WO2018077791A1

WO2018077791A1 - Anlage und verfahren zur herstellung einer faserpreform

Info

Publication number: WO2018077791A1
Application number: PCT/EP2017/076982
Authority: WO
Inventors: Alfred Tempel; Henrik Borgwardt; Arne Stahl
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: FR3057798B1; DE102016120197B4; FR3057798A1; DE102016120197A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Anlage zur Herstellung einer Faserpreform aus einem flächigen Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes, wobei aus der Faserpreform durch Aushärten eines in das Fasermaterial der Faserpreform infundierten Matrixmaterials ein Faserverbundbauteil herstellbar ist, wobei die Anlage eine Fördereinrichtung aufweist, die zum kontinuierlichen Fördern des Fasermaterials in eine Förderrichtung ausgebildet ist, und wobei die Anlage eine Umformeinrichtung hat, die während des kontinuierlichen Förderns des Fasermaterials mittels mindestens eines Umformelementes, an dem das Fasermaterial kontaktbehaftet entlanggeführt wird, zum Abwinkeln eines Gurtabschnittes von einem Stegabschnitt des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Umformelement konzentrisch um das Fasermaterial derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine konzentrische Bewegung des mindestens einen Umformelementes der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt einstellbar ist.

Description

Anlage und Verfahren zur Herstellung einer Faserpreform

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Herstellung einer Faserpre- form aus einem flächigen Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes, wobei aus der Faserpreform durch Aushärten eines in das Fasermaterial der Faserpreform infundierten Matrixmaterials ein Faserverbundbauteil herstellbar ist bzw. hergestellt werden soll. Aufgrund der besonders vorteilhaften Eigenschaft, bei einem relativ geringen Gewicht in zumindest eine Richtung eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit aufzuweisen, eignen sich Faserverbundbauteile für eine Vielzahl von Anwendungszwecken. Dabei werden derartige Faserverbundbauteile vermehrt für lasttragende Strukturen im Fahrzeug-, Flugzeug- und Raumfahrtbereich eingesetzt, um so das Leichtbaupo- tential besser auszuschöpfen.

Faserverbundbauteile werden aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, wobei ein Faserverbundwerkstoff in der Regel zwei wesentliche Bestandteile aufweist: a) Ein Fasermaterial mit Verstärkungsfasern und

b) Ein Matrixmaterial.

Das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes wird dabei in das Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes infundiert und durch Temperaturbeaufschlagung ausgehär- tet, wodurch ein integrales Bauteil aus Matrixmaterial und Fasermaterial entsteht. Durch das Aushärten des Matrixmaterials werden die Fasern des Fasermaterials in ihre vorgegebene Richtung gezwungen und verleihen somit dem Bauteil in Faserrichtung die entsprechenden Eigenschaften. Die Herstellung komplexerer Bauteile stellt dabei hohe Anforderungen an das handwerkliche Geschick der Mitarbeiter, da das Fasermaterial je nach Anforderung in die entsprechende Bauteilform drapiert werden muss, was angesichts der anisotropen Eigenschaften des Fasermaterials je nach Komplexität der Bauteilform problembe- haftet sein kann. Dies betrifft insbesondere die Herstellung dreidimensionaler Profile, die je nach Anwendungszweck Krümmungen und unterschiedliche Profilformen und Geometrien über die gesamte Länge hinweg aufweisen können.

So ist es für gekrümmte Profile, wie beispielsweise Z- oder C-Profile, die hauptsächlich auf Biegung beansprucht werden, sehr wichtig, dass die Orientierung der Fasern entlang der Profillänge konstant bleibt, da ansonsten die Biegebeanspruchung nicht optimal durch die Fasern aufgenommen werden kann. Am Beispiel eines kreisförmig gebogenen Profils bedeutet dies, dass ein Koordinatensystem, nach dem sich die Faserorientierung richtet, auf dem Bauteil um den Kreismittelpunkt rotieren und den Fasern in jedem Punkt auf dem Bauteil eine andere Orientierung vorgeben würden. Aufgrund der größeren Umfangslänge des Außengurtes des Profils muss das Fasermaterial im Bereich des Außengurtes gestreckt und damit der ursprünglich rechtwinklige Faserwinkel zwischen den einzelnen Fasern verändert werden. Eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger gekrümmter Profile ist beispielsweise aus der DE 10 2012 101 706 A1 bekannt, die von dem Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung stammt und auf deren Offenbarungsgehalt hier voll inhaltlich Bezug genommen wird. Die Vorrichtung weist eine Verschereinrichtung auf, die mindestens zwei rotierende, in Walzrichtung voneinander beabstandet angeordnete Walzkörper hat, zwischen denen das Fasermaterial entlanggeführt wird, wobei durch eine Steuereinrichtung unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten der Walzkörper einstellbar sind, wodurch eine Verscherung der Fasern des Fasermaterials zur Bildung der Krümmung bewirkt wird.

