CN102066638B - 生产多轴向纱线织物的方法、单向纤维层以及生产单向纤维层的方法、多轴向纱线织物和具有基体的复合材料部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进一种纤维技术的公知的方法，其中，将由大量单丝构成的纤维拓宽成带(3a、3b)，并排敷设且以截断的分段(5)的形式由夹具(6)通过输送装置引导并且借助于堆布-夹紧装置(16)固定到其上。夹具(6)的运动方向以(7)表示以及所需的分离装置以(9)表示。新的技术方案在于，分段(5)的带(3a、3b)在侧部基本不连接并地组合成分段(5)且进行堆布。对此设置一种方法，其中，避免了用于赋予横向内聚力的措施，该横向内聚力侧部地经过多根带(3a、3b)延伸出去。在所有情况下从外部施加的横向内聚力可以经过单根带(3a、3b)的单丝延伸。通过这种方式将带(3a、3b)特别均匀地以及平坦地堆布。在敷设时借助于夹具(6)可以平衡多个单根的带(3a、3b)之间的长度差别和应力差别，特别是在隆起(10)中的长度差别和应力差别。也可以实现在已经几乎完全传递的分段(5)上的额外的较短的向回猛拉。在猛拉时的复位力可以通过夹紧装置(8)或通过制动的原材料的库存纱筒实现。示图a展示了在平衡运动之前的分段状态，示图b展示了在平衡运动之后的分段状态。

Description

生产多轴向纱线织物的方法、单向纤维层以及生产单向纤维层的方法、多轴向纱线织物和具有基体的复合材料部件
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1和4的前序部分所述的用于生产多轴向纱线织物的方法。此类的两种方法从EP0972102B1中公开。按照该方法生产的多轴向纱线织物首先用作生产由塑料制成的纤维增强部件，其中，纱线织物被植入由塑料制成的基体中。
本申请中“纤维”的概念等同于线缆、纱线、单丝线缆或粗纱。在每种情况下单个的纤维或纱线指的是，由大量的单丝组成且作为原材料具有近似圆形或多边形的横截面，但也可以具有按照具有倒圆角的矩形类型那样的展平(abgeflacht)的横截面。如果需要非常薄的层的形式的这类纤维，则其由于费用原因通过拓宽或展开较厚的线缆制成，每根线缆由12000(K值为12)或多得多的单丝构成。
背景技术
根据EP0972102B1从备用纱筒上抽取原材料的纤维，在展开设备中拓宽并且以产生的扁平的带的形式并排敷设，从而形成较薄的扁平的层。该层应具有至少等于5cm的宽度以及最高等于300g/m2的单位面积质量。该层作为单向层用于构建多轴向纱线织物，其中，多个单向纤维层以交变的方向被相叠地堆布(ablegen)。
此外为了更好地操作规定，产生的单向层通过额外的措施被赋予横向内聚力
Figure BPA00001279646700011
该横向内聚力在该层的长个宽度上延伸，因此也在形成该层的所有带上延伸。这些带因此通过横向内聚力保持在一起。用于赋予横向内聚力的措施是公知的；也被证实的有通过高压水射流打磨、用针、涂敷化学接合剂或叠放可受热熔断
Figure BPA00001279646700012
的纱线，其在横向上通过单向层敷设。通过所述方法获得了值得向往的单向层的平面的和光滑的构造。这会破坏性地作用在形成的多轴向纱线织物上，其鉴于在后续的纤维增强构件中的应力，应具有尽可能均匀的性质以及向外的光滑的表面。
根据EP0972102B1，将由原材料形成的且具有横向内聚力的单向层首先卷绕到备用纱筒上，其随后被带到用于构建多轴向纱线织物的多轴向机上。在这里从备用纱筒上抽取层并且通过输送装置输送，在此其借助于特别的敷设装置以多个截断的分段在输送装置或已经存在的单向层上进行堆布。为了堆布可以将输送装置停车，因此其仅可以间歇地工作。但EP0972102B1也已经描述了一种可能性，这些分段在连续移动的输送装置的情况下进行堆布。这里被截断分段借助于钳子短暂地固定在支架上，该支架紧邻输送装置上方并且在其方向上移动，其中，各个被保持的分段从支架传递到输送装置上。为此也存在名称为“堆布-夹紧装置(Leger-klemmeinrichtung)”的装置。根据EP0972102B1，由于多根带在分段内部通过横向内聚力相互连接，无法将在多根带的长度或机械应力上出现的差别相互平衡。生产的多轴向布的质量会因此受到影响。
类似的方法也从FR-A-21 80606公开。根据该文献，飞行技术和航空领域的结构部件应以光滑的表面和较小的重量进行制造；比如螺旋桨翼和涡轮叶片。作为原材料使用具有K值为10或更大值的碳纤维，其通过校准被加工成单位面积重量在90.4和123g/m2之间。此外，生产出的带的厚度被记载为0.09至0.17mm，且应并排设置直至282根这样的带。通过简单的后续计算显示，生产出了具有尺寸为1000mm的宽度的层。这里多个这种层也应该在交变的方向中相叠地设置用于构建多轴向纱线织物，其之后作为增强体被置入纤维增强的复合材料构件比如螺旋桨翼中。
在FR-A-2180606中规定，为了更好地进行加工，原材料的纤维具有浆液(Schlichte)。这在当时是理所当然的，因为原材料的常见的纤维、即首先是碳纤维，一般只涂敷浆液就制造和销售。浆液不仅从外部包围纤维，而且也浸入纤维内部，使单丝更光滑且通过内聚力将纤维保持在一起，由此简化了织物的继续加工。此外浆液防止纤维腐蚀和磨损，改善朝基体的粘附能力并且防止机械损伤。
