DE102015007043A1 - Device for producing a fiber-reinforced component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils (12), mit einer mehrere Separierelemente (34) aufweisenden Separiereinheit (18) zum Beabstanden von Fasern (36) wenigstens eines Faserbündels (16), einer in Laufrichtung (20) der Fasern (36) hinter der Separiereinheit (18) angeordneten Zusammenführeinheit (22) zum Zusammenführen der mittels der Separiereinheit (18) beabstandeten Fasern (36) zu wenigstens einem Faserband (24), und mit einer in der Laufrichtung (20) der Fasern (36) hinter der Zusammenführeinheit (22) angeordneten Wickeleinheit (28), mittels welcher das wenigstens eine Faserband (24) auf einen Außenumfang des Bauteils (12) wickelbar ist, wobei zumindest ein Teil der Separierelemente (34) derart verstellbar ist, dass jeweilige Abstände (b) quer zur Laufrichtung (20) der Fasern (36) zwischen den Fasern (36) individuell einstellbar sind.The invention relates to a device (10) for producing a fiber - reinforced component (12), having a separating unit (18) having a plurality of separating elements (34) for spacing fibers (36) of at least one fiber bundle (16), one in the running direction (20) Fibers (36) behind the separating unit (18) arranged merger unit (22) for merging the separation means of the separating unit (18) fibers (36) to at least one sliver (24), and with a in the running direction (20) of the fibers (36 ) arranged behind the assembly unit (22) winding unit (28) by means of which the at least one sliver (24) on an outer circumference of the component (12) can be wound, wherein at least a part of the separating elements (34) is adjustable such that respective distances ( b) are individually adjustable transversely to the direction (20) of the fibers (36) between the fibers (36).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a device for producing a fiber-reinforced component specified in the preamble of claim 1. Art.
Die
Mittels der dort gezeigten Vorrichtung ist es also möglich, faserverstärkte Bauteile mit Hilfe einer Wickeltechnik, bei der ein Strang von Verstärkungsfasern auf ein Bauteil, insbesondere auf ein zu verstärkendes Bauteil, beispielsweise in Form eines Gastanks oder dergleichen, aufgewickelt wird, herzustellen. Hierbei ist es wichtig, dass die einzelnen Fasern beziehungsweise Faserbündel, die auf Spulen aufgerollt zugeführt werden, in einer bandartigen Struktur mit kontrollierbarer Dicke und Breite am Außenumfang des betreffenden Bauteils aufgebracht werden. Um diese bandartige Struktur zu erzeugen, ist es gemäß dem Stand der Technik vorgesehen, die von den Spulen abgerollten Fasern beziehungsweise Faserbündel zunächst durch eine kammartige Separiereinheit zu leiten, deren als Zinken ausgebildete Separierelemente die Fasern auf einen einstellbaren Abstand halten. Anschließend können die auf diese Weise separierten und positionierten Fasern beziehungsweise Faserbündel durch die besagte Zusammenführeinheit geleitet werden, die die Fasern beziehungsweise Faserbündel zu einem geschlossenen Faserband zusammenführt.By means of the device shown there, it is thus possible to manufacture fiber-reinforced components by means of a winding technique in which a strand of reinforcing fibers is wound onto a component, in particular onto a component to be reinforced, for example in the form of a gas tank or the like. It is important that the individual fibers or fiber bundles, which are supplied rolled up on coils, are applied in a band-like structure with controllable thickness and width on the outer circumference of the relevant component. In order to produce this ribbon-like structure, it is provided according to the prior art to first guide the fibers or fiber bundles unwound from the coils through a comb-like separating unit whose separating elements, which are in the form of tines, hold the fibers at an adjustable distance. Subsequently, the fibers or fiber bundles separated and positioned in this way can be guided through said assembly unit, which merges the fibers or fiber bundles into a closed fiber band.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Faserband zur Verfügung gestellt werden kann, mittels welchem die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit vorgegebenen Kraftübertragungsverhältnissen auf verbesserte Weise darstellbar ist.It is the object of the present invention, a device of the type mentioned in such a way that a sliver can be made available by means of which the production of fiber composite components with predetermined power transmission ratios can be displayed in an improved manner.