Aus der DE 10 2008 032 574 A1 ist des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung faserverstärkter Bauteile bekannt, bei der an einem Grundrahmen eine Drapiereinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Fasergelege über Anlagen eines Vakuums an den Formkern drapierbar sind. Diese Art der Zwangsverformung der Fasergelege hat jedoch den Nachteil, dass hier eine definierte und reproduzierbare Verscherung der Faser nicht gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann es aufgrund von Reibung an dem Formkern bei der Zwangsdrapierung des Fasergeleges dazu kommen, dass das Fasermaterial beschädigt wird, was die Stabilität des späteren Bauteils stark beeinträchtigt.

Ein weiterer Nachteil derartiger Vorrichtungen zum Verscheren bzw. Umformen/Drapieren von Fasermaterial besteht darin, dass die herzustellende Bauteilform fest durch die Anordnung der Anlage bzw. der Vorrichtung bestimmt wird. Gerade bei der Herstellung von Faserprofilen entsteht eine auf den Querschnitt des Faserprofils be- schränkte Konstruktion, welche nur die Fertigung des jeweiligen Profils zulässt. Für eine Veränderung des Querschnitts des Faserprofils oder kleine Anpassungen der Profilgeometrie (beispielsweise Änderungen des Steg- oder Gurtbreite, Änderung der Winkel zwischen Steg und Gurt) sind aufwendige Änderungen an der Konstruktion nötig, falls diese im vorhandenen Bauraum überhaupt möglich sind. Dadurch entste- hen hohe Rüstzeiten, die zu höheren Bauteilkosten und geringerem Bauteildurchsatz führen.

Ein weiteres Problem insbesondere kontinuierlich geführter Anlagen, wie beispielsweise aus der DE 10 2012 101 706 A1 bekannt, ist die Tatsache, dass die Profilgeo- metrie der herzustellenden Faserpreform nicht während des kontinuierlichen Ver- scherens bzw. während des kontinuierlichen Fördern des Fasermaterials durch die Anlage verändert werden kann, da der Umformprozess für die Anpassung unterbrochen werden müsste. Bauteile, die entlang ihrer Längsachse eine Änderung des Basisquerschnitts (beispielsweise von einem C-Profil zu einem Z-Profil) beinhalten, sind mit den Anlagen aus dem Stand der Technik nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anlage und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Faserpreform anzugeben, bei der die Geometrie bzw. die Form des Profilquerschnitts ohne konstruktive Änderungen der Anlage verändert werden kann. Es ist darüber hinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbessert Anlage bzw. ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem sich Faserpreformen herstellen lassen, die entlang ihrer Längsachse (Förderachse) einen veränderlichen Profilquerschnitt aufweisen. Die Aufgabe wird mit der Anlage gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird eine Anlage zur Herstellung einer Faserpreform aus einem flächigen Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes vorgeschlagen, wobei aus der Faserpreform durch Aushärten eines in das Fasermaterial der Faserpreform infundierten Matrixmaterials ein Faserverbundbauteil herstellbar ist. Bei der Faserpreform handelt es sich um ein umgeformtes Fasermaterial, das einen vorgegebenen Profilquerschnitt hat, beispielsweise ein L-, C-, oder Z-Profil. Insbesondere ist die Fa- serpreform ein dreidimensional umgeformtes Fasermaterial.

Das Fasermaterial kann dabei vorzugsweise trockenes Fasermaterial sein, das in einem späteren Prozessschritt mit Matrixmaterial infundiert und dann zur Herstellung des Faserverbundbauteils ausgehärtet wird. Denkbar ist aber auch, dass das Faser- material vorimprägniertes Fasermaterial (sogenannte Prepregs) ist, wobei das Matrixmaterial zum Zeitpunkt der Umformung bereits das Fasermaterial enthält.

Die Anlage weist dabei gattungsgemäß eine Fördereinrichtung auf, um das Fasermaterial kontinuierlich in eine Förderrichtung zu transportieren bzw. zu fördern. Hierfür kann die Fördereinrichtung beispielsweise Walzen oder Rollen aufweisen, an denen das Fasermaterial kontaktbehaftet entlanggeführt wird bzw. anliegt, sodass durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Fasermaterial und Elementen der Fördereinrichtung ein Fördern des Fasermaterials bewirkt wird. Die Anlage weist des Weiteren eine Umformeinrichtung auf, mit der das flächige Fasermaterial in die vorgegebene Profilform der herzustellenden Faserpreform umgeformt wird. Hierfür weist die Umformeinrichtung mindestens ein Umformelement auf, an dem das Fasermaterial kontaktbehaftet entlanggeführt wird, um das flächige Fasermaterial in die Faserpreform umzuformen. Das Umformelement der Umformein- richtung ist dabei so ausgebildet und konstruktiv in der Anlage angeordnet, dass ein Gurtabschnitt von einem Stegabschnitt des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt abgewinkelt wird. Der Gurtabschnitt bezeichnet dabei einen Randbereich des flächigen, insbesondere länglichen Fasermaterials und grenzt an einer der Randseite gegenüberliegenden Seite an einen Stegabschnitt der Faserpreform. Zwischen dem flächigen Stegabschnitt und dem flächigen Gurtabschnitt wird dabei ein Winkel ausgebildet, der beispielsweise bei einem klassischem C-Profil oder L-Profil ca. 90 Grad aufweist.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das mindestens eine Umformelement der Umformeinrichtung konzentrisch um das Fasermaterial derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine konzentrische Bewegung des mindestens einen Umformelementes der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt variabel einstell- bar ist.

