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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Bauteil, insbesondere mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings bzw. Preforms für ein sphärisch geformtes Bauteil ist beispielsweise in der Patentanmeldung
DE 10 2006 021 110 A1 der Anmelderin gezeigt. Trockene, d. h. harzfreie, Kohlenstofffasergebilde werden im aufgerollten Zustand auf jeweils zwei Rollen gelagert. Zum Ablegen der Fasergebilde auf einem Formgebungskörper werden die aufgerollten Fasergebilde einzeln über dem Formgebungskörper positioniert und abgesenkt, wobei sie beim Absenken durch entgegengesetzte Bewegungen der Rollen in horizontaler Richtungen entrollt werden. Nach dem Ablegen eines Fasergebildes wird der Formgebungskörper um seine Vertikalachse um einen bestimmten Winkel gedreht und ein weiteres Fasergebilde wird auf dem Formgebungskörper bzw. dem vorhergehenden Fasergebilde abgelegt. Dieses Verfahren wird solange wiederholt, bis der Vorformling eine bestimmte Anzahl von Fasergebilden und somit eine bestimmte Anzahl von Lagen aufweist. Anschließend wird der Vorformling einer Harzinfiltration und einem Autoklavprozess zur Aushärtung zugeführt.
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Aufgrund der automatisierten Ablegung der Fasergebilde entfallen bei diesem Verfahren aufwendige manuelle Drapiervorgänge der Fasergebilde an dem Formgebungskörper. Jedoch ist die Bereitstellung der Fasergebilde auf jeweils zwei Rollen verhältnismäßig aufwendig, da die Fasergebilde mit einer konstanten Spannung auf- und entrollt werden müssen, um Knicke, Falten und dergleichen in den Fasergebilden zu verhindern, deren Beseitigung manuelle Korrekturmaßnahmen erforderlich machen würde. Die Bildung von Knicken, Falten und drgl. lässt sich beim Aufrollen unter anderem dadurch reduzieren, dass die Fasergebilde über ihren gesamten Querschnitt eine konstante Länge haben, da dann die Fasergebilde mit einer stufenfreien Vorder- und Hinterkante auf den Rollen abgelegt werden können. In Abhängigkeit von der Querschnittsform des zu fertigenden Bauteils weisen die Fasergebilde zur Minimierung des Materialverschnitts jedoch häufig Abschnitte mit unterschiedlichen Längen auf. Beispielsweise haben Fasergebilden für einen runden Bauteilquerschnitt häufig Seitenabschnitte, die gegenüber einem mittleren Abschnitt verkürzt sind, so dass eine stufenförmige Vorder- und Hinterkante gebildet wird. Zur Angleichung der Abschnittslängen werden dann die Seitenabschnitte durch angebundene Textilstücke, beispielsweise Glasfasermatten, auf die Länge des mittleren Abschnitts verlängert, die dann nach dem Ablegen auf dem Formgebungskörper wieder entfernt werden. Die Anbindung der Textilstücke ist jedoch insbesondere sehr zeitintensiv. Zudem sind die Rollen sehr schwer und erfordern somit zum Antrieb und zur Handhabung entsprechend leistungsstarke Antriebe und massive Lagerungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Bauteil, insbesondere mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine vereinfachte Handhabung des zumindest einen Fasergebildes zeigt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Bauteil, insbesondere mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche, wird zuerst zumindest ein trockenes Fasergebilde bereitgestellt. Zudem wird ein Formgebungskörper zur Ablage des Fasergebildes bereitgestellt. Das zumindest eine Fasergebilde wird in einen Spannrahmen mit einer definierten Spannkraft eingespannt und zum Formgebungskörper positioniert. Danach wird das Fasergebilde auf dem Formgebungskörper abgelegt und an dem Formgebungskörper fixiert. Nach der Fixierung werden solange weitere Fasergebilde auf dem jeweils vorher abgelegten Fasergebilde positioniert bis sämtliche Fasergebilde auf dem Formgebungskörper abgelegt sind, wobei vor dem Ablegen eines der Fasergebilde der mit dem abgelegten Fasergebilde bestückte Formgebungskörper relativ zum Spannrahmen verdreht wird.