CN102227521A - 用于混合纤维的切断机 - Google Patents

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Abstract

一种用来切断纤维束的装置，包括模板和束供给机构，该束供给机构将束递送到模板并且沿模板传送该束。第一和第二磨轮可以被包括，用来在沿模板传送该束时将该束切割成所需长度的单个段。一种切断纤维束的方法包括以下步骤：将连续的束递送到模板的基部端部上；沿模板从基部端部向着排出端部传送连续的束；和例如使用第一和第二磨轮将连续的束切割成所需长度的单个段。

Description

用于混合纤维的切断机
技术领域
本发明总体上涉及切断纤维领域，并且更具体地涉及一种设备和方法，该设备和方法用来高效率地且有效地将纤维束切断成所需长度的单个纤维段，这些纤维段随后以有序的方式被迅速分散。
背景技术
将连续的加强纤维切割成离散长度的纤维段的过程在不同类型的加强结构的制造中是有用的。例如，离散长度的加强纤维段可用于加强垫子，该加强垫子诸如用混合纤维(例如，与热塑性纤维混合的玻璃纤维)制造的垫子，或由纤维的层制造的层叠垫子。
离散长度加强纤维段也可用在加强预制件中。结构复合件和其它加强模制制品通常通过树脂传递模制和结构树脂注射模制被制造。通过将加强纤维预制成具有模制制品的近似形状和尺寸的加强预制件，并且然后将加强预制件插入到模中，使这些模制过程更加高效率。
为了对工业水平的生产来说可接受，需要快速的预制过程。在预制件的制造中，通常做法是将连续长度的加强束或纤维供应到加强分配器或“切断机”，该加强分配器或“切断机”将连续纤维切割成许多离散长度的纤维段，并且将纤维段存放到收集表面上。通过将运动的加强分配器安装在收集表面上方、并且对分配器的运动编程从而以预定的所需图案施加纤维段，这个过程可用于以自动的方式制造预制件。
加强分配器可以被机器人化或自动化，并且这种加强分配器是用来制造用于大的结构部件的预制件的已知技术，例如，如在汽车行业中。(用于制造混合纤维的垫子或层叠垫子的加强纤维的分配器也可改变成可移动的且可编程的)。典型地，存放的纤维被撒有制成粉末的粘结剂，并且通过第二穿孔模被压缩。热空气和压力使该粘结剂凝结，产生加强纤维的预制件，该预制件可以被存储且运输到最终模制客户，该最终模制客户典型地使用树脂注射工艺施加树脂到预制件并且模制用树脂处理过的预制件以制造加强的产品。
由于加强结构的技术要求增加，需要用来分配和铺设加强纤维的新的方法。一个要求是，加强纤维以比以前使用的速度快的速度被递送。另一个要求是，加强纤维以预定的取向被铺设。实现可移动的且可编程的加强分配器的加强技术的进步已经导致用于很复杂的纤维图案和取向的要求。加强结构可以设计有特定量和取向的加强纤维，以精确地在要被加强的制品的最弱的或最受应力的部位提高结构的强度。因为这种新的复杂性，经常要求纤维以紧密间隔的平行布置被放置到收集表面上。
美国专利6038949公开了通常提供迄今为止的最佳性能的现有切断装置和方法的状况。该装置将束形成环，该环沿模板被供给并且在借助旋转的刀被切割成所需长度的单个纤维段之前大体上被弄平。虽然6038949专利中公开的设备和方法通常提供良好的性能，但它们具有许多缺点，并且因此需要改进的切断装置和方法。更具体地，当处理包括混合单向热塑性和玻璃纤维的类型的纤维材料时，专利6038949中公开的装置支撑玻璃纤维且切割热塑性纤维。硬的且具有磨蚀作用的玻璃纤维迅速磨损旋转的刀，该刀变钝并且随后不能切割热塑性纤维。结果，该刀必须经常被更换，因此降低了生产率。此外，应当理解，旋转的刀具有相当大的直径并且必须放置成离开切断装置的端部至少一个刀的半径。
因此，切断的纤维段在它们可以被分配之前必须沿该装置被传送相当大的距离。切断的纤维难以处理，并且在一根或更多根纤维段错位的情况下，潜在地导致纤维被分配在不希望的取向或位置中。