Um ein Faserband zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils zur Verfügung stellen zu können, mittels welchem die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit vorgegebenen Kraftübertragungsverhältnissen besser darstellbar ist, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Separierelemente derart verstellbar ist, dass jeweilige Abstände quer zur Laufrichtung der Fasern zwischen den Fasern individuell einstellbar sind. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es somit möglich, das Faserband in einer solchen Weise zu gestalten, dass es anisotrop ist, das heißt, dass über den Faserbandquerschnitt hinweg unterschiedliche Faserverteilungen vorliegen können. Beispielsweise können unterschiedliche beziehungsweise variable Dicken, unterschiedliche Faserarten und eventuell auch ein Überlappen mehrerer Fasern beziehungsweise Faserbänder dadurch erzielt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es also möglich, das aus den Fasern herzustellende Faserband hinsichtlich seiner Dicke und Breite besonders exakt einstellen zu können. Dadurch, dass zumindest ein Teil der Separierelemente der Separiereinheit derart verstellbar ist, dass jeweilige Abstände quer zur Laufrichtung der Fasern zwischen den Fasern individuell einstellbar sind, kann eine gezielte Variation der Abstände benachbarter Fasern beziehungsweise Faserstränge erzielt werden.In order to provide a sliver for producing a fiber-reinforced component, by means of which the production of fiber composite components with predetermined power transmission ratios is better represented, it is provided in the inventive device that at least a portion of the separating is adjustable so that respective distances across the Direction of the fibers between the fibers are individually adjustable. The device according to the invention thus makes it possible to design the sliver in such a way that it is anisotropic, that is, different fiber distributions can be present across the sliver cross section. For example, different or variable thicknesses, different fiber types and possibly also an overlap of multiple fibers or fiber ribbons can be achieved thereby. By means of the solution according to the invention, it is thus possible to be able to adjust the sliver produced from the fibers with particular accuracy in terms of its thickness and width. By virtue of the fact that at least some of the separating elements of the separating unit can be adjusted such that respective distances can be set individually between the fibers transversely to the running direction of the fibers, a targeted variation of the distances of adjacent fibers or fiber strands can be achieved.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Separierelemente einen zumindest im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweisen und um jeweilige quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufende Drehachsen verschwenkbar sind. Mit anderen Worten sind die Separierelemente vorzugsweise als drehbare Kammzinken ausgebildet, mittels welchen schwankende Faserbreiten auf besonders einfache Weise ausgeglichen werden können, indem die jeweiligen Abstände zwischen den einzelnen Fasern individuell durch Verschwenken der Separierelemente eingestellt werden. Es ist auch denkbar, dass die Außenkontur der Separierelemente flexibel, insbesondere elastisch sind, so dass der Querschnitt auch kreisförmig sein kann.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the separating elements have an at least substantially elliptical cross-section and are pivotable about respective axes of rotation extending transversely to the running direction of the fibers. In other words, the separating elements are preferably formed as rotatable comb teeth, by means of which fluctuating fiber widths can be compensated in a particularly simple manner by the respective distances between the individual fibers are adjusted individually by pivoting the separating elements. It is also conceivable that the outer contour of the separating elements are flexible, in particular elastic, so that the cross section can also be circular.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Separierelemente in einer quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufenden Richtung bewegbar sind. Dadurch ist es ebenfalls möglich, die Abstände zwischen den jeweiligen Fasern auf besonders einfache Weise individuell einzustellen.According to an alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least a part of the separating elements are movable in a direction transverse to the running direction of the fibers. This also makes it possible to individually adjust the distances between the respective fibers in a particularly simple manner.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Separiereinheit um eine Drehachse verschwenkbar ist, welche quer zur Laufrichtung der Fasern verläuft. Dadurch ist es nicht nur möglich, die jeweiligen Abstände zwischen den Fasern individuell einzustellen, sondern es wird auch noch ermöglicht, die eigentliche Breite des gesamten aus den Fasern hergestellten Faserbandes auf besonders einfache Weise zu variieren.