CN104640796A - 预浸渍带分切设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于从相同主辊中同时生产宽和窄的分切带的方法和设备。

Description

预浸渍带分切设备和方法

本申请要求2012年4月27日提出的美国临时专利申请No.61/639,289的权益和2012年11月28日提出的美国实用新型专利申请No.13/687,036的内容，二者的内容作为以整体形式通过引用包含于此。

技术领域

本申请涉及用于分切预浸渍复合材料的连续薄板以同时形成宽的和窄的预浸渍分切带的方法和设备。具体地，本申请的教导允许窄宽度缠绕的预浸渍分切带和宽宽度扁平缠绕的预浸渍分切带从预浸渍材料的相同主辊中同时形成。

背景技术

复合技术的进步在产品设计和工程以及最后制造上已具有显著影响。早期的方法包括手动布置纤维材料和随后浸渍布置材料的片材，接着布置预浸渍的纤维片材和然后通过压缩形成的垫子，以及采用和利用这些复合材料和在许多领域中的技术进行快速固化。然而，在用于许多应用时，材料层的缓慢有条理的建立是非常劳动密集的，包含危险化学品的使用，更重要地，有时是非常不稳定的材料和/或具有有限工作时间的材料。因此，当工业上显著进步时，它们的应用始终是有限的。

合成材料和技术的后来发展导致连续的制造业技术。更特别地，尽管固化材料的电解槽浸渍相同的固化材料，某些纤维材料的连续束被拉伸的细丝卷绕绕芯轴卷绕以形成所需部分，尤其具有立即固化的一些方法以达到生坯状态，从而保持其形状和纤维布置，并且随后被完全固化。然而，由于所述束的窄宽度，这些操作非常缓慢和耗时。更重要的，这些过程作为操作的全部是非常需要资金的，从固化成分的准备到纤维材料的润湿到局部本身的形成，全都在相同的室中进行。

制造和材料技术的连续发展导致有能力制备预浸渍材料，尤其是环氧浸渍纤维片材的辊，其中基片材料最典型地为单向形成，与辊的长度上运行的纤维平行。这些辊典型地具有足够长度，类似细丝卷绕应用中的辊，连续制造方法可以与在预浸渍制造厂形成的预浸渍材料一同发展，冷却以防止过早固化，运送到使用地，以及加温且随后被用于生产所需产品。不再需要最后的产品制造商投资资金和管理费用或者雇佣技术人员制造预浸渍材料。集中专门技术的成本优势和焦点(例如，集中在预浸渍的化学和制造上的预浸渍加工和集中在树脂浸渍增强材料过程上的产品制造)被多方面证实是有益的。

在早期，预浸渍带或者片材材料以用于制造商品的标准宽度制造。这在早期进行中是可接受的，因为许多应用具有非常相似的需求和要求，例如，棒球球棒、高尔夫球棍、曲棍球棒、长曲棍球棒等等可以全被加工成与分切带大体上相同的宽度，主要因为需求相似并且必须用于较小差别。即使不是最理想的，可使用这些坯料带，不过制造许多不同宽度，尤其是制造传统宽度的花费昂贵。资金需求是相当巨大的，并且不能支撑大量不同产品。因此，如果所需的带的宽度与所得到的宽度不一致，在较高需求应用中限制完全采用该技术。

更近的，技术已经发展，并且新的专门技术和加工性能已经发展，由此通过坯料主辊的分切的带宽的宽阵列是可以制造的。如今宽带可被制造用于具有大平面或弯曲平坦表面的应用中，而窄宽度带可被制造用于更复杂或弯曲部分。尽管该技术允许用于许多不同产品的制造中的预浸渍带的使用，其需求，特别是实际需求，需要被预浸渍带的宽度部分影响的特性，预浸渍带进入飞行器部分产品的膨胀使用已经是用于近来技术改革和进步的主要驱动因素之一(如果不是主要因素)。应当可以认为用于飞行器产品的需求在飞行器部件领域中将完全不变，事实并非如此。每个部件必须承受其自身，大部分时候是独特的环境和其各自的实际需求和困难。例如，尾翼相比机翼或机身部分将具有明显不同的需求。结合飞行器部分的精密公差，更加明显的是分切带的过多宽度需要具有用于分切带从一个应用到另一个应用的不同宽度，与一英寸的一小部分类似，而且还是与较小部分类似。公差处于较小范围，公差要求是几千英寸。在飞行器生产中进一步的混合过程决定某些部分需要将带分切成两个或更多个不同宽度。因此，传统切割已经是在复合结构制造中使用分切束的主要成就。

尽管有其优点，分切带的适用，特别是用于飞行器生产，但是也不排除其缺点。更特别地，由于制造主辊的机器和设备的高成本，主辊仍倾向于以标准宽度生产。由于这些主辊的常规宽度分切，主辊的宽度是所需分切带宽度的若干倍的可能性相当低。因此，分切成常规宽度的能力带来增加加工浪费，高成本预浸渍材料的昂贵现象的缺点。唯一可选的是调节分切带宽度以允许完全消耗毛坯辊；然而，这可能意味着不会采用最佳宽度用于给定的最终使用部分。尽管这可能不是用于飞行器的内部、非结构部件的问题，但是其完全不能容忍用于结构元件或机身应用。

另外，如所记载的，现在发现在较高需求的应用中，特别在飞行器生产中需要两个或更多个宽度的分切带同时、可选和/或有序地应用或放置。最经常地，这包含宽分切带的使用，其必须或优选在线轴或卷轴上卷绕，由此获得的毛坯材料看起来更像盘形或扁平形，并且常常被称作扁平线圈。所需的第二分切带经常，即使不是特别经常，在宽度范围的另一端是英寸级别或更少，其宽度不能是，或者优选不能在线轴上卷绕，但是必须以螺旋形或螺旋状形式绕芯轴卷绕(横向卷绕)，特别像一包细绳，其典型地在销等上卷绕。