此外根据FR-A-2180606，并排敷设的拓宽的带还应借助于特殊的措施获得内聚力，即相互连接。为此建议，以垂直于带的纵向的均匀的间距将可受热熔断的纱线叠放到带上，该纱线虽然将带保持到一起，但不应该从带中穿过。因此在这种情况下实现了以材料涂敷的横相连接以及带的相互反向的固定。这违背了按照光滑表面的要求并且会导致在并排的多根带之间的长度差别和应力差别。
在所述两种公知的方法中，首先通过展开原材料的纤维产生拓宽的带，该带作为中间产品并排地暂时存放(zwischengelagert)成多根带或作为单根带暂时存放在备用纱筒上。之后该半成品被带往多轴向机且在那里又被抽取以及以分段的形式堆布成单向纱线层。在产业行话中将这种程序称为“离线展开(offline-Spreizen)”。与此相反，也已经公开了所谓的“在线展开(online-Spreizen)”，其中，展开设备直接位于多轴向机旁边并且以敷设装置的节奏进行工作。
DE102005008705B3公开了一种用于将纤维带朝针织机输送的装置，其中，原材料的纤维在其从纱架到敷设装置的路径上、即以“在线方法”进行加工。原材料的纤维已经具有带的形状并且在该装置中更进一步地加工。为此将原材料的纤维带一根根地从纱筒上抽取并且在从纱架到带折叠装置(Band-Legeeinrichtung)的路径上以一定的相互间距引导，并且借助于加热和压紧辊逐步加工。在该装置的出口处设置了具有最终的展开设备的加热槽。该加热槽前面设置带存储装置。用于对单向层进行堆布的带折叠装置在DE102005008705B3中没有进一步探讨。展开的带通过带折叠装置间歇地以及周期波动地抽取由以带折叠装置的节奏控制的带存储装置来平衡。因此纤维带可以至少在其从纱架的纱筒直至带存储装置的路径上以恒定的速度从纱筒上被抽取。在具有最终的展开设备的加热槽中，带速度必须根据带折叠装置的工作不断地改变，并且也需要静止状态的阶段。其主要需要加热槽中的热功率的匹配并且抑制了对尽可能均匀的敷设的需求。
最后，本申请人在先的、未预先公开的申请号为07011718.9的欧洲专利申请涉及一种用于敷设单向纤维层的方法以及相应的装置和一种多轴向机，其中，纱架与展开设备一起作为整体结构单元以如下方法受控地移动，即有目的性地改变整体结构单元和敷设装置之间的间距；此外整体结构单元的移动根据敷设装置在时间单元内对纤维束铺设装置的交变的需求来完成。利用以往的建议实现了原材料的纤维不仅以恒定的速度从备用纱筒上被抽取，而且以恒定的速度经过展开设备，这对于加工过的带也同样有效。该以往的建议的细节在该申请的实施例中参照图7至9描述。根据申请07011718.9的建议是对于始终存在的目的的另一种贡献，即将单向纤维层尽可能均匀地进行敷设且因此提供了具有均匀构造的多轴向纱线织物。
发明内容
因此本发明的目的同样在于，通过根据权利要求1和4的前序部分所述的方法将单向纤维层更加均匀地进行堆布。
该目的的第一解决方案通过权利要求1的全部特征实现；第二解决方案通过权利要求4的全部特征给出。
该目的的第一解决方案涉及一种令人惊奇的认知，其不需要向由多个单根的带形成的纤维层赋予横向内聚力
Figure BPA00001279646700041
该横向内聚力将纤维层组合在一起在整个层宽度上延伸并且也将多个单根的带相互连接。利用在此期间提供的用于形成分段以及其敷设的技术能够将带也在侧部不连接的状态下平行并排地均匀敷设。此外，通过根据权利要求1的构造实现了将在多个单根的带之间的长度和机械的纵向应力上的差别在敷设的过程中进行平衡。向拓宽的带赋予横向内聚力使得带仅分别在单根带宽度上延伸也不存在困难。对此仅需要独立的带引导，比如在多个平面或平台中的带引导，其中，相邻的带侧部地以一定相互间距地设置且因此侧部是自由放置的。
这样，通过在输送装置上通常的暂时固定能够实现将单向纤维层的多根带保持在一起以及将不同的单向纤维层的多个分段保持在一起。
根据权利要求4的解决方案在如下知识的前提下使用，即实际中很重要的纤维，主要是碳纤维，仅以商业形式来提供，其中其配有浆液或另一种粘接剂。浆液的作用可以通过有目的性的效果被削弱。因此比如公知了通过加热削弱在纤维的单丝之间的内聚力，这是因为浆液的作用被降低。根据本发明的第二条发明建议，通过有目的性地对于浆液的效果以及纤维在展开区域中的合适的引导实现了，虽然实施了将纤维拓宽成带且将其稳定化，但同时相互并排的带基本上保持侧部不连接。带在这种状态下经过整个敷设过程，在敷设装置的夹具的拉力和带的复位力之间的相互配合中实现了不同的机械纵向应力的平衡。在这种情况下实现了通过在输送装置上的暂时固定将带保持在一起以及将单向层内部的分段保持在一起。
完全舍弃用于实现横向内聚力的措施根据权利要求4所述的方法所带来的特别的优点在于，单向纤维层的平面的和光滑的结构不被破坏且也不必担心在多个单根的带之间会发生扭曲或不同的机械纵向应力，这比如在根据现有技术将可受热熔断的纱线以均匀的间距垂直于相互并排的带的纵向进行放置时较容易发生。
根据本发明的方法的改进在权利要求2、3和5至22中给出。
此外，权利要求5至8涉及一种对应于根据本发明的方法的展开过程。这可以在离线展开的方法中，但也可以在在线展开的方法中实施。在根据权利要求5所述的离线展开中，夹具必须以定义的带的滑动来工作，在平衡不同的机械纵向应力时由夹紧装置施加带的复位力，该夹紧装置在敷设装置中总是存在。此外纱筒应被设计成圆盘纱筒。此外，特别有利的是，作为中间产品已经被展开的带被提供到圆盘纱筒的至少一个共同的纱筒卷装
Figure BPA00001279646700051
上，其中，多根展开的带并排地卷绕，但同时相互之间没有连接，即为不连接的。
