DE102006058097A1

DE102006058097A1 - Roller for consolidating fibers in fiber strips positioned in mold is made up of annular plates to which force can be applied which is independent of radial position of plates

Info

Publication number: DE102006058097A1
Application number: DE102006058097A
Authority: DE
Inventors: Markus Steeg; Jens Schlimbach; Jens Lichter
Original assignee: Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH
Current assignee: Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Roller for consolidating fibers in fiber strips positioned in a mold (3) is made up of annular plates (7) to which force can be applied which is independent of the radial position of the plates.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Andrückvorrichtung mit einer Andrückrolle zum Konsolidieren von Fasern, insbesondere Faser-Bändchen, in bzw. auf einer endkonturnahen Form, die mehrere kraftbeaufschlagte, in radialer Richtung relativ zueinander verlagerbare Lamellen umfasst.The The invention relates to a pressing device with a pressure roller for consolidating fibers, in particular fiber ribbons, in or on a near-net shape that has multiple force-loaded, in the radial direction relative to each other movable slats comprises.

Hochbelastbare, kontinuierlich faserverstärkte Kunststoffbauteile mit beanspruchungsgerechter Faserorientierung und -positionierung lassen sich durch Ablegen vorimprägnierter Endlosfaserstränge herstellen. Bei der Herstellung von Bauteilen aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet man häufig faserverstärkte Kunststoffbändchen, die in einem separaten, vorgeschalteten Prozess imprägniert und konsolidiert werden. Diese thermoplastischen Kunststoffbändchen werden direkt vor dem Ablegen auf Temperaturen oberhalb des Schmelz- bzw. Erweichungsbereiches des Thermoplasten erwärmt und mittels einer Andrückrolle im Ablegepunkt der Geometrie des Bauteils angepasst und konsolidiert. Die Geometrie des Bauteils wird dabei durch eine ebene oder gekrümmte Struktur, auf die abgelegt wird, vorgegeben. Dieses hochautomatisierbare Verfahren wird als „Tapelegen" oder im Englischen „Tape/Tow Placement" bzw. „Fiber Placement" bezeichnet. Das Tapelegen findet auch bei der lokalen Verstärkung von Bauteilen Verwendung. Als problematisch erweist es sich, dass die durch eine Form, insbesondere eine Negativ-Form, bestimmte Geometrie des Bauteils dadurch beschränkt ist, dass durch die starre Andrückrolle die theoretisch möglichen diskreten Faserorientierungen in komplexen gekrümmten Bauteilen nicht realisierbar sind. Konvexe und konkave Bauteilkrümmungen verursachen eine ungleichförmige, teilweise unmögliche Anpressung des imprägnierten Kunststoffbändchens an der Form, womit zwangsläufig Konsolidierungsdefizite verbunden sind. Diese Problematik besteht prinzipiell sowohl bei dem duroplastischen als auch dem thermoplastischen Tapelegen, wobei beim duroplastischen Tapelegen durch die meist mehreren notwendigen Autoklavzyklen zur Nachkonsolidierung das Problem geringer ist, aber dennoch eine Limitation des Prozesses auf zumindest sehr gering gekrümmte Bauteile darstellt.Heavy-duty, continuously fiber reinforced Plastic components with stress-oriented fiber orientation and positioning can be pre-impregnated by placing Produce endless fiber strands. In the production of components made of thermoplastic fiber-plastic composites one uses frequently fiber reinforced Plastic tapes, impregnated in a separate, upstream process and be consolidated. These thermoplastic plastic tapes are directly before depositing to temperatures above the melting or Softening range of the thermoplastic heated and by means of a pressure roller adapted and consolidated at the point of deposition of the geometry of the component. The geometry of the component is characterized by a plane or curved structure, is placed on the, given. This highly automated process is called "Tapelegen" or in English "Tape / Tow Placement "or" Fiber Placement ". Tape laying is also used in the local reinforcement of components. As problematic it turns out that by a form, in particular a negative mold, certain geometry of the component is limited thereby that by the rigid pressure roller the theoretically possible Discrete fiber orientations in complex curved components not feasible are. Convex and concave component curvatures cause a nonuniform, partial impossible Pressing of the impregnated Plastic ribbon on the form, which inevitably Consolidation deficits are connected. This problem exists in principle, both in the thermoset and the thermoplastic Tapelegen, where in the thermosetting Tapelegen by the most several necessary autoclave cycles to reconsolidate the problem less, but still a limitation of the process on at least very small curved components represents.