本发明涉及一种利用磨轮来切割纤维的改进的切断装置和方法。这种磨轮具有比现有技术切断机中使用的旋转的刀片长的使用寿命，并且因此，本发明减小了维护停机时间且提高了生产率。此外，磨轮布置成邻近切断装置的排出端部，使得单个切断的纤维段在被分配之前仅仅被搬运/传送很短的距离。这显著减小了纤维段错位的可能性，并且因此保证切断的纤维段的适当的有序的处理并且分配在希望的位置和取向中。
发明内容
根据如这里描述的本发明的目的，提供一种用来切断纤维束的装置。该装置包括：模板；束供给机构，该束供给机构将该束递送到模板并且沿模板传送该束；以及第一和第二磨轮，该第一和第二磨轮在该束沿模板被传送时将该束切割成所需长度的单个段。
该模板具有基部端部和排出端部，所述基部端部具有大体上圆形的横截面，所述排出端部包括长形直线边缘。模板从基部端部到排出端部大体上逐渐变细并且渐进地变得更平坦且更宽。
在一个可能实施例中，束供给机构包括转子和用来驱动那个转子的马达。该转子包括供给通道，该束在转子旋转时通过该供给通道被递送到模板上并且围绕该模板。束供给机构还包括供给器，该束通过该供给器沿模板从基部端部运动到排出端部。供给器包括第一和第二供给螺杆。第一供给螺杆沿模板的第一侧部被布置，而第二供给螺杆被布置在模板的第二相对侧部上。此外，供给器包括第三和第四供给螺杆。第三和第四供给螺杆沿模板被布置在排出端部。第三和第四供给螺杆的每一个的至少一部分被布置在第一和第二供给螺杆之间。
引导板邻近第三和第四供给螺杆布置在模板的上方。引导板是弹簧加载的。由于该弹簧加载，引导板帮助将该束引导到第三和第四供给螺杆中并且同时将该束偏压向第一和第二磨轮，以便提高切割过程的效率。
第一磨轮在第一供给螺杆的尾端部的下游布置成邻近模板的第一侧部。第二磨轮在第二供给螺杆的尾端部的下游布置成邻近模板的第二侧部。第一和第二供给螺杆的尾端部比第三和第四供给螺杆的前端部更靠近模板的排出端部。因此，该束通过第一和第二供给螺杆直接移动到第三和第四供给螺杆的前端部中。因此，在该束沿模板被传送时，该束从第一和第二供给螺杆平稳地传到第三和第四供给螺杆。
根据本发明的另一方面，提供一种切断纤维束的方法。该方法包括：将连续的束递送到模板的基部端部上；沿模板从基部端部向着排出端部传送连续的束；和使用第一和第二磨轮将连续的束切割成所需长度的单个段。此外，该方法还包括将第一和第二磨轮布置在模板的相对侧部。此外，该方法还包括：在该束被切割时将该束与束供给机构接合；和在切割之后从模板的排出端部分配单个段。
该方法还包括将连续的束同时偏压到束供给机构以及第一和第二磨轮。第一和第二磨轮以大约1000rpm至大约100000rpm之间的速度旋转。此外，该束沿模板以大约0.01m/s至大约0.3m/s之间的速度被传送。在一个可能实施例中，连续的束沿第一方向沿模板被传送，而第一和第二磨轮在与连续的束的两个接触点处沿相反的第二方向旋转。在又一可能实施例中，连续的束的传送和磨轮的旋转在两个接触点处沿相同的方向被完成。
在以下描述中，仅仅通过说明最佳地适于执行本发明的一些模式的方式，示出且描述了本发明的多个不同实施例。如将认识到的，本发明可以具有其它不同实施例并且其多个细节在各种明显方面可以修改，均不偏离本发明。因此，附图和描述将被认为在性质上是说明性的并且不是限制性。
附图说明
并入这里并且形成说明书的一部分的附图示出本发明的多个方面并且与描述一起用于说明本发明的某些原理。在图中：
图1是示出连接到机器人臂的本发明的切断装置的立体图，根据本发明的方法，该切断装置将所需长度的切断的纤维段存放到收集表面上；
图2是图1中示出的切断装置的透视图；
图3是图2中示出的切断装置的部分片段透视图，示出连续的束到模板上的供给；
图4是还示出切断装置的束供给机构的供给螺杆的示意剖视图；