如果该方法按照在线展开的原理来运行，参见权利要求7和8，则原材料的纤维可以存在于纱架中的十字纱筒或圆盘纱筒上。在布置在圆盘纱筒的情况下，应分别在每个圆盘纱筒上仅卷绕一根纤维。在这种情况下夹具必须牢固地、即无任何滑动抓紧并排的带并且通过输送装置引导。在这些情况下带的复位力通过纱架的纱筒且也通过展开装置来实现。这里有利的是，纱筒总是通常设计有运行制动器。其中，夹具在没有任何滑动的情况下将产生的分段的带克服复位力从纱筒和展开设备通过输送装置牵拉，在这种情况下也实施了在多个单根的带之间的机械纵向应力的平衡。
针对权利要求7和8的论述适用于以固定的或与纱架一起移动的展开设备的在线展开。但如果由纱架和展开设备所构成的整体结构单元实施其返回运动，即在敷设过程期间，则在权利要求8的情况中存在特殊性。在这种情况下已经提到的夹紧装置将带的库存端部(Vorratsenden)固定在敷设装置上。现在夹紧装置在一定程度上代替夹具，并且以这种方式又通过由展开装置和纱架的整体结构单元的牵引作用实现了机械纵向应力的平衡。
按照权利要求8的在线展开的方法，其中，纱架与展开设备一起作为整体结构单元根据敷设装置在时间单元内交变的对带的需求来回移动，特别有利的是，原材料的纤维以恒定的速度经过展开设备。因此根据欧洲专利申请07011718.9的方法被接纳为根据权利要求8所述的方法中的改进方案。
特别还要强调的是不同的可能性，根据权利要求10和11以有目的性的方式影响配有浆液的纤维和/或带。有目的性的影响可以在展开之前、期间或之后进行，其中，该方法如此实施，即展开过程成功地实施且被稳定化，但同时避免了侧部地在多个单根的带之间的内聚力。有目的性的影响可以机械地实现，其中，比如通过辊将侧部的振动施加到带上。热力的影响可以通过加热实现，但也可以通过化学处理或有效的辐射来实现。
特别有利的是，根据权利要求12在将分段堆布到其中一个纤维层上之前涂敷粘性介质，其首先保持隐蔽，但在堆布分段之后热力地起作用并且将堆布的纤维层相互连接。粘性介质可以比如以粉末形式在敷设到带束之前进行涂敷，这些带应共同形成分段。同样也可以将这种粉末涂敷到已经堆布的、位于输送装置上的单向层上，以便一旦粘性介质启动(aktiviert)粘结作用就将首先需涂敷的单向层进行连接。
这种启动可以在所有单向纤维层被堆布、即多轴向织物完成之后实施。但如果存在如下危险，即相叠的单向层在输送装置上不足够地保持且因此危害了均匀的堆布，则该粘性介质也可以在敷设过程期间独立地启动。
本发明也涉及一种根据权利要求23所述的单向纤维层，其在实施根据权利要求1所述的方法时是有用的。该单向纤维层的改进方案在权利要求24至27中给出。权利要求28给出了一种方法，即如何将这种单向纤维层作为中间产品进行生产，其中，一定数量的带并排地卷绕到圆盘纱筒上，其中，这些带分别具有用于其本身的横向内聚力，但同时在侧部不连接。
权利要求29和30涉及一种相应的单向纤维层，其在实施根据权利要求4所述的方法时是有用的，还涉及一种用于生产这种单向纤维层作为中间产品的相应的方法。
具有根据权利要求31所述的单向纤维层的纱筒卷装同样作为中间产品，而权利要求32至35涉及一种多轴向纱线织物，如根据权利要求1所述，同样能够以根据其引用的权利要求的一个或多个改进方案来生产。
最后，权利要求36涉及一种复合材料部件，即纤维增强的构件，其以按照权利要求1至20所述的方法来制造。
附图说明
下面借助于示意性示出的实施例进一步详细描述本发明。其中：
图1示出了如何在纤维的展开中将单丝转变成扁平形状的带的两个示意性分示图1a和1b。
图2示出了在展开时浆液与一根纤维内的两根单丝相互配合中的三个不同阶段的大大简化的示图。
图3示出了根据第一种实施方式-即如何利用根据本发明的方法在堆布单向纤维层时能够平衡需堆布的分段的带之间的不同的机械应力和长度-的简化的两个原理分示图3a和3b。
图4示出了根据第二种实施方式的根据本发明的方法的有利的示图。
图5示出了如何在拓宽的过程中向多个单根的带赋予横向内聚力，而多个带之间不会出现横向内聚力。
图6示出了如果不考虑施加横向内聚力的措施，如何能够设置用于织入(Einwirkung)纤维和/或带的站的不同可能性。
图7示出了多轴向机的侧视图，其中纱架和展开设备设置在共同的移动车上。
图8示出了根据图7的移动车内部的俯视图。
图9示出了根据图7和8的多轴向机的所有功能部件相互配合的原理草图。
图10示出了用于原材料的各十字纱筒以及具有侧部不连接的作为用于分段的库存的多根带的圆盘纱筒的应用。
具体实施方式
在图1的分示图a中展示了单根纤维1的极大示意性的横截面示图，其中，其可以是碳纤维。纤维(通常也叫做纱线、线缆或单丝线缆)由大量的单丝2组成。在这里有意义的范畴中，可以是具有从12至50以及更大的K值的碳纤维1，即12000至50000根以及更多根的单丝2组成的碳纤维。出于经济原因生产较薄的单向纱线织物，其中，根据分示图a将纤维1作为原材料抽取并且在展开装置中拓宽。原材料的纤维不一定如这里所示具有多边形或近似圆形的横截面。通常的商业形式也采用已经具有近似矩形的展平的横截面的纤维带，但针对实际应用仍然太粗，因此同样必须进行拓宽。
希望的拓宽是，拓宽的带3以及由此形成的单向层的单位面积重量为300g/m2以及更小。理想情况是，这种拓宽的纤维1具有如在图1的分示图b中所示的截面图那样的横截面。此外，带3的厚度大致与单丝2的直径一致。实际中顶多与这种状态相近。
