PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69410075T2 17.12.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0669291
Titel Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit faserverstärkter Glas- oder Glaskeramikmatrix
Anmelder Aérospatiale Société Nationale Industrielle, Paris, FR
Erfinder Darrieux, Jean-Louis, F-33160 Saint Medard en Jalles, FR;
Larnac, Guy, F-33160 Saint Medard en Jalles, FR
Vertreter Sparing . Röhl . Henseler, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69410075
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 19.12.1994
EP-Aktenzeichen 944500081
EP-Offenlegungsdatum 30.08.1995
EP date of grant 06.05.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.12.1998
IPC-Hauptklasse C03C 14/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit faserverstärkter Glas- oder Glaskeramikmatrix und insbesondere von Verbundwerkstoffen, die durch Wickeln von vorimprägnierten Fasern und durch Erstarrung mittels thermischer Behandlung erhalten werden.

Solche Werkstoffe, die beispielsweise aus Siliciumcarbid oder aus Carbidkohle hergestellt werden, sind vor allem für Anwendungen im Gebiet der Luft- und Raumfahrt bestimmt, die eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine hohe Beständigkeit in bezug auf mechanische Beanspruchungen erfordern.

Dieser Typ von Verbundwerkstoffen kann mit zwei bekannten Techniken erhalten werden.

Gemäß einer ersten Technik werden diese Verbundwerkstoffe durch Kaltwickeln von vorimprägnierten Fasern auf einen geeigneten Dorn verwirklicht, wobei der bewickelte Dorn anschließend in einen Ofen gebracht wird, um die Glas- oder Glaskeramikmatrix zu erweichen, woraufhin der Werkstoff bei der Abkühlung des Ofens erstarrt.

Diese Technik ergibt wegen der Kaltwicklung keine optimale Verdichtung und keine optimale Homogenität des Verbundwerkstoffs.

Gemäß einer zweiten Technik, die in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0.557.140, eingereicht im Namen der Anmelderin, beschrieben ist, werden die vorimprägnierten Fasern mit Hilfe einer Preßwalze in gegenseitigem Kontakt abgelegt, wobei vor der Preßwalze eine lokale Erwärmung erfolgt, um die darunter liegende Glasmatrix, auf der die Fasern gepreßt werden, zu schmelzen.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen in der Unmöglichkeit, die Fasern während ihrer Ablegung zu spannen, und in der Tatsache, daß der Verbundwerkstoff längs der Ablegung einem lokalen thermischen Schock unterworfen wird, der für die Qualität der Keramisierung der Matrix nachteilig ist.

Außerdem ist aus dem Dokument US 4 976 761 eine Installation bekannt, die dazu bestimmt ist, die vorimprägnierten Fasern unter Spannung auf einen in einem Ofen angeordneten Dorn zu wickeln. Hierzu werden die vorher erwärmten Fasern unter einer kontrollierten Spannung und stationär in bezug auf eine Öffnung des Ofens, in dem der Dorn gedreht wird und axial verschiebbar ist, abgegeben.

Wenn eine solche Vorrichtung es auch ermöglicht, Verbundwerkstoffe unter Bedingungen zu erhalten, die eine gute Verdichtung und eine gute Keramisierung der Matrix gewährleisten, so ist sie weder für die Wicklung von länglichen Teilen noch für die Wicklung von Fasern unter Winkeln in bezug auf die Längsachse des Dorns, die wesentlich kleiner als 90º sind, geeignet.

Da nämlich die Abgabe der Fasern stationär und im wesentlichen senkrecht zur Achse des Dorns erfolgt, ist die Wicklung um einen Dorn mit verhältnismäßig großer Länge ausgeschlossen, weil sie eine übermäßige Abmessung des Ofens zur Folge hat, da der Dorn vor der Öffnung, durch die die Fasern in den Ofen eintreten, von einem Ende zum anderen abgespult werden muß. Die Wicklung der Fasern unter Winkeln, die wesentlich kleiner als 90º sind, ist vollkommen unmöglich, da sich der Dorn nur axial, d. h. senkrecht zu den in den Ofen eintretenden Fasern, verschieben kann.