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the separating unit is pivotable about an axis of rotation, which extends transversely to the direction of the fibers. As a result, it is not only possible to set the respective distances between the fibers individually, but it is also possible to vary the actual width of the entire fiber sliver produced from the fibers in a particularly simple manner.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zusammenführeinheit zwei um jeweilige quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufende Drehachsen verschwenkbare, zumindest im Wesentlichen einen elliptischen Querschnitt aufweisende Verstellelemente aufweist, mittels welchen die Position des Faserbands quer zur Laufrichtung der Fasern und/oder die Breite des Faserbands quer zur Laufrichtung der Fasern einstellbar ist. Zum einen ist es dadurch auf besonders einfache Weise möglich, ein sogenanntes Offset herzustellen, also eine Positionierung des Faserbandes zu variieren. Zum anderen ist es darüber hinaus ebenfalls möglich, die eigentliche Breite beziehungsweise Dicke des Faserbands quer zur Laufrichtung der Fasern bedarfsgemäß einzustellen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the assembly unit two pivotable about respective transverse to the running direction of the fibers axes of rotation, Having at least substantially an elliptical cross-section adjusting elements, by means of which the position of the sliver is adjustable transversely to the direction of the fibers and / or the width of the sliver transversely to the direction of the fibers. On the one hand, this makes it possible in a particularly simple way to produce a so-called offset, ie to vary a positioning of the sliver. On the other hand, it is also possible to adjust the actual width or thickness of the sliver transversely to the direction of the fibers as needed.
Gemäß einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zusammenführeinheit zwei jeweils quer zur Laufrichtung der Fasern bewegbare Verstellelemente aufweist, mittels welchen die Position des Faserbands quer zur Laufrichtung und/oder die Breite des Faserbands quer zur Laufrichtung einstellbar ist. Mit anderen Worten ist es also möglich, die Verstellelemente quer zur Laufrichtung der Fasern derart zu bewegen, dass die Verstellelemente aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden, infolgedessen die Breite des Faserbands, welches zwischen den Verstellelementen hindurchgeführt wird, quer zur Laufrichtung der Fasern variiert werden kann, sodass auf besonders einfache Weise entweder die Breite oder die Dicke des Faserbandes bedarfsgerecht eingestellt werden kann.According to a further alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that the assembly unit has two adjusting elements which are movable transversely to the direction of movement of the fibers, by means of which the position of the fiber band can be adjusted transversely to the running direction and / or the width of the fiber band transversely to the running direction. In other words, it is thus possible to move the adjusting elements transversely to the running direction of the fibers in such a way that the adjusting elements are moved toward or away from one another, as a result of which the width of the fiber band which is guided between the adjusting elements is varied transversely to the running direction of the fibers can, so that in a particularly simple manner, either the width or the thickness of the sliver can be adjusted as needed.
Gemäß einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zusammenführeinheit ein zumindest im Wesentlichen ringförmiges Verstellelement aufweist, welches quer zur Laufrichtung der Fasern bewegbar und um eine quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufende Drehachse verschwenkbar ist. Durch das im Wesentlichen ringförmige Verstellelement wird mit anderen Worten eine Art Fadenauge zur Positionierung und zur Einstellung der Dicke beziehungsweise Breite des Faserbandes ermöglicht, welches durch die Öffnung des ringförmigen Verstellelements hindurchgeführt wird. Dadurch, dass das im Wesentlichen ringförmige Verstellelement quer zur Laufrichtung der Fasern bewegbar und um eine quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufende Drehachse verschwenkbar ist, kann also sowohl eine Positionierung des Faserbandes als auch eine Dicke beziehungsweise Breite des Faserbandes auf ganz einfache Weise variiert werden.According to a further alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that the assembly unit has an at least substantially annular adjusting element which is movable transversely to the running direction of the fibers and pivotable about an axis of rotation extending transversely to the running direction of the fibers. In other words, a kind of thread eye for positioning and adjusting the thickness or width of the sliver, which is passed through the opening of the annular adjusting element, is made possible by the substantially annular adjusting element. Because the substantially annular adjusting element is movable transversely to the running direction of the fibers and can be pivoted about a rotational axis running transversely to the running direction of the fibers, both a positioning of the sliver and a thickness or width of the sliver can be varied in a very simple manner.