假定在本发明教导之前，存在生产窄宽度和宽宽度分切带的不同需求和要求，则在工业上已经形成的标准是，两个不同分切带在两个不同设备上形成，每个配置用于所需的具体带宽。可选地，它们可以按序采用相同的装置用于大部分生产，但是置换切割机元件以分切不同宽度和卷绕设备。两条专用线的第一选择是最便利的，并且在加工停机时间上的影响最小，但是需要额外花费资金和操作费用以安装、支撑和操作两条完成线。第二选择是低成本，特别在资金投入和空间需求上，但是在生产时间方面、改变人力时间上具有显著影响。然而，采用两个单独的设备的过程可以连续运行，稍微中断但是改变主辊以及卸载线轴/芯轴的分切带；后者需要相当多的停机时间以断开用于第二宽度的分切元件以及断开卷绕站和设备，并且将分切设备的剩余部分与新卷绕站和设备重新连接，预先准备好系统并且启动运行用于不同产品。所有这些不仅给已经非常昂贵的工艺和产品增加相当大的成本，而且增加了保持在加工场地上、暴露于周围环境的这种材料的关注时间，尤其是在有效降低的温度下储存的不稳定性和需求。

另外，即使较少关注于非航空航天应用，需要两个或更多个宽度分切带的应用带来的其他因素是每个宽度的分切带来自不同主辊，其可以是相同的组或者是完全不同的组；或许甚至是来自完全不同的预浸渍制造厂的主辊。当然，所有主辊制造成某些规格，但是每个规格存在公差并且各个规格仅表达主辊材料的主要特征和/或特性。然而，甚至来自相同产品组的不同主辊可以经历影响它们的最终性能、硫化特性、性质等的不同环境/条件。

此外，在大多数应用中不关注，但是在高技术航空航天和飞行器应用中，其可能是相当大的问题。甚至在以前，宽带和窄带之间，特别是两个带的接触面上固化特性的微小差别可能对该部件的全面性能具有不利的影响。在该方面，需要考虑当超声波飞行时SST飞行器的机身在长度上膨胀若干英尺的事实。材料通用性和热膨胀的匹配系数对飞行器的最后成功起关键作用。因此，在生产部件中使用其中一个分切带束和另一个分切带束之间的结合不相容或弱结合的部件对最后性能和部件寿命起到重要作用。

虽然刚性产品量控制和管理可以降低不同分切带用于制造相同部件的可能性，但是其并总是可以的。例如，毛坯主辊的初始数量可能不允许用于带宽度的适当比例。此外，即使采用这种管理力，其仍然不能表达的事实是两个主辊也可以具有不容易表现给制造者和/或由于在输送和储存过程中的不同操作而在固化基质中固有的不同，例如，一个相比于另一个可以在开放场地留存较长时间，并且相比于另一个加热到不同温度。作为活性的、可固化组合物，预浸料的基质树脂的特性将随时间和温度改变：如上所记载的，在辊上放置更长时间的因素是，随着延长或延时的分切加工时间，暴露于周围环境。

因此，在工业上仍然存在对用于生产宽宽度和窄宽度分切预浸渍带的商业上成本有效的方法的需求。特别地，存在用于具有最小浪费和最小加工时间生产宽和窄宽度预浸渍分切带的简单、成本有效、劳动非密集的方法的需求。

以下，在工业上存在用于如下方法中应用的设备的需求：该方法允许在商业上成本有效的，特别是从设备投资方面成本有效的，用于生产宽和窄宽度分切预浸渍带的方法。

在工业上存在对用于生产宽和窄分切预浸渍带的方法的需求，该方法确保在生产每个产品的主毛坯辊的组成、处理、加工等方面存在最小差别。更特别地，存在对不需要或者最低限度需要严格的管理控制和监督的分切带生产的需求。

发明内容

根据本申请教导，提供从相同的预浸渍材料的主辊同时生产宽宽度和窄宽度预浸渍分切带的方法。具体地，提供一种同时生产宽宽度和窄宽度预浸渍带的方法，该方法包括：

a)供应连续的预浸渍材料片材通过分切设备，该分切设备的分切或切割元件被设置为提供宽宽度和窄宽度分切带的生产；

b)沿通过所述分切或切割元件形成的每个切口纵向分离每束分切带；

c)引导和定位每束宽宽度带至线轴元件，以及引导和定位每束窄宽度带至芯轴元件；以及

d)在线轴元件上卷绕宽宽度分切带，每个卷绕直接施加于先前卷绕上以形成分切带的盘形线圈或扁平线圈，并且同时在芯轴元件上以螺旋形或螺旋状方式卷绕窄宽度分切带，沿所述芯轴元件的长度来回穿梭。

该方法可以且最优选包括以下步骤：当在线轴或芯轴上卷绕时，适当地将衬垫材料插入所述分切带之间，使得在卷绕时衬垫将重新铺设的分切带与下层分切带隔开。最后，该方法可以且优选地包含以下步骤：一旦所需长度的材料在线轴或芯轴上卷绕时，在线轴或芯轴上适当切割分切带。此后，新的线轴元件、芯轴元件或二者适当地放置在卷绕位置，并且向其供应的带的切割端开始卷绕在新线轴或芯轴元件上。