Die vorliegende Erfindung zielt auf die Beseitigung der Nachteile einer solchen Vorrichtung und schlägt geeignete Mittel vor, die unter ähnlichen Spannungs- und Temperaturbedingungen die Bewicklung von Dornen, die eine große Länge besitzen können, und/oder die Ablegung der Fasern unter veränderlichen Winkeln sicherstellen.

Hierzu hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit faserverstärkter Glas- oder Glaskeramikmatrix durch Wickeln von vorimprägnierten, die Matrix bildenden Fasern auf einen Dorn zum Gegenstand, umfassend einen Ofen mit Zutrittsmitteln zum Einführen und Entnehmen eines Wickeldorns, Mittel zum Drehen des Dorns um seine Achse im Innern des Ofens, Mittel zum Überführen von Fasern von außen angeordneten Abgabebobinen auf den Dorn im Innern des Ofens über Mittel zum Hindurchführen, die in der Wandung des Ofens angeordnet sind, und Mittel zum Steuern und Kontrollieren der Faserabgabe und des Drehantriebs des Dorns, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:

- ein Durchtrittsmittel für Fasern in der Wandung des Ofens, gebildet durch einen Schlitz parallel zur Achse des Dorns,

- einen Kopf zur Abgabe von Fasern mit vorbestimmter Geschwindigkeit und Spannung an den Dorn durch den Schlitz, der in bezug auf den Schlitz beweglich ist, und

- Mittel zum Steuern und Kontrollieren der Mittel zum Antreiben des Dorns und des Kopfes zur Abgabe von Fasern als Funktion von Wickelparametern.

Zweckmäßig weist der Ofen Mittel zum Verdecken des Schlitzes für den Durchtritt von Fasern außerhalb der Eintrittsstelle der Fasern auf.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Verdeckungsmittel durch eine Leiste gebildet, die den Schlitz abdeckt und die längs des letzteren verschiebbar montiert ist, indem sie durch ein Verbindungsstück antreibbar ist, das in bezug auf die Verschiebung des Kopfes zum Wickeln von Fasern fest verbunden ist, wobei die Leiste mit einem Fenster für den Durchtritt der Fasern versehen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Verdeckungsmittel durch individuelle, nebeneinander angeordnete, hochstellbare Laschen gebildet, die den Schlitz abdecken und während des Durchlaufs eines Verbindungsstücks, das mit der Verschiebung des Kopfes zum Wickeln von Fasern fest verbunden und mit einem Fenster für den Durchtritt der Fasern versehen ist, angehoben sind.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind die Verdeckungsmittel durch individuelle, nebeneinander und um eine Achse parallel zu einem der Ränder des Schlitzes schwenkbar angeordnete Laschen gebildet, die durch ein Verbindungsstück, das mit der Verschiebung des Kopfes zum Wickeln von Fasern fest verbunden und mit einem Fenster für den Durchtritt der Fasern versehen ist, verschwenkt sind.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind die Verdeckungsmittel durch gegenüber angeordnete und miteinander in Berührung befindliche Lippen aus geeignetem, weichem Material gebildet, die von einer Führung zum Führen von Fasern durchsetzt sind, die von dem Kopf zum Wickeln von Fasern getragen wird, wobei letzterer parallel zum Schlitz und um eine Achse senkrecht zur Achse des Schlitzes derart beweglich ist, daß der Winkel, der zwischen der Achse des Schlitzes und der Führung zum Führen, die den Schlitz durchsetzt, gebildet ist, varuerbar ist.

Die Vorrichtung der Erfindung ermöglicht kraft der Verschiebung des Wickelkopfes gegenüber dem Einführungsschlitz für die Fasern in den Ofen, der sich über die gesamte Länge des Ofens erstrecken kann, daß die Fasern auf einen Dorn gewickelt werden können, der eine verhältnismäßig große Länge besitzen kann, ohne daß der Ofen zu große Abmessungen erhält, und ermöglicht außerdem, Wicklungen unter Ablagewinkeln in bezug auf die Achse des Dorns auszuführen, die zwischen 90º, was einer Umfangswicklung entspricht, und einem Winkel zwischen 90º und einigen zehn Grad abgestuft sein können. Die Vorrichtung der Erfindung ermöglicht insbesondere die Wicklung unter Winkeln in der Größenordnung von ±45º.