Eine weitere alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zusammenführeinheit ein bogenförmiges, um eine quer zur Laufrichtung der Fasern verlaufende Drehachse verschwenkbares Verstellelement aufweist. Vorzugsweise weist die Zusammenführeinheit in diesem Zusammenhang ein in Laufrichtung der Fasern vor dem bogenförmigen Verstellelement angeordnetes Führungselement auf, welches in einer Richtung, welche sowohl quer zur Laufrichtung der Fasern als auch quer zur Drehachse verläuft, bewegbar ist. Durch diese vorteilhafte Ausführungsform der Zusammenführeinheit ist es ebenfalls möglich, auf besonders einfache Weise eine Bandbreite des Faserbands oder mehrerer Faserbänder bedarfsgerecht einzustellen.A further alternative advantageous embodiment of the invention provides that the assembly unit has an arcuate adjusting element, which can be pivoted about a rotational axis extending transversely to the running direction of the fibers. In this context, preferably, the assembly unit has a guide element arranged in front of the arcuate adjustment element in the direction of travel of the fibers, which is movable in a direction which extends both transversely to the direction of movement of the fibers and transversely to the axis of rotation. By means of this advantageous embodiment of the assembly unit, it is likewise possible to set a bandwidth of the sliver or a plurality of slivers in a particularly simple manner as required.
Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine mit einer Messeinheit gekoppelte Regeleinheit aufweist, mittels welcher in Abhängigkeit von mittels der Messeinheit bezüglich des Faserbands bereitgestellten Messdaten die Zusammenführeinheit steuerbar ist. Als die Messeinheit kann beispielsweise ein Bildverarbeitungssystem, ein Ultraschallsystem, ein laseroptisches System oder dergleichen verwendet werden, mittels welchem die wunschgemäße Anordnung des zumindest einen Faserbandes oder mehrerer Faserbänder überwacht und in Abhängigkeit davon die Zusammenführeinheit derart angesteuert werden kann, dass die wunschgemäße Anordnung des zumindest einen Faserbandes oder mehrerer Faserbänder erzielt werden kann, welches auf das Bauteil aufgewickelt wird. Alternativ ist im Sinne eines apparativ geringen Aufwandes auch eine manuelle feste Einstellung denkbar, die ein einziges Mal vorgenommen wird. Anstelle der Wicklung ist auch die Verwendung von Prepregs oder Thermoplast-Tapes usw. denkbar. Grundsätzlich müssen die Fasern zur Ausführung der Erfindung nicht zwingend bereits imprägniert sein. Dies kann auch mit Hilfe von trockenen Fasern vor der Imprägnierung erreicht werden.Finally, according to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the device has a control unit coupled to a measuring unit, by means of which the merging unit can be controlled in dependence on measurement data provided with respect to the fiber band by means of the measuring unit. As the measuring unit, for example, an image processing system, an ultrasound system, a laser optical system or the like can be used by means of which the desired arrangement of the at least one sliver or more slivers monitored and depending on the assembly unit can be controlled such that the desired arrangement of at least one Sliver or more slivers can be achieved, which is wound on the component. Alternatively, a manual fixed setting is conceivable in terms of a low expenditure on equipment, which is performed once. Instead of the winding and the use of prepregs or thermoplastic tapes, etc. is conceivable. In principle, the fibers for carrying out the invention need not necessarily already be impregnated. This can also be achieved with the help of dry fibers before impregnation.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Eine insgesamt mit
Die Vorrichtung
In
In
Des Weiteren ist die gesamte Separiereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5698066 A [0002] US 5698066 A [0002]
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