CN111479673B - 生产线和用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产线和用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法。生产线包括纤维带铺设系统，其包括工作台。第一纤维带具有在被铺设到基底上时布置成邻近基底的第一表面，并且还包括至少部分地布置在第一表面上的联结装置和与第一表面相反的第二表面。纤维带铺设系统还包括纤维铺设头，其具有第一纤维带的第一供应源和适于将第一纤维带压紧到基底上的第一压紧装置。纤维铺设头还包括将第一纤维带馈送到第一压紧装置的第一纤维带馈送装置和适于在联结装置被压紧到基底上之前对其加热的第一加热装置。第一分离器构造为使预先限定的一条第一纤维带在被压紧到基底上之前与第一供应源分离。纤维铺设头和工作台构造为相对于彼此移位和/或旋转。

Description

生产线和用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动铺设纤维带的系统，以及使用这种系统生产纤维增强产品的方法。本发明还涉及一种纤维带以及用于生产这种纤维带的方法。本发明进一步涉及用于生产包含纤维增强塑料的产品的生产线。

背景技术

以马格努斯知识产权有限公司(Magnus Intellectual Property GmbH)的名义的WO 2008/154269 A2公开于2008年12月18日，并且公开了一种大型纤维复合材料机器，其具有用于向应用表面施加纤维复合材料的铺放头。该机器包括横向滑板，该横向滑板支撑在安装于地板导轨上的滑架上，该地板导轨支撑纱架。纱架保持诸如树脂基质中的碳纤维之类的纤维复合材料的多个线轴。来自纱架中线轴的各个纤维束通过一系列辊沿臂的长度被引向承载铺放头的枢轴组件。枢轴组件构造为绕三个轴线旋转，以使铺放头充分运动。铺放头包括向应用表面施加纤维束的压紧辊。该文献公开了应用表面可以如在飞机机翼的情况下一样进行固定，或者可以安装在旋转的主轴箱/尾架上、如在圆柱形工件的情况下。该文献还公开了纤维复合材料的各个通道，通道各自由驱动辊驱动，该驱动辊承载有用于复合材料的夹持机构、馈送机构和切割器。由于在高加速度下发生的动态负载，这种大型纤维复合材料的机器只能以相对中等的速度运行。此外，纤维沿正在移动的臂的长度的可靠输送/指向在很大程度上取决于移动的类型以及纤维的类型。

以哈林(Hamlyn)等人的名义的US 2008/0216963 A1公开于2008年9月11日，并公开了一种用于施加纤维以制造复合材料的部件的施加头。该申请公开了使用浸渍有树脂的带状物、特别地浸渍有热固性或热塑性树脂的碳纤维。施加头用于安装在移位系统的端部，并布置成沿表面移动、并且布置成向表面施加由大量纤维形成的较宽条带。

以空中客车防务航天有限公司(Airbus Defence and Space GmbH)的名义的US2017/0095985 A1公开于2017年4月6日，并公开了一种用于在纤维增强的塑料层压板的生产过程中进行联结剂活化的活化装置。该文献公开了使用半成品纤维带，其带有联结剂并且被递送到铺设支撑件上。活化装置包括至少一个发光二极管，该发光二极管构造为对联结剂进行加热。由此联结剂得以活化并且因此半成品纤维带可以在其被铺设之前产生粘性。这可以防止已铺设的半成品纤维带移动。

以美国赫氏钢筋公司(Hexcel Reinforcements)的名义的US 2015/0290883A1公开于2015年10月15日，并公开了一种用于在沉积表面上连续施加由单向增强纤维层构成的中间材料的方法，该单向增强纤维层在其至少一个面上与形成中间层的热塑性材料层和/或热固性材料层相关联。已经提出过这类复合材料以便减少由单向增强片材制成并由树脂基质固结的产品的脆性并提高其耐冲击性。为了减少由这样的材料制成的产品在铺设之前的分层问题，对中间材料进行特殊处理，以使热塑性材料和/或热固性材料穿透增强纤维层并在增强纤维的厚度上形成从一个主面延伸到另一主面的结合(bonding)桥。

以迪芬巴赫股份有限公司(Dieffenbacher GmbH Maschinen-und Anlagenbau)的名义的WO 2014/140145 A1公开于2014年9月18日，并公开了一种用于通过将带状材料铺设在移动工作台上来生产复合材料部件的铺设系统。所示的铺设系统包括基本结构，该基本结构具有在整个移动工作台之上延伸的桥接部。材料供应单元布置在基本结构的两个端部中一者处，带状材料由夹持器单元从材料供应源中抽出，该夹持器单元沿线性驱动器移动，该线性驱动器在整个移动工作台之上沿桥接部延伸。在从材料供应源中抽出所需长度的带状材料后，立即借助切割器将该带状材料从材料供应源中分离出来。该申请还公开了在沿桥接部延伸的引导轨道中部分地包围以及引导该带状材料的分段。为了定位带状材料的分段，移动工作台关于基本结构进行定位和定向，并且带状材料的分段可以向下降低到移动工作台上并借助于布置在基本结构的桥接部处的带固定单元将带状材料的分段压缩到存在于移动工作台上的带状材料层上。与单一较大夹持器单元相比，为了提高铺设速度，该申请教导使用两个较小夹持器单元来从材料供应源中抽出带状材料。

以与WO2014/140145A1相同的申请人的名义的US 2015/0306826 A1公开于2015年10月29日，并且公开了一种用于在待生产的部件上层叠铺设带的追踪功能分段的层叠铺设机器。铺设带的分段的概念与WO2014/140145 A1中所公开的基本相同。然而，为了提高铺设速度，该文献提出使用两个基本上彼此独立的可操作组件，该可操作组件包括材料供应单元、夹持器单元、切割器和在整个单个移动工作台之上沿桥接部延伸的线性驱动器。因此，借助第一组件进行的带的部段的降低/压紧以及借助第二组件进行的带的后续分段的抽出和切割可以同时完成，因而减少了机器的非生产时间。

在例如US 2009/229760A1和US 4,591,402中公开了类似的系统。

发明内容

为了生产相对较大的部件(例如、诸如飞机机翼或轨道车之类的较大部件)，具有安装在机械臂上的纤维铺放头的常规系统可以以相对较高的平均速度运行，因为较大的尺寸允许获得较高的最大速度、甚至通过适度的加速度而获得。然而，这些系统通常受限于待铺放的特殊类型的纤维，以确保所铺设的纤维的正确的定位、预张紧和定向，以及避免在从储存系统输送到纤维铺放头的过程中对纤维造成损坏。然而，一旦必须生产相对较小的部件(在与上述示例相比的情况下)，纤维铺放头相对于基底的频繁连续的方向改变和位置改变使得无法实现快速的处理速度，因为技术上较复杂的铺放头通常较重，这会因驱动器的功率限制、系统的精度要求或结构限制而使加速度较高。

另外，用于铺设纤维带的常规系统通常受限于某些特定类型的基质、如由热固性聚合物基质材料预浸渍的纤维带(亦称预浸料)或包含热塑性聚合物基质材料的纤维带。尽管使用具有热固性基质的纤维的系统通常允许获得具有特别高的纤维体积率和机械性能的产品，但是这些系统的主要缺点在于其需要必须在特殊温度条件下进行储存和处理的相对昂贵的纤维带。另外，当在带铺设系统中输送带时，为了允许对这些预浸渍的纤维带的较快处理速度，必须采取特殊措施以防止对带的机械损坏(例如，离解)。此外，由这种类型的铺设系统所得的半成品通常需要使用高压釜(autoclaves)进行相对昂贵的后处理，这使得整个过程相对昂贵并且并不适合大规模批量生产。

为了解决上述问题中的至少一者，根据本发明的纤维带铺设系统通常包括工作台，该工作台具有构造为用以接收待铺设的第一纤维带的基底。第一纤维带具有第一表面，当将第一纤维带铺设到基底上时，该第一表面布置成邻近基底，并且第一纤维带包括至少部分地布置在第一表面上的联结装置以及与第一表面相反的第二表面。纤维带铺设系统通常还包括纤维铺设头，纤维铺设头具有第一纤维带的第一供应源和适于将第一纤维带压紧到基底上的第一压紧装置。纤维带铺设系统通常还包括第一纤维带馈送装置，该第一纤维带馈送装置布置成将第一纤维带从第一供应源馈送到第一压紧装置，并且纤维带铺设系统还包括第一加热装置以及第一分离器，该第一加热装置适于在联结装置被压紧到基底上之前对联结装置直接或间接地加热，该第一分离器构造为使预先限定的一条第一纤维带在被压紧到基底上之前与第一供应源分离。纤维铺设头和工作台构造为相对于彼此移位和/或旋转，这一点将在下文更详细地说明。