Unter einer konzentrischen Bewegung des Umformelementes wird dabei eine kreisförmige Bewegung auf einer Kreisbahn verstanden, die um einen Mittelpunkt bzw. Drehpunkt erfolgt, der ausgehend von dem Umformelement in Richtung Fasermate- rial liegt. Der Drehpunkt der konzentrischen Bewegung des mindestens einen Umformelementes kann dabei auch als Drehachse verstanden werden, die axial oder koaxial zur Förderrichtung in Bezug auf die Position im Bereich des Umformelementes ausgerichtet ist. Durch die konzentrische Bewegung des Umformelementes, wobei die konzentrische Bewegung auf einer Kreisbahn erfolgt, die um das Fasermaterial herumlaufend ist, kann der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt eingestellt werden, in dem das Umformelement auf dieser Kreisbahn bewegt wird. Dabei ändert sich die Kontaktfläche, an der das Fasermaterial an dem Umformelement kontaktbe- haftet zum Abwinkein des Gurtabschnittes in Bezug auf das restliche flächige Fasermaterial, insbesondere in Bezug auf den Stegabschnitt anliegt, sodass durch eine solche Veränderung der Kontaktfläche in Bezug auf den Stegabschnitt eben auch der Winkel zwischen dem abzuwinkenden Gurtabschnitt und dem verbleibenden Stegabschnitt eingestellt werden kann.

Hierdurch wird es möglich, zeitsparend und variabel für unterschiedliche Profilquerschnitte die Anlage einfach einzustellen, ohne dass diese konstruktiv verändert werden muss. Vielmehr lässt sich manuell oder automatisiert mit Hilfe einer Steuerein- richtung der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt variabel einstellen, sodass sich beliebige Profilquerschnitte mit einer einzigen Anlage herstellen lassen. Die Rüstzeiten der Anlage verkürzen sich dadurch drastisch, wodurch ein höherer Bauteildurchsatz erzielt werden kann und die Bauteilkosten somit reduziert werden können.

Des Weiteren wird es mit einer derartigen Anlage möglich, während des kontinuierlichen Förderns des flächigen, insbesondere länglichen Fasermaterials durch eine konzentrische Bewegung des mindestens einen Umformelements den Winkel zwi- sehen Gurtabschnitt und Stegabschnitt zu verändern, wodurch sich längliche Faser- preforms herstellen lassen, die über ihre gesamte Länge hinweg verschiedene Winkel zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt aufweisen. In einer derartigen Anlage wird es sogar möglich, bei einer einzigen Faserpreform den Basisquerschnitt zu ändern, sodass beispielsweise an einem Ende die Faserpreform ein C-Profil aufweist, das sich kontinuierlich über die Länge der Faserpreform hinweg in ein beispielsweise Z-Profil ändert, sodass an dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Faserpreform der Querschnitt dann einem Z-Profil entspricht. Derartige komplexe Faserpreforms von Faserverbundbauteilen lassen sich mit Anlagen aus dem Stand der Technik derzeitig so nicht kontinuierlich realisieren.

Hierfür ist es beispielsweise denkbar, dass die Anlage eine Steuereinrichtung aufweist, die mit einem Aktor zum konzentrischen Bewegen des Umformelementes verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie den Aktor zum Ausführen einer konzentrischen Bewegung ansteuert. Der Aktor wird dabei mit Hilfe der Steuereinrichtung so angesteuert, dass das Umformelement eine konzentrische Bewegung ausführt, die einer vorgegebenen Winkeländerung zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt entspricht. Die Geschwindigkeit der Bewegung hängt dabei insbesondere von der Fördergeschwindigkeit und der Winkeländerung über die Länge der Faserpreform ab.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Umformeinrichtung ein Führungssystem auf, das mindestens einen kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt hat, der teilweise umlaufend um den Gurtabschnitt des Fasermaterials angeordnet und an dem das mindestens eine Umformelement konzentrisch bewegbar gelagert ist. Das Führungssystem kann dabei in dem Führungsabschnitt beispielsweise ein Schienensystem sein, an dem das Umformelement bewegbar gelagert ist, sodass es entlang des gebogenen Führungsabschnitts auf einem durch den kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt definierten Kreisbogen bewegt werden kann. Hierdurch wird dem Umformelement eine konzentrische Kreisbewegung vorgegeben, sodass der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt eingestellt werden kann.

