In unseren Entwicklungsprojekten unterstützen wir unsere Kunden bei der Entwicklung hochbeanspruchter Faserverbundbauteile sowie bei der Entwicklung von dazu passenden Fertigungsprozessen inklusive der zugehörigen Prozessparameter. Einen erheblichen Anteil daran haben Wickelprozesse. Um das Potential dieses etablierten Verfahrens auch für Herstellung von Faserverbundbauteilen mit komplexen Laminatarchitekturen erfolgreich und wirtschaftlich nutzen zu können, sind Anpassungen des üblichen Prozesses erforderlich. So steigt etwa der Fertigungsaufwand bei Faserwinkeln unter 40° zur Wickelachse deutlich an, da ein Abrutschen der Rovings im Wendebereich verhindert werden muss. Die etablierte Vorgehensweise des Umwickelns der Wickelkernenden führt aber zu einem deutlichen erhöhten Materialverbrauch. Unterhalb eines Ablagewinkels von 30° sind die so aufgebrachten Haltekräfte dann aber in der Regel nicht mehr ausreichend und der Einsatz von mechanischen Hilfsmitteln ist nötig. Konventionellen Wickelhilfsmittel bestehen aus endlos gefertigten Streifen, aus denen in einem definierten Abstand Pins herausragen (Abb. 1). Weder der Pinabstand noch die Pinlänge sind bei diesen Standardlösungen auf das zu fertigende Bauteil abgestimmt. Außerdem sind diese Hilfsmittel schwer handhabbar und können die Rovings beschädigen.
Die Entwicklung einer kostengünstig und einfach herzustellenden Umlenkvorrichtung für Fasern, die das Wickelverfahren vereinfacht, war das Ziel. Es sollten die genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, um einfach, betriebssicher und störungsfrei auch komplexe Laminate wickeln zu können. Auf der Grundlage unserer Erfahrungen mit dem Wickelprozess entstand so eine Alternative zu den bisher handelsüblichen Wickelpinstreifen (Abb. 1): Die individualisierten Wickelpinringe (Abb.2). Unsere Entwicklung haben wir unter dem Titel „Umlenkvorrichtung für Fasern auf einem Wickelkern und Verwendung der Umlenkvorrichtung“ zum Patent angemeldet. Dieses wurde nun im April 2021 vom Deutschen Patent- und Markenamt erteilt.
Für unsere nun patentierten Wickelpins nutzen wir individuelle CAD-Anpassungen und den 3D-Druck, um die Effizienz der traditionellen Wickelprozesse zu steigern. Durch CAD-gestützte Geometrieerstellung und additive Fertigung sind diese schnell verfügbar und in der Gesamtschau auch kostengünstig. Die LZS-Wickelpins sind außerdem durch ein patentiertes Verschluss- und Klemmsystem zuverlässig, robust und schnell auf dem Wickelkern fixiert. So ermöglichen sie eine Produktivitätssteigerung des Faserwickelverfahrens bei gleichzeitiger Materialersparnis. Die individuelle Anpassung an die kundenspezifische Geometrie und die variable Anordnung der Pins garantiert außerdem eine reproduzierbare Steigerung der Bauteilqualität und somit bessere mechanische Eigenschaften (Abb. 3).
Mehr Informationen: www.wickelpins.de
Abbildung 1: Konventioneller Wickelpinstreifen bestehend aus Aluminiumband und gehärteten Stahlnägeln
Abbildung 2: Additiv gefertigte Wickelpinringe mit unterschiedlichen Geometrien
Abbildung 3: Optimale Ablage der Faserstränge durch individuelle Abstimmung von Bauteildesign, Wickelpin-Geometrie und Fertigungsprozess