通常将纤维带铺设成使得纤维根据预定的层片安排取向。

在根据本发明的纤维带铺设系统的变型中，纤维带铺设系统可以包括带引导装置，该带引导装置布置在压紧装置的上游(关于纤维带的输送方向)，并构造为以指定的方式供应纤维带。带引导装置可以构造为关于压紧装置定位纤维带和/或使纤维带朝向压紧装置定向和/或在纤维带中产生张力。在带引导装置包括机械偏转器、如辊或板的情况下可以得到良好的结果，这一点将在下文更详细地示出。可替代地或附加地，带引导装置可以包括指向纤维带的气流，并且因此使纤维带张紧和/或形成纤维带的定位。带引导装置还可以包括用于进行温度调节的系统，以提高纤维带铺设系统的处理速度。

在本发明的变型中，加热装置可以包括用于发射电磁辐射的辐射器。因此，加热装置可以包括红外辐射器。

可替代地或附加地，加热装置可以包括激光单元，该激光单元构造为通过将热能沉积在纤维带上直接或间接地加热联结装置。因此，联结装置的高度局部化加热成为可能，这例如在处理热敏纤维时可能有利。激光单元还可以构造为通过将热能沉积在基底上(或预先铺设在基底上的一层或多层纤维带)间接地加热联结装置。

可替代地或附加地，加热装置可以包括热气单元、如将热气引向联结装置和/或基底和/或预先铺设在基底上的一个或多个纤维带层的热气鼓风机。热气可以例如是空气或其他气体混合物。特别地，热气可以包括保护性气体或者可以是保护性气体、如惰性气体。因此，可以至少减少联结装置和/或潜在的温度敏感纤维和/或联结装置的降解。

可替代地或附加地，加热装置可以包括电加热系统，该电加热系统构造为在纤维带的至少某些纤维中和/或在联结装置中进行焦耳加热(电阻加热)，以便直接或间接地加热联结装置。通过这样对纤维带(或联结装置)直接加热，仅需要在压紧装置的区域中将很少的安装空间用于加热装置。因此，一方面，更多的安装空间、例如用于纤维带的定位装置的安装空间、可用。另一方面，加热更加局部化(例如、在与红外辐射器相比的情况)，因此可以减少加热对纤维带铺设系统的其他部件的负面影响。这种负面影响包括材料疲劳、污染以及在分离/切割包括联结装置的纤维带时的问题。这种电加热系统可以应用于待铺设/压紧的第一纤维带和/或预先铺设在基底上的一层或多层纤维带。

在电加热系统的第一变型中，电加热系统包括感应加热布置，该感应加热布置构造为在纤维中和/或在联结装置中感应涡流。在纤维带的至少某些纤维布置为织物的情况下，这种变型可能特别有利。可替代地或附加地，纤维带可以包括单根纤维或束状纤维，该纤维构造为且布置为用以通过涡流增加焦耳加热、如由特定材料制成或者具有特定涂层或几何形状的纤维。这种感应加热可以应用于待铺设/压紧的第一纤维带和/或预先铺设在基底上的一层或多层纤维带。

在这种电加热系统的第二变型中，电加热系统包括第一电接触装置和第二电接触装置，第一电接触装置和第二电接触装置布置成与纤维带建立电连接并施加电压以在纤维带的至少一些纤维和/或联结装置中产生电流，从而导致焦耳加热并因此对联结装置加热。这样的电加热系统可以应用于待铺设/压紧的第一纤维带和/或预先铺设在基底上的一层或多层纤维带。

在本发明的变型中，第一电接触装置和第二电接触装置是滑动接触点，这一点将在下文更详细地示出。

在本发明的变型中，第一电接触装置和第二电接触装置布置在辊上。在第一电接触装置和第二电接触装置布置在同一辊上的情况下，可以获得良好的结果。然而，对于某些应用，第一电接触装置和第二电接触装置也可以布置在两个或更多个单独的辊上。在本发明的变型中，第一电接触装置和第二电接触装置也可以布置在两个单独的辊上，其中至少一个辊是带引导装置的一部分。在本发明的变型中，第一电接触装置布置在基底处，而第二接触装置布置在纤维带铺设系统的压紧装置处、优选地、压紧辊处。

在第一电接触装置和第二电接触装置布置在辊的周向(弯曲的)表面处、并由至少一个非导电表面区域分隔开的情况下，可以特别快速且有效地加热联结装置。在第一变型中，第一电接触装置和第二电接触装置基本沿平行于辊的旋转轴线的方向彼此间隔开，而第一电接触装置和/或第二电接触装置至少部分地沿辊的周向方向延伸，并由至少一个非导电表面区域分隔开。在第一电接触装置和第二电接触装置布置成邻近辊的圆形面的情况下，可以获得良好的结果，这一点将在下文更详细地说明。在辊是压紧辊的情况下，可以获得特别良好的结果。

可替代地或附加地，第一电接触装置和第二电接触装置可以布置在辊的周向(弯曲的)表面处、基本沿平行于旋转轴线的方向延伸并且沿辊的周向方向彼此间隔开，同时由至少一个非导电表面区域分隔开。在辊是压紧辊的情况下，可以获得特别良好的结果。

为了获得对联结装置的高度受控的加热，辊可以包括绕辊的周向分布的多个第一电接触装置和多个第二电接触装置。因此，可以在辊的周向(弯曲的)表面的不同部段处施加不同的电压。

在本发明的变型中，施加在第一电接触装置和第二电接触装置之间的电压可以随时间恒定。可替代地，所施加的电压可以随时间变化。在具有布置在辊上的第一电接触装置和第二电接触装置的本发明的变型中，所施加的电压可以取决于电接触装置的角度(angularity)，或者取决于辊的旋转位置，这一点将在下文更详细地说明。

第一电接触装置和/或第二电接触装置可以是带引导装置的一部分。

在根据本发明的纤维铺设系统的变型中，该变型允许获得特别高的处理速度，第一加热装置构造为对待铺设到基底上的第一纤维带的联结装置加热，并且还构造为对基底的至少一部分和/或已经布置在基底(或预先铺设在基底上的一个或多个纤维带层)上的第一纤维带的至少一部分的联结装置加热，其中所述已经布置在基底上的第一纤维带用于在其上铺设/压紧上述第一纤维带。如果使用多个加热装置或纤维带的话—如本文所述，这种布置也可以用于第二、第三和更多的加热装置、或纤维带。因此，与对待铺设的纤维带加热相比—该待铺设的纤维带通常在空间有限并且因此通常加热区带也有限的铺设头中、在高速下进行处理、从而使得需要较高的加热功率，可以在更长的时间段内—或者在更长的加热区带上—对已经布置在基底上的纤维带的联结装置加热，并且因此更有效地、以及以对纤维带更柔和的方式加热。这特别地在以下变型中成立，在该变型中，加热装置布置成使得其沿铺设头相对于基底的运动的方向在一定区域内辐射热量。在加热装置包括长形红外辐射器的情况下—该红外辐射器的长形尺寸平行于铺设头的运动的方向，可以获得特别良好的结果。

在根据本发明的纤维铺设系统的变型中，第一加热装置构造为对基底的一部分和/或已经布置在基底(或预先铺设在基底上的一个或多个纤维带层)上的第一纤维带的至少一部分的联结装置加热，其中所述已经布置在基底上的第一纤维带用于在其上铺设/压紧上述第一纤维带，而无需对待新铺设/压紧到基底(或预先铺设在基底上的一个或多个纤维带层)上的纤维带直接加热。

在本发明的变型中，加热装置布置成使得由加热装置对作为单层带或多层带布置在基底上的纤维带加热，进而使得借助于联结装置实现的纤维带的互连可以通过压紧装置的随后压紧得到显著改善。可以在铺设附加的纤维带层或未铺设附加的纤维带层的情况下执行这种压紧。在加热装置相对于压紧装置沿铺设头相对于基底的运动的方向布置的情况下，可以获得良好的结果。因此，可以特别有效地加热部分基底(或已经布置在基底上的纤维带)。

在将由第一加热装置传递的热能中的约50％至99％的热能传递至基底和/或已经布置在基底上的第一纤维带的情况下、以及在将残余热能传递至待铺设在基底上的第一纤维带的情况下，可以获得良好的结果。在将由第一加热装置传递的热能中的约80％的热能传递至基底和/或已经布置在基底上的第一纤维带的情况下、以及在将残余热能传递至待铺设在基底上的第一纤维带的情况下，可以获得特别良好的结果。显然，应该将给出的值理解为是指传递至基底和/或纤维带的有效热能，或者由加热装置产生的一些热能将传递到周围环境、包括空气和机器部件。

对于某些应用，由第一加热装置传递的基本所有有效热能均能传递至基底和/或已经布置在基底上的第一纤维带。

为了使热能这样传递至待铺设的第一带和基底或已经存在于基底上的带，加热装置可以包括多个加热源。然而，加热装置也可以包括仅一个加热源、如红外辐射器，其将第一部分能量(例如或红外辐射)沿第一方向辐射到待铺设的第一纤维带，并将第二部分能量(例如或红外辐射)沿第二方向辐射到待铺设有第一带的基底上、或辐射到已经布置在基底上的第一带上。由加热装置发射的能量的量可以随时间变化，第一部分能量与第二部分能量之比以及第一方向和第二方向也可以随时间变化。可替代地或附加地，加热装置可以包括挡板或屏蔽物以控制能量的传递并且/或者加热装置可以是可倾斜的以控制能量的传递。