最优选地，所述方法应用在连续预浸渍片材材料的大主辊上。这些主辊放置在退绕站并且未卷绕，从而提供连续供应的预浸渍片材材料至分切或切割设备。可选地，即使优选地，该方法也包括以下步骤：在退绕站和分切或切割设备的中间点将一个主辊的末端与第二主辊的前端接合。接合允许将预浸渍片材材料几乎连续的转换或分切。接合也可以用于去除并且用另一个主辊替换一个主辊，其中在转换开始之后，首先发现是有缺陷的、不规范的或在其他方面是不需要的。

根据本教导的第二方面，提供一种预浸渍分切设备，其能够同时将预浸渍材料的连续片材分切成宽宽度和窄宽度的预浸渍分切带，并且同时以线轴方式卷绕宽分切带以及以芯轴或螺旋状方式(横向卷绕)卷绕窄宽度分切带。优选地，所述设备被设置为容纳预浸渍片材材料的主辊。可选地，即使是优选的，所述设备也能在分切操作之前将一个主辊的末端与第二主辊的前端接合。

更特别地，提供一种预浸渍分切设备，按顺序包括：

a)能够接收和容纳一个或多个预浸渍片材材料的主辊的退绕站；

b)可选地，能够将预浸渍片材材料的一端与预浸渍片材材料的另一端接合，优选地，能够将一个主辊的末端与第二主辊的前端接合的接合站；

c)能够且被设置为将预浸渍片材材料分切或切割成至少两种不同宽度，即窄宽度和宽宽度的分切带束的分切站；和

d)具有宽分切带卷绕部和窄分切带卷绕部的卷绕站；其中i)宽分切带卷绕部包括至少一个轮轴，其适于接收至少一个所述宽分切带以盘绕方式卷绕在其上的线轴元件，和ii)窄分切带卷绕部包括一个或多个芯轴型卷绕机，所述窄分切带以往复螺旋形或螺旋状方式，即横向卷绕在芯轴型卷绕机上。

优选地，宽分切带卷绕部包括一个或两个轮轴，每个轮轴具有可拆卸地固定(尽管牢固地固定)在其上，且最优选地以间隔位置关系排列的多个线轴元件；和绕其纵向轴或中心轴旋转轮轴的驱动装置。尽管不是必须的，但是包含线轴元件的第二轮轴的存在允许在线轴满载时更快置换线轴元件。线轴元件也可以仅是圆柱形的，其宽度与在其上卷绕的分切带的宽度相同或基本相同。可选地，线轴元件可以是卷筒形式，当处于卷绕卷带时，具有从线轴芯部延伸的侧壁以在分切带被卷绕时引导和帮助保持排列的分切带。

窄分切带卷绕部包括多个芯轴型卷绕机，每个包括轮轴，芯轴芯部牢固地安置在该轮轴上用于接收窄分切带束；和一个或多个用于绕其纵向轴或中心轴旋转每个芯轴轮轴的驱动装置。芯轴卷绕机还具有关联定位和张力元件，用于以往复螺旋状或螺旋形方式合适地将窄分切带放置在芯轴上。

最后，卷绕站还具有多个衬垫供应设备和定位设备，用于在卷绕分切带之前或正在卷绕分切带时将衬垫材料与分切带匹配，使得当其绕线轴或芯轴元件卷绕时适当地使衬垫带出现于分切带的每个连续层之间。衬垫供应设备通常包括阻力轮轴，其允许轮轴的自由旋转但具有阻力，即，当分切带和衬垫被卷绕时，卷绕运动将衬垫从安装在阻力轮轴上的衬垫材料拉出。

根据本教导的设备可选地且典型地进一步包括在分切站与卷绕机之间的多个引导辊、张力和/或定位元件，用于将每个分切带束从分切站引导至其正确的卷绕站，并且最后引导至其预期的线轴或芯轴元件，优选地，当其被卷绕时在分切带上保持持续张力。虽然这些或某些元件可与宽分切带的卷绕相关联，但是它们更特别地与窄分切带的卷绕相关联。

附图说明

在此结合形成为说明书一部分的附图进一步理解。相同的参考数字被用于表示不同视图中的相同部分。

图1是根据本发明教导的优选实施例的具有宽和窄分切带束的双生产能力的预浸渍分切设备的侧视图。

图2是图1的设备的顶视图。

图3A、3B和3C示出了用于宽分切带束卷绕的线轴元件的放大透视图、平面视图和侧视图。

图4A、4B和4C示出了用于宽分切带束卷绕的卷轴型线轴的放大透视图、平面图和侧视图。

图5A和5B示出了用于窄分切带束卷绕的芯轴的放大透视图。

具体实施方式

如在此使用的，关于预浸渍片材材料使用时的术语“连续的”不意味着预浸渍材料的片材不结束：尽管如果连续将供给的片材材料与另一供给的片材结合时，也存在这样的可能性。当然，该术语意图表示预浸渍片材材料的很长的长度，特别是工业上标准的长度以及以主辊形式供给的片材的很长的长度。典型地，这些将具有至少大约25米至大约1500米甚至更长的长度。此外，尽管这里具体提到了浸渍有可固化环氧树脂的单向纤维的预浸渍片材材料，但是应当理解本发明教导不限制于此。的确，本发明教导同样适用于其它预浸渍片材材料，包括那些纤维组分是纺织品或无纺布以及那些基质树脂为包括但不局限于环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等大量可固化基质树脂中的任何树脂。