Die Fasern, beispielsweise Glasfasern, Siliciumdioxidfasern, Kohlenstoffasern, SiCO-Fasern, SiCN-Fasern, Keramikfasern oder dergleichen werden auf denselben Dorn mit oder ohne Spannung unter demselben Wicklungswinkel oder unter verschiedenen Winkeln gewickelt.

Die Glas- oder Glaskeramikmatrix kann beispielsweise aus einem Oxid des Typs SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, B&sub2;O&sub3; oder aus alkalischen oder erdalkalischen Oxiden gebildet sein.

Vorteilhaft ist die Atmosphäre, in der die Wicklung und die Abkühlung erfolgen, entsprechend der Natur der Matrix eine neutrale Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff.

Das gemäß dem Verfahren erhaltene Verbundprodukt kann das gewünschte Endprodukt sein, wobei der Wickeldorn dann entsprechend dimensioniert und geformt ist, wobei das Endprodukt ein rohrförmiger Gegenstand ist. Es kann gleichermaßen ein Halbprodukt sein, wobei es in diesem Fall später in Elemente zerschnitten wird, die Formen und Abmessungen besitzen, die für das gewünschte Endprodukt geeignet sind.

In diesem letzteren Fall ist der Wickeldorn ebenfalls in Abhängigkeit von den Formen und Abmessungen der gewünschten Endprodukte konfiguriert.

Weitere Merkmale und Vorteile werden deutlich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Beschreibung lediglich anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, worin:

- Fig. 1 eine schematische Ansicht im vertikalen Axialschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist;

- Fig. 2 eine Ansicht von links der Vorrichtung nach Fig. 1 ist; und

- die Fig. 3a bis 3e verschiedene Ausführungsformen der Mittel zum Verdecken des Faserdurchtrittsschlitzes des Ofens der Fig. 1 und 2 zeigen.

In den Fig. 1 und 2 ist bei 1 ein Ofen gezeigt, der geeignete Abmessungen besitzt, um einen zylindrischen Dorn 2 mit länglicher Form aufzunehmen.

Um die Einführung des Dorns 2 in den Ofen und seine Entnahme zu ermöglichen, ist der Ofen 1 angenähert aus einer unteren Halbschale 1a und aus einer oberen Halbschale 1b gebildet, die ein rechtwinkliges Parallelepiped bilden, in dessen Verbindungsebene auf einer der Seiten des Ofens ein Durchtritt in Form eines schmalen Schlitzes 3 ausgespart ist, der zu dem im Ofen angeordneten Dorn 2 parallel ist.

Der Dorn 2 wird zwischen einer festen Docke 4 und einer beweglichen Docke 5, die durch einen bei 6 symbolisch dargestellten Motor gedreht wird, gehalten.

Die Fasern F werden an den Dorn 2 über den Durchtrittsschlitz 3 durch einen herkömmlichen Wicklungskopf abgegeben, beispielsweise einen Kopf mit sechs parallelen Fäden, der eine Wicklung unter einer vorgegebenen Spannung, die null und einstellbar sein kann, ausführen kann. Der Kopf 7 wird in bezug auf den Schlitz 3 und in einem Abstand von diesem verschoben und ebenso wie der Motor 6 durch einen Bedienungsstand 8 für die Steuerung und die Kontrolle der Wicklungsschritte (Wicklungswinkel, Anzahl der Schichten, Spannung der Fasern) gesteuert. Die Mittel für die Verwirklichung einer solchen Verschiebung horizontal zum Wicklungskopf wie etwa dem Kopf 7 sind bekannt und werden nicht im einzelnen beschrieben.