可以使用各种类型的加热源，如例如本文中描述的用作加热器装置的那些加热源。如果加热装置包括多个加热源，则加热源可以为相同类型或可以是不同类型。

为了提高处理速度以及防止纤维带的纤维和/或联结装置的损坏，纤维带铺设系统可以包括至少一个温度传感器，以便控制对联结装置的加热。在温度传感器包括非接触式温度传感器、如红外温度计的情况下，可以获得良好的结果。由一个或多个温度传感器收集的温度数据可以用于控制加热装置和/或纤维带铺设系统的处理速度(或纤维带的输送速度)和/或用于调节压紧装置的温度。

在使用单向带的情况下—这可以通过经扁平化的粗纱而获得，可以获得特别良好的结果，这一点将在下文更详细地说明。

这样的纤维带铺设系统可以用于生产干燥的半成品，该半成品适合于、例如使用树脂传递方法(RTM)、加工成由纤维增强的塑料制成的固结产品，这一点将在下文更详细地说明。由根据本发明的系统生产的半成品通常将具有固有的稳定性，这种固有的稳定性防止所包含的各层—或各条纤维带—在被插入生产工具中时或在由树脂固结期间相对彼此发生临界运动。

根据本发明，基底并非必须扁平，而是也可以具有弯曲度或轮廓。基底可以是工作台表面的至少一部分。可替代地或附加地，基底的至少一部分可以是一工具，该工具可以在层叠之后与半成品一起从工作台移除、或者可以在将半成品从纤维带铺设系统移除后留在工作台上。基底也可以是在先行的处理步骤中已铺设的至少一个纤维层或纤维带层。这样的处理步骤可以由根据本发明的纤维铺设系统执行，或者可以单独地进行。

在工作台是构造为关于纤维带铺设系统的基座移位和/或旋转的运动工作台的情况下，可以获得具有特别高的处理速度和精度的纤维带铺设系统。

在纤维铺设头关于纤维带铺设系统的基座基本固定的情况下，可以获得特别高的处理速度。因此，与具有固定工作台的系统相比，由于可以忽略对纤维铺设头的加速，处理速度基本独立于纤维铺设头的总重量。然而，根据本发明的变型，纤维铺设头的至少一部分也可以关于纤维带铺设系统的基座暂时地移位和/或旋转(例如倾斜)。例如，压紧装置可以是可移位的以便接近基底以用于设置纤维带铺设系统，并且随后可以移位以便将其从基底移除以用于移除所铺设的纤维成分。

为了减轻运动工作台的重量并因此减少动态负载，运动工作台可以至少部分地由铝和/或复合材料制成(例如，至少部分地由碳纤维增强塑料以及夹层结构制成的板)。

在本发明的变型中，纤维带铺设系统包括一个以上具有基底的工作台。因此，这种变型在用于如下所述的生产线中时可能有利，因为其将允许通过拾取装置从第一工作台的基底移除一个或多个半成品，同时将至少一个附加的半成品铺设在第二工作台的基底上。可替代地或附加地，也可以是背膜。

对于第一纤维带的一些变型，基底可以包括构造为用以接收第一个纤维带层的背膜。因此，在已铺设一个或多个半成品之后，可以从工作台移除背膜，并且可以从背膜移除半成品，而同时纤维带铺设系统继续生产半成品。这种变型可以用于以下所述的方法或以下所述的生产线。在背膜包括粘附表面、而该粘附表面包括构造为将第一纤维带至少暂时地结合到背膜(或工作台)的粘附性涂层的情况下，可以获得良好的结果。因此，基底还可以包括支持将第一个第一纤维带层粘附到工作台的单面粘附膜和/或双面粘附膜。可替代地或附加地，基底也可以包括背衬织物。在背衬织物由玻璃纤维制成的情况下，可以获得良好的结果。可替代地或附加地，基底还可以包括布置在工作台表面上的非永久性粘附性涂层(例如，喷雾型粘附剂)。也可以使用(相对刚性的)背板来代替背膜。

工作台也可以是构造为借助于压力梯度暂时地保持布置在基底上的纤维层的抽吸式工作台。

在第一压紧装置包括第一压紧辊的情况下，可以获得适用于各种不同的纤维带的纤维带铺设系统。

在第一分离器包括构造为通过基本直型的切割刃切割第一纤维带的第一刀片的情况下，可以获得良好的结果。可替代地或附加地，分离器还可以包括激光切割器和/或等离子体切割器。可以使用其他类型的切割器。

为了减少浪费和/或减少用于后处理的费用，第一分离器可以包括第一角度致动器，该第一角度致动器布置成使第一切割刃对应地旋转到多个旋转位置中的任意旋转位置。因此，半成品的边界区域可以平滑化(与旋转位置不变的情况下可能发生的阶梯形几何形状相比)。

为了提高处理速度，第一压紧装置可以包括用于进行温度调节的系统。这样的系统可以允许主动温度调节(主动加热和/或冷却)。为了获得良好的结果，第一压紧装置将保持处于低于联结装置的活化温度的温度下，例如在联结装置包括热塑性塑料的情况下该活化温度为热塑性塑料的熔融温度。

为了提高处理速度，纤维铺设头可以进一步包括第二纤维带的第二供应源和适于将第二纤维带压紧到基底上的第二压紧装置。在本发明的这种实施例中，第二纤维带馈送装置通常布置成将第二纤维带从第二供应源馈送到第二压紧装置，并且第二加热装置适于在第二纤维带被压紧到基底上之前对第二纤维带直接或间接地加热。此外，在本发明的这种实施例中，第二分离器可以构造为使一条第二纤维带在被压紧到基底上之前与第二供应源分离。

以类似的方式，纤维铺设系统还可以包括上述部件的第三部件、第四部件和更多部件。第二供应源、第二压紧装置、第二纤维带馈送装置、第二加热装置和第二分离器可以与本文所述的对应的第一部件以基本相同的方式形成。可替代地或附加地，上述部件中的至少一些部件可以以不同的方式形成。

在本发明的变型中，第一纤维带可以具有第一宽度，第二纤维带可以具有第二宽度，其中，第一宽度与第二宽度相等。因此，可以将相同类型的多个带并行地铺设到基底上，从而允许减少循环时间。

在本发明的另一变型中，第一纤维带可以具有第一宽度，第二纤维带可以具有第二宽度，第一宽度大于第二宽度。因此，使用第一纤维带以便用较少的纤维带条覆盖较大面积成为可能，而使用第二纤维带则允许更精确地接近所需的最终产品形状，并且因而允许减少浪费(切屑)。

对于一些应用，当将第一纤维带铺设到基底上时，可以将第一纤维带压紧在与第二纤维带隔开第一距离的位置处。在第一距离基本等于第一宽度和/或基本等于第二宽度的情况下，可以获得良好的结果。

对于一些应用，当在压紧期间工作台沿第一方向对应地移至纤维铺设头处时，第一压紧装置关于第一方向布置在与第二压紧装置相同的位置处。

在本发明的变型中，当在压紧期间工作台沿第一方向对应地移至纤维铺设头处时，第一压紧装置关于第一方向布置在与第二压紧装置隔开第二距离的位置处。因此，具有更复杂设计的纤维铺设头可能可行，这允许改善纤维带铺设系统的整体性能。

使用低宽度的纤维带使得因修整半成品的边界区域导致的浪费量减至最小，然而在处理速度方面也有不利影响。因此，提高处理速度和减少浪费是相互矛盾的原则，需要进行折衷。为了获得较高的处理速度和较少量的浪费，根据本发明的变型，第一纤维带和/或第二纤维带(如果存在)的宽度可以介于10mm(毫米)至30mm之间。事实证明，使用宽度介于5mm至15mm之间的第一纤维带和/或第二纤维带(如果存在)允许以足够低的浪费量、以足够高的速度生产多种产品。如果第一纤维带的宽度和/或第二纤维带(如果存在)(和/或任何潜在的附加纤维带)的宽度介于9mm至12mm之间可能为最佳，则可以取得对多种应用而言的带铺设效率与浪费量之间的特别良好的折衷。如果存在附加的纤维带，则这些纤维带的宽度可能在相同范围内。然而，附加的带也可以具有低于该范围的宽度，以便改善与所需产品形状的接近度，并因此减少浪费(如下所述)和/或例如引起某些类型的局部机械增强。可替代地或附加地，带也可以具有大于该范围的宽度，以便在必须用纤维覆盖较大面积区域时提高性能。

对于特殊类型的产品，第一纤维带的宽度和/或第二纤维带的宽度可以约为最终产品的宽度(尺寸)。本发明的这种变型可以例如用于生产片簧。因此，通过本发明的这种变型，可以容易地生产出例如下述带状链式(band-link)半成品，其包括多个纤维带层、每个层均由一个纤维带层构成。这些层可以是源自相同纤维带的相同的层。然而，其中至少一些层可以由不同的纤维带制成、如由包括不同类型的纤维和/或具有不同的厚度和/或具有不同的纤维取向的纤维带制成。对于生产某些类型的产品而言，在纤维带包括多层纤维的堆叠件的情况下，可以获得良好的结果，这一点将在下文更详细地说明。