根据本发明教导提供用于从连续的预浸渍材料片材，优选地从预浸渍片材材料的主辊同时生产宽宽度和窄宽度预浸渍分切带的方法。本领域技术人员将容易地意识到分切带宽度的限制按照扁平绕组以及必须通过横向线圈被卷绕。一般而言，前者使用宽度不少于2英寸、优选地不少于3英寸的分切带；然而，后者通常使用宽度不大于3英寸、优选地不大于2英寸的分切带。如下所记载的，每个需要最终产品为不同外形的不同卷绕工艺。前者，宽分切带经历其中所述带绕线轴元件卷绕的线轴卷绕过程，一层直接在另一层上。这导致获得盘形或扁平预浸渍分切带。窄分切带不具有充分的结构和完整性以允许用于这种卷绕并且必须是芯轴或横向卷绕。这里，窄分切带绕圆柱形芯轴元件以螺旋形或螺旋状方式从芯轴的一端移至另一端反复卷绕，逐渐沿芯轴元件的长度形成一层叠一层。因为这里不清楚分切带的宽度将要表示一种方法至另一种方法，所以在通过每种方法调节的宽度范围内存在一些重叠。然而，应当意识到当宽度接近一种方法的极限范围时，或许最好使用其他方法。当然，在选择被使用的方法时有其它因素，包括预浸渍材料本身的完整性、硬度和柔韧性。

回到本发明教导，这里提供用于同时生产线轴型和芯轴型预浸渍分切带的方法，该方法包括：

a)供应连续的预浸渍材料片材通过分切设备，所述分切设备的分切或切割元件被设置为提供宽宽度和窄宽度分切带的生产；

b)沿通过所述分切或切割元件形成的每个切口纵向分离每束分切带；

c)引导和定位每束宽宽度带至线轴元件，并且引导和定位每束窄宽度带至芯轴型线轴元件；以及

d)在线轴元件上卷绕宽宽度分切带，每个卷绕直接施加于先前卷绕上，使得形成分切带的盘形线圈或扁平线圈，并且同时在芯轴元件上以螺旋形或螺旋状方式同时卷绕窄宽度分切带，沿所述芯轴元件的长度来回穿梭。

最后，所述方法可以且优选地包括以下步骤：

e)一旦主辊消耗完，去除线轴和/或芯轴；或者优选地，一旦所需长度的材料被卷绕在其上，合适地切割在线轴或芯轴上的分切带。

在线轴的情况下，典型地所有线轴将被同时置换，因为每个具有相同的带长度。这被其中所述线轴典型地位于一个或两个容易被去除的轮轴上，并且全部替换为具有空线轴位于其上的第二轮轴或多个轮轴。在芯轴的情况下，这些也可被同时置换(线轴可以或不可同时置换)，或者取决于其数量置换，也可以按序置换而无需停止分切过程。前者需要在所有芯轴被去除和替换时停止过程。然而，后者希望设备具有一个或多个额外的芯轴卷绕机，由此芯轴可被连续置换。特别地，当所述设备运行时，将被置换的芯轴卷绕机的分切带束切割并且所述束的自由分切带端部附着于自由芯轴卷绕机，并且啮合芯轴卷绕机以开始卷绕。同时，所述束被切割的芯轴卷绕机上的芯轴被去除，并且替换为新的芯轴元件。此时当另一个芯轴被置换时，准备重新使用芯轴卷绕机。

最优选地，卷绕过程还包括当分切带束在线轴或芯轴上卷绕时适当地将衬垫材料插入分切带束之间，使得在分切带被卷绕时衬垫将底层的分切带与新布置的分切带分离。该步骤包括当发生卷绕时将每个分切带束与在线轴或芯轴元件上的相应宽度(如果不是更宽的)的衬垫材料带配合。

如上所记载的，所述方法被用于连续的预浸渍材料片材。优选地，在本发明方法的实施中使用的预浸渍材料是连续预浸渍片材材料的大主辊或大卷筒形式。在所要保护的工艺的实施中，这些辊被放置在退绕站并且被展开，以连续供应预浸渍材料给分切或切割设备。

可选地，但不是优选地，本发明方法还包括在退绕站和分切或切割设备中间点将一个主辊末端与第二主辊前端接合的步骤。接合允许将预浸渍片材材料连续变换或几乎连续变换或者分切为分切带，以及将一个预浸渍片材材料置换成另一个预浸渍片材材料。接合也可被用于去除一个主辊和用另一个主辊替换，其中在其开始变换之后，第一主辊被发现是有缺陷的、不规范的或相反是不希望的。

如果所述设备被设置为离线任何延长的一段时间(其将会不利影响任何在工艺内的预浸渍材料)，则接合的能力还提供将毛坯片材引入所述设备的能力，所述毛坯片材可以与衬垫材料相同的材料，由此所述毛坯材料被接合为预浸渍材料，并且允许通过所述设备直到毛坯材料的分切带到达每个线轴元件或芯轴元件。在此点，所有具有预浸渍带卷绕在其上的线轴和芯轴被去除，并且在整个设备的位置用毛坯材料关闭系统。所有需要做的仅是将预浸渍片材与毛坯材料的末端接合并且运行所述设备。然后，所述毛坯材料通过所述设备将所述浸渍材料拉出，并且迈向成功运行。

已经描述了在大多数普通情况下的方法，现在将结合图1和2中示出的设备进行描述。但这只是一种可能配置。具有本发明教导的利益的本领域技术人员将容易地意识到装置的其它配置和排列，其也可用于本发明教导的实施中以及能执行相同任务的装置的其它具体部件，尽管、或许以不同的方式，其可以被用于这里所述的装置的具体类型中。例如，当作为分切站的切割元件的具体实例是刀片时，也可以使用其它切割元件和/或设备，例如冷激光、微型刀片、金刚钻刀等。类似地，如在下面记载的更多细节，用于宽分切带的线轴只不过是空心圆柱形元件。可选地，它可以是卷轴的形式，更像卷到卷带或者具有线轴毂或中心和侧壁的那些形式。