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Fasergebilde zur Bereitstellung und Positionierung nicht mehr auf- und entrollt werden müssen und somit eine Falten-, Knickeinbringung und/oder Ondulation bei deren Bereitstellung verhindert wird. Der Spannrahmen erlaubt die Aufnahme von Fasergebilden mit unterschiedlich langen Abschnitten bzw. stufenförmigen Außenkanten, da Längenunterschiede ausgeglichen werden können. Eine Verlängerung der verkürzten Fasergebildeabschnitte zur Bildung stufenfreier Außenkanten ist nicht notwendig. Zudem definiert der Spannrahmen eine Spannebene zum aufspannen der Fasergebildes, so dass eine Torsion bzw. Verdrehung der Fasergebilde verhindert wird. Des Weiteren ist beim Ablegen der Fasergebilde auf dem Formgebungskörper lediglich eine Bewegung in Richtung des Formgebungskörpers, nicht jedoch in Querrichtung zum Entrollen der Fasergebilde notwendig, wodurch der Ablegevorgang steuertechnisch gegenüber dem bekannten Verfahren vereinfacht und störunanfällig ist, was zu einer hohen Prozesssicherheit führt. Die Fasergebilde sind gleichmäßig in hoher Reproduzierbarkeit auf dem Formgebungskörper bzw. aufeinander ablegbar, so dass die Produktqualität der Vorformlinge steigt. Ferner wird durch die Spannrahmen der Transport verbessert, da die Fasergebilde in dem Spannrahmen unter Spannung gehalten werden und somit bspw. Transporterschütterungen kompensiert und nicht in die Fasern eingeleitet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Fasergebilde über eine Klemmeinrichtung mit einer jeweiligen der Spannkraft des Spannrahmens entsprechender Klemmkraft an dem Formgebungskörper fixiert. Hierdurch wird verhindert, dass beim Fixieren des jeweiligen Fasergebildes Spannungen und Verschiebungen der einzelnen Fasern in die Fasergebilde eingebracht werden, was ein zeitaufwendiges und manuelles Drapieren der Fasergebilde erfordern würde. Die Klemmkraft kann jedoch auch individuell variieren, so dass Faserverschiebungen und sonstige Materialunebenheiten durch gezielte Klemmkrafteinstellung entfernt werden können.
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Vorzugsweise wird die Klemmeinrichtung zur Klemmung sämtlicher Fasergebilde verwendet, wobei sie zur Klemmung des jeweils folgenden Fasergebildes geöffnet und nach Ablage des folgenden Fasergebildes zur gemeinsamen Klemmung der Fasergebilde geschlossen wird. Hierdurch werden die zuvor abgelegte Fasergebilde durch die folgenden Fasergebilde auf bzw. an dem Formgebungskörper kompaktiert und somit eine Bildung von Hohlräumen zwischen benachbarten Fasergebilden verhindert.
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Um vorbereitende Maßnahmen für eine Harzinfiltration gering zu halten, kann vor dem Ablegen des zumindest einen Fasergebildes eine Vakuumfolie auf dem Formgebungswerkzeug abgelegt werden, die als Vakuumfolie bei der Harzinfiltration des Vorformlings wirkt.
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Die vorbereitenden Maßnahmen der Harzinfiltration können weiter reduziert werden, wenn zumindest ein Vakuumanschlussstutzen- und zumindest ein Harzanschlussstutzen auf dem Formgebungskörper in die Vakuumfolie integriert werden.
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Aus fertigungstechnischer und ergonomischer Sicht ist es vorteilhaft, wenn das jeweilige Fasergebilde auf den Formgebungskörper abgesenkt wird und ebenso der Vorformling durch eine Absenkbewegung in einer Gegenform des Formgebungskörpers positioniert wird. Dies wird bei einem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass der mit dem Vorformling bestückte Formgebungskörper um eine Horizontalachse verschwenkt und dann in der Gegenform durch eine Absenkbewegung abgelegt wird. Anschließend wird durch Lösen des Vorformlings von dem Formgebungskörper dieser an die Gegenform übergeben.
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Um eine Beschädigung bzw. Verschmutzung des Vorformlings beim Transport bzw. bei einer Lagerung zu verhindern, sieht ein Ausführungsbeispiel vor, den Vorformling fixiert auf dem Formgebungskörper zu belassen und mit einem Transportschutz zu versehen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Bauteil, insbesondere mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche, hat einen Formgebungskörper mit einer Werkzeugfläche zur Aufnahme zumindest eines trockenen Fasergebildes, einen Spannrahmen zum Ablegen des Fasergebildes auf der Werkzeugfläche und eine Klemmeinrichtung zum Fixieren des zumindest einen Fasergebildes an dem Formgebungskörper.