图5是切断装置的一个侧部处的引导板的详细示意图；
图6是还示出根据另一示例性实施例的切断装置的束供给机构的供给螺杆的示意剖视图；并且
图7是还示出根据又一示例性实施例的切断装置的示意剖视图。
现在将详细描述本发明的当前优选实施例，其例子在附图中被示出。
具体实施方式
如图1中示出的，切断装置10连接到机器人臂12，该机器人臂布置成将离散/所需长度的纤维段14存放到诸如预制件模制表面的收集表面16上。典型地，收集表面是筛网。切断装置10不需要被机器人化或自动化并且在收集表面16是可移动的情况下甚至可以是静止的。真空源(未示出)通常布置在筛网下面以方便预制件制造过程。机器人臂12可以设置有液压系统(未示出)或其它类似系统，从而使该臂能够布置在收集表面16的一部分附近或上方。臂12的运动可以根据预定的图案由计算机(未示出)控制，使得纤维段14的所需图案被铺设在收集表面16上。
现在参考图2-4更详细地说明切断装置10的结构和操作。切断装置10包括大体上圆筒形的外壳体18。旋转构件或转子20通过一系列轴承96被安装以便在壳体18内旋转。转子20包括大体上圆筒形的输入端部22和大体上圆锥形的输出端部24。转子20通过诸如马达26的任何合适装置被旋转。如示出的，马达26包括驱动轴28。驱动滑轮30键合到驱动轴28。第二滑轮32键合到转子20的输入端部22。驱动带34连接驱动滑轮30和从动滑轮32以使转子20旋转。
供给通道36穿过输入端部22的中心并且随后沿转子20的输出端部24的外表面沿纵向延伸。诸如粗纱的连续的加强纤维或束38从源(未示出)被供应并且通过机器人臂12被运输到切断装置10。连续的束38被供给通过转子20的供给通道36并且随后通过转子20的下游端部处的输出开口40离开。
模板42布置在转子20的下游。模板42包括具有大体上圆形横截面的基部端部44和包括大体上长形的直线边缘的排出端部46。术语“大体上圆形”意指最长直径L对最短直径S的比率小于2∶1。例如，完美的圆具有1∶1的L∶S比率。优选地，基部端部44具有至少大约15mm的最小半径(1/2最短直径S)以保证连续的束38平缓缠绕模板42的基部端部44。
模板42在基部端部44和排出端部46之间包括长形的中间部分48。长形中间部分48从基部端部44到排出端部46逐渐变细并且变得渐进地更平坦且更宽。在转子20相对于模板42旋转时，连续的束38被存放或递送到模板42的基部端部44上以便形成大体上圆形的环或圈50。然后，束50的这些环或圈沿模板42向着排出端部46被传送。
更具体地，除了转子20和马达26外，束供给机构还包括四个供给螺杆52、54、56、58。第一供给螺杆52沿模板42的第一侧部延伸。第二供给螺杆54沿模板42的第二相对侧部延伸。第三和第四供给螺杆56、58沿模板42布置在排出端部46并且至少部分地在第一和第二供给螺杆52、54之间延伸。第一和第二供给螺杆52、54与第三和第四供给螺杆56、58之间的重叠保证束50的环或圈平稳地且高效率地从第一和第二供给螺杆传到第三和第四供给螺杆并且运动以不间断的方式继续。
供给螺杆52、54、56、58中的每一个通过转子20被驱动。更具体地，转子20包括驱动轴部分60，该驱动轴部分包括两个驱动齿轮62、64。如图4中最佳示出的，驱动齿轮62与齿轮组66啮合，该齿轮组66又与齿轮68啮合，该齿轮68通过通用接头连接到第一供给螺杆52。类似地，驱动齿轮62与齿轮组70啮合，该齿轮组70又与齿轮62啮合，该齿轮62通过通用接头连接到第二供给螺杆54。
转子20的远端部处的驱动齿轮64通过齿轮组76驱动连接到第三供给螺杆56的齿轮74。此外，驱动齿轮64通过齿轮组80驱动第四供给螺杆58上的齿轮78。