Der kreisförmig gebogene Führungsabschnitt des Führungssystems muss dabei nicht zwingend um das gesamte Fasermaterial herum umlaufend sein, sondern kann beispielsweise halbkreisförmig oder weniger oder mehr als halbkreisförmig sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das vorbeschriebene Umformelement ein erstes Umformelement, das zum Abwinkein eines ersten Gurtabschnittes von dem Stegabschnitt vorgesehen ist. Die Umformeinrichtung hat neben diesem mindestens einen Umformelement mindestens ein weiteres zweites Umformelement, an dem das Fasermaterial ebenfalls kontaktbehaftet entlanggeführt wird und das zum Abwinkein eines zweiten Gurtabschnittes, der dem ersten Gurtabschnitt gegenüberliegt und zwischen denen der Stegabschnitt vorgesehen ist, von dem Stegabschnitt des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebe- nen Winkels zwischen dem zweiten Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt ausgebildet ist. Auch das zweite Umformelement ist dabei derart bewegbar gelagert, dass es konzentrisch um das Fasermaterial herum bewegbar ist, sodass durch eine konzentrische Bewegung des mindestens zweiten Umformelementes der Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt einstellbar ist.

Hierdurch wird es möglich, eine Faserpreform mit einem Profilquerschnitt herzustellen, bei dem mittig ein Stegabschnitt vorgesehen ist, von dem aus in Richtung eines ersten Randabschnittes ein erster Gurtabschnitt und in Richtung eines zweiten Randabschnitts ein zweiter Gurtabschnitt durch Abwinkein mit Hilfe der Umformelemente ausgebildet wird. Sowohl das Umformelement für den ersten Gurtabschnitt als auch das Umformelement für den zweiten Gurtabschnitt sind dabei so bewegbar gelagert, dass sie konzentrisch um das Fasermaterial herum bewegbar sind, sodass jeweils individuell der Winkel zwischen dem ersten Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt und der Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt einstellbar ist.

Vorteilhafterweise ist ein Führungssystem vorgesehen, das neben dem ersten kreis- förmig gebogenen Führungsabschnitt mindestens einen zweiten kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt aufweist, der ebenfalls teilweise umlaufend um den zweiten Gurtabschnitt des Fasermaterials angeordnet und an dem das mindestens eine zweite Umformelement derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine Bewegung des mindestens einen zweiten Umformelementes entlang des zweiten gebogenen Füh- rungsabschnittes des Führungssystems die konzentrische Bewegung des mindestens einen zweiten Umformelementes bewirkt wird, um den Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt einzustellen.

In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform hierzu weist das Führungs- System einen Führungsrahmen auf, an dem der erste und/oder der zweite kreisförmig gebogene Führungsabschnitt gelagert ist, sodass der erste und/oder der zweite kreisförmig gebogene Führungsabschnitt gegenüber dem Fasermaterial translatorisch bewegt werden kann. Der erste und/oder der zweite kreisförmig gebogene Führungsabschnitt sind dabei relativ zu dem Fasermaterial derart bewegbar gelagert, dass durch eine Relativbewegung des ersten und/oder zweiten Führungsabschnittes die Breite des Stegabschnittes einstellbar ist. Die translatorische Bewegung des jeweiligen Führungsabschnittes ist dabei vorzugsweise quer zur Förderrichtung, sodass der gebogene Führungsabschnitt in Richtung Fasermaterial oder in Richtung weg von dem Fasermaterial bewegt werden kann. Da die Umformelemente an den gebogenen Führungselementen angeordnet sind, führt eine translatorische Bewegung der gebogenen Führungselemente in Richtung Fasermaterial dazu, dass der entsprechende Gurtabschnitt vergrößert und der Stegabschnitt verkleinert wird. Demzufolge führt eine translatorische Bewegung des gebogenen Führungsabschnittes weg von dem Fasermaterial zu einer Verkleinerung des entsprechenden Gurtab- Schnittes und zu einer Vergrößerung des Stegabschnittes.

Sind beide gebogenen Führungsabschnitte an dem Führungsrahmen translatorisch bewegbar angeordnet, so lässt sich jeder Gurtabschnitt in seiner Breite individuell einstellen, ohne dass hierfür die Anlage konstruktiv verändert werden muss. Besonders günstig, wenn mindestens eines der Umformelemente konzentrisch um einen fixen Drehpunkt bzw. Mittelpunkt bewegbar um das Fasermaterial umgelagert ist, wobei es besonders günstig ist, wenn der Drehpunkt des jeweiligen Umformele- mentes innerhalb des Fasermaterials liegt. Infolgedessen bleibt der Walzbereich des Fasermaterials, d.h. der Übergang von Stegabschnitt zum jeweiligen Gurtabschnitt, bei einer Winkeländerung immer an derselben Stelle, was besonders materialschonend ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eines der Umformelemente ein Walzpaar, das zwei jeweils gegensinnig zueinander rotierende Walzen hat, zwischen dem das Fasermaterial hindurchführbar ist. Dabei ist es denkbar, dass eine oder beide Walzen eines solchen Walzpaares angetrieben sind, sodass ein solches Walzpaar gleichzeitig auch Bestandteil einer Fördereinrichtung zum Fördern des Fasermaterials ist.

Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Verschereinrichtung vorgesehen ist, die zum Verscheren der Fasern des Fasermaterials zur Bildung einer Krümmung in der herzustellenden Faserpreform ausgebildet ist. Eine solche Verscherein- richtung kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie sie in der DE 10 2012 101 706 A1 vorgesehen ist, auf deren Offenbarungsgehalt voll inhaltlich Bezug genommen wird. So ist es insbesondere denkbar, dass zusätzlich zu dem Walzpaar, das ein Umformelement bildet, ein weiteres Walzpaar vorgesehen ist, das beabstandet zu dem Walzpaar als Umformelement angeordnet ist, wobei an den Walzen der Walzpaare jeweils unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten eingestellt werden, sodass das Fasermaterial zwischen den Walzpaaren verschert wird. Mit einer derartigen Anlage lässt sich nicht nur der Querschnitt der Faserpreform beliebig verändern, sondern es lässt sich auch definiert und automatisiert eine Krümmung in die Faserpreform einbringen, sodass sehr komplexe Profile als Faserpreform herstellbar sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen: perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage;

Konfiguration der Anlage zur Fertigung von C-Profilen mit schmalem Steg;

Konfiguration der Anlage für die Fertigung von C-Profilen mit breitem Steg;

Konfiguration der Anlage zur Fertigung von L-Profilen;

Konfiguration der Anlage zur Herstellung von Z-Profilen.

Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt der Anlage 10 zur Herstellung einer Faserpreform aus einem flächigen Fasermaterial eines Faserverbund Werkstoffes. Das flächige Fasermaterial wird dabei der Anlage 10 über einen Fasermaterialspeicher (nicht dargestellt) zugeführt und durch die Fördereinrichtung 20 in eine Förderrichtung gefördert. Die Förderrichtung der Fördereinrichtung 20 ist dabei aufgrund der perspektivischen Darstellung dergestalt, dass sie schräg aus der Betrachtungsebene herausführt.

Die Fördereinrichtung 20 weist ein Walzpaar 21 auf, das aus zwei Walzen 22a und 22b besteht. Die Walzen 22a und 22b des Walzpaares 21 sind dabei so angeordnet, dass das flächige Fasermaterial zwischen den beiden Walzen 22a und 22b hindurchführbar ist. Die beiden Walzen 22a und 22b rotieren dabei gegensinnig zu der jeweils gegenüberliegenden Walze, wobei eine der Walzen oder auch beide Walzen angetrieben sein können und so das Fasermaterial aktiv in Förderrichtung fördern bzw. schieben.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist dabei die untere Walze 22b des Walzkörperpaares 21 hinsichtlich seiner Länge kürzer als die obere Walze 22a, um so auch Pro file mit einem schmalen Steg herstellen zu können. Denkbar ist aber auch, dass die obere Walze 22a ebenfalls hinsichtlich ihrer axialen Ausdehnung verkürzt ist, um bei spielsweise Z-Profile mit schmalem Steg herstellen zu können. Die Anlage 10 weist des Weiteren die erfindungsgemäße Umformeinrichtung auf, die zwei Umformelennente 31 und 32 aufweist, die jeweils zum Abwinkein eines Gurtabschnitts von einem Stegabschnitt des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen dem jeweiligen Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt ausgebildet sind. Die Umformelemente 31 und 32 der Umformeinrichtung 30 sind im Ausführungsbeispiel der Figur 1 in Form von Walzkörperpaaren ausgebildet, sodass jedes Umformelement 31 zwei Walzen bzw. Walzkörper aufweist, zwischen denen das Fasermaterial, genauer gesagt der jeweilige Gurtabschnitt des Fasermaterials, hindurchgeführt wird. Wie im Ausführungsbeispiel der Fi- gur 1 in der aktuellen Konfiguration ersichtlich, wird zwischen der Lauffläche der Walzen der Umformelemente 31 und 32 in Bezug auf die Lauffläche der Walzen der Fördereinrichtung 20 ein Winkel gebildet, der zu dem jeweiligen Winkel zwischen Stegabschnitt und Gurtabschnitt führt. Die Umformelemente 31 und 32 sind dabei an einem Führungssystem 33 angeordnet, das zwei kreisförmig gebogene Führungsabschnitte 34 und 35 aufweist. An dem ersten gebogenen Führungsabschnitt 34 ist dabei das erste Umformelement 31 angeordnet, während an dem zweiten kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt 35 das zweite Umformelement 32 angeordnet ist. Die Umformelemente 31 und 32 sind dabei an ihren jeweiligen kreisförmig gebogenen Führungsabschnitten 34 und 35 bewegbar gelagert, sodass bei einer Bewegung entlang des jeweils kreisförmig gebogenen Führungsabschnittes 34, 35 das jeweilige Umformelement 31 , 32 eine konzentrische Bewegung ausführt, deren Dreh- bzw. Mittelpunkt im Inneren des durch die beiden Führungsabschnitte 34 und 35 gebildeten Kreises liegt.