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Um die Spannkraft zum Spannen des zumindest einen Fasergebildes im Spannrahmen präzise einstellen und nachjustieren zu können, kann dieser kraft-/weggesteuerte Spannzangen aufweisen. Insbesondere lassen sich hierdurch eventuelle Längenunterschiede einzelner Fasergebildeabschnitte präzise ausgleichen und somit das Fasergebilde über seinen gesamten Querschnitt mit einer vorgegebenen, bevorzugterweise konstanten, Spannkraft einspannen.
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Ein Verzug des abgelegten Fasergebildes beim Fixieren an dem Formgebungskörper lässt sich beispielsweise dadurch verhindern, dass die Klemmeinrichtung eine Vielzahl von Klemmzangen aufweist, die in Umfangsichtung betrachtet gleichmäßig an dem Fasergebilde angreifen. Alternativ kann die Klemmeinrichtung auch einen in Umfangsrichtung geschlossenen und verfahrbaren Klemmring aufweisen.
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Zur Vermeidung einer Beschädigung des Vorformlings beim Klemmen ist es vorteilhaft, wenn der Formgebungskörper einen von der Werkzeugfläche abgewandten Körperabschnitt zum Angreifen der Klemmzangen aufweist. Zudem kann das zumindest eine Fasergebilde hierdurch um eine die Werkzeugfläche begrenzende Körperkante gezogen und dadurch geglättet werden.
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Um die Vakuumfolie lagegesichert auf dem Formgebungskörper ablegen zu können, ist bei einem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Saugöffnungen in der Werkzeugfläche zum Anschluss an eine Vakuumeinrichtung vorgesehen. Hierdurch kann ein Zwischenraum zwischen der Werkzeugfläche und der Vakuumfolie evakuiert und somit die Vakuumfolie sicher und faltenfrei an der Werkzeugfläche fixiert werden. Zusätzlich können Aussparungen zur Aufnahme zumindest jeweils eines Harz- und Vakuumanschlussstutzens im Bereich der Werkzeugfläche am Formgebungskörper ausgebildet sein.
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Um ein Ablegen einer Vielzahl von Fasergebilden in unterschiedlichen Orientierungen zu ermöglichen, weist ein Ausführungsbeispiel eine Dreheinrichtung zur Durchführung einer Relativverdrehung des Formgebungskörpers zum Spannrahmen auf. Selbstverständlich können jedoch auch die Spannrahmen der Fasergebilde anstelle des Formgebungskörpers drehbar gelagert sein.
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Das fertigungstechnisch und ergonomisch günstige Absenken des Formgebungskörpers zur Übergabe des zumindest einen Fasergebildes an den Formgebungskörper lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Vorrichtung eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken des Formgebungskörpers um eine Horizontalachse aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich unter anderem insbesondere für eine örtliche und zeitliche Trennung der einzelnen Verfahrensschritte wie Herstellung und Bereitstellung des Fasergebildes bzw. der Fasergebilde, Herstellung des Vorformlings sowie Harzfiltration und Aushärtung des Vorformlings. Zudem sind große und teure Fertigungsmittel wie die Gegenform des Formgebungskörpers erst dann mit einem Vorformling zu bestücken, wenn dieses auch einer Harzfiltration unterzogen werden soll. Des Weiteren kann die Durchlaufzeit zur Herstellung des Vorformlings bzw. des ausgehärteten Bauteils verkürzt werden, da zum Beispiel die Fasergebilde vorbereitet und hintereinander auf dem Formgebungskörper abgelegt werden können.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils,
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2 einen Querschnitt eines trockenen textilen Vorformling für das Bauteil aus 1,
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3 eine Draufsicht auf ein Fasergebilde des Vorformlings aus 2,
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4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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5 eine Seitenansicht eines in 4 gezeigten Formgebungskörpers,
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6, 7, 8 und 9 Verfahrensschritte zur Herstellung des Vorformlings,
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10 den zwischengelagerten und transportgesicherten Vorformling,
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11 eine Schwenkeinrichtung und einen Verfahrensschritt zur Übergabe des Vorformlings an eine Gegenform des Formgebungskörpers,
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12 eine Harzinfiltration des Vorformlings, und
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13 einen Autoklavprozess.