Die DE 102 53 300 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen, insbesondere von hochbelastbaren Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeuges, mit einem durch Glasfasern verstärkten Kunststoff-Matrixmaterial. Mindestens bereichsweise sind gezielt ausgerichtete Kohlenstofffasern entsprechend Lastpfaden des Bauteils im belasteten Zustand vorgesehen, wobei die Glasfasern willkürlich ausgerichtet sind. Der Verbund aus Glasfasern wird im Wesentlichen entsprechend der Bauteilform zugeschnitten. Anschließend erfolgt das Aufbringen des streifenförmigen Verbundes gezielt ausgerichteter Kohlenstofffasern auf oder zwischen mindestens eine Glasfaserstruktur zu einer sandwichartigen Preform, die zum Pressen zur Bauteilformgebung in ein Formwerkzeug eingelegt wird.The DE 102 53 300 A1 shows a method for the production of structural components, in particular of heavy duty body parts of a motor vehicle, with a glass fiber reinforced plastic matrix material. Targeted carbon fibers are at least partially provided according to load paths of the component in the loaded state, wherein the glass fibers are aligned arbitrarily. The composite of glass fibers is cut substantially according to the component shape. Subsequently, the application of the strip-shaped composite of targeted aligned carbon fibers on or between at least one glass fiber structure to a sandwich-like preform, which is inserted for pressing for component molding in a mold.

Dies ist insofern nachteilig, als ein derartiges Formwerkzeug relativ teuer in seiner Herstellung ist.This is disadvantageous in that such a mold is relatively expensive in its production.

Im Weiteren beschreibt Rainer von dem Esche (WZL RWTH AACHEN, Berichte aus der Produktionstechnik, Band 18/2001, Shaker Verlag, D 82 (Diss. RWTH Aachen)) eine Hybridandrückrolle, bei der mehrere Lamellen auf einem Silikonkautschukkörper radial verschiebbar gelagert sind. Diese Hybridandrückrolle hat sich allerdings im praktischen Einsatz nicht bewährt, weshalb ihre Verwendung verworfen wurde.in the Further describes Rainer von dem Esche (WZL RWTH AACHEN, reports from Production Engineering, Volume 18/2001, Shaker Verlag, D 82 (Diss. RWTH Aachen University)) a hybrid sanding roller, in which a plurality of fins on a silicone rubber body radially are slidably mounted. This hybrid feedback role has, however not proven in practical use, why their use was discarded.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Andrückvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Fertigung nahezu beliebiger Bauteilgeometrien ermöglicht.It Object of the invention, a pressing device of the beginning mentioned type to create the production of almost any component geometries allows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass jede der Lamellen zum Anpressen der Fasern an die Geometrie der Form derart kraftbeaufschlagt ist, dass unabhängig von ihrer radialen Auslenkung die gleiche Kraft auf sie einwirkt.According to the invention Task solved by that each of the lamellae for pressing the fibers to the geometry the form is subjected to such a force that independent of their radial deflection, the same force acts on them.