如上所述，在马达26使转子20旋转时，连续的束38以环或圈50布置在模板42的基部端部44上。在递送每一个新的环或圈50时，它在那些螺杆的前端部处被第一和第二供给螺杆52、54接合。然后，每一个环或圈50被第一和第二供给螺杆52、54沿模板42推进。在模板42从基部端部44到排出端部46逐渐变细并且变得渐进地更平坦且更宽时，被推进的环或圈50顺着模板42的外形并且也变得渐进地更平坦且更宽。在每一个环或圈50邻近模板42的排出端部46接近第一和第二供给螺杆52、54的尾端部时，该环也被布置在第一和第二供给螺杆52、54的尾端部之间的第三和第四供给螺杆56、58的前端部接合。第三和第四供给螺杆56、58向着模板42的排出端部46继续推进或传送环50。
第一和第二磨轮82、84在模板42的第一和第二侧部处邻近排出端部46布置成邻近第一和第二供给螺杆52、54的尾端部并且恰好在该尾端部下游。在马达88使磨轮84旋转时，马达86使磨轮82旋转。磨轮82、84中的每一个具有磨面，该磨面具有大约0.1mm至大约3mm之间的宽度。
一系列引导板90、92邻近第三和第四供给螺杆56、58布置在模板42上。引导板90、92通过大体上U形的支撑托架98固定到马达88的相邻外壳。第一压缩弹簧100在支撑托架98和引导板90之间延伸。第二压缩弹簧102在支撑托架98和引导板92之间延伸。压缩弹簧100、102一起将引导板90、92偏压向模板42。结果，引导板90、92帮助将束50的环或圈引导到第三和第四供给螺杆56、58中，同时将束的环或圈偏压向第一和第二磨轮82、84。在束50的环或圈被传送到模板42的排出端部46时，它们被磨轮82、84切割成所需长度的单个纤维段14并且几乎立即通过第三和第四供给螺杆56、58从切断装置10的排出端部46被排出。由于单个纤维段14几乎在切割后立即被排出，它们以有序的且平行的方式被排出。有利地，这有助于保证纤维段被分散在希望的位置中并且在希望的取向中。
总结切断装置10的操作，切断纤维束的方法包括将连续的束38递送到模板42的基部端部44上。接下来是以环或圈50的形式沿模板42从基部端部44向着排出端部46传送连续的束38。此后是使用第一和第二磨轮82、84将再次以环或圈50的形式的连续的束切割成所需长度的单个纤维段14。第一和第二磨轮82、84布置在模板42的相对两侧部。在切断过程期间，束38、50与束供给机构接合，该束供给机构包括转子20和第一、第二、第三和第四供给螺杆52、54、56、58。该方法还包括通过引导板90、92将连续的束同时偏压到束供给机构和第一和第二磨轮82、84的步骤。
典型地，第一和第二磨轮82、84通过马达86、88以大约1000rpm至大约100000rpm之间的速度旋转并且具有大约5mm至大约120mm之间的直径。此外，以环或圈50的形式的连续的束典型地沿模板42以大约0.01m/s至大约0.3m/s之间的速度被传送。可以旋转磨轮82、84使得它们在与该束的接触点处沿与该束沿模板运动相同的方向运动或者沿与该束的运动方向相反的方向运动。
在本发明的一些实施例中，本发明的某些特征可用于在不相应地采用其它特征的情况下取得益处。
例如，在诸如图6中示出的示例性实施例的某些应用中，可以使用一对旋转刀2、4取代磨轮82、84来切割连续的束38。美国专利6038949中描述了合适的旋转刀，该美国专利的原文通过引用并入这里如同完整阐述一样。
在诸如图7中示出的示例性实施例的其它应用中，可以不需要第三和第四供给螺杆56、58。在该后一实施例中，仅仅第一和第二供给螺杆52、54通过转子20被驱动。
为了说明和描述的目的，已经给出本发明的优选实施例的前述描述。并不旨在穷举或限制本发明到公开的精确形式。根据上述教导，显然的修改或变化是可能的。选择且描述该实施例以提供本发明的原理和本发明的实际应用的最佳说明，因此使本领域技术人员能够在各种实施例中并且在具有适合构想的特别应用的各种修改的情况下利用本发明。当根据它们被公正地、合法地且正当地授予权利的广度解释时，所有这种修改和变化都在如所附权利要求确定的本发明的范围内。附图和优选实施例不限制且不意图以任何方式限制权利要求的以它们的公正的广义的解释的普通含义。