同样，应当注意在本发明方法的实施中所使用的装置和元件或组件是众所周知的，并且在商业上可获得或者容易得到。然而，所述设备和它们的元件或组件的具体排列、组合和/或配置是未知的且是新的。例如，当切割元件是已知时，用于同时分切宽和窄宽度分切带的切割元件的具体排列是未知的。类似的，合并线轴卷绕和芯轴卷绕过程的元件的卷绕站的设计和配置是未知的。需要做出其它调整以正确定位用于每个卷绕操作的分切带束；然而，具有本发明教导利益的本领域技术人员将容易地意识到并且能采取必要的改进。

现在参见附图，图1和2示出了能实施本发明教导的方法的设备1的俯视图和侧视图。示出的设备1包括四个主要站，退绕站3、接合站4、分切站5和包括线轴卷绕段7和芯轴卷绕段8的卷绕站6。每个站和段将在以下更详细地描述：虽然绝对的细节是不必要的，因为元件的绝大部分是众所周知的，并且在商业上可获得。

如图1和2中所示，退绕站3包括具有相对的侧壁14的支撑结构13，相对的侧壁14在侧壁之间从一端到另一端间隔一定距离，该距离能容纳预浸渍片材材料10的典型主辊。每个侧壁14包括托架或类似的结构15，其适于容纳和允许被预浸渍片材材料10缠绕的轮轴12旋转，或者被预浸渍材料缠绕的芯轴或中心元件在其上安装的轮轴旋转。优选地且如所示的，轮轴直接或间接附着于驱动电机16或者与驱动电机16咬合，驱动电机使轮轴12绕其轴旋转以促进预浸渍片材材料从主辊退绕。

接合站4在退绕站之后，并且常常为退绕站的一部分或者与退绕站组合。接合站典型地包括加热和压缩元件(未示出)以促进一个主辊的一端与另一个主辊的一端接合。接合站可以且优选地，也合并切割或分切装置或元件用于越过预浸渍片材材料的宽度切割。后者可能必须提供净切削给预浸渍主辊的末端和/或前端，去除主辊置换新主辊，或者插入毛坯辊，如上所述的。

当没有进行接合操作时，接合站仅是经过站，其中，在所述片材材料进入分切站5时，接合站的结构或许仅仅是帮助片材材料的合适定位。具体地，与接合操作或工艺本身相关的接合站的那些元件典型地从预浸渍片材材料的轨迹缩回或拉回，并且当进行接合时仅前进至接触预浸渍片材。接合技术以及其相关元件和设备是众所周知的，并且在商业上可从多种渠道获得。

如果存在接合站，在接合站后是分切站5。分切站包括分切或切割元件5a(在图2中以虚线示出)和典型地通过和或经过分切和切割元件用于移动预浸渍片材材料的多个元件和部件(未示出)。除分切或切割工具或元件本身之外，分切站的所有部件是众所周知的并且在商业上可获得。虽然配置用于本发明方法的实践中的分切和切割元件在商业上不可获得，但是它们由在商业上可获得的分切和切割元件构成，分切和切割元件容易适合于将预浸渍片材材料分切成多个具有至少两个不同宽度的分切带束，其中一个足够宽使得可以在线轴卷绕机上完成卷绕，另一个具有窄宽度使得在芯轴型线轴卷绕机上被卷绕。合适的分切元件在现有技术中是众所周知的并且具有精密度、高强度叶片、冷激光、微刀片等等。

根据本发明教导，分切站的分切或切割元件被设置为且被隔开以形成具有所需或所期望的宽度和比例的两种所希望的宽分切带束和所希望的窄分切带束。(后者涉及例如需要用于每个宽分切带的一个窄分切带的生产工艺。)知道了主辊的宽度、所需或所希望的宽分切带和窄分切带的宽度、以及所需的宽分切带与窄分切带的整体比例，接着可以计算待形成的宽分切带与窄分切带的最佳比例，从而计算用于切割机5a的分切或切割元件的合适设置或间隔。无论如何，从分切操作中产生的废料的最大宽度通常少于两个窄分切带束的宽度，即使一个排除了主辊的外部边缘，更广泛地小于单个窄分切带束的宽度。相反，连续产生宽分切带和窄分切带的现有技术过程产生大量浪费的预浸渍材料，其将超过以下组合：a)接近两倍量的单条宽分切带，和b)接近两倍量的单条窄分切带预浸渍材料。如果其排除每个外部边缘，这尤其是这样的。无论如何，本领域和具有本发明教导的利益的技术人员可以容易地设置分切过程以使分切带最大化并且使损耗最小化，与现有技术过程相比更加有效率。

以下应当意识到，用于飞行器生产时，整个说明书中分切带宽度上变化的公差是非常低的，与数千英寸相似，可能3千英寸或5千英寸(分别是0.003”和0.005”)。因此，从飞行器生产的立场上来说，除了每个分切过程允许用于主片材的给定宽度外，没有机会或者只有很少机会处理分切带的宽度以使产量最大化。以下，相比这里描述的改进和新的过程，现有过程本质上可能或者很可能导致很大损耗。

考虑分切或切割元件本身的配置，如图1和2中所示，因此相应于分切元件的窄宽度带捆扎在切割机5a的中心区域附近，再次通过分切站5中的虚线示出的切割机。然而，可以采用任意或者必要的任意配置。不过应当意识到，尽管有效，但是该配置需要许多宽分切带束从分切站至卷绕站延伸一定角度。虽然这样通常没有问题，但是也应当意识到随着宽度增加，分切带本身变得更加刚硬且不易弯曲。因此，所述带的对齐变成允许直接在线轴上卷绕，担心会出现带的扭曲和/或连续卷绕层彼此无法直接覆盖。因此，优选的是，分切或切割元件被配置成允许交替窄宽度和宽宽度的分切带或者一些类似重复。优选地，设置分切或切割元件使得窄宽度和宽宽度分切带的顺序尽可能按所需的或将被生产的窄分切带束对宽分切带束的给定比例进行均匀交替。例如，如记载的，图1和2中的配置示出了窄(N)分切带和宽(W)分切带的排列如下：WWNNNNNWWWW。交替两个，例如WNWNWNWNWNW，在窄宽度带之间间隔每个宽带，从而使将宽分切带束路径改变至卷绕站中相应的辊的需求最小化。再次，最优选的是，如果切割机被设置成允许宽带束相对于切割机垂直延伸至卷绕元件，宽带束将在卷绕元件上卷绕。