Durch die flexible Gestaltung der Andrückrolle aufgrund ihres lamellaren Aufbaus ist es möglich, die vorimprägnierten oder nicht vorimprägnierten Fasern oder Bändchen über die Breite der Andrückrolle an den Verlauf der die Bauteilgeometrie bestimmenden Form, insbesondere einer Negativ-Form, anzupressen, wobei jede Lamelle mit annähernd gleicher Kraft auf die Fasern einwirkt, da sämtliche Lamellen auch mit nahezu der gleichen Kraft beaufschlagt sind. Hierbei ist lediglich eine möglichst konstante und homogene Verteilung der Anpresskraft sowie ein homogener Übergang von gekrümmten in ebene Bereiche sicherzustellen, wodurch zum einen die Breite der Andrückrol le und zum anderen der Krümmungsradius der Form beschränkt wird. Verwendbar ist die Andrückrolle sowohl beim so genannten Duroplast-Tapelegen als auch beim Thermoplast-Tapelegen. Die Lamellen, von denen eine Vielzahl über die Breite der Andrückrolle vorhanden sind, beaufschlagen die Bändchen lediglich über ihre Breite, wodurch die Anpassungsproblematik auf beliebig kleine Einzelungenauigkeiten verringert ist, die im Grenzfall durch die Elastizität des anzupressenden Substrats vernachlässigbar werden.By the flexible design of the pressure roller due to its lamellar structure it is possible to preimpregnate or not preimpregnated Fibers or ribbons over the Width of the pressure roller on the course of the component geometry determining form, in particular a negative-form, to press, each lamella with approximately the same force acting on the fibers, since all Slats are also subjected to almost the same force. in this connection is only one possible constant and homogeneous distribution of the contact force and a homogeneous transition of curved in flat areas to ensure, on the one hand the width of the Andrückrol le and on the other hand, the radius of curvature limited to the form becomes. Usable is the pressure roller both in the so-called thermoset tape laying as well as the thermoplastic tape laying. The fins, of which a plurality across the width of the pressure roller are present, apply the tapes only about their Width, whereby the problem of adaptation to arbitrarily small individual inaccuracies is reduced, which in the limit case by the elasticity of the to be pressed Substrate negligible become.

Um die vorimprägnierten Bändchen zuverlässig an die Oberfläche Form anzulegen, ist bevorzugt zur Kraftbeaufschlagung der Lamellen das Magnetfeld erzeugbar. Hierbei ist es möglich, sowohl jede Lamelle separat als auch alle Lamellen gemeinsam mit einer definierten Kraft zu beaufschlagen. Selbstverständlich sind die unmittelbar durch ein Magnetfeld beaufschlagbaren Lamellen aus einem magnetischen, insbesondere ferromagnetischen Werkstoff gefertigt.In order to reliably mold the pre-impregnated tapes to the surface, the magnetic field can preferably be generated to apply force to the lamellae. It is possible, both each slat separately and all slats together to apply a defined force. Of course, the directly acted upon by a magnetic field fins made of a magnetic, in particular ferromagnetic material.

In Ausgestaltung ist ein elektrischer Leiter zur Erzeugung des Magnetfeldes der Form zugeordnet. Der stationär angeordnete Leiter kann in die Form integriert sein oder beispielsweise unterhalb der dann insbesondere aus einem nicht magnetischen Werkstoff bestehenden Form angeordnet sein. Durch den Leiter wird ein Magnetfeld erzeugt, in dem die Lamellen mit etwa gleicher Normalkraft zur Kontaktfläche beaufschlagt werden.In Embodiment is an electrical conductor for generating the magnetic field assigned to the shape. The stationary arranged conductors may be integrated into the mold or for example below then in particular from a non-magnetic material be arranged existing form. Through the conductor becomes a magnetic field produced in which the lamellae applied with approximately the same normal force to the contact surface become.

Zur Erzeugung eines örtlich begrenzten Magnetfeldes ist in alternativer Ausgestaltung der elektrische Leiter zur Erzeugung des Magnetfeldes der Andrückvorrichtung zugeordnet.to Generation of a local limited magnetic field is in an alternative embodiment of the electrical Assigned conductor for generating the magnetic field of the pressing device.

Zweckmäßigerweise sind die aus einem magnetischen Werkstoff bestehenden Lamellen zwischen spannungsbeaufschlagten Bürsten gelagert.Conveniently, are the lamellae made of a magnetic material between stress-loaded brushes stored.