在本发明的变型中，第一压紧装置和第二压紧装置可以一体地形成，这一点将在下文更详细地说明的。

为了改善半成品的机械性能，根据本发明的纤维带铺设系统可以包括施加器组件，该施加器组件布置成向第一纤维带的第二表面施加稳定剂。这样的稳定剂可以包括联结剂和/或增粘剂、如粉末(喷雾式)和/或纺织品、如粘附网(例如，

)。稳定剂还可以帮助由带铺设系统产生的半成品的随后的树脂灌注。如果施加器组件布置成在第一纤维带被压紧到基底上之后向第一纤维带的第二表面施加稳定剂，可以获得良好的结果。

根据本发明的变型，联结装置还可以应用于纤维铺设头内侧的第一表面。

本发明还旨在提供一种如本文所述的纤维铺设头。

本发明还旨在提供一种纤维增强产品，其包括由本文所述的纤维带制成的至少一个层，其中所述纤维带的纤维嵌入基质材料中。在本发明的变型中，基质材料是热固性基质材料。这样的纤维增强产品可以通过使用纤维带铺设系统生产半成品以及随后例如通过RTM工艺使半成品的纤维结合而获得。

本发明进一步旨在提供一种用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法。这样的方法包括提供如本文所述的纤维带铺设系统的方法步骤。在另一步骤中，将至少一个第一纤维带层铺设到基底上，由此形成半成品。在根据本发明的另一步骤中，从工作台上移除半成品。在根据本发明的另一步骤中，将半成品插入到生产工具中。在根据本发明的另一方法步骤中，半成品的至少一层第一纤维带的纤维在生产工具中通过树脂结合。

允许大规模批量生产的效率较高的生产可以通过方法的下述变型而变得可行，在该变型中，提供了如本文所述的纤维带铺设系统，并且将至少一层纤维带铺设到基底上，由此形成第一半成品。这样的第一半成品通常将基本扁平(二维的)，这意味着其在工作台的整个基底上的延伸范围将远大于其厚度。在另一步骤中，从工作台移除第一半成品。这可以使用抽吸式拾取装置来完成，这一点将在下文更详细地描述。在另一步骤中，将第一半成品输送到第一工具，并且在另一步骤中，将第一半成品铺盖成与第一工具的第一工具表面对准以形成预成形的半成品。通过铺盖，半成品的基本二维的形状通常将转换成与最终产品的三维形状基本相符合的三维形状。在本发明的变型中，也可以使多个半成品先后地或并行地铺盖成与工具表面对准。因此，方法可以进一步包括以下方法步骤：将至少一层纤维带铺设到基底上，由此形成第二半成品，从工作台上移除第二半成品，将第二半成品输送到第一工具，以及将第二半成品铺盖成与第一工具的第一工具表面对准，从而与第一半成品一起形成预成形的半成品。在这种背景下，还可以通过带铺设系统生产附加的半成品，以及可以将其拾取并铺放成与工具表面对准。

在先将基底暂时从纤维铺设头的直接操作区域移除、然后移除由铺设头铺设的至少一个半成品的情况下，可以获得良好的结果。因此，随后的半成品可以由纤维铺设头生产，而将之前生产的半成品从基底上移除。通过使用本文所述的具有多个工作台的纤维带铺设系统的变型和/或使用背膜和/或背板，可以容易地移除基底。

可以通过将热气(例如空气)引入半成品(或预成形的半成品)来辅助铺盖过程。

为了固结因此所得的预成形的半成品，可以通过第一工具中的树脂使预成形的半成品的纤维结合。

对于某些类型的纤维或具有特定几何形状的产品，根据本发明的变型，该方法可以进一步包括以下方法步骤：从第一工具移除预成形的半成品，将预成形的半成品输送到第二工具，以及将预成形的半成品铺盖成与第二工具的第二工具表面对准。在另一方法步骤中，可以通过在第二工具中的树脂使预成形的半成品的纤维结合。第一工具表面可具有与第二工具表面不同的几何形状，这将有助于半成品的逐渐成形，从而允许得到更为精确的铺盖效果。此外，这种变型是有利的，因为其允许减少在铺盖期间对生产工具的表面引起的损坏。此类损坏可能是高等级表面的刮擦，而该高等级表面刮擦是通过树脂传递成型工艺获得具有高质量表面的最终产品所必需的。此外，这将允许将用于铺盖和生产工具中的铺盖验证所必需的时间减至最少，从而使得可以在较高温度下不间断地操作生产工具，因而减少了生产的循环时间。

在预成形的半成品的纤维通过传递成型工艺结合的情况下，可以实现高度经济的生产。取决于应用，传递成型工艺可以例如是树脂传递成型工艺或真空辅助树脂传递成型工艺。

为了辅助铺盖，可以使用包括泡沫夹持器的抽吸式拾取头进行铺盖。

在本发明的变型中，第一半成品和/或第二半成品和/或附加的半成品和/或任意预成形的半成品可以由自动化系统、如机器人(这将在下文更详细地示出)输送。特别地由于本文所述的带铺设系统，这种生产可以在很大程度上实现自动化，因此可以提高生产率。由于多种原因，这是可能的。因此，本文所述的纤维铺设系统允许非常快速地生产半成品，该半成品可以高度复杂、同时具有精确的纤维的预先限定的取向和定位。因此，如果需要，可以将相对大量的半成品铺设在工作台上(众所周知的位置处)，通过取放过程可以将半成品铺设到工具的表面上，从而使得可以获得同样具有高度复杂的三维形状的产品。

在本发明的变型中，该方法还包括以下方法步骤：对已铺设的半成品进行切割以获得预先限定的形状(例如，外部轮廓)，之后将其铺盖成与第一工具的第一工具表面对准。因此，一方面可以减少后处理期间最终产品的切割/成形量。另一方面，可以得到具有精确的预先限定的外轮廓的半成品，这在下述情况下非常有利，例如多个半成品必须同时(例如彼此邻近)与第一工具表面对准、如以便获得具有相对复杂的或三维上高度弯曲的形状的产品。这种切割可以在半成品仍位于工作台上时进行。可替代地或附加地，至少一些切割可以在将半成品从工作台移除之后进行。可以例如通过使用刀具或激光切割器获得良好的结果。

在使用第二工具的情况下，可替代地或附加地，该方法还可以包括以下方法步骤：对已铺设的预成形的半成品进行切割以获得预先限定的形状，之后将其铺盖成与第二工具的第二工具表面对准。

在通过传递成型工艺使至少一个第一纤维带层的纤维(以及其他纤维带的纤维—如果存在的话)结合的情况下，可以获得良好的结果。取决于应用，传递成型工艺可以是树脂传递成型(RTM)工艺或真空辅助树脂传递/灌注(VARI)成型工艺。

本发明还旨在提供一种用于与本文所述的纤维带铺设系统(或过程)一起使用的纤维带。这种纤维带通常包括至少一个增强纤维层，该增强纤维层具有第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相反。根据本发明，纤维带还包括至少部分地布置在第一表面上的联结装置。联结装置构造为通过热活化进入粘附状态。

通常，增强纤维层包括干纤维，因此至少一些纤维未由例如热固性树脂(如环氧树脂)或热塑性基质浸渍。

增强纤维层可以包括可以沿纤维带的纵向方向布置的单向纤维(或单向纤维束)。然而，取决于应用，也可以使用其他纤维取向、包括横向的纤维布置。可替代地或附加地，纤维层可以包括机织、针织或编织的织物。本发明不限于这些类型的织物。

在联结装置包括热塑性塑料或者联结装置为热塑性塑料的情况下，可以获得特别良好的结果。在本发明的这种变型中，可以实现多层纤维带相对于彼此的可靠固定，同时得到在随后的处理中、例如诸如通过树脂传递成型之类的工艺、易于以基质灌注的半成品。

对于某些类型的增强纤维层，联结装置可以包括热塑性纱线。这样的热塑性纱线可以例如通过溅射工艺(或通过喷涂工艺)布置在增强纤维层的第一表面上。可替代地或附加地，热塑性纱线可以部分地环形(looped)进入增强纤维层中。

在增强纤维层包括具有热塑性纬纱的单向织物带的情况下，可以获得具有特别高的机械性能的产品。热塑性纬纱可以是联结装置的至少一部分。可替代地或附加地，单向织物带还可以包括由碳、玻璃、芳族聚酰胺或其他类型的纱线(或纤维)制成的纬纱。

为了改善铺设在基底上的纤维带的定位，联结装置可以在一侧上或在两侧上沿横向方向从纤维带突出。因此，如果需要，可以获得横向上相邻的多条纤维带之间的某种类型的交联。当使用具有热塑性纬纱的织物带时，纬纱可以沿织物带的横向方向从织物带突出。