在拓宽的过程中，浆液(Schlichte)4的表现是有意义的。原材料的常见的纤维1、即主要是碳纤维，一般来说仅以涂敷浆液的方式生产和销售。如图1可见，浆液4不仅从外部包围纤维1，而且也浸入纤维1内部，使单丝2变得光滑且通过内聚力将纤维1保持在一起，由此使得织物的继续加工变得容易。此外，浆液4防止腐蚀和磨损，改善了向基体的粘附能力并且防止了机械损伤。
浆液4的粘附能力在原材料的纤维1展开时是受到阻碍的。通过对于纤维1和/或带3的有目的性的热力、机械或化学影响可以削弱浆液4的作用且因此削弱在单丝2之间的内聚力，由此使得展开变得容易且展开状态变得稳定。特别是公知了通过热力削弱内聚力，其中纤维经过加热装置输送，在加热装置中浆液也被加热且其效果部分地或完全地丧失。机械影响在于，纤维在横向上被置于振动中。最后可以是化学影响，其中，稀释剂或溶解剂以一定的浓度作用到纤维上且因此也作用到浆液上。在图2中示意性示出了这种关系。
在两根单丝2之间存在通过浆液4的薄膜状连接，其在拓宽纤维1时首先被拉伸，参见图2a。在根据图2b的示图中连接的浆液4已经被过度拉伸(überdehnt)；可以看到，拓宽的带3具有一种趋势，即再次弹性地至少部分地返回到起始状态。根据图3b，连接的浆液4被断开；即在单丝2之间不再存在连接。
在比如通过加热削弱浆液4对单丝2之间的内聚力的影响中，可以调节中间状态，在中间状态中实现了线缆1的持久的拓宽，但此外浆液4的有利影响根据可能性得以保留。
对于展开过程有利的单丝2之间的内聚力的减小也影响了带3的特性，带3并排敷设成分段5(参见图3)并且被堆布用于构建单向层。如果浆液4的作用被减小，则在并排的带3之间也不再存在内聚力。因此一个分段的带之间没有连接。根据本发明的方法将这种普遍认为的缺点转换成优点，其中带3在分段5中保持不连接且在这种状态下实施堆布过程。这种程序的优点在于，在分段5的多根带3之间无法避免的机械纵向应力中的区别可以在最终将分段5转交到敷设装置的堆布-夹紧装置前一点点处得到平衡。
在图3中示出了第一实施例的关系图。此外假设，从供应商处购买已经拓宽的带3a、3b并且作为中间产品带到多轴向机的位置处。这里在商业行话上称为“离线展开”。带3a、3b已经按照本发明的方法构建，其中它们在侧部不具有显著的内聚作用或粘附作用，即在相互并排的设置中保持不连接。带3a、3b可以分别从纱架的圆盘纱筒上抽取并且引导到一起，直至其相互平行。根据图3将带3a、3b提供到圆盘纱筒12的共同的纱筒卷装上，其中，带3a、3b侧部不连接。这种圆盘纱筒12的详细示图在图10中展示，在该图中还展示了用于原材料的十字纱筒17。平行的纤维束的各前端被夹具6横跨(quer über)输送单元牵拉，转交到堆布-夹紧装置上，同剩余的平行的纤维束分离且最终固定在输送装置上。这种敷设方式可以在间歇地或连续地运动的输送装置中实现。
图3仅示出了用于理解该原理所需的部件。利用6表示了夹具，其将由两根带3a、3b构成的分段5横跨未示出的输送装置牵拉，该输送装置在分段5下方运行且比如由两条输送链构成。牵拉方向通过方向箭头7给出。夹紧装置8的作用在于，固持分段5，直至分段借助于分离装置9从平行输送的纤维束上分开。因此单个的分段5作为独立部件存在且由堆布-夹紧装置16在未示出的输送装置上进行堆布。
图3a和3b示出了分段5在通过堆布-夹紧装置进行敷设前一点点的状态。根据图3a分段5不均匀地堆布；因为在示图中上带3a上的指向上方的隆起10表示出长度差且因此表示出在分段5中不同的机械纵向应力。根据本发明的方法，带3a和3b侧部不连接，因为不存在内聚力且不采取用于实现带3a和3b之间的横向内聚力的措施。
此外，尽管在牵拉运动中足够的拉力，夹具6也允许带3a和3b滑动。通过对于夹具6的抓紧带3a、3b的部件的有目的性的材料选择可以实现夹具6一方面传递足够的拉力，但另一方面允许带3a、3b在夹具6中以有利的方式滑动。如果夹具6将形成分段5的带3a、3b的前端横跨输送装置牵拉，就完成了平衡运动。但关键在于，夹具6在结束其敷设运动时，如果夹紧装置8关闭，则再次实施较短的夹紧运动且同时统一了带3a、3b的机械纵向应力。此外可以是在毫米范围内的非常短的运动，夹具6再次相对于夹紧装置8在分段5的截断端部上实施该运动。之后立即将分段传递到堆布-夹紧装置上。
因此绷紧的带3b最后在牵拉运动中在夹具6中滑动，而松弛的带3a被绷紧地牵拉且最终在夹具6和夹紧装置8之间区域中具有与带3b相同的机械纵向应力。该最终状态在图3b中示出，其中，也可见带3a相对于带3b在夹具6以外的超出部分的变化。
根据本发明的方法也可以在多轴向机上实施，其中，原材料的纤维被带到机器上且在机械上被拓宽。该程序在商业行话中也被称作“在线展开”。通常固定设置展开设备，其位于纱架和敷设装置之间。此外即使在纱架的出口处设置用于纤维的平衡环，也无法防止将拓宽的带以周期交替的运行速度输送给敷设装置。针对已经描述的可能性(即在敷设分段时实施在一个分段的多根带之间的不同的机械纵向应力的平衡)不发生改变。
克服夹具的拉力作用的带的复位力可以在在线展开的情况下不仅通过圆盘纱架实施，而且也通过展开设备实施。由于带总是不以保持不变的速度通过固定设置的展开设备，通过平衡运动的回复作用原则上不产生新的缺点。在某些情况下也可以选择地将无论如何都存在的夹紧装置用于辅助平衡运动。
分段5的进一步绷紧和均衡可以如此实施，即在以输送链形式的输送装置中，其在进入最终的连接站时稍稍偏离，为此位于输送链上的用于分段5的端部的固定元件同样必须允许带3a、3b的滑动。在任何情况下的前提是，一个分段5内的多个单根的带且因此分段5尽可能地无粘附力和无内聚力，即侧部不连接以及相互之间可以移动。当每根带3a、3b具有横向内聚力时也适用。