Vorzugsweise beaufschlagt der elektrische Leiter der Andrückvorrichtung den Lamellen zugeordnete Betätigungslamellen aus einem ferromagnetischen Werkstoff, die die aus einem nicht magnetischen Werkstoff bestehenden Lamellen gegen die Form pressen. Demnach werden die Betätigungslamellen zum Antrieb der Lamellen im Magnetfeld in Rotation versetzt. Sowohl die Betätigungslamellen als auch die Lamellen sind in radialer Richtung frei beweglich, um das imprägnierte Halbzeug an die Oberfläche der Form zu pressen. Zweckmäßigerweise ist jeder Lamelle eine im Querschnitt zylindrische Betätigungslamelle zugeordnet. Um die Lamellen in axialer Richtung zu haltern, sind die Lamellen zwischen gegenüberliegenden Lagerelementen umfangsseitig drehbar gelagert.Preferably the electrical conductor of the pressing device acts on the lamellae associated actuating blades made of a ferromagnetic material, which consists of a non-magnetic Press existing material against the mold. Accordingly, be the actuating lamellae rotated to drive the slats in the magnetic field. Either the actuating lamellae as Also, the slats are freely movable in the radial direction to the impregnated Semifinished product to the surface to press the mold. Conveniently, each blade is a cross-sectionally cylindrical actuating blade assigned. To support the slats in the axial direction, are the slats between opposite Bearing elements rotatably mounted circumferentially.

Bevorzugt sind die Betätigungslamellen in einem Gehäuseoberteil angeordnet, das gegenüber einem die Lamellen lagernden Gehäuseunterteil isoliert ist. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass sich das Magnetfeld nur auf die Betätigungslamellen auswirkt und die die Bändchen anpressenden Lamellen aus einem Isolator gefertigt sind oder an ihrer Oberfläche einen isolierenden Werkstoff aufweisen.Prefers are the operating blades in an upper housing part arranged, opposite a housing lower part which supports the slats is isolated. In this embodiment, it is possible that the magnetic field only affects the operating blades and the tapes pressing lamellae are made of an insulator or on their surface have an insulating material.

Nach einer weiteren alternativen Weiterbildung sind die Lamellen mittels eines insbesondere strömenden Fluides kraftbeaufschlagt. Hierbei kann das Fluid, nämlich ein gasförmiges oder flüssiges Medium, durch das Innere der Lamellen gelenkt werden oder die Lamelle in einem äußeren Umfangsbereich, in dem sie nicht in Kontakt mit den anzupressenden Fasern stehen, umströmen. Eine entsprechende Druckbeaufschlaguung des Fluides wirkt auf die Lamellen zu deren radialer Auslenkung.To Another alternative development, the slats means a particular flowing Fluids kraftbeaufschlagt. Here, the fluid, namely a gaseous or liquid medium, be directed through the interior of the slats or the slat in an outer peripheral area, in which they are not in contact with the fibers to be pressed, flow around. A corresponding pressurization of the fluid acts on the Slats for their radial deflection.

Zweckmäßigerweise weisen die parallel zueinander ausgerichteten Lamellen einen zylindrischen, insbesondere ringförmigen Querschnitt auf. Demnach werden die Lamellen über ihren Umfang abgerollt und pressen hierbei die vorimprägnierten Bändchen an die Oberfläche der Form an.Conveniently, the slats aligned parallel to each other have a cylindrical, in particular annular Cross-section on. Accordingly, the slats are rolled over their circumference and in doing so, press the preimpregnated tapes the surface the shape.

Um Reibungsverluste beim Konsolidieren zu minimieren, sind vorzugsweise die Lamellen zwischen umfangsseitig angeordneten Gleitlagern geführt. Somit befinden sich die Lamellen axial in einer Ebene.Around To minimize friction losses during consolidation are preferred the blades are guided between circumferentially arranged plain bearings. Consequently the lamellae are axially in one plane.

Nach einer Weiterbildung bestehen die Lamellen aus einem Kunststoff und/oder einem metallischen, insbesondere magnetischen, und/oder einem keramischen Werkstoff. Selbst verständlich ist auch möglich, Lamellen aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise wechselweise vorzusehen, um eine Reibung benachbarter Lamellen zu reduzieren. Im Weiteren erfolgt die Auswahl des Werkstoffes für die Lamelle beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob den zu konsolidierenden Fasern Wärme ab- und/oder zugeführt werden soll.To In a further development, the slats made of a plastic and / or a metallic, in particular magnetic, and / or a ceramic Material. Of course is possible, too, Slats made of different materials, for example, alternately provided to reduce friction of adjacent slats. in the Furthermore, the selection of the material for the lamella takes place, for example dependent on of whether heat is being dissipated and / or supplied to the fibers to be consolidated should.