Claims (19)

1.一种用来切断纤维束(38)的装置(10)，所述装置包括：
模板(42)，所述模板包括基部端部(44)和排出端部(46)；
束供给机构，所述束供给机构将所述束(38)递送到所述模板(42)并且沿所述模板(42)传送所述束，所述束供给机构包括沿所述模板(42)的第一侧部布置的第一供给螺杆(52)和沿所述模板(42)的第二相对侧部布置的第二供给螺杆(54)；
其中，所述装置(10)还包括第三供给螺杆(56)和第四供给螺杆(58)，所述第三供给螺杆(56)和第四供给螺杆(58)沿所述模板(42)被布置成在所述排出端部(46)处至少部分地在所述第一供给螺杆(52)和第二供给螺杆(54)之间。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一供给螺杆和第二供给螺杆(52，54)的尾端部比所述第三供给螺杆(56)和第四供给螺杆(58)的前端部更靠近所述模板(42)的所述排出端部(46)，由此所述束(38)由所述第一供给螺杆和第二供给螺杆(52，54)直接移动到所述第三供给螺杆和第四供给螺杆(56，58)的所述前端部中。
3.根据权利要求1和2中的任一项权利要求所述的装置(10)，还包括引导板(90，92)和将所述引导板(90，92)偏压向所述模板(42)的压缩弹簧(100，102)，所述引导板(90，92)用来将束(38)的环或圈(50)引导到所述第三供给螺杆(56)和第四供给螺杆(58)中。
4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的装置(10)，其中，所述装置(10)还包括第一磨轮和第二磨轮(82，84)，在所述束(38)沿所述模板(42)被传送时，所述第一磨轮和第二磨轮将所述束(38)切割成所需长度的单个纤维段(14)。
5.根据权利要求4所述的装置(10)，其中，所述第一磨轮(82)在所述第一供给螺杆(52)的尾端部的下游布置成邻近所述模板(42)的所述第一侧部，并且所述第二磨轮(84)在所述第二供给螺杆(54)的尾端部的下游布置成邻近所述模板(42)的所述第二相对侧部。
6.根据权利要求4和5中的任一项权利要求所述的装置(10)，还包括引导板(90，92)和将所述引导板(90，92)偏压向所述模板(42)的压缩弹簧(100，102)，所述引导板(90，92)用来将束(38)的环或圈(50)引导到所述第三供给螺杆(56)和第四供给螺杆(58)中并且将所述束(38)偏压向所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)。
7.一种用来切断纤维束(38)的装置(10)，所述装置包括：
模板(42)，所述模板包括基部端部(44)和排出端部(46)，所述基部端部具有大体上圆形的横截面，所述排出端部包括长形直线边缘；
束供给机构，所述束供给机构将所述束(38)递送到所述模板(42)并且沿所述模板(42)传送所述束，所述束供给机构包括沿所述模板(42)的第一侧部布置的第一供给螺杆(52)和沿所述模板(42)的第二相对侧部布置的第二供给螺杆(54)；
其中，所述装置(10)还包括第一磨轮和第二磨轮(82，84)，在所述束(38)沿所述模板(42)被传送时，所述第一磨轮和第二磨轮将所述束(38)切割成所需长度的单个段(14)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)布置成邻近所述排出端部(46)。
