 can be formed on each of the regions 28 by producing a positive connection with at least the axial projection 30. In this case, an axial extension of the fiber material layer 10, which is directly on the 3 lowest radially stepped region 28, indicated by way of example by means of an arrow.

Auf diese erste bzw. unterste Fasermaterialschicht 10 wird eine zweite (nicht gesondert dargestellte) Fasermaterialschicht 11 aufgewickelt, deren Umkehrzone 16 an dem in 3 mittleren radial gestuften Bereich 28 anliegt und einen Formschluss mit dem dortigen axialen Vorsprung 30 ausbildet. Eine axiale Erstreckung dieser zweiten Fasermaterialschicht 11 ist ebenfalls mittels eines Pfeils angedeutet.A second (not separately shown) fiber material layer 11 is wound onto this first or lowermost fiber material layer 10, the reversal zone 16 of which is located at the 3 middle radially stepped region 28 and forms a positive connection with the axial projection 30 there. An axial extension of this second fiber material layer 11 is also indicated by means of an arrow.

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 reversal zone 16 of the second fiber material layer 11 is axially spaced from the reversal zone 16 of the first fiber material layer 10. In addition, the second fiber material layer 11 axially overlaps the reversal zone 16 of the first fiber material layer 10 and is wound axially over it. The latter is made possible in this case in a particularly low-effort manner and without any special post-processing, since the thickness variations of the first fiber material layer 10 are primarily reflected on its inside and its outside is significantly more even.

Die Umkehrzone 16 der zweiten Fasermaterialschicht 11 ist analog zu derjenigen aus 2 ausgebildet. Jedoch weist die zweite Fasermaterialschicht 11 allgemein einen größeren (insbesondere mittleren) Durchmesser auf als die erste Fasermaterialschicht 10. Entsprechend weist auch der in 3 zweite bzw. mittlere radial gestufte Bereich 28 einen größeren (insbesondere mittleren) Durchmesser auf als der entsprechend erste Bereich 28.The reversal zone 16 of the second fiber material layer 11 is analogous to that of 2 However, the second fiber material layer 11 generally has a larger (in particular average) diameter than the first fiber material layer 10. Accordingly, the 3 second or middle radially stepped region 28 has a larger (in particular middle) diameter than the corresponding first region 28.

In dem Beispiel aus 3 wird noch eine optionale dritte (nicht gesondert dargestellte) Fasermaterialschicht 13 auf die Außenseite der zweiten Fasermaterialschicht 11 gewickelt. Eine axiale Erstreckung dieser dritten Fasermaterialschicht 13 ist in 3 ebenfalls angedeutet. Eine Umkehrzone 16 dieser dritten Fasermaterialschicht 13 überlappt mit dem in 3 obersten radial gestuften Bereich 28 des Bauteils 26 und bildet mit dem dortigen axialen Vorsprung 30 einen Formschluss aus. Erneut ist ein (insbesondere mittlerer) Durchmesser dieser dritten Fasermaterialschicht 13 und des obersten radial gestuften Bereichs 28 größer als die Durchmesser der jeweils anderen Fasermaterialschichten 10, 11 und Bereiche 28.In the example from 3 An optional third (not separately shown) fiber material layer 13 is wound onto the outside of the second fiber material layer 11. An axial extension of this third fiber material layer 13 is in 3 A reversal zone 16 of this third fiber material layer 13 overlaps with the 3 uppermost radially stepped area 28 of the component 26 and forms a positive connection with the axial projection 30 there. Again, a (particularly average) diameter of this third fiber material layer 13 and the uppermost radially stepped region 28 is larger than the diameters of the other fiber material layers 10, 11 and regions 28.

Auch die Umkehrzone 16 der dritten Fasermaterialschicht 13 ist analog zu dem Beispiel aus 2 ausgebildet, mit Ausnahme des größeren Durchmessers. Zudem ist diese Umkehrzone 16 von den Umkehrzonen 16 der ersten und zweiten Fasermaterialschicht 10, 11 axial beabstandet.The reversal zone 16 of the third fiber material layer 13 is also analogous to the example from 2 formed, with the exception of the larger diameter. In addition, this reversal zone 16 is axially spaced from the reversal zones 16 of the first and second fiber material layers 10, 11.