Da die Lamellen der Andrückrolle unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten aufweisen können, ist es erforderlich, ihre gegenseitigen Anlageflächen möglichst klein zu halten, um eine reibungsbedingte Geschwindigkeitsanpassung auszuschließen. Daher weisen bevorzugt die Lamellen stirnseitig ringförmige Anlageflächen auf oder es sind Zwischenlamellen mit einem ge genüber den Lamellen verkleinerten Durchmesser vorgesehen. Die Zwischenlamellen können beispielsweise aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften gefertigt sein.There the slats of the pressure roller may have different relative speeds is it is necessary to keep their mutual contact surfaces as small as possible to exclude a friction-related speed adjustment. Therefore Preferably, the fins on the front side annular contact surfaces or there are intermediate blades with a GE reduced compared to the slats Diameter provided. The intermediate blades can, for example, from a Material be made with good sliding properties.

Alternativ wird die Aufgabe bei einer Andrückvorrichtung zum Konsolidieren von Fasern, insbesondere Faser-Bändchen, in bzw. auf einer endkonturnahen Form, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Oberfläche der Andrückrolle aus einem flexiblen Kunststoff besteht.alternative The task is at a Andrückvorrichtung for consolidating fibers, in particular fiber ribbons, in or on a near-net shape, according to the invention thereby solved, that the surface the pressure roller made of a flexible plastic.

Die aus einem flexiblen Kunststoff, beispielsweise einem synthetischen oder natürlichen Elastomer, bestehende Oberfläche der Andrückrolle kann gemeinsam mit den zuvor erläuterten Lamellen oder ausschließlich zur Bestückung der Andrückrolle Verwendung finden, wobei ausschließlich die elastischen Eigenschaften des Kunststoffs die Adaptionsfähigkeit der Andrückrolle an die Geometrie der Form, insbesondere einer Negativ-Form, bestimmen. Die Oberfläche kann in Form eines Schlauches, beispielsweise auch mit einer balligen Oberfläche, gefertigt und auf der Andrückrolle befestigt werden.The made of a flexible plastic, for example a synthetic one or natural Elastomer, existing surface the pressure roller can work together with the previously explained Slats or exclusively for equipping the pressure roller Use, where only the elastic properties the plastic's adaptability the pressure roller to the geometry of the mold, in particular a negative mold determine. The surface can be in the form of a tube, for example, with a convex Surface, manufactured and on the pressure roller be attached.

Zweckmäßigerweise ist der flexible und hochtemperaturbeständige Kunststoff ein Polytetrafluorethylen- (PTFE-) und/oder Silikon-Werkstoff oder ein Blend aus diesen Kunststoffen oder ein Gradientenwerkstoff. Unter einem Gradientenwerkstoff ist ein Werkstoff zu verstehen, der beispielsweise über seine Dicken- oder Breitenausdehnung unterschiedliche bzw. sich verändernde Eigenschaften aufweist. Die Eigenschaften des Werkstoffes lassen sich bekanntermaßen insbesondere durch Füllstoffe und/oder Oberflächenbeschichtungen beeinflussen.Conveniently, the flexible and high temperature resistant plastic a polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or silicone material or a blend of these plastics or a gradient material. A gradient material is to be understood as meaning a material which, for example, has different or varying properties over its thickness or width extent. The properties of the material can be known to affect in particular by fillers and / or surface coatings.

Vorzugsweise sind Kunststoffe mit gleichen oder unterschiedlichen Materialeigenschaften in mehreren Schichten über- und/oder nebeneinander angeordnet. Zweckmäßigerweise weist die Oberfläche eine dünne flexible Metallschicht auf. Die Metallschicht ist folienartig dünn und kann beispielsweise durch Bedampfen gefertigt werden.Preferably are plastics with the same or different material properties arranged in several layers above and / or next to each other. Conveniently, indicates the surface a thin one flexible metal layer on. The metal layer is thin like a film and can be made for example by vapor deposition.