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In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein Element bzw. einige der Elemente mit der jeweiligen Bezugsziffer versehen ist bzw. versehen sind.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche 2, das über sich in radialer Richtung erstreckende Verstärkungselemente 4a, 4b versteift ist. Das Bauteil 1 ist beispielsweise eine faserverbundbasierte Druckkalotte eines Verkehrsflugzeuges und wird aus einem in 2 im Querschnitt gezeigten entsprechend dem Bauteil 1 sphärisch geformten trockenen, d. h. harzfreien, textilen Vorformling 6 durch Harzinfiltration und einen Autoklavprozess gefertigt.
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Gemäß 2 weist der Vorformling 6 eine Vielzahl von lagenartig übereinander angeordneten Fasergebilden bzw. Faserteppichen 8 auf, von denen der Übersicht halber nur ein Faserteppich 8 beziffert ist. Dabei definiert ein gemäß der Darstellung außenliegendes oberes Fasergebilde 8 die Oberfläche 2 und ein gemäß der Darstellung außenliegendes unteres Fasergebilde 8 eine zur Oberfläche 2 entgegengesetzte Unterfläche 9. Die Fasergebilde 8 sind vorzugsweise als Fasergelege ausgebildet, können jedoch auch Fasergewebe, Fasergewirke, etc. sein. Sie sind gemäß 3 aus jeweils drei bandartigen Faserhalbzeugen 10a, 10b, 10c gebildet, die jeweils aus einer Vielzahl von trockenen Kohlenstofffasern bestehen und im Bereich ihrer sich überlappenden Längsseiten durch eine Längsnaht 12a, 12b miteinander verbunden sind.
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4 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 14 zur Herstellung und Bereitstellung des Vorformlings 6 für das Bauteil 1. Die Vorrichtung 14 hat einen Formgebungskörper 16 zur Aufnahme der Fasergebilde 8, Spannrahmen 18 zum Einspannen und Ablegen der Fasergebilde 8 auf dem Formgebungskörper 16 und eine Positioniereinrichtung 20 zur Positionierung der Spannrahmen 18 zum Formgebungskörper 16.
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Der Formgebungskörper 16 ist als ein Positivwerkzeug ausgebildet und hat gemäß 5 einen pilzartigen Körper mit einem Kopfabschnitt 22 zur Aufnahme der Fasergebilde 8 sowie einen zylinderförmigen Fußabschnitt 24, über den es sich auf einem Förderwagen 26 abstützt.
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Der Kopfabschnitt 22 hat eine entsprechend zur Unterfläche 9 des Bauteils 1 sphärisch geformte Werkzeugfläche 28, in der ein Bohrungsmuster mit einer Vielzahl von Saugöffnungen 30a, 30b eingebracht ist (s. 4). Die Saugöffnungen 30a, 30b dienen zum Absaugen einer auf der Werkzeugfläche 28 ausgebildeten Luftschicht und stehen mit einer nicht gezeigten Vakuumeinrichtung in Wirkverbindung. Zusätzlich zu den Saugöffnungen 30a, 30b ist in der Werkzeugfläche 28 jeweils eine nicht gezeigte Aussparung zur Aufnahme eines in den 12 und 13 gezeigten Harzanschlussstutzens 32 und Vakuumanschlussstutzens 34 ausgebildet.
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An einer von der Werkzeugfläche 28 abgewandten Ringfläche des Kopfabschnittes 22 ist ein Radialbund 36 zur Aufnahme einer Vielzahl von beispielsweise in 9 gezeigten Klemmzangen 38a bis 38f einer nicht näher dargestellten Klemmeinrichtung der Vorrichtung 14 zur Fixierung der Fasergebilde 8 an dem Formgebungskörper 16 vorgesehen.
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Der Förderwagen 26 weist eine Vielzahl von Rädern 40a, 40b zur Positionierung des Formgebungskörpers 16 in der Vorrichtung 14 auf.