9.根据权利要求7或8中的任一项权利要求所述的装置，其中，所述第一磨轮(82)在所述第一供给螺杆(52)的尾端部的下游布置成邻近所述模板(42)的所述第一侧部，并且其中所述第二磨轮(84)在所述第二供给螺杆(54)的尾端部的下游布置成邻近所述模板的第二相对侧部。
10.根据权利要求7至9的任一项所述的装置(10)，其中所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)各具有大约5mm至大约120mm之间的直径并且能够以大约1000rpm至大约100000rpm之间的速度旋转。
11.根据权利要求7到10中的任一项权利要求所述的装置(10)，还包括引导板(90，92)和压缩弹簧(100，102)，所述引导板和所述压缩弹簧将所述束(38)偏压向所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)。
12.一种切断纤维束的方法，所述方法包括：
将连续的束(38)的环(50)递送到模板(42)的基部端部(44)上；
通过将所述环(50)与第一供给螺杆和第二供给螺杆(52，54)接合，沿所述模板(42)从所述基部端部(44)向着排出端部(46)传送所述环(50)；
在所述排出端部(46)处，将所述环(50)与布置在所述第一供给螺杆和第二供给螺杆(52，54)之间的第三供给螺杆和第四供给螺杆(56，58)接合；
将所述环(50)切割成所需长度的单个纤维段(14)；
借助所述第三供给螺杆和第四供给螺杆(56，58)将所述单个纤维段(14)向所述排出端部传送；和
排出所述单个纤维段(14)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，沿所述模板以大约0.01m/s至大约0.3m/s之间的速度传送所述连续的束(38)。
14.根据权利要求11至13中的任一项权利要求所述的方法，其中，所述切割步骤包括使用邻近所述排出端部(46)布置在所述模板(42)的相对两侧部处的第一磨轮和第二磨轮(82，84)来切割所述环(50)。
15.一种切断纤维束的方法，所述方法包括：
将连续的束(38)递送到模板(42)的基部端部(44)上；
沿所述模板(42)从所述基部端部(44)向着排出端部(46)传送所述连续的束(38)；
使用第一磨轮和第二磨轮(82，84)将所述连续的束(38)切割成所需长度的单个纤维段(14)；和
排出所述单个纤维段(14)。
16.根据权利要求16所述的方法，其中，所述切割步骤包括使所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)邻近所述排出端部(46)布置在所述模板(42)的相对两侧部处。
17.根据权利要求15至16中的任一项权利要求所述的方法，其中，所述切割步骤包括使所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)以大约1000rpm和大约100000rpm之间的速度旋转。
18.根据权利要求15至17中的任一项权利要求所述的方法，其中，所述传送步骤包括：沿所述模板(42)在第一方向上传送所述连续的束(38)；以及使所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)在与所述连续的束(38)接触的两个点处沿相反的第二方向旋转。
19.根据权利要求15至17中的任一项权利要求所述的方法，包括：沿所述模板(42)传送所述连续的束(38)；以及使所述第一磨轮和第二磨轮(82，84)在与所述连续的束(38)接触的两个点处沿相同方向旋转。
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