可替代地或附加地，增强纤维层可以包括单向织物带，该单向织物带包括沿纤维带的纵向方向布置的至少一个热塑性纵向纱线。热塑性纵向纱线可以是联结装置的至少一部分。

在联结装置占增强纤维层的总体积的0.1％至10％的情况下，可以获得良好的结果。对于某些类型的纤维，在联结装置占增强纤维层的总体积的0.5％至5％的情况下，可以获得特别良好的结果。因此，可以得到干燥的半成品的足够的稳定性，而同时树脂/基质对半成品的浸渍不会因存在联结装置而受到不利影响。

在上述至少一个增强纤维层包含干纤维的情况下，可以获得良好的结果。因此，可以使用如本文公开的纤维带铺设系统(或使用该系统的方法)来生产半成品，并且、例如通过如上所述的树脂传递方法(RTM)、将其加工成纤维增强塑料产品。在上述至少一个增强纤维层仅包含干纤维的情况下，可以获得特别良好的结果。然而，在这种纤维带中可以存在例如环形进入纤维中的热塑性纬纱。

取决于应用，上述至少一个纤维层可以包括选自于以下各项构成的组中纤维，即、玻璃纤维、碳纤维、作为芳族聚酰胺纤维的聚合物纤维、作为玄武岩纤维的石纤维。其他类型的纤维也是可能的。

根据本发明的变型，纤维带包括至少两个纤维层的堆叠件。本发明的这种变型可以例如用于有效地生产由特别大量的堆叠的层制成的半成品、如在生成如上所述的片簧的情况下。在包括多个纤维层的堆叠件的纤维带中，纤维层可以相同，但也可以包括不同类型的纤维材料和/或具有不同的厚度和/或具有不同的纤维取向。在这样的纤维带中，纤维层可以通过例如联结装置(如粘附剂)和/或通过缝合而机械地互连。在本发明的变型中，堆叠的纤维层在被压紧到基底上之前至少部分地机械互连。在这种背景下，“部分地机械互连”应理解为堆叠件中的两个相邻的纤维层互连成使得在这两个层之间仍然可能存在有限度的移位运动，和/或理解为机械互连仅建立在堆叠件中的某些层之间，而其他(相邻的)层在向基底上铺设之前未互连(或仅以有限的程度互连)。本发明的这种变型例如可以有利于例如处理包含大量堆叠的层的纤维带。在包括具有至少两个纤维层的堆叠件的纤维带的本发明的变型中，多层的堆叠件中的至少两个层之间的机械互连在向基底上铺设期间得以建立(或增加)。例如，可以在铺设处理期间对布置在两个相邻层之间(但尚未与这两个层均互连)的热塑性联结装置加热，以便使两个层机械互连。

根据本发明的一个变型，包括多层的纤维带、例如通过从卷筒解绕、而被供至纤维带铺设系统。因此，可以在先行的过程中生产出包括多层的纤维带。可替代地或附加地，包括由多个纤维层制成的堆叠件的至少一个纤维带可以在向基底上铺设之前由多个纤维层通过纤维带铺设系统组装而成/制造而成。

使用本发明的下述变型可以获得特别高的处理速度，在该变型中，纤维带从主动驱动式卷筒上解绕。因此，可以改善纤维带的快速和/或离散式的解绕。此外可以防止对纤维带的机械损坏。换言之，可以通过从被动驱动式卷筒或主动驱动式卷筒解绕纤维带来将纤维带提供给纤维带馈送装置。如果使用主动驱动式卷筒、如由马达(例如，电动马达)驱动的卷筒，并且可替代地或附加地使用本文所述的缓冲储存装置，则可以获得特别良好的结果。

在本发明的变型中，纤维带可以以相继的层的方式螺旋状地缠绕在卷筒上，这基本上是将薄膜缠绕在传统电影卷筒上所用的方式。在这种情况下，卷筒的宽度通常与纤维带的宽度基本相同。这种类型的缠绕或卷筒可以有利于相对敏感的纤维带类型。另外，多个纤维带可以以这种方式彼此并行地缠绕在同一卷筒上，而不会彼此交叉。

可替代地，纤维带也可以绕比纤维带的宽度显著更宽(例如，为纤维带的宽度的两倍、优选地纤维带的宽度的三倍以上)的卷筒缠绕。在这种情况下，将需要跟随沿旋转轴线的往复运动的若干次缠绕以在卷筒上形成层，这基本类似于通常将纱线缠绕在卷筒上所用的方式。使用这种变型对于某些类型的纤维带可能有利，因为其允许在具有给定最大直径的卷筒上储存更多的纤维带。因此，对于某些应用，其中例如仅有限的安装空间可用，纤维铺设系统的这种变型可以有利。此外，纤维铺设系统的这种变型可以用于提高处理速度，因为对于给定量的纤维带，使用这种往复式缠绕的卷筒的惯性矩通常将会小于如上所述的使用螺旋状缠绕的卷筒的惯性矩。因此，用以实现高效离散式解绕所需的、较高角度加速度而必须的转矩可以减至最小。

在具有多个纤维带供应源的纤维带铺设系统中，可以使用本文所述的仅其中一种类型的卷筒缠绕或者可以同时使用两种类型的卷筒缠绕。可替代地或附加地，也可以应用其他类型的卷筒缠绕。

本发明还涉及一种用于生成本文所述的带的方法，该方法包括以下方法步骤：提供至少一个增强纤维层，该增强纤维层具有第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相反。在另一方法步骤中，以恒定的速度输送纤维层穿过溅射组件。在另一方法步骤中，将联结装置溅射到第一表面上。对于某些应用，联结剂也可以溅射到第二表面上。

根据用于生产纤维带的方法的变型，在先行的方法步骤中，通过粗纱的变形产生上述至少一个增强纤维层。可以将这种粗纱扁平，然后将其以带/带条的形式铺设到基底上。在粗纱为至少50k粗纱(具有至少50000根长丝)的情况下，可以获得良好的结果。

可替代地或附加地，还可以在将纤维带从供应源输送到压紧装置的同时，将联结装置施加到纤维带的第一表面上。因此，纤维带铺设系统可以包括用于联结装置的施加器。

本发明还旨在提供一种卷筒，该卷筒包括如本文所述的至少一个纤维带。

本发明还旨在提供一种生产线，该生产线包括如本文所述的纤维带铺设系统，该纤维带铺设系统布置成将(第一和/或第二)半成品铺设到工作台上。生产线通常将还具有第一拾取装置，该第一拾取装置构造为从工作台拾取半成品并暂时保持该半成品，并且生产线将进一步包括第一输送装置，该第一输送装置构造为将由第一拾取装置保持的半成品输送至第一工具。在第一拾取装置构造成将半成品铺盖到第一工具的第一工具表面的情况下，可以获得良好的结果。

根据本发明的变型，生产线可以进一步包括第二拾取装置，该第二拾取装置构造为从第一工具拾取半成品，并且生产线可以进一步包括第二输送装置，该第二输送装置构造为将由第二拾取装置保持的半成品输送至第二工具，第二拾取装置构造为将半成品铺盖到第二工具的第二工具表面。

第二输送装置可以与第一输送装置相同。然而，第一输送装置和第二输送装置也可以是不同的输送装置。

对于某些应用，第二拾取装置可以与第一拾取装置相同。然而，特别地在必须将半成品铺盖成相对复杂的几何形状的情况下，第二拾取装置可以与第一拾取装置不同，从而将预成形的半成品的形状考虑在内并且因而有助于产品的逐渐成形。

在第一拾取装置和/或第二拾取装置包括泡沫夹持器的情况下，可以获得良好的结果。因此，可以通过将半成品借助于泡沫按压到工具表面上来辅助半成品的铺盖。在第一工具或第二工具(如果存在)是树脂传递成型系统的生产工具(模具)的情况下，可以实现高度经济的大规模批量生产。

应当理解，前文的一般描述和下文的详细描述均呈现出实施例，并且二者均意在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或构架。包括有附图以进一步理解，并且将附图纳入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了多个不同的实施例，并且其与描述一起用于解释所公开的概念的原理和操作。

附图说明

根据下文给出的详细描述和附图，将更充分地理解本文描述的发明，这些附图不应被认为是对所附权利要求书中描述的发明的限制。

图1以主视图示意性地示出了纤维带铺设系统的变型；

图2以从上方观察的透视图示意性地示出了图1的纤维带铺设系统；

图3以从上方观察的透视图示意性地示出了纤维带铺设系统的另一变型；

图4示出图3的细节D；

图5示意性地描绘了第一压紧装置和第二压紧装置的变型；

图6示意性地描绘了第一压紧装置和第二压紧装置的另一变型；

图7示意性地描绘了第一压紧装置和第二压紧装置的又一变型；

图8示意性地描绘了第一压紧装置和第二压紧装置的再一变型；

图9示意性地图示了用于生成纤维带的方法的变型；

图10示意性地示出了纤维带的第一变型；

图11示意性地示出了纤维带的第二变型；

图12示意性地示出了生产线的第一变型；

图13示意性地示出了生产线的第二变型；

图14a示意性地示出了根据本发明的加热装置的第一变型；

图14b示意性地示出了根据本发明的加热装置的第二变型；

图15a示意性地示出了根据本发明的加热装置的第三变型；

图15b示意性地示出了根据本发明的加热装置的第四变型。

具体实施方式

现在将详细参照某些实施例，在附图中示出了这些实施例的示例，其中在附图中示出了一些但不是全部特征。实际上，本文公开的实施例可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。只要有可能，将使用相似的附图标记指代相似的部件或零件。