Bevorzugt ist eine Temperiereinrichtung vorgesehen. Die Temperiereinrichtung kann in die Andrückvorrichtung bzw. die Andrückrolle integriert sein. Die Temperiereinrichtung umfasst mindestens eine regelbare Wärmequelle und/oder Wärmesenke. Vorteilhafterweise temperiert die Temperiereinrichtung die Andrückrolle elektrisch oder mittels eines Fluides. Als Fluid kommt sowohl Luft als auch Gas oder eine Flüssigkeit in Betracht, wobei das Fluid den Kern bzw. das Innere der Andrückrolle durchströmt.Prefers a tempering device is provided. The tempering device can in the pressing device or the pressure roller be integrated. The tempering device comprises at least one adjustable heat source and / or heat sink. advantageously, the tempering device tempered the pressure roller electrically or by means a fluid. As fluid comes both air and gas or a liquid with the fluid forming the core or the interior of the pressure roller flows through.

Unterschiedliche Kristallinitäten der Polymere führen ebenso zu unterschiedlichen Charakteristiken der E-Module über dem Temperaturverlauf. In radialer Betrachtung kann über die Wahl und die Morphologie des polymeren Werkstoffes über den Temperaturgradient durch den Andrückbelag der Andrückrolle hindurch das angestrebte Materialverhalten eingestellt werden, das sich wiederum direkt auf das mechanische und physikalische Verhalten der Andrückvorrichtung auswirkt. Dieser Zusammenhang gilt ebenso für den Querschnittsverlauf in axialer Richtung. Mit einem geschichteten Aufbau des flexiblen und hochtemperaturbeständigen Belags der Andrückrolle lässt sich, z.B. über unterschiedliche Wärmeübergänge, spezifische Wärmekapazitäten und/oder Kristallinitäten, der Temperaturgradient beeinflussen. Durch einen mehrdimensionalen Temperaturgra dient können dimensionsabhängige Eigenschaften des Polymers, wie beispielsweise mehrdimensionale E-Modulverläufe, in finale mechanische und physikalte Verhaltenscharakteristika der Andrückvorrichtung überführt werden.different crystallinities lead the polymers also to different characteristics of the e-modules above the Temperature curve. In radial consideration can be about choice and morphology of the polymeric material the temperature gradient through the Andrückbelag the pressure roller Through the desired material behavior can be adjusted, the turn directly to the mechanical and physical behavior the pressing device effect. This relationship also applies to the cross section in axial direction. With a layered construction of the flexible and high temperature resistant Pads of the pressure roller let yourself, e.g. above different heat transfer, specific Heat capacities and / or crystallinities affect the temperature gradient. Through a multi-dimensional Temperaturgra can serve dimensionally dependent Properties of the polymer, such as multidimensional Modulus curves, in final mechanical and physical behavioral characteristics of Pressing be transferred.

Zweckmäßigerweise verfährt ein mehrachsiges Handhabungsgerät die Andrückvorrichtung über die Form.Conveniently, moves a multi-axis handling device the pressing device on the Shape.

In Ausgestaltung ist eine Mess- und Regeleinrichtung vorgesehen, die mit vorzugsweise einer externen Heizquellegekoppelt ist und insbesondere Temperaturen der Andrückrolle und/oder der Form, eine Anpresskraft und/oder eine Verfahrgeschwindigkeit der Andrückrolle erfasst und regelt.In Embodiment is provided a measuring and control device, the preferably coupled to an external heating source and in particular temperatures the pressure roller and / or the shape, a contact pressure and / or a travel speed the pressure roller recorded and regulated.