Der Ofen 1 ist außerdem mit Mitteln 9 zum Einleiten eines neutralen Gases, beispielsweise Stickstoff, und mit einem Abzugsschrank 10 für die Rückgewinnung der aus dem Ofen entweichenden Substanzen, der in der Weise angeordnet ist, daß er sich über die gesamte Länge des Schlitzes 3 senkrecht zu diesem erstreckt, versehen.

Außerdem ist es bei gegebenen Abmessungen des Schlitzes 3 vorteilhaft, in Richtung des Schlitzes und außerhalb des Ofens ein Mittel 11 zum Verdecken des Schlitzes vorzusehen, das den Durchtritt der Fasern F an einer beliebigen Stelle längs des Schlitzes zuläßt.

Fig. 3a zeigt eine perspektivische Teilansicht einer ersten Ausführungsform eines solchen Mittels 11, das aus einer gleitenden Metalleiste 12 gebildet ist, die gegenüber dem Schlitz 3 angeordnet ist, indem sie durch an der Außenfläche des Ofens 1 angefügte Gleitschienen 13 gehalten und geführt wird.

In der Leiste 12 ist ein horizontales Fenster 14 mit einer Abmessung ausgebildet, die für den Durchtritt des Fadengeleges (F) ausreicht, das vom Wicklungskopf 7 bereitgestellt wird, der sich längs des Doppelpfeils H verschiebt.

Gegenüber dem Fenster 14 ist ein Winkelstück 15 für die Verbindung der Leiste 12 mit dem Kopf 7 befestigt, um die Verschiebung der Leiste 12 an diejenige des Kopfes zu binden, um die Fäden F ständig gegenüber dem Fenster 14 bereitzustellen, wobei das Stück 15 mit einem dem Fenster entsprechenden Durchlaß versehen ist.

Die Leiste 12 kann ein Band sein, das an seinen beiden Enden automatisch auf- und abgewickelt wird.

Fig. 3b zeigt eine weitere Ausführungsform, in der das Verdeckungsmittel 11 aus einer Reihe anhebbarer Laschen 16 gebildet ist, die nebeneinander angeordnet und so angebracht sind, daß sie auf der Außenfläche des Ofens 1 gegenüber dem Schlitz 3 einzeln und frei gleiten können.

Ein bewegliches Teil 17 längs einer Laufschiene 18, die unterhalb des Schlitzes 3 parallel zu diesem letzteren ausgebildet ist, weist gegenüber dem Schlitz 3 ein Fenster 19 für den Durchgang des Fadengeleges F (Fig. 3a) auf. Das Teil 17 ist wie das Teil 15 mit dem Wicklungskopf 7 (in Fig. 3b nicht gezeigt) verbunden.

Die obere Scheibe des Teils 17 ist so beschaffen, daß sie unter den abgerundeten unteren Enden der Laschen 16 gleiten kann und diese bei ihrer Vorbeibewegung anhebt, um die Einführung der Fäden in den Ofen 1 durch das Fenster 19 und den Schlitz 3 zu ermöglichen.

Fig. 3c ist eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 3b, in der die Laschen 16' in der Weise angebracht sind, daß sie um eine zum oberen Rand des Schlitzes 3 parallele Achse in der Nähe dieses Randes einzeln und frei schwenkbar sind.

Das Teil 17', das längs der Lauf schiene 18 beweglich ist und mit dem Wicklungskopf verbunden ist, weist ein zum Fenster 19 analoges Fenster 19' auf und steuert durch einen zum Schlitz 3 gewandten Höcker 20 die Schwenkung der gegenüber befindlichen Laschen 16' in den Innenraum des Ofens 1 nach Maßgabe seiner Verschiebung längs des Schlitzes 3.

Fig. 3d zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Mittel zum Verdecken des Schlitzes 3 des Ofens 1.

Der Schlitz 3 ist auf seiner gesamten Länge durch zwei Elemente 21a und 21b aus einem Keramikgewebe oder einem anderen isolierenden, weichen Material, die durch Teile 22 an der Außenwandung des Ofens befestigt sind, abgedeckt. Die Ränder gegenüber den Elementen sind zu Lippen 23 umgebogen, die übereinander liegen, in den Innenraum des Ofens 1 gerichtet sind und elastisch gegeneinander drücken.