当然，应当意识到由于商业上的大多数主辊的宽度为60英寸或更宽，因此窄带和宽带交替配置的上述建议大部分是说明性的。因此，由任意给定主辊形成的分切带束的数量可能是上述建议的10束的数倍。无论如何，要点是分切或切割元件的排列是优选的，使得从切割机到卷绕站，特别是线轴元件的宽分切带束的路径必须是线性的，如图2中通过线轴21所示出的。

虽然没有示出，但是本领域技术人员将容易地意识到分切站的设备还将包括大量辊和引导元件以促进预浸渍材料通过切割机的通道，该促进包括通道速度、片材相对于叶片或切割元件的排列、以及被分切时所述带的稳定性/定位。典型地，分切站的辊元件控制预浸渍片材通过切割机的总速度，从而整体控制设备的总速度。所述设备还可以在分切元件之后具有多个销或引导元件，其帮助确保新形成的分切带束之间的完全分离。最后，分切站还可以包括或具有立刻关联或随后关联的监控能力，其在分切带束上进行测量、连续地或者按时间顺序以确保它们在规范中。

图1和2所示的设备的最后站是卷绕站6。该站包括两个不同部，线轴卷绕部7用于宽分切带，芯轴卷绕部8用于窄分切带。此外，每个元件是众所周知的且在商业上可获得的，但是它们的组合和同时使用是没有的。

在图1和2所示出的实施方式中，线轴卷绕部7包括具有相对侧壁24的支撑结构23，所述相对被容纳具有或能够具有多个位于其上的线轴30的轮轴22的距离彼此间隔。尽管图1和2描述处于间隔关系的线轴，但是应当意识到线轴可以并排排列或彼此之间具有最小间距。虽然在图1和2中不明显：但是从图3A、3B、4A、4B和4C中清楚看出(如下所讨论的)，每个线轴具有键或槽口或类似元件32，其与图6中示出的每个轮轴22上的配合键元件34一致。轮轴的这种配置容易允许线轴元件沿轮轴的轴来回滑动轮轴，但是仍必须将每个线轴锁定在至少相对于轴向旋转的位置中。因此，只有当轴线旋转时线轴才能旋转。

如图3A、3B和3C中示出的，线轴31可以是具有轴线从中穿过并且其宽度W等于或者略宽于在其上卷绕的带的宽度的中心孔或洞33的简单圆柱形元件。如所记载的，中心孔33具有立刻关联的键或槽口32，其与图6中所示出的在轮轴22上延伸的相应键34一致。可选地，如图4A、4B和4C所示出的，线轴可以具有卷轴36的形式，其包括相当于图3A的线轴的相同中心元件38和从中心线轴元件的每端圆周延伸的相反侧壁40。虽然本领域技术人员将意识到图4A、4B和4C中所示出的侧壁的任何配置都是合适的，所述侧壁可以包括多个在圆环44中连接的轮辐。当所述带绕线轴中心38卷绕时，这种配置产生用于所述带的托架。

如上记载的，每个线轴具有将线轴固定于轮轴的键或其它元件；至少在与轴向旋转有关的情况下。在该方式中，所述线轴仅当轮轴旋转时旋转。多种锁定或键机构是已知的且可被应用。为了证明，图3A、3B、3C、4A、4B、4C和6中的实施方式采用沿轮轴22的长度轴向延伸的键34。相应的槽口或狭槽分别存在于线轴31和卷轴36的中心孔或洞33、35中。

回到线轴卷绕部7，如所述的，其具有包括相反侧壁24的支撑结构23，每个侧壁具有适于容纳和允许轮轴22在其中旋转的托架25。轮轴被直接或间接附着于驱动电机26，其绕其轴旋转所述轮轴以允许生产时线轴扎紧宽分切带18。优选地，所述电机在分切带束上保持正牵引力以确保分切带绕线轴30卷绕时分切带的正确定位和平稳卷绕。然而，应当意识到该线轴卷绕电机通常不是全过程的速度决定电机；相反地，其更典型地起到如上所讨论的与分切站关联的辊和输送元件的作用。

卷绕站6还包括芯轴卷绕部8，其包括多个安装在支撑结构63上用于卷绕窄分切带19束的芯轴卷绕机60。每个芯轴卷绕机包括直接或间接附着于或者与驱动电机64咬合以用于绕其轴旋转轮轴的芯轴轮轴62。每个电机可与一个或多个轮轴关联；但在任何情况下，一个或多个轮轴相互配合以同时运行，即使不需要以相同的速度。具体地，除非芯轴被同时置换和卷绕，每个芯轴轮轴的卷绕速率必须是独立的，使得允许基于已在芯轴上卷绕的大量带的不同旋转速率。典型地且优选地，每个芯轴卷绕机具有如图2所示的自身驱动电机。

与线轴轮轴电机26类似，关联芯轴卷绕机的芯轴轮轴驱动电机64优选地是被动的，这意味着它们在被卷绕的带上保持适度张力但实际上没有拖动分切带通过设备。此外，如所述的，该系统的总速度通常由通过分切站的预浸渍片材材料的速度规定。