Durch die konzentrische Bewegung der Umformelemente 31 , 32 kann der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt und dem Stegabschnitt variiert werden, da hierdurch der Winkel zwischen den Laufflächen der Walzen der Fördereinrichtung 20 und den Laufflächen der Walzen des jeweiligen Umformelementes 31 , 32 veränderbar wird.

Die kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 sind dabei an einem Führungsrahmen 36 angeordnet, sodass die kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte translatorisch bewegt werden können. Die translatorische Bewegungsrichtung der gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 an dem Führungsrahmen 36 ist dabei parallel zu der Lauffläche der Fördereinrichtung 20, was im Ausführungsbeispiel der Figur 1 dazu führt, dass die translatorische Bewegungsrichtung in der Ebene des Stegabschnittes liegt. Es ist daher grundsätzlich vorteilhaft, wenn die Anlage 10 so ausgebildet ist, dass die kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 so an dem Füh- rungsrahmen translatorisch bewegbar angeordnet sind, dass die Bewegungsrichtung der translatorischen Bewegung der kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte in der Ebene des Stegabschnittes liegt, wodurch die Breite des Stegabschnittes veränderbar ist (siehe Figur 3). Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind die Umformelemente 31 , 32 an ihrem jeweiligen kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt 34, 35 jeweils über eine Schnellspanneinrichtung fixierbar an dem jeweiligen kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt 34, 35 angeordnet. Durch Lösen der Schnellspanneinrichtung 37 lässt sich das jeweilige Umformelement 31 , 32 an dem jeweiligen kreisförmig gebogenen Führungs- abschnitt 34, 35 konzentrisch bewegen und in der gewünschten Position wieder fixieren.

Hierdurch wird es möglich, ohne konstruktive Änderungen der Gesamtanlage die Winkel zwischen Stegabschnitt und Gurtabschnitt einzustellen, wodurch die Rüstzeit deutlich verkürzt wird und der Bauteildurchsatz erhöht werden kann. Hierdurch wird im Endeffekt die Gesamtanlage profitabler.

Es ist allerdings auch denkbar, dass die Umformelemente 31 , 32 an ihrem jeweiligen gebogenen Führungsabschnitt 34, 35 mittels eines Stellmotors (Aktuator) konzent- risch bewegbar angeordnet sind, wobei mit Hilfe einer Steuereinheit (nicht dargestellt) die Stellmotoren derart angesteuert werden, dass das jeweilige Umformelement 31 , 32 eine konzentrische Bewegung ausführt. Somit kann der gewünschte Winkel zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt automatisch durch die Anlage eingestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der automatisierten Ausführung besteht darin, dass der Winkel auch während des Umform prozesses verändert werden kann, sodass sich Faserpre- forms mit Profilen herstellen lassen, die einen über die Gesamtlänge hinweg sich verändernden Winkel zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt aufweisen. Des Weiteren ist es denkbar, dass die kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 ebenfalls über Stellmotoren an dem Führungsrahmen 36 angeordnet sind, sodass sich ebenfalls automatisiert durch die Steuereinheit die Breite des Stegab- Schnittes durch die translatorische Bewegung der kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 einstellen lässt. Auch hier ist es wiederum denkbar, dass die Steuereinheit während des kontinuierlichen Förderns des Fasermaterials und während des kontinuierlichen Umformens des Fasermaterials eine translatorische Bewegung der kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 ausführt, sodass eine über die gesamte Länge der Faserpreform hinweg veränderliche Stegbreite entsteht.

Figur 2 zeigt in einer Draufsicht die Anlage 10 in einer Konfiguration für die Fertigung von C-Profilen mit einem schmalen Stegabschnitt. Die beiden Umformelemente 31 , 32 wurden entlang ihres jeweils kreisförmig gebogenen Führungsabschnitts 34, 35 konzentrisch so bewegt, dass die Laufflächen der Walzen der jeweiligen Umformelemente 31 , 32 innerhalb von Toleranzen parallel liegen und darüber hinaus gegenüber den Laufflächen der Walzen der Fördereinrichtung 20 einen rechten Winkel definieren. Hierdurch lassen sich C-Profile aus flächigem Fasermaterial herstellen, bei dem der Winkel zwischen Gurtabschnitt und Stegabschnitt im Wesentlichen 90 Grad aufweist.