Zwischen den Lippen 23 kann sich eine flache, hohle Führungsröhre 24, wovon sich ein Ende 24a ständig innerhalb des Ofens befindet und das andere Ende 24b am Wicklungskopf 7 befestigt ist, frei bewegen.

Die Röhre 24 besteht beispielsweise aus Keramik. Sie hat die Aufgabe, die Fasern F in der Weise zu führen, daß sie zum Dorn 2 im Ofen 1 unter einem Ablegewinkel, d. h. unter dem Winkel, der zwischen den von der Röhre 24 ausgegebenen Fasern F und der Achse A des Dorns 2 gebildet wird und zwischen 90º (Umfangsaufwicklung) und einem Winkel kleiner als 90º, beispielsweise ±45º, liegt, tangential verlaufen.

Hierzu ist der Wicklungskopf 7 so angebracht, daß er um eine zur Achse des Schlitzes 3 senkrechte, vertikale Achse V kraft Mitteln schwenken kann, die bei 25 symbolisch dargestellt sind und die Schwenkung des Kopfes 7 an dem die Verschiebung des Kopfes parallel zum Schlitz 3 längs des Doppelpfeils H sicherstellenden Schlitten 26 ermöglichen. Die Mittel 25 sind selbstverständlich mit dem Bedienungsstand 8 für die Steuerung und die Kontrolle der Wicklungsschritte verbunden.

In der Vorrichtung der Erfindung ist der Dorn 2 so beschaffen, daß ein zylindrisches, röhrenförmiges Teil aus Verbundwerkstoff erhalten werden kann, das aus einer faserverstärkten Glas- oder Glaskeramikmatrix gebildet ist.

Die Fasern können von verschiedener Natur sein, beispielsweise Fasern aus SiC, C, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; usw.

Die Glas- oder Glaskeramikmatrix kann beispielsweise aus wenigstens einem Oxid des Typs SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, B&sub2;O&sub3; oder aus alkalischen oder erdalkalischen Oxiden gebildet sein.

Die Fasern F sind vorimprägnierte Fasern der Konstituenten der Matrix, bekanntermaßen beispielsweise Siliciumcarbidfasern, die mit einem Glaspulver imprägniert sind.

Vor der Wicklung der Fasern F auf den Dorn 2 wird der Ofen 1 auf eine gewünschte Temperatur gebracht, die wenigstens gleich der Erweichungstemperatur der Konstituenten der Matrix ist.

Die Fasern F werden auf den Dorn 2 gewickelt, der im Ofen 1 angeordnet ist und durch den Motor 6 gedreht wird, wobei sie unter einer gegebenen Spannung, die null sein kann, aufgewickelt werden, wobei der Wicklungskopf 7 parallel zum Schlitz 3 verschoben wird.

Die Wicklung der Fasern F auf den Dorn 2 erfolgt in Umfangsrichtung (Wicklungswinkel 90º) und/oder unter einem Wicklungswinkel in bezug auf die Achse des Dorns, der abhängig von Wicklungsparametern (Wicklungswinkel, Anzahl der Faserschichten, Spannung der Fasern) kleiner als 90º ist.

Unter Fasern wird ein Faden verstanden, der aus einem Bündel von gleichgerichteten Elementarfäden gebildet ist, oder aber ein Band oder mehrere Fäden oder Bänder, die parallel angeordnet und von mehreren Abgabebobinen gleichzeitig gewickelt werden.

Während der Wicklung kann ständig Stickstoff N&sub2; in den Ofen 1 eingeleitet werden, um die Leckverluste durch den Schlitz 3 auszugleichen. Ein solches neutrales Gas ist notwendig, falls die Fasern F oxidierbar sind. Zweckmäßig wird dieses Gas vor der Einleitung in den Ofen erwärmt, um jeglichen thermischen Schock zu vermeiden.