Der Vollständigkeit halber ist in 3 schematisch eine axial mittlere Position einer jeden der ersten bis dritten Fasermaterialschicht 10, 11, 13 angedeutet. Man erkennt somit, dass sich die vorstehend geschilderten Umkehrzonen 16 der einzelnen Fasermaterialschichten 10, 11, 13 jeweils auf einer gemeinsamen Seite von dieser axialen M befinden.For the sake of completeness, 3 schematically indicates an axially middle position of each of the first to third fiber material layers 10, 11, 13. It can thus be seen that the reversal zones 16 of the individual fiber material layers 10, 11, 13 described above are each located on a common side of this axial M.

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 component 26 is produced.

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 fiber material layer 10, 11, 13 and the component 26, particularly high forces can be transmitted. In comparison to the prior art, these positive connections and/or the fiber material layers 10, 11, 13 as such can be produced without significant post-processing.

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) arrangement 32 consisting of component 26 and the fiber material layers 10, 11, 13 has a substantially constant outer diameter.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das auf demjenigen aus 3 aufbaut. In diesem Fall wird das gleichartige Bauteil 26 in 3 mittels optionalen Kunststoffhüllen 34 umhüllt. Diese Kunststoffhüllen 34 weisen an ihren Außenseiten eine Mehrzahl von stiftartigen Vorsprüngen oder, mit anderen Worten, Pins auf. Analog zu bekannten Pinreihen aus dem Stand der Technik können diese Pins in die jeweils daran anliegende Fasermaterialschichten 10, 11, 13 eingebettet werden und zusätzliche lokale Formschlüsse ausbilden. Man erkennt, dass die Kunststoffhüllen 34 eng an der Außenseite des Bauteils 26 anliegen, sodass sich die axialen Vorsprünge 30 durch die Kunststoffhüllen 34 hindurch drücken und die Kunststoffhüllen 34 gemäß der Kontur dieser Vorsprünge 30 geformt sind. Es kann auch nur eine einzelne insbesondere axial durchgängige Kunststoffhülle 34 vorgesehen sein. Die Kunststoffhülle 34 kann auch als ein Bestandteils des Bauteils 26 verstanden werden. Anders ausgedrückt kann das Bauteil 26 eine Kunsstoffhülle 34 der hier offenbarten Art umfassen. 4 shows another embodiment based on the one from 3 In this case, the similar component 26 is 3 by means of optional plastic sleeves 34. These plastic sleeves 34 have a plurality of pin-like projections or, in other words, pins on their outer sides. Analogous to known rows of pins from the prior art, these pins can be embedded in the respective adjacent fiber material layers 10, 11, 13 and form additional local positive locking. It can be seen that the plastic sleeves 34 lie closely against the outside of the component 26, so that the axial projections 30 press through the plastic sleeves 34 and the plastic sleeves 34 are shaped according to the contour of these projections 30. Only a single, in particular axially continuous, plastic sleeve 34 can be provided. The plastic sleeve 34 can also be understood as a component of the component 26. In other words, the component 26 can comprise a plastic sleeve 34 of the type disclosed here.

Des Weiteren ist in 4 dargestellt, dass optionale Sensorkomponenten 36 in dem Bauteil 26 aufgenommen sind, sowie jeweils an eine der Sensorkomponenten angeschlossenen Leitungen 38 entlang einer Außenseite des Bauteils 26 geführt sind. Diese Leitungen 38 können jeweils in bzw. zwischen zumindest ausgewählten der Fasermaterialschichten 10, 11, 13 angeordnet und somit auch zumindest abschnittsweise von zumindest ausgewählten der Fasermaterialschichten 10, 11, 13 umwickelt werden.Furthermore, 4 shown that optional sensor components 36 are accommodated in the component 26, and lines 38 connected to one of the sensor components are guided along an outer side of the component 26. These lines 38 can each be arranged in or between at least selected ones of the fiber material layers 10, 11, 13 and thus also be wrapped at least in sections by at least selected ones of the fiber material layers 10, 11, 13.

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 components 36 and the lines 38 is reduced accordingly.