图4是示意性组装图，其综合了至此为止所讨论的细节以及为下面的附图做准备。利用11表示加工站，其中综合了所有为展开和为继续处理纤维和/或带所需的装置。该示图展示了在端部位置中的闭合的夹紧装置8和夹具6。此外已经实施了应力平衡，其中，对于夹具6所需的复位力通过纱架的纱筒和/或展开装置实现。
在图5中示出了一种可能性，如何将原材料的纤维1a、1b首先共同地拓宽且之后成对地独立地后续处理。纤维1a、1b已经具有相对较厚的带的起始形状且因此从圆盘纱架12上被抽取。针对纤维的近似为圆形横截面的起始形状，十字纱筒为标准解决方案。纤维1a、1b通过展开设备的辊13滑动并且由此拓宽成为带3a、3b。借助于换向辊14将拓宽的带13a、13b成对立分离，其中第一组3a在高架的第一层以及第二组带3b在低架的第二层上继续处理。此外，带3a、3b在每个层上也相互侧面地间隔开来。利用15表示了影响站(Beeinflussungssatition)，利用其有目的性地影响上层的带3a。相应的加工站15也可以设置用于下层的带3b。该影响可以在于，加热带3a、3b，由此削弱浆液的作用以及带3a、3b中的单丝2的相互的粘附。以这种方式稳定了通过展开实现的将纤维1a、1b拓宽成带。此外，削弱了带的侧部的粘附能力，从而如果带3a、3b在经过最后的换向轮14之后重新引导到一起，带3a、3b实际上保持不连接。影响站15或另一个设置在旁边的影响站以类似的方式用作将横向聚合介质独立地施加到每根带3a、3b上。在这种情况下的带引导的方式也引起了在离开加工站11之后虽然每根带3a、3b自身具有额外的横向内聚力，但该横向内聚力不再带3a、3b之间起作用。
此外可以在这种影响站15中将粘性介质施加到带3a、3b上，该粘性介质首先保持隐藏，但在需要的时间点可以被激活，前提是两个单向层被相叠地堆布。该激活可以比如通过热效应或辐射实现。
根据需敷设的纤维的类型不同，不是在任何情况下都需要将带3a、3b为了有目的性的影响其粘附特性在不同层上进行处理。图6展示了针对如下情况的方法程序，即有目的性的影响也针对并排设置的带3a、3b起作用。如果浆液的作用被削弱，使得展开作用得以保留且在单丝之间的粘附力被削弱，则也存在如下的带3a、3b，其在纵向上为了平衡长度差别和应力差别可以相互移动。
此外在图6中示意性示出，影响站15在带3a、3b的运行方向7上看，可以设置在展开设备的辊13的前面、刚好上方或后面。始终会发生的是，展开过程一般通过对于纤维1a、1b和/或带3a、3b的有目的性的影响来实现，但同时也保留展开结果且实现展开的带3a、3b保持不连接，即使它们相互平行地设置。
根据本发明的方法可以以特别的优点在这种多轴向机中实施，其中展开设备非固定地设置，而是与纱架一起作为整体结构单元受控地运动。该构造单元的运动根据敷设装置在时间单元内对于带的交变的需求来实现，确切地说以这种方式，即原材料的纤维以恒定的速度从纱架的纱筒上被抽取且也以恒定的速度经过展开设备。这种多轴向机及其方法在申请人在先的、但尚未公开的申请号为07011718.9的欧洲专利申请中详细展示和描述。对此可以参照该在先申请。
为了更好地理解本申请，下面借助于图7至9描述该在线申请的最重要的细节。与之前借助于图1至6的描述的不同之处在于图7至9中的附图标记以21开始。
在图7中以附图标记21表示机架，其可以形成多轴向机的侧部构造，对此参见图9。机架21具有以导轨22形式的运行轨道。以移动车23形式的共同的结构单元可以借助于滑轮24在该导轨上行驶。移动车23承载纱架25和展开设备26，该展开设备被设计成穿通单元(Durchlaufeinheit)。纱架25由大量纱筒27组成，作为原材料的多根纤维28、比如碳纤维或芳纶纤维卷绕在该纱筒上。
多个单根的纤维28通过换向轮29从纱筒27上被抽取且经过展开设备26引导。纱筒27和换向轮29的布置取决于被抽取的多个单根的纤维28在进入展开设备26之前相互不接触。纱筒27配有制动装置，因此可以调节和控制被抽取的纤维28中的机械应力。换向轮29必须如同存在的导向孔眼或类似的导向机构那样具有光滑的表面，从而使其不损害敏感的纱筒材料。为了防止被抽取的纤维28的相互接触，各纱筒27和换向轮28不仅在高度上、而且侧部地错开，参见图8。针对展开设备26的实施方式公开了大量的建议。比如可以拓宽纤维28，其中，纤维通过辊引导，辊在其轴向上振动或受热。为了展开或拓宽利用回转的、弯曲的辊的处理属于现有技术。此外也可以将不同的方法综合应用。这种处理方法的目的始终在于，将原材料的较厚的多个单根的纤维28、主要是碳纤维成型为具有最大300g/m2的单位面积重量的扁平的带30，这些带相互平行地并排延伸。在图8和9中展示了相互紧密贴靠的带30。但也可以是另一种设置方式，如根据图1至6已经实施的设置方式。
在图9中示出了设置在移动车23上的由纱架25和展开设备26组成的结构单元如何在空间上配设给多轴向机以及与多轴向机相互配合。针对多轴向机仅示出了两个通常的输送链32a、b，它们的上半部分在输送装置中根据方向箭头38运动。箭头39展示了在移动车23上提供的带30的敷设方向。
由移动车23提供的纤维束30借助于敷设装置33传递到输送链32a、b上。输送链的功能在于，接收在移动车23上提供的带30的束的分段，通过输送链32a、b引导，从循环的库存上分离且最后转交到位于输送链32a、b上的固定装置上。如图9所示，用于移动车23的机架21在带30的敷设方向39上侧部地紧随多轴向机设置。或者换一种说话，移动车23与纱架25和展开设备26一起在带30的敷设方向39上受控地往复运动。