Die Temperatur innerhalb des Ofens 1 wird während der gesamten Wicklungsdauer konstant gehalten.

Diese Temperatur kann je nach Art der Matrix unterschiedlich sein. Falls es sich um ein Glas des Typs "Pyrex" handelt, liegt die Temperatur des Ofens beispielsweise in der Größenordnung von wenigstens 800 ºC. Für bestimmte Glasoder Glaskeramiktypen kann die Temperatur 1500 ºC annehmen.

Die Spannung der Fasern während der Wicklung kann beispielsweise zwischen 0 und 10 kg eingestellt sein.

Um eine lokale Umfangsablage auf dem Dorn 2 zu erhalten, wird dieser letztere durch den Motor 6 um seine Achse gedreht, wobei die Verschiebung des Wicklungskopfes 7 parallel zum Schlitz 3 in Abhängigkeit von der schraubenlinienförmigen Aufwicklung der Fasern auf den Dorn bestimmt ist.

Kraft der Verschiebung des Wicklungskopfes 7 parallel zum Schlitz 3 kann der Dorn 2 unabhängig von seiner Länge vollständig bewickelt werden.

Die Vorrichtungen der Fig. 3a bis 3c ermöglichen eine solche Umfangsablage sowie eine Ablage unter einem Winkel, der etwas kleiner als 90º ist; es genügt, die Ganghöhe der Aufwicklung der Fasern F auf den Dorn 2 entsprechend einzustellen.

Wenn gewünscht ist, Wicklungen unter Winkeln auszuführen, die wesentlich kleiner als 90º sind, z. B. ±45º, wird die Vorrichtung nach Fig. 3d verwendet. Die Orientierung des Kopfes 7 um die Achse V verschiebt die Röhre 24 in der Kontaktebene der Lippen 23 und gibt den gewünschten Ablagewinkel der Fasern F auf dem Dorn 2 an.

Im Verlauf der Wicklung werden die Fasern in kontrollierter und regelmäßiger Weise auf die darunter liegende Schicht, die sie bedecken, gepreßt und gleichzeitig unter Bedingungen einer Temperaturhomogenität und der Abwesenheit eines thermischen Schocks, die für die Erlangung optimaler Bedingungen während der Keramisierung der Matrix des Teils im Verlauf der Abkühlung nach der Wicklung des somit auf dem Dorn 2 gebildeten Teils günstig sind, thermisch behandelt.

Insbesondere werden die Fasern F auf dem Dorn 2 in einer Faserschicht abgelegt, deren Konstituenten der Glas- oder Glaskeramikmatrix bereits erweicht sind, was eine gute Plattierung der Fasern und eine optimale, kontrollierte und regelmäßige Verdichtung des Verbundwerkstoffs fördert.

Sobald die Wicklung beendet ist, wird der Ofen 1 angehalten und beginnt mit der Abkühlung unter kontrollierten Bedingungen (Dauer, Abkühlungsgeschwindigkeit), um eine optimale Keramisierung der Glas- oder Glaskeramikmatrix in Abhängigkeit von den gewünschten Merkmalen des Verbundwerkstoffs zu erhalten.

Die Steuerung der Abkühlung erfolgt unter Einwirkung auf die Heizelemente des Ofens 1. Während der Abkühlung wird die Stickstoffatmosphäre im Ofen aufrechterhalten. Im Verlauf der Abkühlung kann eventuell mit Hilfe eines Fluids mit kontrollierter Temperatur, beispielsweise Stickstoff, das in den Ofen eingeleitet wird, oder eines anderen Fluids, das mit der Glas- oder Glaskeramikmatrix kompatibel ist, eine Abschreckung ausgeführt werden.

In der obigen Ausführungsform werden die Fasern F auf einen zylindrischen Dorn 2 gewickelt. Dieser Dorn besteht beispielsweise aus einem geeigneten Material des Typs auf Kohlenstoffbasis, sogar hitzebeständig, und ist mit einem Kolloidgraphit oder einem Bornitrid als Abhebungsmittel bestrichen.