每个芯轴轮轴62被设置成接收芯轴元件50，在图5A和5B中更明显地示出。所述芯轴元件沿着轮轴的轴、芯轴的轮轴62的方向自由滑动，并且防止绕轮轴自由旋转：尽管当轴线旋转时它也旋转。安全设备可被嵌入芯轴元件和芯轴轴线中由此芯轴元件将被允许绕芯轴轴线自由旋转或者当分切带丝束中的张力超过可能导致带过度紧张和/或断裂的某个点时至少释放与芯轴轴线的旋转同时进行的旋转。可选地，芯轴卷绕机和芯轴可以具有立刻关联的键机构53或如上所讨论的关于线轴卷绕机的类似机构，其防止芯轴绕芯轴轮轴自由旋转。

芯轴元件50是具有从其长度延伸并且芯轴轮轴从中通过的中心孔或洞52的细长圆柱体。这些芯轴元件典型地具有沿其圆柱体轴测量的长度，其明显长于线轴元件31的宽度。通常，芯轴元件50的长度从大约6至大约24英寸；尽管更短和更长的元件能够被用于，并且可以基于所使用的机器被用于以最终将所述带用于产品生产工艺中。

卷绕站6也与多个包括引导和定位元件、辊、张力调节器等的通道元件相关联，其中所有元件是已知的且在现有技术中采用以适当引导和定位分切带束放置在芯轴上，同时保持用于卷绕的选择的张力。虽然这种通道元件可应用于线轴元件上宽分切带束的卷绕中，但是它们更典型地关联且必须用于芯轴卷绕机上窄分切带束的正确定位和卷绕。这不仅仅为了正确引导窄分切带束从分切站到各自的芯轴卷绕机，而且为了提供必要的首尾相连的螺旋形或螺旋状卷绕，即在芯轴自身上分切带束的横向卷绕。示出了典型的通道元件，如图1和2中的通道元件70。此外，这些通道元件是众所周知的且当前被用于分切设备。具有本发明教导的利益的本领域技术人员将容易地意识到通道元件的数量、配置、定位等用于卷绕站的每个部分，以能够且更优选地用于优化性能。

最后，尤其在预浸渍材料的情况下，所述设备可以且优选地必须包括衬垫供给和关联的中间衬片设备，用于在被卷绕时将衬垫材料带放置在每个分切带预浸渍束的连续卷绕之间，使得没有预浸渍带直接位于另一个预浸渍带上。衬垫(作为中间衬片也是已知的)材料和设备是众所周知的且通常用于工业中。虽然通常配置用于线轴卷绕或芯轴卷绕，但是具有本发明教导的利益的本领域技术人员将容易地意识到两种配置可被容易地合并入如图1和2中所示出的设备而无需从目前用于它们各自的卷绕操作中的配置中进一步改进或改变。为此，并且为了保持图的简单性，衬垫和衬垫装置在图1和2中没有示出也没有在此进一步描述。

本方法的实施将预浸渍片材材料的主辊10插入退绕站。接着开始将主辊展开通过预浸渍片材材料17的前端至接合站并且至分切站上。接着预浸渍片材通过切割机元件5a进行供给，并且与多个宽分切带束18和窄19分切带束一同退出。接着每个宽分切带束的端部被引导至线轴并且固定在那里。同时，窄分切带束的每个端部被引导至每个芯轴卷绕机并且附着于那里。在两种情况下，衬垫带的端部分别同时附着于线轴和芯轴，使得一旦进行设备的正式运行，每个分切带卷绕将与下层卷绕分离。

接着，运行所述设备，适当地，允许全部或部分主辊供给通过分切站。分切将继续直到产出所需长度的分切带束。如果主辊被完全消耗，则第二主辊的前端接合至第一主辊的末端并重新开始分切。在任何时间点上，所述工艺可被及时停止以移动线轴和/或芯轴，或如上所述的，系统可配置成允许最小限度的持续分切，即便要停机转换新的线轴和/或芯轴。无论如何，一旦完成预浸渍材料的分切，不是允许末段预浸渍束通过设备，优选地在毛坯片材材料中接合，例如，一卷衬垫材料，接着连接通过设备的预浸渍材料的末端。一旦所有预浸渍材料被卷绕，所述系统然后可以停机，线轴和芯轴被移去并替换或者留在原处被替换，一旦新过程开始，分切带到达线轴或芯轴。在此方式下，系统主要用于其下一轮分切。重新开始分切，所有人需要做的是将新主辊接合至毛坯材料并且开始加工。这避免了再次将每个分切带束供给通过系统的需求：耗费时间的辛劳。

本发明教导的方法和设备具有许多不曾预料的利益。如开始所记载的，本发明方法能够生产宽和窄分切带而无需多条生产线并且无需长时间中断生产，从而让生产线重新配置成在不同分切带宽度之间转换。然而，在大规模商业生产设备中，常常有多条生产线。因此，这两点不能并存。尽管如此，那些生产线也从本发明教导和设备的采用中受益。特别地，如前记载的，本发明工艺和设备允许用于从相同的主辊生产宽和窄分切带，避免在部分生产过程中混合的两个带宽度之间仍然存在少量不相容或不同的担忧。此外，在相同生产线上同时生产宽和窄分切带的能力允许将主辊材料的消耗量最大化，避免过度浪费，尤其在专用于宽分切带生产的那些生产线上。而且，如果无法完全避免，当其进入线轴卷绕机时，通过分切站中宽和窄分切元件的正确配置和交替能够减少重新定向或重新定位宽分切带用于正确定位的需要。也可以认为配置切割机使得宽分切带束和窄分切带束在交替或者有点交替的方式下生产，为分切过程提供改良的稳定性：当窄分切带沿着它们分切时，更宽的分切带的区域提供更稳定的衬底。