申请人在DE10214140B1中已经描述和展示了一种敷设装置，利用其从循环的库存上提供纤维束，以需分开的、截断的分段通过多轴向机的输送链32a、b输送且最后固定在位于输送链上的夹紧装置中。这种敷设装置也可以考虑针对在本申请中预先拓宽的具有最大300g/m2的单位面积重量的带30。
在图9中利用附图标记31表示了可松开的夹紧装置，其用作保持装置和抓握装置并且将离开展开设备26的带30的前自由端部一直固持，直至其通过输送链32a、b引导。为此使用夹具35，其沿导轨34横跨输送链32a、b的输送方向38来回受控地移动。因此导轨34同样在带30的敷设方向39上延伸。在夹紧装置31松开的情况下夹具35接收带30的自由端部且引导其横跨输送链32a、b。之后，位于两条输送链32a、b上方的纤维束30的带状分段由位于夹紧装置11的区域中的未示出的分离装置被分开，且因此被成为独立的分段30a。还位于移动车上的分段30a的新产生的自由端部又再次被夹紧装置31保持。相反，位于输送链32a、b上方的截断的分段30a的两个端部由同样属于敷设装置33的堆布-夹紧装置36抓紧，该堆布-夹紧装置在输送链32a、b的方向上来回受控地运动。堆布-夹紧装置36最后将分段30a转交给位于输送链32a、b上的未示出的夹紧装置。分段30a因此最终成为敷设的单向纤维层37的一部分。
在图9中示出了运动阶段，其中夹紧装置31是闭合的且夹具35虽然已经抓紧了带30的自由端部，但其还处于静止状态中。随后移动车23、夹紧装置31、夹具35以及堆布-夹紧装置36有节奏地一起工作，其中，移动车23以根据夹具35的移动的长度L(图9)来回移动。
在带30的纵向应力中的差别的平衡也在根据图7至9的多轴向机中在纱架25的纱筒27、展开设备26、夹紧装置31和夹具35的相互配合中实现。如果夹具35实施其输送行程或敷设行程且一组带30横跨输送链32a、b牵拉，则通过纱筒27和展开设备26施加带30的复位力。在这种情况下夹具35必须将带30固定夹紧，即在没有任何滑动下抓紧和牵拉。如果这组带30的前端部被分离，且移动车23返回移动，则带30的库存端部无滑动地保持在夹紧装置31中。移动车23将牵拉作用施加到新产生的库存端部上，其中，必须作用到带30上的所需拉力通过纱筒27和展开设备26实现。
根据图7至9的方法的结果是均匀地敷设单向层37。其涉及下面的措施，组合成分段30a的带30特别平坦地以及有规则地并排设置：
-原材料的纤维28以保持相同的速度从纱架25的纱筒上被抽取；
-纤维28和带30同样以保持相同的速度经过展开设备26；
-在夹具6、35以带3、3a、3b、30的复位力的相互作用下可以实现在多个单根的带之间的应力差别的平衡，以及
-(在根据本申请的权利要求4的方法下：)分段的平坦的结构和光滑的表面不会通过从外部施加的用于形成横向内聚力的措施被破坏。
附图标记
图1至6：
1、1a、1b 纤维(原材料)
2 单丝
3、3a、3b 带(展开的原材料)
4 浆液
5 分段
6 夹具
7 敷设装置
8 夹紧装置
9 分离装置
10 拱起
11 加工站
12 圆盘纱筒
13 展开设备的辊
14 换向辊
15 影响站
16 堆布-夹紧装置
17 十字纱筒
图7至9：
21 机架、侧部结构
22 导轨
23 整体结构单元、移动车
24 滑轮
25 纱架
26 展开设备
27 纱筒
28 纤维(原材料)
29 换向轮
30 带
30a 分段
31 夹紧装置(保持装置和抓握装置)
32a、b 输送链
33 敷设装置
34 导轨
35 夹具
36 堆布-夹紧装置
37 单向层
38 针对输送链的输送方向的方向箭头
39 针对带的敷设方向的箭头
40 运动箭头(夹具)
41 运动箭头(堆布-夹紧装置)
42 运动箭头(移动车)
L 可变的间距

Claims (36)

1.一种用于生产以循环带形式的多轴向纱线织物的方法，所述带位于输送装置上并且利用所述输送装置在带的纵向上运动，其中，依次排列的单向纱层以其纱的交变的纵向相叠地堆布并且暂时地固定在输送装置上，具有以下方法步骤:
a)单向纱层的原材料是由单丝构成的纱，所述纱配有浆液；
b)在敷设成多轴向纱线织物之前将纱在展开过程中拓宽，其中，每根纱变形成一根带，所述带的单位面积重量最高为300g/m2；
c)单向纱层以并排设置的多个分段的形式进行堆布，其中，每个分段由至少两根带构成，其中，带以及分段的纵向在与生产的带状纱线织物的纵向和运动方向成角度延伸；
其特征在于，设置有下面其它的方法步骤:
d)多个单根的带(3、3a、3b、30)在被相互接合成分段(5、30a)之前通过如下方式被赋予横向内聚力:相互并排的带(3、3a、3b、30)在分段(5、30a)内部基本上保持不连接；
e)在这种状态下分段(5、30a)经过整个堆布过程，其中，在带(3、3a、3b、30)之间以及在不同的单向纱层的分段(5、30a)之间的相互保持通过在输送装置上暂时的固定来实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在堆布过程中夹具(6、35)将带(3、3a、3b、30)横跨输送装置牵拉用于形成分段(5、30a)，其中，在夹具(6、35)的拉力和带(3、3a、3b、30)的复位力之间的相互配合中实现了对在多个单根的带(3、3a、3b、30)之间的不同的机械纵向应力的平衡。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在施加横向内聚力时相邻的带(3、3a、3b、30)在侧部相互以一定间距设置。