Der Querschnitt des Dorns 2 kann von einer Kreisform verschieden sein. Der Dorn 2 kann im allgemeinen eine beliebige äußere Oberfläche besitzen, beispielsweise zylindrisch, kugelförmig, konisch oder aus einer Kombination dieser Formen gebildet sein.

Das auf den Dorn 2 gewickelte und durch eine Hülse 27 (Fig. 1) symbolisch dargestellte Teil kann nach spanabhebender und endgültiger Bearbeitung direkt ein fertiges Teil bilden, es kann jedoch auch ein Halbprodukt bilden, d. h. ein Produkt, das später wieder aufgenommen wird, um zerschnitten zu werden, um ein oder mehrere Teile zu bilden, die verschiedene Konfigurationen besitzen können und die den Gegenstand einer einzelnen spanabhebenden Bearbeitung und einer einzelnen Endbearbeitung bilden.

Daher können ausgehend von einem hohlen Teil 27, das auf einen Dorn 2 mit beliebigem Querschnitt, beispielsweise linsenförmig, gewickelt ist, aus der Wand dieses Teils mehrere Elemente geschnitten werden, die dazu bestimmt sind, Wärmeschutzplatten für wieder in die Atmosphäre eintretende Körper von Raumfahrzeugen zu bilden.

Indem die Fasern unter Spannung gewickelt werden, können Teile erhalten werden, die zusätzlich zu ihrer ausgezeichneten Temperaturbeständigkeit sehr gute mechanische Eigenschaften besitzen.

Am Ende des Abkühlungsprozesses wird der Dorn 2 aus dem Ofen 1 entnommen.

Wegen der Abmessungen, die der Dorn 2 haben kann, ist die Halbschale 1b des Ofens abnehmbar, indem sie beispielsweise an der Halbschale 1a angelenkt ist und durch geeignete (nicht gezeigte) Hebemittel verlagert wird.

Es ist anzumerken, daß der Dorn, auf den die Fasern F gewickelt sind, durch eine vorhandene Struktur gebildet ist, die komplex sein kann und auf der die erfindungsgemäß verwirklichte faserverstärkte Matrix eine Bewehrungshülle bilden kann.

Ebenso kann der Dorn durch einen mittigen Kern eines Teils ersetzt sein, auf den die Fasern F gewickelt werden, wobei der Kern im endgültigen Teil verbleibt.

In den beiden obigen Fällen müssen die vorhandene Struktur oder der Kern, die den Wicklungsdorn bilden, die Temperaturen des Ofens 1 aushalten können.

Es ist außerdem anzumerken, daß die Fasern F eventuell vor ihrer Einleitung in den Ofen 1 erwärmt werden können, um thermische Schocks zu vermeiden.

Schließlich ist die Erfindung offensichtlich nicht auf die gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern deckt vielmehr sämtliche Varianten ab, insbesondere was die Art der Fasern, die Glas- oder Glaskeramikmatritzen, die Wicklungsparameter, die Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen des Ofens 1, die Formen und Abmessungen des Dorns 2 oder seines Ersatzes, die Durchquerungsbedingungen der Wandung des Ofens durch die auf dem Dorn oder dergleichen abzulegenden Fasern und die Mittel für den Zugang in den Ofen für die Einführung und die Entnahme des Dorns sowie die Mittel zum Verdecken des Schlitzes 3 für die Verringerung der Leckverluste nach außen betrifft. Daher können bezüglich der Ausführungsform nach Fig. 3d die Elemente 21a, 21b, die die Lippen 23 bilden, durch jedes technisch äquivalente Mittel ersetzt sein, d. h. durch jedes Mittel, das eine Grenzfläche definiert, die dicht, elastisch und von der in der Ebene der Grenzfläche beweglichen Führungsröhre 24 durchdringbar ist. Die Elemente 21a, 21b können beispielsweise Elemente aus Filz oder aus Bürsten, insbesondere Bürstendichtungen, sein.