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Die Spannrahmen 18 haben gemäß 4 jeweils ein in etwa quadratisches Gestell 42 und eine Vielzahl von jeweils paarweise diametral angeordneten Spannzangen 44a, 44b zur Einspannung jeweils eines Fasergebildes 8. Das Gestell 42 definiert eine in der Zeichenebene liegende Spannebene zur Aufnahme der Fasergebilde 8, wobei zur Vermeidung einer Verdrehung der Fasergebilde 8 im eingespannten Zustand die Spannzangen 44a, 44b in der Spannebene liegen. Die Spannzangen 44a, 44b sind über jeweils eine kraft-/weggesteuerte Federlagerung 46 an dem Gestell 42 angebunden und greifen am Randbereich 48 der Fasergebilde 8 an, wobei zur Vermeidung einer Belastung der Längsnähte 12a, 12b die Spannzangen 44a, 44b in den Randbereichen 48 von Schmalseiten 50a, 50b der Faserhalbzeuge 10a, 10b, 10c angreifen und somit die Faserhalbzeuge 10a, 10b, 10c bzw. das Fasergebilde 8 entlang seiner Längsachse eingespannt ist. Aufgrund der Federlagerung 46 können die Faserhalbzeuge 10a, 10b, 10c wie abgebildet mit unterschiedlichen Längen ausgebildet sein, da der Längenunterschied von den Federlagerungen 46 kompensiert wird und sich dies nicht nachteilig auf eine definierte und konstante Spannkraft auswirkt. Insbesondere sind die Spannzangen 44a, 44b derart individuell über die Federlagerungen 46 ansteuerbar, dass die Faserhalbzeuge 10a, 10b, 10c lokal mit unterschiedlichen Spannkräften beaufschlagt werden können, so dass die Faserhalbzeuge 10a, 10b, 10c in dem Spannrahmen 18 gerichtet und Bauteil- sowie Montagetoleranzen ausgeglichen werden können.
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Zur Positionierung der Spannrahmen 18 in der Vorrichtung 14 weisen sie zumindest in zwei Eckbereichen jeweils ein nicht näher beschriebenes mechanisches Positioniermittel 52a, 52b auf.
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Die Positioniereinrichtung 20 weist zwei Schienen 54a, 54b auf, entlang denen der Förderwagen 26 und somit der Formgebungskörper 16 verfahrbar ist. Zur Aufnahme des Spannrahmens 18 hat die Positioniereinrichtung 20 zwei Vertikalstützen 56a, 56b, die jeweils eine in Vertikalrichtung z verfahrbare Konsole 58 mit einem nicht näher beschriebenen Zentriermittel 60 zur Aufnahme der Positioniermittel 52a, 52b des Spannrahmens 18 aufweisen. Beispielsweise sind die Positioniermittel 52a, 52b Zapfen und die Zentriermittel 60 Bohrungen zur Aufnahme der Zapfen.
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Des Weiteren hat die Vorrichtung 14 eine nicht gezeigte Dreheinrichtung zur Drehung des Formgebungskörpers 16 um seine sich in Vertikalrichtung erstreckende Hochachse.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert:
Die Fasergebilde 8 werden aus den Faserhalbzeugen 10a, 10b, 10c in einer entsprechenden Anzahl durch Bildung der Längsnähte 12a, 12b hergestellt und jeweils wie in 4 gezeigt in einen Spannrahmen 18 in Längsrichtung aufgespannt. Für den momentanen Vorformlingaufbau nicht benötigte Fasergebilde 8 werden jeweils im Spannrahmen 18 aufgespannt, eingepackt und zwischengelagert. Danach. wird ein mit einem Fasergebilde 8 bestückter Spannrahmen 18 in der Vorrichtung 14 an den Konsolen 58 der Vertikalstützen 56a, 56b angeordnet. Der Formgebungskörper 16 wird auf einem Förderwagen 26 abgestellt und in der Vorrichtung 14 in einer Soll-Position zum Spannrahmen 18 angeordnet.
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Anschließend wird wie in 6 gezeigt auf der Werkzeugfläche 28 des Formgebungskörpers 16 eine Vakuumfolie 62 für eine in 12 gezeigte Harzinfiltration des Vorformlings 6 abgelegt und über eine Absaugung der sich zwischen der Werkzeugfläche 28 und der Vakuumfolie 62 befindenden Luftschicht mittels der nicht gezeigten Vakuumeinrichtung in einer falten- und knickfreien Position an der Werkzeugfläche 28 fixiert. Anschließend werden der in den 12 und 13 gezeigte zumindest eine Harzanschlussstutzen 32 und der zumindest eine Vakuumanschlussstutzen 34 in die Vakuumfolie 62 integriert.