图1和图2示意性地示出了纤维带铺设系统1的第一变型，该系统具有工作台100，该工作台可以相对于纤维带铺设系统1的基座300移位和旋转。工作台100包括基底110，以接收待铺设的第一纤维带10a。纤维带铺设系统1还包括相对于基座300基本固定的纤维铺设头200。然而，在所示的变型中，纤维铺设头200的至少一部分可以朝向工作台100或远离工作台100移位、例如以便设置纤维带铺设系统或用于移除半成品或成品。然而，在所示的纤维带铺设系统1的变型的操作期间，待铺设的纤维带的位置和取向将基本通过工作台100的移位和旋转来实现。因此，可以对纤维铺设头200的精度和性能进行优化，而可以忽略总重量，因为在生产/操作期间纤维铺设头100的加速度可以忽略。所示的纤维铺设头100的变型还包括储存在卷筒700上的、第一纤维带10a的第一供应源210a。第一供应源210a包括用于第一纤维带10a的缓冲储存装置211a。第一纤维带10a具有第一表面12，当将第一纤维带10a铺设到基底110上时，第一表面12布置成邻近基底110。此外，第一纤维带10a包括第二表面13，第二表面13布置为与第一表面12相反。

图1和图2所示的纤维带铺设系统1的变型还包括第一压紧装置220a，该第一压紧装置220a适于将第一纤维带10a压紧到基底110上。第一压紧装置220a包括压紧辊221a。基底110—将纤维带10a压紧于其上并由此铺设于其上—可以是工作台的上表面，但也可以是布置在工作台110上的箔或织物的上表面。然而，基底110也可以是在先行步骤中铺设在工作台100上的纤维带层的上表面。此外，所示的纤维带铺设系统的变型包括纤维带馈送装置230a，该纤维带馈送装置230a布置成将第一纤维带10a从第一供应源210a馈送至第一压紧装置220a。在第一纤维带馈送装置230a和第一压紧装置220a之间布置有第一加热装置240a，该第一加热装置240a适于对布置在第一纤维带10a的第一表面12上的联结装置(未示出)加热，使得当通过压紧装置220a将纤维带10a压紧到基底100上时，纤维带10a可以联结到基底110上。在所示的变型中，联结装置是热塑性的。为了在压紧的同时加速联结装置的硬化，所示的压紧装置220a的变型包括用于进行温度调节的系统，该系统将压紧辊221a的外表面冷却至低于联结装置的活化温度(或熔融温度)。

所示的纤维带铺设系统1还包括第一分离器250a，该第一分离器250a构造为使预先限定的一条第一纤维带10a在被压紧到基底110上之前与第一供应源210a分离。如双头箭头所指示、随后将关于图3和图4对这一点进行更详细的解释，第一分离器250包括第一刀片251a，其可以关于第一纤维带10a对应地旋转到多个旋转位置中的任意位置。这使得半成品的边界区域形成略微更具体的形状，以更好地接近于所需的最终形状。

图1和图2所示的纤维带铺设系统1的变型还包括施加器组件，该施加器组件布置成向第一纤维带的第二表面施加稳定剂。

图3和图4示意性地公开了纤维带铺设系统1的另一变型，该系统包括纤维铺设头200，该纤维铺设头200布置成根据需要并行地铺设三个纤维带10a、10b、10c。为了提供简洁的描述，将仅针对第一纤维带10a和第二纤维带10b描述该变型。以类似的方式，关于第二纤维带10b所给出的描述也适用于第三纤维带10c。

除了用于第一纤维带10a的第一供应源210a之外，该变型的纤维铺设头200还包括用于第二纤维带10b的第二供应源210b以及适于将第二纤维带10b压紧到基底11上的第二压紧装置220b。如在图1和图2所示的纤维带铺设系统1的变型中那样，图3和图4所示的变型的纤维铺设头200同样基本不会相对于基座300移位。因此，纤维铺设头200的总质量和空间尺寸不受最小所需可操纵性或最大可行动态负载的限制。这允许将第二供应源210b以及第二馈送装置230b布置在与第一供应源210a和第一馈送装置230a不同的位置处。此外，由于第一供应源210a和第二供应源210b相对于基座300基本保持固定，因此主储存装置(未示出)和缓冲储存装置的储存容量可以最大化，从而允许纤维带铺设系统1的连续操作，因为可以将纤维带10a、10b、10c的供应中断减至最少。第二纤维带馈送装置230b布置成将第二纤维带10b从第二供应源210b馈送到第二压紧装置220b，在所示的变型中，第二压紧装置220b与第一压紧装置220a一体地形成。此外，该变型包括第二加热装置240b，该第二加热装置240b适于在将第二纤维带10b压紧到基底110上之前对第二纤维带10b加热。第一加热装置240a和第二加热装置240b可以一体地形成，或者也可以彼此基本独立，从而仅在真正需要时才允许对单个纤维带的联结装置20加热。如图4所示，第二分离器250b构造为使一条第二纤维带10b在借助于第二压紧装置200b被压紧到基底110上之前与第二供应源210b分离。第二分离器250b基本形成为类似于第一分离器250a，该第一分离器250a具有第一刀片251a，该第一刀片251a构造为以基本直型的切割刃252a切割第一纤维带10a。第一分离器250a还包括角度致动器253a，该角度致动器253a允许第一刀片251a或第一切割刃252a对应地旋转到多个旋转位置中的任意位置(由双头箭头所指示)。

图5示意性地示出了具有第一纤维带10a和第二纤维带10b的纤维带铺设系统的变型的一部分，其中第一纤维带10a具有第一宽度w1，第二纤维带10b具有第二宽度，第一宽度w1与第二宽度w2相等。第一纤维带10a由第一压紧设备220a压紧，而第二纤维带10b由第二压紧设备220b压紧，第一压紧设备220a和第二压紧设备220b彼此基本独立地形成。当向基底110上铺设时，将第一纤维带10a压紧(并且因此定位)在与第二纤维带10b隔开第一距离d1的位置处。因此，对于某些类型的纤维，可以将纤维带10a、10b更均匀地压紧/铺设到基底110上，因为可以对单个压紧装置220a、220b进行优化以用于压紧单个纤维带10a、10b，而与相邻纤维带(或压紧装置)的几何形状无关。当使用第一压紧装置220a和第二压紧装置220b的这种布置时，如果需要，可以在随后的铺设步骤中对第一纤维带10a和第二纤维带10b之间的未填充区域进行填充。通过这样做，较大面积的有效而精确的纤维铺设成为可能。

图6和图7示意性地示出了具有第一纤维带10a和第二纤维带10b的纤维带铺设系统的变型的一部分的另一变型，其中第一纤维带10a具有第一宽度w1，第二纤维带10b具有第二宽度，第一宽度w1大于第二宽度w2。与在图5所示的变型中类似，当向基底110上铺设时，将第一纤维带10a压紧(并且因此定位)在与第二纤维带10b隔开第一距离d1的位置处。在图6所示的变型中，第一距离d1基本等于第一宽度w1，而在图7所示的变型中，第一距离d1基本等于第二宽度w2。通过这些变型，较大面积的有效而精确的纤维铺设成为可能，因为第二纤维带10b允许较大面积的铺设，而第一纤维带允许更精确地接近于待生产的半成品的最终形状。

如图8所示，当在压紧期间工作台100沿第一方向v1对应地移至纤维铺设头(仅示出压紧装置220a、220b)处时，第一压紧装置220a也可以关于第一方向v1布置在与第二压紧装置220b隔开第二距离d2的位置处。

图9示意性地示出了用于生产根据本发明的纤维带10a的变型的方法，该纤维带10a可以用于根据本发明的纤维带铺设系统。如图所示，在第一步骤中，包括大量单根长丝(未详细示出)的粗纱40在成形组件650中变形，该成形组件650使粗纱40逐渐变形，从而使其横截面从圆形(或略微椭圆形)转换成基本扁平的形状。在本文中，“扁平”是指横截面的厚度显著小于其宽度。厚度通常也将在整个宽度上基本恒定。然而，显然，本发明不限于具有基本扁平的横截面的纤维带，因此具有例如椭圆形或方形的横截面的纤维带也可以使用如本文所述的纤维带铺设系统进行处理，并且也可以通过如本文所述的过程来生产包括这种横截面的纤维带。在成形组件650中变形后，将长丝布置在具有第一表面12和第二表面13的增强纤维层11中。第二表面13布置成与第一表面12相反。随后，以恒定的速度输送纤维层11穿过溅射组件600，在该溅射组件处向第一表面12施加联结装置20。在所示的变型中，施加有斑点状样式的热塑性联结装置200。然而，本发明不限于这样的样式，并且例如也可以将类环状(quasi-endless)的较薄的热塑性塑料体以规则或不规则的样式施加在第一表面12上。然后将因此得到的纤维带储存在卷筒700上。