Für eine bessere Wärmeisolierung und eine bessere Dichtigkeit kann der Lippenvorhang aus den Elementen 21a, 21b eventuell doppelt sein, wie in Fig. 3e schematisch gezeigt ist.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit faserverstärkter Glas- oder Glaskeramikmatrix durch Wickeln von vorimprägnierten, die Matrix bildenden Fasern auf einen Dorn, umfassend einen Ofen (1) mit Zutrittsmitteln zum Einführen und Entnehmen eines Wickeldorns (2), Mitteln (6) zum Drehen des Dorns um seine Achse im Innern des Ofens, Mitteln (7) zum Überführen von Fasern (F) von außen angeordneten Abgabebobinen auf den Dorn im Innern des Ofens über Mittel zum Hindurchführen, die in der Wandung des Ofens angeordnet sind, und Mitteln (8) zum Steuern und Kontrollieren der Faserabgabe und des Drehantriebs des Dorns, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:

- ein Durchtrittsmittel für Fasern in der Wandung des Ofens, gebildet durch einen Schlitz (3) parallel zur Achse des Dorns (2),

- einen Kopf (7) zur Abgabe von Fasern (F) mit vorbestimmter Geschwindigkeit und Spannung zum Dorn (2) durch den Schlitz (3), der in bezug auf den Schlitz beweglich ist, und

- Mittel (8) zum Steuern und Kontrollieren der Mittel zum Antreiben des Dorn und des Kopfes zur Abgabe von Fasern als Funktion von Wickelparametern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) Mittel (11) zum Verdecken des Schlitzes (3) für den Durchtritt von Fasern (F) außerhalb der Eintrittsstelle der Fasern aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel durch eine Leiste (12) gebildet werden, die den Schlitz (3) abdeckt und längs des letzteren verschiebbar montiert ist, indem sie durch ein Verbindungsstück (15) antreibbar ist, das in bezug auf die Verschiebung des Kopfes (7) zum Wickeln von Fasern fest verbunden ist, wobei die Leiste mit einem Fenster (14) für den Durchtritt der Fasern versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch individuelle, nebeneinander angeordnete, hochstellbare Laschen (16) gebildet werden, die den Schlitz (3) abdecken und während des Durchlaufs eines Verbindungsstücks (17), das mit der Verschiebung des Kopfs (7) zum Wickeln von Fasern (F) fest verbunden und mit einem Fenster (19) für den Durchtritt der Fasern versehen ist, angehoben sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch individuelle, nebeneinander und um eine Achse parallel zu einem der Ränder des Schlitzes (3) schwenkbar angeordnete Leisten (16') gebildet werden, die durch ein Verbindungsstück (17'), das mit der Verschiebung des Kopfs (7) zum Wickeln von Fasern (F) fest verbunden und mit einem Fenster (19') für den Durchtritt der Fasern versehen ist, verschwenkt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch gegenüber angeordnete und miteinander in Berührung befindliche Lippen aus geeignetem weichem Material gebildet werden, die von einer Führung (24) zum Führen von Fasern (F) durchsetzt sind, die von dem Kopf (7) zum Wickeln von Fasern (F) getragen wird, wobei letzterer parallel zum Schlitz (3) und um eine Achse (V) senkrecht zur Achse des Schlitzes derart beweglich ist, daß der Winkel, der zwischen der Achse des Schlitzes und der Führung zum Führen, die den Schlitz durchsetzt, gebildet ist, variierbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen (23) durch Ränder von zwei weichen, durch ein Gewebe oder einen Filz gebildeten Elementen (21a, 21b) gebildet werden, die auf sich selbst in Richtung zum Ofen umgebogen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen (23) durch gegenüberliegende Ränder von zwei Elementen in Form von Bürstendichtungen gebildet werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abgeben von Fasern (F) ein Vielfaserwickelkopf (7) mit kontrollierter Faserspannung sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) mit Mitteln (9) zum kontrollierten Einführen eine neutralen Gases versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) eine Zuführeinrichtung (10) für durch den Schlitz (3) entweichendes Gas aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Erwärmen des neutralen Gases vor dem Einführen in den Ofen (1) aufweist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com