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Dann wird gemäß 7 der Spannrahmen 18 in Richtung des Formgebungskörpers 16 in Vertikalrichtung gemäß dem Pfeil abgesenkt und das Fasergebilde 8 auf der Vakuumfolie 62 abgelegt. Anschließend wird der Randbereich 48 des Fasergebildes 8 um den Kopfabschnitt 22 des Formgebungskörpers 16 geführt und wie in den 8 und 9 gezeigt an dem Radialbund 36 mittels der Klemmzangen 38a bis 38f der Klemmeinrichtung fixiert, wobei jeweils eine der Spannkraft des Spannrahmens 18 entsprechende Klemmkraft eingestellt wird. Zur gleichmäßigen Belastung des Fasergebildes 8 sind die Klemmzangen 38a bis 38f gleichmäßig über den Umfang des Faserteppichs 6 verteilt.
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Nach der Klemmung des abgelegten Fasergeleges 6 wird der freie Spannrahmen 18 entfernt, der Formungskörper 16 um seine Vertikalachse in einen bestimmten Winkel gedreht, und in der Vorrichtung 14 ein nächster Spannrahmen 18 zum Ablegen eines weiteren Fasergebildes 8 an den Konsolen 58 der Vertikalstützen 56a, 56b positioniert. Das Fasergebilde 8 wird wieder über ein Absenken des Spannrahmens 18 auf dem vorhergehenden Fasergebilde 8 abgelegt und über die Klemmzangen 38a bis 38f an dem Formgebungskörper 16 fixiert. Die Klemmung der Fasergebilde 8 erfolgt einheitlich über die Klemmzangen 38a bis 38f, die entsprechend zur Fixierung des gerade abgelegten Fasergebildes 8 geöffnet und geschlossen werden. Die Verfahrensschritte Anordnen des Spannrahmen 18 in der Vorrichtung 14, Absenken des Spannrahmen 18, Ablegen des Fasergebildes 8, Öffnen der Klemmeinrichtung und Fixieren des Fasergebilde 8 an dem Formgebungskörper 16 wiederholen sich solange, bis der Vorformling 6 die geforderte Anzahl von Materiallagen bzw. Fasergebilden 8 aufweist.
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Nach dem Ablegen des letzten Fasergebildes 8 wird wie in 10 gezeigt zur Vermeidung einer Beschädigung des Vorformlings 6 bei einer Lagerung bzw. beim Transport der Vorformling 6 über die Klemmzangen 38a bis 38f am Formgebungskörper 16 im geklemmten Zustand mit einer Schutzhaube 64 versehen. Nach der Anordnung der Schutzhaube 64 wird der mit dem geklemmten Vorformling 6 bestückte Formgebungskörper 16 dem Förderwagen 26 entnommen und zwischengelagert, bis er zur Übergabe des Vorformlings 6 an eine in 11 skizzierte Gegenform 66 zur Vorbereitung der Harzinfiltration in einer Schwenkeinrichtung 68 angeordnet wird.
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Die Gegenform 66 ist als eine Negativform ausgebildet und hat eine entsprechend der Oberfläche 2 des Bauteils 1 sphärisch gekrümmte Werkzeugoberfläche 70.
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Zur Übergabe des Vorformlings 6 an die Gegenform 66 wird die Schutzhaube 64 entfernt und der Formgebungskörpers 16 wird mittels der nicht näher beschriebenen und in 11 angedeuteten Schwenkeinrichtung 68, beispielsweise ein Wendegeschirr, um seine Horizontalachse aus seiner aufrechten Position A in eine umgedrehte Position B überführt, in der der Kopfabschnitt 22 und somit der Vorformling 6 unterhalb des Fußabschnittes 24 positioniert ist. Die Fixierung des Vorformlings 6 an dem Formgebungskörper 16 gegen ein Herunterfallen erfolgt ausschließlich über die Klemmeinrichtung bzw. die Klemmzangen 38a bis 38f.