Die herzustellende Faserpreform 40 in Figur 2 weist dabei einen ersten Gurtabschnitt 41 auf, der durch das erste Umformelement 31 gebildet wird, während der zweite Gurtabschnitt 42 durch das zweite Umformelement 32 gebildet wird. Zwischen dem ersten Gurtabschnitt 41 und dem zweiten Gurtabschnitt 42 befindet sich dabei der Stegabschnitt 43, der im Ausführungsbeispiel der Figur 2 schmal ist.

Mit Blick auf Figur 3 wird eine Konfiguration erkennbar, bei der die kreisförmig gebogenen Führungsabschnitte 34, 35 translatorisch so bewegt wurden, dass sie vonei- nander wegbewegt wurden, wodurch die Breite des Stegabschnitten 43 vergrößert wurde. Mit einer derartigen Konfiguration, wie in Figur 3 erkennbar, lassen sich C- Profile herstellen, die im Verhältnis zu ihren Gurtabschnitten 41 , 42 einen breiten Stegabschnitt 43 aufweisen. Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Konfiguration, mit der sich L-Profile herstellen lassen. Bei einem L-Profil wird dabei ein Gurtabschnitt gegenüber dem Stegabschnitt unter einem Winkel größer 0 abgewinkelt, während der andere, gegenüberliegende Gurtabschnitt unter einem Winkel 0 Grad abgewinkelt wird, sodass Stegab- schnitt und Gurtabschnitt parallel sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist dabei der erste Gurtabschnitt 41 quasi eine Verlängerung des Stegabschnittes 43, da zwischen Gurtabschnitt 41 und Stegabschnitt 43 0 Grad Winkel existieren. Hierfür wurde das erste Umformelement 31 konzentrisch so bewegt, dass die Laufflächen der Walzen des ersten Umformelementes 31 parallel zu den Walzen der Fördereinrichtung 20 liegen. Das zweite Umformelement 32 hingegen winkelt den zweiten Gurtabschnitt 42 unter einem Winkel von 90 Grad gegenüber dem Stegabschnitt 43 ab, sodass eine klassische L-Profilform entsteht.

Figur 5 zeigt schließlich eine Konfiguration eines Z-Profils, bei dem zwischen dem ersten Gurtabschnitt 41 und dem Stegabschnitt 43 ein Winkel von 270 Grad eingestellt wurde, während zwischen dem zweiten Gurtabschnitt 42 und dem Stegabschnitt 43 ein Winkel von 90 Grad angelegt wird.

Bezugszeichenliste:

10 Anlage

20 Fördereinrichtung

21 Walzpaar

22a, 22b Walzen der Fördereinrichtung

30 Umformeinrichtung

31 erstes Umformelennent

32 zweites Umformelennent

33 Führungssystem

34 erster kreisförmig gebogener Führungsabschnitt

35 zweiter kreisförmig gebogener Führungsabschnitt

36 Führungsrahmen

37 Schnellspanneinrichtung

40 Faserpreform

41 erster Gurtabschnitt

42 zweiter Gurtabschnitt

43 Stegabschnitt

Claims

Patentansprüche

1 . Anlage (10) zur Herstellung einer Faserpreform (40) aus einem flächigen Faser- material eines Faserverbundwerkstoffes, wobei aus der Faserpreform (40) durch Aushärten eines in das Fasermaterial der Faserpreform (40) infundierten Matrixmaterials ein Faserverbundbauteil herstellbar ist, wobei die Anlage (10) eine Fördereinrichtung (20) aufweist, die zum kontinuierlichen Fördern des Fasermaterials in eine Förderrichtung ausgebildet ist, und wobei die Anlage (10) eine Umformeinrichtung (30) hat, die während des kontinuierlichen Förderns des Fasermaterials mittels mindestens eines Umformelementes (31 , 32), an dem das Fasermaterial kontaktbehaftet entlanggeführt wird, zum Abwinkein eines Gurtabschnittes (41 , 42) von einem Stegabschnitt (43) des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen Gurtabschnitt (41 , 42) und Stegabschnitt (43) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Umformelement (31 , 32) konzentrisch um das Fasermaterial derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine konzentrische Bewegung des mindestens einen Umformelementes (31 , 32) der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt (41 , 42) und dem Stegabschnitt (43) einstellbar ist.