4.一种用于生产以循环带形式的多轴向纱线织物的方法，所述带位于输送装置上并且利用所述输送装置在带的纵向上运动，其中，敷设装置先后将至少两个单向纱层以其纱的交变的纵向进行相叠堆布并且所述纱层暂时地固定在输送装置上，具有以下方法步骤:
a)单向纱层的原材料是由单丝构成的纱，所述纱配有浆液；
b)在敷设成多轴向纱线织物之前将纱在展开过程中拓宽，其中，每根纱变形成一根带，所述带的单位面积重量最高为300g/m2；
c)单向纱层以相互并排的多个分段的形式进行堆布，其中，每个分段由至少一根带构成，其中，带以及分段的纵向在与生产的带状纱线织物的纵向成角度延伸且敷设装置的夹具横跨输送装置牵拉带用于形成分段；
其特征在于，
通过在敷设之前有目的性地影响纱(1、1a、1b、28)和/或带(3、3a、3b、30)上来削弱纱(1、1a、1b、28)和/或带(3、3a、3b、30)的单丝(2)之间的浆液(4)的粘附作用，并且对所述方法的实施如此实现，相互紧密并排的带(3、3a、3b、30)也基本上保持不连接，带(3、3a、3b、30)在这种状态下经过整个敷设过程，其中，在夹具(6、35)的拉力和带(3、3a、3b、30)的复位力之间的相互配合中实现对在多个单根的带(3、3a、3b、30)之间的不同的机械纵向应力的平衡并且通过在输送装置上暂时的固定实现单向层内部的带(3、3a、3b、30)和分段(5、30a)之间的相互保持。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，已经展开的带(3a、3b)作为完成的中间产品提供到圆盘纱筒(12)上，从纱架上被抽取并且向夹具(6)输送，其中，在夹具(6)中设置带(3a、3b)的限定的滑动并且在平衡不同的机械纵向应力时将所有带(3a、3b)在分段(5)的背向夹具(6)的端部上固定在夹紧装置(8)中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，中间产品的已经展开的带(3a、3b)被提供到圆盘纱筒(12)的至少一个共同的纱筒卷装上，至少两个展开的带(3a、3b)并排地、但不连接地卷绕在所述纱筒卷装上。
7.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，纱的展开在用于生产多轴向纱线织物的多轴向机上实现，其中，从纱架上抽取的原材料的纱(1、1a、1b)经过固定设置的展开设备并且以拓宽的带(3a、3b)的形式朝夹具(6)输送，其中，在平衡不同的机械纵向应力时将所有带(3a、3b)固定在夹具(6)中并且由纱架的纱筒和展开装置施加带(3a、3b)的复位力。
8.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，设置以下方法步骤:
a)纱(28)的拓宽在用于生产多轴向纱线织物的多轴向机上实现，其中，从纱架(25)上抽取的纱(28)经过展开设备(26)；
b)纱架(25)与展开设备(26)一起作为整体结构单元(23)以如下方式受控地运动:有目的性地改变整体结构单元(23)和敷设装置(33)之间的间距L；
c)整体结构单元(23)的运动根据敷设装置在时间单元内对带(30)的交变的需求如下实现：原材料的纱(28)以恒定的速度经过展开设备(26)，
d)为了平衡一个分带(30a)的多个单根的带(30)之间的不同的机械纵向应力将所述分带的端部固定在夹具(35)中，并且由纱架(25)的纱筒(27)和展开设备(26)施加带(30)的复位力。
9.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，分段(5、30a)无间隙地相互并排地或以一定的重叠或以一定的间距进行堆布。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在展开之前、期间或之后实施有目的性的影响。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，机械地、热力地或化学地实施有目的性的影响。
12.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，在将分段(5，30a)在一个纱层上进行堆布之前涂敷粘接剂，所述粘接剂在堆布分段(5，30a)之后热力地起作用并且将纱层相互连接。
13.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，相邻的带无间隙地、以一定的重叠或相互间隔地进行堆布。
14.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，输送装置是运动的支架。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述支架是多轴向纱线织物的织物层本身。
16.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，实施所有的单向纱层堆布之后将多轴向纱线织物朝连接站输送，在所述连接站中所有纱层相互被缝合、编织或延压。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，输送装置由输送链构成，所述输送链在层的固定之前一点点处垂直于其输送方向略微偏离。