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]

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen einer Anordnung (32) umfassend wenigstens eine Fasermaterialschicht (10) und ein Bauteil (26), aufweisend: - 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 b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung.Method for producing an arrangement (32) comprising at least one fiber material layer (10) and a component (26), 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 a plurality of sections (12) of the fiber material along a longitudinal axis (L) of the component (26) into a reversal zone (16); and • changing the depositing 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 b) a non-uniform axial extension. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere Abschnitte (12) des Fasermaterials von wenigstens einem gemeinsamen Roving oder einer gemeinsamen Faser umfasst sind.procedure according to claim 1 wherein several sections (12) of the fiber material are comprised of at least one common roving or a common fiber. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasermaterialschicht (10) an ihrer von dem Bauteil (26) abgewandten Außenseite im Wesentlichen eben ist und/oder wobei die Fasermaterialschicht (10) einheitliche äußere Abmessungen aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the fiber material layer (10) is substantially flat on its outer side facing away from the component (26) and/or wherein the fiber material layer (10) has uniform outer dimensions. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit Option a) von Anspruch 1, wobei die Fasermaterialschicht (10) infolge der uneinheitlichen Dicke eine dem Bauteil (26) zugewandte unebene Innenseite aufweist, wobei eine der Fasermaterialschicht (10) zugewandte Außenseite des Bauteils (26) zumindest abschnittsweise komplementär zu der Fasermaterialschicht-Innenseite geformt ist.Method according to one of the preceding claims with option a) of claim 1 , wherein the fiber material layer (10) has an uneven inner side facing the component (26) due to the non-uniform thickness, wherein an outer side of the component (26) facing the fiber material layer (10) is shaped at least in sections complementary to the fiber material layer inner side. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren Option a) von Anspruch 1 umfasst und die uneinheitliche Dicke an einer Innenseite der Fasermaterialschicht (10) wenigstens eine Stufe definiert, die einen Formschluss mit dem Bauteil (26) ausbildet; und/oder wobei das Verfahren Option b) von Anspruch 1 umfasst und die Fasermaterialschicht (10) wenigstens einen axial zurückgesetzten Bereich (24) umfasst, der einen radial erhöhten Bereich (30) des Bauteils aufnimmt.Method according to one of the preceding claims, wherein the method option a) of claim 1 and the non-uniform thickness on an inner side of the fiber material layer (10) defines at least one step which forms a positive connection with the component (26); and/or wherein the method option b) of claim 1 and the fiber material layer (10) comprises at least one axially recessed region (24) which receives a radially raised region (30) of the component. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit Option a) von Anspruch 1, wobei eine Dicke der Fasermaterialschicht (10) innerhalb der Umkehrzone (16) um bis zu +/- 100 % gegenüber einer Dicke der Fasermaterialschicht (10) außerhalb der Umkehrzone (16) variiert.Method according to one of the preceding claims with option a) of claim 1 , wherein a thickness of the fiber material layer (10) within the reversal zone (16) varies by up to +/- 100% compared to a thickness of the fiber material layer (10) outside the reversal zone (16). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: - Herstellen wenigstens einer zweiten Fasermaterialschicht (11) durch Ablegen eines Fasermaterials mit wenigstens einer Faser auf die erste Fasermaterialschicht (10), umfassend: • Ablegen von mehreren zweiten Abschnitten das Fasermaterials jeweils entlang einer Längsachse (L) des Bauteils (26) in eine zweiten Umkehrzone der zweiten Fasermaterialschicht (11) hinein; und • Ändern der Ablegerichtung eines jeweiligen zweiten Abschnitts innerhalb der zweiten Umkehrzone und Herausführen eines jeweiligen zweiten Abschnitts aus der zweiten Umkehrzone; wobei die erste und die zweite Umkehrzone (16) auf einer gemeinsamen Seite in Bezug auf eine axiale Mitte (M) der zweiten Fasermaterialschicht (11) liegen; wobei 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 verschieden voneinander sind, so dass die zweite Fasermaterialschicht innerhalb der zweiten Umkehrzone aufweist: a) eine uneinheitliche Dicke; und/oder b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung, wobei zumindest ein Teil der zweiten Umkehrzone axial beabstandet von der Umkehrzone (16) der ersten Fasermaterialschicht (11) ist.Method according to one of the preceding claims, further comprising: - producing at least one second fiber material layer (11) by depositing a fiber material with at least one fiber on the first fiber material layer (10), comprising: • depositing a plurality of second sections of the fiber material along a longitudinal axis (L) of the component (26) into a second reversal zone of the second fiber material layer (11); and • changing the deposition direction of a respective second section within the second reversal zone and leading a respective second section out of the second reversal zone; wherein the first and second reversal zones (16) lie on a common side with respect to an axial center (M) of the second fiber material layer (11); wherein the second sections in the second reversal zone each have at least one axially outermost point and the axial positions of the axially outermost points of at least some of the second fiber material sections are different from one another, so that the second fiber material layer within the second reversal zone has: a) a non-uniform thickness; and/or b) a non-uniform axial extension, wherein at least a portion of the second reversal zone is axially spaced from the reversal zone (16) of the first fiber material layer (11). Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine durchschnittliche radiale Abmessung des Bauteils (26) im Bereich der ersten Umkehrzone (16) geringer ist als im Bereich der zweiten Umkehrzone.procedure according to claim 7 , wherein an average radial dimension of the component (26) in the region of the first reversal zone (16) is smaller than in the region of the second reversal zone. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend: - Anordnen einer Komponente, die eingerichtet ist, Signale und/oder Energie jeweils zu empfangen und/oder zu senden, insbesondere einer Sensorkomponente (38), in oder an der ersten Fasermaterialschicht (10) und/oder in oder an der zweiten Fasermaterialschicht (11) nach Anspruch 7 und/oder an einem Abschnitt des Bauteils (26), auf dem die Fasermaterialabschnitte (12) der ersten Fasermaterialschicht (10) abgelegt werden; und/oder - Anordnen wenigstens eines Abschnitts einer signalführenden und/oder energieführenden und/oder fluidführenden Leitung (38) in oder an der ersten Fasermaterialschicht (10) und/oder in oder an der zweiten Fasermaterialschicht (11) nach Anspruch 7 und/oder an einem Abschnitt des Bauteils (26), auf dem die Fasermaterialabschnitte (12) der ersten Fasermaterialschicht (10) abgelegt werden.Method according to one of the preceding claims, comprising: - arranging a component which is designed to receive and/or transmit signals and/or energy, in particular a sensor component (38), in or on the first fiber material layer (10) and/or in or on the second fiber material layer (11) according to claim 7 and/or on a section of the component (26) on which the fiber material sections (12) of the first fiber material layer (10) are deposited; and/or - arranging at least one section of a signal-carrying and/or energy-carrying and/or fluid-carrying line (38) in or on the first fiber material layer (10) and/or in or on the second fiber material layer (11) after claim 7 and/or on a portion of the component (26) on which the fiber material portions (12) of the first fiber material layer (10) are deposited. Anordnung (32), umfassend wenigstens eine Fasermaterialschicht (10) und ein Bauteil (26), wobei die Fasermaterialschicht (10) durch Ablegen eines Fasermaterials mit wenigstens einer Faser auf das Bauteil (26) ausgebildet ist und mehrere Abschnitte (12) umfasst, die jeweils entlang einer Längsachse (L) des Bauteils (26) in eine Umkehrzone (16) hinein geführt sind; wobei sich die Ablegerichtung eines jeweiligen Abschnitts (12) innerhalb der Umkehrzone (16) ändert und ein jeweiliger Abschnitt (12) aus der Umkehrzone (16) herausgeführt ist; 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 b) eine uneinheitliche axiale Erstreckung.Arrangement (32) comprising at least one fiber material layer (10) and a component (26), wherein the fiber material layer (10) is formed by depositing a fiber material with at least one fiber on the component (26) and comprises a plurality of sections (12), each of which is guided into a reversal zone (16) along a longitudinal axis (L) of the component (26); wherein the deposition direction of a respective section (12) changes within the reversal zone (16) and a respective section (12) is guided 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 b) a non-uniform axial extension.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT505512A1 (en) 2007-07-03 2009-01-15 Teufelberger Gmbh ARRANGEMENT FOR CONNECTING A PERMANENT ELEMENT WITH ANOTHER COMPONENT
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

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