2. Anlage (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (30) ein Führungssystem (33) hat, das mindestens einen kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt aufweist, der teilweise umlaufend um den Gurtabschnitt (41 , 42) des Fasermaterials angeordnet und an dem das mindestens eine Umformelement (31 , 32) derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine Bewegung des mindestens einen Umformelementes (31 , 32) entlang des gebogenen Führungsabschnittes des Führungssystems (33) die konzentrische Bewegung des mindestens einen Umformelementes (31 , 32) bewirkt wird, um den Winkel zwischen dem Gurtabschnitt (41 , 42) und dem Stegabschnitt (43) einzustellen. 3. Anlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (30) neben dem mindestens einen ersten Umformelement (31 ) zum Abwinkein des ersten Gurtabschnittes (41 ) mindestens ein zweites Umformelement (32) hat, an dem das Fasermaterial kontaktbehaftet entlanggeführt wird und das zum Abwinkein eines zweiten Gurtabschnittes (42), der dem ers- ten Gurtabschnitt (41 ) gegenüberliegt und zwischen denen der Stegabschnitt

(43) vorgesehen ist, von dem Stegabschnitt (43) des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen dem zweiten Gurtabschnitt (42) und dem Stegabschnitt (43) ausgebildet ist, wobei das mindestens zweite Umformelement (32) konzentrisch um das Fasermaterial derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine konzentrische Bewegung des mindestens einen zweiten Umformelementes (32) der Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt (42) und dem Stegabschnitt (43) einstellbar ist.

4. Anlage (10) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füh- rungssystem (33) neben dem ersten kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt mindestens einen zweiten kreisförmig gebogenen Führungsabschnitt aufweist, der teilweise umlaufend um den zweiten Gurtabschnitt (42) des Fasermaterials angeordnet und an dem das mindestens eine zweite Umformelement (32) derart bewegbar gelagert ist, dass durch eine Bewegung des mindestens einen zweiten Umformelementes (32) entlang des zweiten gebogenen Führungsabschnittes des Führungssystems (33) die konzentrische Bewegung des mindestens einen zweiten Umformelementes (32) bewirkt wird, um den Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt (42) und dem Stegabschnitt (43) einzustellen. 5. Anlage (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (33) einen Führungsrahmen (36) aufweist, an dem der erste und/oder der zweite kreisförmig gebogene Führungsabschnitt relativ zu dem Fasermaterial derart bewegbar gelagert sind, dass durch eine Relativbewegung des ersten und zweiten Führungsabschnittes die Breite des Stegabschnittes (43) einstellbar ist.

6. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Umformelemente (31 , 32) konzentrisch um einen fixen Drehpunkt bewegbar um das Fasermaterial gelagert ist.

7. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Umformelemente (31 , 32) konzentrisch derart bewegbar um das Fasermaterial gelagert ist, dass der Drehpunkt des jeweiligen Umformelementes (31 , 32) innerhalb des Fasermaterials liegt.

8. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Umformelemente (31 , 32) ein Walzenpaar ist, das zwei jeweils gegensinnig zueinander rotierende Walzen hat, zwischen denen das Fasermaterial hindurchführbar ist.

9. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (10) eine Verschereinnchtung hat, die zum Verscheren der Fasern des Fasermaterials zur Bildung einer Krümmung in der herzustellenden Faserpreform (40) ausgebildet ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Faserpreform (40) aus einem flächigen Fasermaterials eines Faserverbundwerkstoffes, wobei aus der Faserpreform (40) durch Aushärten eines in das Fasermaterial der Faserpreform (40) infundierten Matrixmaterials ein Faserverbundbauteil herstellbar ist, wobei das Fasermaterial kontinuierlich durch eine Anlage (10) mittels einer Fördereinrichtung (20) gefördert wird, mit den Schritten:

- Abwinkein eines Gurtabschnittes (41 , 42) von einem Stegabschnitt (43) des Fasermaterials längs zu Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen dem Gurtabschnitt (41 , 42) und dem Stegabschnitt (43) mittels eines Umformelementes (31 , 32) einer Umformeinrichtung (30) der Anlage (10), gekennzeichnet durch

- konzentrisches Bewegen des Umfornnelennentes (31 , 32) um das Fasermaterial derart, dass der Winkel zwischen dem Gurtabschnitt (41 , 42) und dem Stegabschnitt (43) eingestellt wird.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Abwinkein eines zweiten Gurtabschnittes (42), der dem ersten Gurtabschnitt (41 ) gegenüberliegt und zwischen denen der Stegabschnitt (43) vorgesehen ist, von dem Stegabschnitt (43) des Fasermaterials längs zur Förderrichtung unter Bildung eines vorgegebenen Winkels zwischen dem zweiten Gurtabschnitt (42) und dem Stegabschnitt (43) mittels eines zweiten Umformelementes (32) der Umformeinrichtung (30), wobei auch das zweite Umformelement (32) konzentrisch um das Fasermaterial derart bewegt wird, dass der Winkel zwischen dem zweiten Gurtabschnitt (42) und dem Stegabschnitt (43) eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Umformelement (32) relativ zu dem jeweils anderen ohne Berücksichtigung einer konzentrischen Bewegung bewegt wird, sodass durch die Relativbewegung der Umformelemente (31 , 32) zueinander die Breite des Stegabschnittes (43) eingestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlage (10) zur Herstellung der Faserpreform (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bereitgestellt wird.