18.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，每根纱(1、1a、1b、28)单独地被展开。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，纱(1、1a、1b、28)在展开时在不同的平面上引导，从而使所有纱(1、1a、1b、28)侧部自由放置。
20.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个单向纱层的纱(1、1a、1b、28)由非连续的单丝构成。
21.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其特征在于，纱(1、1a、1b、28)的材料是碳纤维、陶瓷、玻璃、芳纶、上述物质的混合物或由上述物质的半成品或中间产品构成。
22.根据权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其中，纱(1、1a、1b、28)的单丝数目至少为12K。
23.一种单向纱层，具有最高为300g/m2的单位面积重量，由相互平行并排设置的带的层构成，所述带通过拓宽纱产生，所述纱本身由大量连续或非连续的单丝构成并且作为原材料配有浆液，其特征在于，每个单根的带(3、3a、3b、30)配有用于实现横向内聚力的介质，但相互并排设置的带(3、3a、3b、30)基本上不连接。
24.根据权利要求23所述的单向纱层，其特征在于，所述用于实现横向内聚力的介质是粘接剂，所述粘接剂在堆布单向层之前进行涂敷并且在堆布之后起作用。
25.根据权利要求24所述的单向纱层，其特征在于，所述用于实现横向内聚力的介质是能够通过热起作用的介质。
26.根据权利要求23所述的单向纱层，其特征在于，所述用于实现横向内聚力的介质是化学结合剂。
27.根据权利要求23所述的单向纱层，其特征在于，通过机械或液压作用的介质施加横向内聚力。
28.一种用于生产根据权利要求23至27中任一项所述的单向纱层的方法，所述单向纱层作为中间产品具有最高为300g/m2的单位面积重量，其中，大量相互紧密地和平行地并排设置的带卷绕在纱筒卷装上，所述带通过拓宽纱产生，所述纱由大量单丝形成，其特征在于，每根带(3、3a、3b、30)配有用于实现横向内聚力的介质，但带(3、3a、3b、30)侧部不连接地卷绕在被设计成圆盘纱筒(12)的纱筒卷装上。
29.一种单向纱层，具有最高为300g/m2的单位面积重量，由相互平行地并排设置的带的层构成，所述带通过拓宽纱产生，所述纱本身由大量连续或非连续的单丝构成并且作为原材料配有浆液，其特征在于，在多个单根的带(3、3a、3b、30)之间的边界面的区域中削弱了浆液的粘附作用并且带(3、3a、3b、30)基本上不连接。
30.一种用于生产根据权利要求29所述的单向纱层的方法，所述单向纱层作为中间产品具有最高为300g/m2的单位面积重量，其中，在纱筒卷装上卷绕大量相互紧密地以及平行地并排设置的带，所述带通过拓宽纱产生，所述纱由大量单丝形成并且配有浆液，其特征在于，浆液(4)的粘附作用被削弱且此外带(3、3a、3b、30)无横向内聚力地并且侧部不连接地卷绕在被设计成圆盘纱筒(12)的纱筒卷装上。
31.一种纱筒卷装，具有根据权利要求28或30所述的在生产多轴向纱线织物时作为中间产品的单向纱层，其中，所述单向纱层具有最高为300g/m2的单位面积重量并且由大量相互紧密地并排设置的带构成，所述带通过拓宽纱产生，所述纱本身由大量单丝构成，其特征在于，纱筒卷装被设计成圆盘纱筒(12)并且单向层的带(3、3a、3b、30)在侧部不连接。
32.一种多轴向纱线织物，具有以下特征:
a)所述纱线织物由相叠地堆布的单向纱层构成；
b)至少一个纱层具有最高为300g/m2的单位面积重量并且由相互平行地并排设置的带构成，所述带通过拓宽纱产生，所述纱本身由大量连续或非连续的单丝构成并且作为原材料配有浆液；
c)相叠设置的单线纱层相互连接，
其特征在于，
d)属于一个单线纱层的带(3、3a、3b、30)主要通过相邻的单向纱层相互连接，
e)一个单向纱层内的带(3、3a、3b、30)的侧部的接触区域基本上是无粘附的，
f)多个单根的带(3、3a、3b、30)分别配有用于实现横向内聚力的介质。
33.一种多轴向纱线织物，具有以下特征：
a)所述纱线织物由相叠地堆布的单向纱层构成；
b)至少一个纱层具有最高为300g/m2的单位面积重量并且由相互平行地并排设置的带构成，所述带通过拓宽纱产生，所述纱本身由大量连续或非连续的单丝构成并且作为原材料配有浆液；
c)相叠设置的单向纱层相互连接，
其特征在于，
d)属于一个单向纱层的带(3、3a、3b、30)主要通过相邻的单向纱层相互连接，而
e)一个单向纱层内部的带(3、3a、3b、30)的侧部的接触区域基本上是无粘附的，其中，削弱了浆液的粘附作用。
34.根据权利要求32或33所述的多轴向纱线织物，其特征在于，纱(1、1a、1b、28)的材料是碳纤维、陶瓷、玻璃、芳纶、上述物质的混合物或由上述物质的半成品或中间产品构成。
35.根据权利要求32或33所述的多轴向纱线织物，其特征在于，具有至少12K的单丝数量的纱用作原始产品。
36.一种复合物构件，具有基体和根据权利要求32至35中任一项所述的多轴向纱线织物，所述多轴向纱线织物根据权利要求1至20中任一项所述的方法生产出来。
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