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Der Formgebungskörper 16 wird in Richtung der Gegenform 66 in Pfeilrichtung abgesenkt und der Vorformling 6 wird auf die Werkzeugoberfläche 70 abgelegt. Nach dem Ablegen des Vorformlings 6 auf der Werkzeugoberfläche 70 wird die Klemmeinrichtung gelöst und der Vorformling 6 wird an die Gegenform 66 übergeben.
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Dann wird wie in 12 gezeigt, die mit dem Vorformling 6 bestückte Gegenform 66 im Bereich einer Harzinfiltrationseinrichtung 72 zur Harzinfiltration, beispielsweise mit einem Epoxidharz, angeordnet. Aufgrund der Verschwenkung des Vorformlings 6 um seine Horizontalachse ist nun die Vakuumfolie 62 oberhalb der Fasergebilde 8 angeordnet, wodurch diese quasi schon vakuumdicht eingepackt sind. Der bereits in die Vakuumfolie 62 integrierte zumindest eine Harzanschlussstutzen 32 bzw. Vakuumanschlussstutzen 34 wird mit einer Harzleitung 74 bzw. mit einer Vakuumleitung 76 verbunden. Die Harzinfiltrationseinrichtung 72 wird entsprechend angesteuert und die Harzinfiltration des Vorformlings 6 wird durchgeführt.
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Nach der Harzinfiltration wird wie in 13 gezeigt zur Aushärtung des mit dem Harz getränkten Vorformlings 6 die Gegenform 66 zur Durchführung eines Aushärtprozesses bzw. Autoklavprozesses in einem Autoklaven 78 positioniert. In dem Autoklaven 78 härtet der Vorformling 6 unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung zu dem in 1 gezeigten kohlenstofffaserverstärkten kunststoffbasierten Verbundbauteil 1 aus. Nach erfolgter Aushärtung des Bauteils 1 wird dieses entformt und einer Endbearbeitung insbesondere zur Bearbeitung des Bauteils 1 auf seine Soll-Maße zugeführt.
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Die Versteifungselemente 4a, 4b bestehen vorzugsweise aus mit einem Harz vorimprägnierten kohlenstofffaserverstärkten Materialstreifen wie Preprag und werden vorzugsweise zwischen den Fasergebilden 8 positioniert.
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Offenbart ist ein Verfahren zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Faserverbundbauteils, bei dem harzfreie textile Materiallagen zur Herstellung des Vorformlings in jeweils einen Spannrahmen eingespannt und im gestreckten Zustand auf einem Formgebungskörper durch eine lineare Relativbewegung zwischen dem Spannrahmen und dem Formgebungskörper abgelegt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens mit einem Spannrahmen zum Einspannen der Materiallagen und mit einer Klemmeinrichtung zum Fixieren der abgelegten Materiallagen auf einem Formgebungskörper.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteils
- 2
- Oberfläche
- 4a, b
- Verstärkungselement
- 6
- Vorformling
- 8
- Fasergebilde
- 9
- Unterfläche
- 10a, b, c
- Faserhalbzeug
- 12a, b
- Längsnaht
- 14
- Vorrichtung
- 16
- Formgebungskörper
- 18
- Spannrahmen
- 20
- Positioniereinrichtung
- 22
- Kopfabschnitt
- 24
- Fußabschnitt
- 26
- Förderwagen
- 28
- Werkzeugfläche
- 30a, b
- Saugöffnung
- 32
- Harzanschlussstutzen
- 34
- Vakuumanschlussstutzen
- 36
- Radialbund
- 38a, b, c, d, e, f
- Klemmzange
- 40a, b
- Räder
- 42
- Gestell
- 44a, b
- Spannzange
- 46
- Federlagerung
- 48
- Randbereich
- 50a, b
- Schmalseiten
- 52a, b
- Positioniermittel
- 54a, b
- Schiene
- 56a, b
- Vertikalstützen
- 58
- Konsole
- 60
- Zentriermittel
- 62
- Vakuumfolie
- 64
- Schutzhaube
- 66
- Gegenform
- 68
- Schwenkeinrichtung
- 70
- Werkzeugoberfläche
- 72
- Harzinfiltrationseinrichtung
- 74
- Harzleitung
- 76
- Vakuumanleitung
- 78
- Autoklav
- A
- aufrechte Position
- B
- umgedrehte Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006021110 A1 [0002]