虽然已经或多或少描述前述方法和设备，在采用主辊实施的单独设备和工艺方面，但是本发明教导也适用于将本发明的设备和工艺有序地引入到用于预浸渍材料本身的制造过程中。这里，与其将预浸渍片材材料足够牢固地卷绕到主辊中，不如将预浸渍材料直接供给本发明教导的切割机处。

而且，尽管没有在上面描述，本领域技术人员将容易地认识到有序生产的预浸渍片材材料以及预浸渍片材材料的主辊具有预浸渍材料在其上生产的垫片。因此，本发明教导的设备进一步包括在预浸渍片材材料分切前去除垫片材料的元件。此外，这些元件在现有技术中是众所周知的且在商业上可获得。

虽然相对于具体的实施方式和附图已经描述了本说明书的方法和设备，但是应当意识到本发明教导不局限于此，并且意图和设想包括采用此处表述的思想的实施方式而没有背离本发明教导的范围。因此本发明教导的真正范围通过权利要求的元素以及落在在此提出的基本原理中的任何和所有改进、改变或等同方式来限定。

Claims (20)

1.一种用于同时生产宽宽度和窄宽度的预浸渍带的方法，该方法包括：

a)供应连续的预浸渍材料片材通过分切设备，该分切设备的分切或切割元件被设置为提供宽宽度和窄宽度分切带的生产；

b)沿通过所述分切或切割元件形成的每个切口纵向分离每束分切带；

c)引导和定位每束宽宽度带至线轴元件，以及引导和定位每束窄宽度带至芯轴型线轴元件；以及

d)在线轴元件上卷绕宽宽度分切带，每个卷绕直接施加于先前卷绕上以形成分切带的盘形线圈或扁平线圈，并且同时在芯轴元件上以螺旋形或螺旋状方式卷绕窄宽度分切带，沿所述芯轴元件的长度来回穿梭。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括在分切带材料被卷绕时在所述分切带材料的每个连续卷绕之间插入衬垫材料的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，分切设备的分切元件被设置为使得对于连续的预浸渍材料片材的给定宽度，宽分切带和窄分切带束的数量最大化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：设置分切设备的分切元件使得对于连续的预浸渍材料片材的给定宽度，宽分切带和窄分切带束的数量最大化的步骤。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，分切设备的分切元件被设置为使得对于连续的预浸渍材料片材的给定宽度，宽分切带和窄分切带束的数量最大化。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法进一步包括：设置分切设备的分切元件使得对于连续的预浸渍材料片材的给定宽度，宽分切带和窄分切带束的数量最大化的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分切元件被设置为使得允许宽分切带束的正面卷绕。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分切元件被设置为使得至少一个窄分切带束在每对宽分切带束之间生产。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在分切之前从预浸渍片材材料去除衬底材料。

10.一种预浸渍分切设备，按顺序包括：

a)分切站，其能够且被设置为将预浸渍片材材料分切或切割成至少两种不同宽度，即窄宽度和宽宽度的多个分切带束；和

b)卷绕站，其具有宽分切带卷绕部和窄分切带卷绕部，其中i)宽分切带卷绕部包括至少一个轮轴，其适于接收至少一个所述宽分切带以盘绕方式卷绕在其上的线轴元件，以及ii)窄分切带卷绕部包括一个或多个芯轴型卷绕机，在该芯轴型卷绕机上，所述窄分切带横向卷绕在合适的芯轴或类似元件上。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述设备适于引入至预浸料坯制造工艺中以允许在线制造和分切预浸渍材料。

12.根据权利要求10所述的设备，其中，通过采用衬底材料的制造工艺来生产预浸渍片材材料，并且所述设备进一步包括用于在分切前将衬底材料去除的元件。

13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括用于在分切带束被卷绕时将衬垫材料插入分切带束的连续卷绕之间的元件。

14.一种预浸渍片材分切设备，按顺序包括：

a)能够接收和容纳一个或多个预浸渍片材材料的主辊的退绕站；

b)任选地，能够将预浸渍片材材料的一端与另一片材材料的端部接合的接合站；

c)能够且被设置为将预浸渍片材材料分切或切割成至少两种不同宽度，即窄宽度和宽宽度的多个分切带束的分切站；和

d)具有宽分切带卷绕部和窄分切带卷绕部的卷绕站，其中i)宽分切带卷绕部包括至少一个轮轴，其适于接收至少一个所述宽分切带以盘绕方式卷绕在其上的线轴元件，以及ii)窄分切带卷绕部包括一个或多个芯轴型卷绕机，所述窄分切带横向卷绕在该芯轴型卷绕机上。

15.根据权利要求14所述的分切设备，其中，存在所述接合站，并且所述结合站能够将一辊预浸渍片材材料的端部与第二预浸渍片材材料的端部接合。

16.根据权利要求14所述的分切设备，其中，所述退绕站进一步包括用于在分切站之前从预浸渍片材材料去除衬底材料的元件。

17.根据权利要求14所述的分切设备，进一步包括用于在分切带被卷绕之前将衬垫材料插入分切带的连续卷绕之间的元件。

18.根据权利要求14所述的分切设备，其中，所述分切设备包括被设置为使得对于连续的预浸渍材料片材的给定宽度，宽和窄分切带束的数量最大化的分切元件。

19.根据权利要求14所述的分切设备，其中，所述分切设备包括被设置为使得允许宽分切带束的正面卷绕的分切元件。

20.根据权利要求14所述的分切设备，其中，所述分切设备包括被设置为使得至少一个窄分切带束在每对宽分切带束之间生产的分切元件。