图10和图11示意性地示出了可以用于根据本发明的用于铺设纤维带的系统的纤维带10a的两个变型。在图10中，纤维带10a示出为包括增强纤维层11，该增强纤维层11布置为包括热塑性纬纱20的单向织物带，该热塑性纬纱20以规则间隔布置并在两侧上沿横向方向从增强纤维层11突出。在如图11所示的变型10a中，联结装置20包括网状热塑性塑料，其同样在两侧上沿横向方向从增强纤维层11突出。

图12示出了根据本发明的生产线800的变型。生产线800包括本文所述的纤维带铺设系统1，该纤维带铺设系统1布置成将半成品2a、2b铺设在工作台100上。如示意性所示，带铺设系统可以构造为将多个半成品2a、2b先后或并行地铺设在工作台100上。生产线800还包括第一拾取装置810a，其被实施为泡沫夹持器，泡沫夹持器构造成从工作台100拾取基本二维的半成品2a、2b并暂时保持该基本二维的半成品2a、2b。第一拾取装置310a与第一输送装置820a互连，该第一输送装置820a构造为将由第一拾取装置810a保持的半成品2a、2b输送到第一工具830a。在所示的变型中，输送装置820a包括机械臂。然而，本发明不限于这种类型的输送装置。泡沫夹持器具有真空泵，该真空泵与包括开孔泡沫的泡沫构件812流体互连。因此，通过借助真空泵获得压力梯度，可以由泡沫夹持器保持半成品2a、2b。同时，可以借助于泡沫构件812将半成品2a、2b按压到第一工具830a的第一工具表面831a上，这有助于半成品2a、2b的铺盖(draping)，并且可以获得半成品2a、2b和第一工具表面831a的适当对准。在所示的生产线800的变型中，第一工具830a是RTM系统的生产工具。如虚线箭头所指示，可以封闭第一工具830a，并且随后半成品2a、2b的纤维可以通过填充到第一工具830a中的树脂而结合。

图13示出了类似于图12所示的变型的生产线800的变型。然而，与图12所示的变型相比，图13所示的变型包括第二拾取装置810b，该第二拾取装置810b构造为从第一工具830a拾取预成形的半成品3，该预成形的半成品3通过将原始的(基本二维的)半成品2a、2a铺盖成与第一工具830a的第一工具表面831a至少部分地对准而形成。在该变型中，第一工具830a并非RTM系统的生产工具，相反用于将原始铺设的二维半成品2a、2b铺盖成预成形的半成品3。所示的变型还包括第二输送装置820b，第二输送装置820b构造为将由第二拾取装置810b保持的预成形的半成品3输送到第二工具830b，在该变型中，第二工具830b是RTM系统的生产工具。如图所示，所示的变型包括两个第二工具830b，从而允许在第一工具中固结第一预成形的半成品，同时使第二预成形的半成品在第二工具中对准(均未详细示出)。因此，可以增加生产线800的整体生产能力。第一拾取装置和第二拾取装置二者均为泡沫夹持器。如示意性所示，第二拾取装置810b具有与第一拾取装置810a不同的几何形状，第二拾取构件810b具有与在第一工具830a中形成的预成形的半成品3的形状至少部分地相符合的泡沫构件。因此，可以改善原始的基本二维的半成品2a、2b的逐渐变形。

图14a和图14b示意性地示出了第一加热装置240a的第一变型，该第一加热装置240a布置在包括压紧辊的第一压紧装置220a的上游。加热装置240a的变型包括被实现为滑动接触点的第一电接触装置241和第二电接触装置242，第一电接触装置241和第二电接触装置242在第一纤维带10a的第二表面13上滑动、彼此隔开一定距离并且靠近第一纤维带10a的边界边缘以与第一纤维带10a建立电互连。通过在第一电接触装置241和第二电接触装置242之间施加电压，在第一纤维带10a的纤维(其包括至少一些导电成分)中产生电流，从而导致第一纤维带10a的温度升高，并且因此导致布置在第一纤维带10a处的联结装置(不可见)的温度升高。因此，使粘附剂处于粘附状态，并且当由第一压紧装置220a压至基底110上时，粘附剂可以与基底110互连。在如图14b示意性示出的加热装置240a的第二变型中，第一电接触装置241和第二电接触装置242基本形成为杆状，其在纤维带10a的整个第二表面13之上滑动、并且沿纤维带10a的输送方向彼此隔开一定距离。取代示意性示出的杆，还可以使用辊，从而导致与滑动接触相比具有更多的滚动。可以在纤维带10a的上游施加附加的电接触装置(未示出)，以便以类似的方式改善对联结装置的加热。图14a和图14b中所示的第一电接触装置241和第二电接触装置242的变型也是带引导装置270的一部分，并且有助于相对于第一压紧装置240a(或基底)定位第一纤维带10a。尽管在图14a和图14b中所示的第一电接触装置241和第二电接触装置242布置在背离基底110定向的第二表面13上，其中的至少一者也可以布置在指向基底110的第一表面12上。将第一电接触装置241布置在第一表面12上并且将第二电接触装置242布置在第二表面上允许使得对纤维带10a的加热特别均匀。显然，本发明不限于在纤维带的这些区域处建立的电接触。特别地，也可以同时(或以半包围方式)在第一表面和第二表面二者上均建立通过第一电接触装置和/或第二电接触装置实现的电接触。

图15a和图15b示意性地示出了加热装置240a的第三变型和第四变型，加热装置240a布置在辊的周向表面上，如上所述该辊是压紧装置220a的一部分。在图15a示意性地示出的变型中，多个电接触装置241、242布置成绕压紧辊220a的周向分布，各个电接触装置241、242从辊的周向表面突出少许，并在平行于辊的旋转轴线(平行于y轴)的方向上延伸。如图所示，第一电接触装置241和第二电接触装置242彼此间隔开，并且在其之间具有非导电表面243。非导电表面243可以包括主动冷却装置，以防止热损坏和/或防止联结装置附着于压紧装置220a。图15a中所示的变型还包括控制系统，该控制系统允许控制施加在两个相邻电接触装置241、242之间的电压。因此，与辊220a的周向/弯曲表面对准并沿其行进的纤维带(未示出)可以例如在与基底110接触之前、在一定的距离上加热，并随后例如由辊220a冷却—如果该辊包括用于冷却的装置，从而使得联结装置在与基底接触之后可以立即固化。

如图15b所示的根据本发明的加热装置240a的第四变型具有布置在压紧辊220a的周向(弯曲的)表面处的第一电接触装置241和第二电接触装置242。电接触装置241、242由非导电表面区域243分离开。第一电接触装置241和第二电接触装置242从周向表面突出，并且基本沿与辊220a的旋转轴线(平行于y轴)平行的方向彼此间隔开，同时沿辊的周向方向延伸。对于某些应用，沿辊220a的周向方向可以分布有多个第一电接触装置241和/或多个第二电接触装置242，从而允许以与上文关于图15a所示变型所说明的方式类似的方式、仅对纤维带(未示出)的与加热装置240a接触的部分进行受控加热。

当然，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。

附图标记

1 纤维带铺设系统 220b 第二压紧装置

2a 第一半成品 221a 第一压紧辊

2b 第二半成品 221b 第二压紧辊

3 预成形的半成品 230a 第一纤维带馈送装置

10a 第一纤维带 230b 第二纤维带馈送装置

10b 第二纤维带 240a 第一加热装置

11 增强纤维层 240b 第二加热装置

12 第一表面 241 第一电接触装置

13 第二表面 242 第二电接触装置

20 联结装置 243 非导电表面

40 粗纱 250a 第一分离器

100 工作台 250b 第二分离器

110 基底 251a 第一刀片

114 背衬织物 251b 第二刀片

115 背膜 252a 第一切割刃

116 粘附性表面 252b 第二切割刃

117 粘附性涂层 253a 第一角度致动器

200 纤维铺设头 253b 第二角度致动器

210a 纤维带的第一供应源 260 施加器组件

210b 纤维带的第二供应源 270 带引导装置

211 缓冲储存装置 300 基座

220a 第一压紧装置

400 半成品

600 溅射组件

650 成形组件

700 卷筒

800 生产线

810a 第一拾取装置

810b 第二拾取装置

812 泡沫构件

820a 第一输送装置

820b 第二输送装置

830a 第一工具

830b 第二工具

831a 第一工具表面

831b 第二工具表面

w1 第一宽度

w2 第二宽度

d1 第一距离

d2 第二距离

v1 第一方向

Claims (22)

1.一种生产线(800)，包括：

a.纤维带铺设系统(1)，所述纤维带铺设系统(1)布置成将半成品(2a、2b)铺设到工作台(100)上，所述纤维带铺设系统(1)包括：

工作台(100)，所述工作台具有基底(110)，所述基底(110)构造为接收待铺设的第一纤维带(10a)；

所述第一纤维带(10a)具有第一表面(12)，当将所述第一纤维带(10a)铺设到所述基底(110)上时，所述第一表面(12)布置成邻近所述基底(110)；以及

所述第一纤维带(10a)包括联结装置(20)，所述联结装置(20)至少部分地布置在所述第一表面(12)上；以及

所述第一纤维带(10a)具有第二表面(13)，所述第二表面(13)与所述第一表面(12)相反；以及

所述纤维带铺设系统(1)还包括纤维铺设头(200)，所述纤维铺设头(200)具有：

所述第一纤维带(10a)的第一供应源(210a)；以及

第一压紧装置(220a)，所述第一压紧装置(220a)适于将所述第一纤维带(10a)压紧到所述基底(110)上；以及

第一纤维带馈送装置(230a)，所述第一纤维带馈送装置(230a)布置为将所述第一纤维带(10a)从所述第一供应源(210a)馈送到所述第一压紧装置(220a)；以及

第一加热装置(240a)，所述第一加热装置(240a)适于在所述联结装置(20)被压紧到所述基底(110)上之前对所述联结装置(20)直接或间接地加热；以及

第一分离器(250a)，所述第一分离器(250a)构造为使预先限定的一条第一纤维带(10a)在被压紧到所述基底(110)上之前与所述第一供应源(210a)分离；以及

所述纤维铺设头(200)和所述工作台(100)构造为相对于彼此移位和/或旋转；

b.第一拾取装置(810a)，所述第一拾取装置(810a)构造为从所述工作台(100)拾取所述半成品(2a、2b)以及暂时保持所述半成品(2a、2b)；

c.第一输送装置(820a)，所述第一输送装置(820a)构造为将由所述第一拾取装置(810a)保持的所述半成品(2a、2b)输送到第一工具(830a)并且所述第一拾取装置(810a)构造为将所述半成品(2a、2b)铺盖到所述第一工具(830a)的第一工具表面(831a)，从而形成预成形的半成品(3)；

d.第二拾取装置(810b)，所述第二拾取装置(810b)构造为从所述第一工具(830a)拾取所述半成品(2a、2b)；以及

e.第二输送装置(820b)，所述第二输送装置(820b)构造为将由所述第二拾取装置(810b)保持的所述预成形的半成品(3)输送到第二工具(830b)，并且所述第二拾取装置(810b)构造为将所述预成形的半成品(3)铺盖到所述第二工具(830b)的第二工具表面(831b)。

2.根据权利要求1所述的生产线(800)，其中，所述工作台(100)是构造为关于所述纤维带铺设系统(1)的基座(300)移位和/或旋转的运动工作台。

3.根据权利要求2所述的生产线(800)，其中，所述纤维铺设头(200)关于所述纤维带铺设系统(1)的所述基座(300)基本固定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生产线(800)，其中，所述第一分离器(250a)包括第一刀片(251a)，所述第一刀片(251a)构造为以基本直型的第一切割刃(252a)切割所述第一纤维带(10a)。

5.根据权利要求4所述的生产线(800)，其中，所述第一分离器(250a)包括第一角度致动器(253a)，以使所述第一切割刃(252a)对应地旋转到多个旋转位置中的任意旋转位置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的生产线(800)，其中，所述纤维铺设头(200)还包括第二纤维带(10b)的第二供应源(210b)、第二压紧装置(220b)、第二纤维带馈送装置(230b)、第二加热装置(240b)以及第二分离器(250b)，所述第二压紧装置(220b)适于将所述第二纤维带(10b)压紧到所述基底(110)上，所述第二纤维带馈送装置(230b)布置成将所述第二纤维带(10b)从所述第二供应源(210b)馈送到所述第二压紧装置(220b)，所述第二加热装置(240b)适于在所述第二纤维带(10b)的联结装置(20)被压紧到所述基底(110)上之前对所述第二纤维带(10b)的所述联结装置(20)直接或间接地加热，所述第二分离器(250b)构造为使一条所述第二纤维带(10b)在被压紧到所述基底(110)上之前与所述第二供应源(210b)分离，其中，所述第一纤维带(10a)具有第一宽度(w1)，并且所述第二纤维带(10b)具有第二宽度(w2)，所述第一宽度(w1)等于所述第二宽度(w2)或者所述第一宽度(w1)大于所述第二宽度(w2)。

7.根据权利要求6所述的生产线(800)，其中，当向所述基底(110)上铺设时，将所述第一纤维带(10a)压紧在与所述第二纤维带(10b)隔开第一距离(d1)的位置处。

8.根据权利要求6所述的生产线(800)，其中，当在压紧期间所述工作台(100)沿第一方向(v1)对应地移至所述纤维铺设头(200)处时，所述第一压紧装置(220a)关于所述第一方向(v1)布置在与所述第二压紧装置(220b)相同的位置处，或所述第一压紧装置(220a)关于所述第一方向(v1)布置在与所述第二压紧装置(220b)隔开第二距离(d2)的位置处。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的生产线(800)，其中，施加器组件(260)布置成向所述第一纤维带(10a)的所述第二表面(13)施加稳定剂。

10.根据权利要求9所述的生产线(800)，其中，所述施加器组件(260)布置成使得在所述第一纤维带(10a)被压紧到所述基底(110)上之后、向所述第一纤维带(10a)的所述第二表面(13)施加所述稳定剂。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的生产线(800)，其中，所述第一加热装置(240a)构造为在待铺设的所述第一纤维带(10a)的所述联结装置(20)被压紧到所述基底(110)上之前对待铺设的所述第一纤维带(10a)的所述联结装置(20)直接或间接地加热，并且所述第一加热装置(240a)构造为对所述基底(110)的至少一部分和/或已经布置在所述基底(110)上的第一纤维带(10a)的至少一部分的所述联结装置(20)加热，其中所述已经布置在所述基底(110)上的第一纤维带(10a)用于在其上铺设所述第一纤维带。

12.根据权利要求11所述的生产线(800)，其中，将由所述第一加热装置(240a)传递的热能中的约50％至99％的热能传递至所述基底(110)和/或所述已经布置在所述基底(110)上的第一纤维带(10a)，并且其中，将残余热能传递至待铺设在所述基底(110)上的所述第一纤维带(10a)。

13.根据权利要求12所述的生产线(800)，其中，将由所述第一加热装置(240a)传递的热能中的约80％的热能传递至所述基底(110)和/或所述已经布置在所述基底(110)上的第一纤维带(10a)。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的生产线(800)，其中，通过从主动驱动式卷筒(700)上解绕所述纤维带(10a、10b)来设置所述纤维带(10a、10b)的所述供应源(210a、210b)。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的生产线(800)，其中，所述第二工具(830b)是树脂传递成型系统的生产工具和/或所述第一工具(830a)是树脂传递成型系统的生产工具。

16.一种用于生产由纤维增强塑料制成的产品的方法，所述方法包括以下方法步骤：

a.提供根据权利要求1至15中任一项所述的生产线(800)；

b.将至少一个纤维带(10a、10b)层铺设到基底(110)上，由此形成第一半成品(2a)；

c.从工作台(100)移除所述第一半成品(2a)；

d.将所述第一半成品(2a)输送到第一工具(830a)；

e.将所述第一半成品(2a)铺盖成与所述第一工具(830a)的第一工具表面(831a)对准，以形成预成形的半成品(3)；

f.从所述第一工具(830a)移除所述预成形的半成品(3)；

g.将所述预成形的半成品(3)输送到第二工具(830b)；

h.将所述预成形的半成品(3)铺盖成与所述第二工具(830b)的第二工具表面(831b)对准；

i.通过所述第二工具(830b)中的树脂使所述预成形的半成品(3)的纤维结合。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括以下方法步骤：

a.将至少一个纤维带(10a、10b)层铺设到所述基底(110)上，由此形成第二半成品(2b)；

b.从所述工作台(100)移除所述第二半成品(2b)；

c.将所述第二半成品(2b)输送到所述第一工具(830a)；

d.将所述第二半成品(2b)铺盖成与所述第一工具(830a)的所述第一工具表面(831a)对准，从而与所述第一半成品(2a)一起形成预成形的半成品(3)。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述预成形的半成品(3)的所述纤维通过传递成型工艺而结合。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述传递成型工艺是树脂传递成型工艺或真空辅助树脂传递成型工艺。

20.根据权利要求16或17所述的方法，其中，使用包括泡沫夹持器的抽吸式拾取头进行铺盖。

21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一半成品(2a)和/或所述第二半成品(2b)和/或所述预成形的半成品(3)由机器人进行输送。

22.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述方法还包括以下方法步骤：对已铺设的所述半成品(2a、2b)进行切割以获得预先限定的形状，之后将其铺盖成与所述第一工具(830a)的所述第一工具表面(831a)对准，和/或与所述第二工具(830b)的所述第二工具表面(831b)对准。

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