Sonach kann die Andrückrolle zum Konsolidieren von Fasermatrixverbunden selbstregulierende Eigenschaften aufzeigen. Tritt beispielsweise eine kurzfristige Krafterhöhung im so genannten Nip-Point direkt unterhalb der Anpressrolle beim Applizieren der Fasermatrixverbunde auf, vergrößert sich kurzfristig die Kontaktfläche, was mit einem auf eine größere Fläche verteilten Wärmefluss verbunden ist. Dies führt zu einer Änderung der übertragenen Wärmemenge innerhalb des in Kontakt stehenden Systems, womit eine Änderung der E-Module einhergeht, die sich auf die Flächenpressung auswirkt und zur Änderung der Kontaktfläche führt. Durch die Mess- und Regeleinrichtung stellt sich ein „dynamischer" Regelkreis ein, der die Störgrößen Kraftschwankungen (ca. +/– 50 N) und Temperaturschwankungen, die durch die externe Heizquelle, die beispielsweise eine Hauptheizung des Prozesses ist, in das System hinein getragen werden, nivelliert. Das selbstregulierende Konsolidierungssystem kann sich in Abhängigkeit von den spezifischen Wärmekapazitäten, der Kraftbeauschlagung, der Oberflächenbeschaffenheit, der Oberflächentopografie, dem Schichtaufbau und/oder der Auswahl des flexiblen, hochtemperaturbeständigen Kunststoffs einstellen, wobei die Flächenpressung eine Regelgröße darstellt. Vorliegend können die Stellgrößen Wärmezuführung, Kraftbeaufschlagung, Werkstoffwahl, Werkstoffanordnung bzw. Werkstoffgeometrie einstellbar sein.THEREFORE can the pressure roller self-regulating properties for consolidating fiber matrix composites show. Occurs, for example, a short-term power increase in so-called nip-point directly below the pressure roller when applying the Fiber matrix composites increases short-term the contact area, what with a distributed over a larger area heat flow connected is. this leads to to a change the transmitted heat within the system in contact, which means a change the e-modules that affect the surface pressure and change the contact surface leads. The measuring and control device sets a "dynamic" control loop, the disturbances force fluctuations (about +/- 50 N) and temperature fluctuations caused by the external heat source, which, for example, is a main heating of the process, into the system to be carried in, leveled. The self-regulating consolidation system can become dependent from the specific heat capacities, the Force impact, the surface condition, the surface topography, the layer structure and / or the selection of flexible, high temperature resistant plastic adjust the surface pressure represents a controlled variable. In the present case can the manipulated variables heat supply, application of force, Choice of material, material arrangement or material geometry be adjustable.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations are usable. The scope of the invention is only through the claims Are defined.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to several embodiments with reference to the associated Drawings closer explained. It shows:

1 eine Darstellung einer Andrückrolle einer erfindungsgemäßen Andrückvorrichtung mit einer ebenen Form, 1 a representation of a pressure roller of a pressing device according to the invention with a planar shape,

2 eine Schnittdarstellung der Andrückrolle gemäß der Linie A-A nach 1, 2 a sectional view of the pressure roller according to the line AA after 1 .

3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Andrückvorrichtung in einer ersten alternativen Ausgestaltung, 3 1 is a schematic sectional view of a pressing device according to the invention in a first alternative embodiment,

4 eine Schnittdarstellung der Andrückrolle nach 4 mit einer konvexen Form, 4 a sectional view of the pressure roller after 4 with a convex shape,

5 eine Schnittdarstellung der Andrückrolle nach 4 mit einer konkaven Form, 5 a sectional view of the pressure roller after 4 with a concave shape,

6 eine schematische Schnittdarstellung der Andrückvorrichtung in einer zweiten alternativen Ausgestaltung, 6 a schematic sectional view of the pressing device in a second alternative embodiment,

7 eine Schnittdarstellung der Andrückrolle gemäß der Linie A-A nach 6 und 7 a sectional view of the pressure roller according to the line AA after 6 and

8 eine schematische Schnittdarstellung der Andrückvorrichtung in einer dritten alternativen Ausgestaltung. 8th a schematic sectional view of the pressing device in a third alternative embodiment.

Die Andrückvorrichtung umfasst eine Andrückrolle 1 zum Konsolidieren von vorimprägnierten Faser-Bändchen 2, die auf einer endkonturnahen Form 3 zu einem Faserhalbzeug abgelegt sind. Die Andrückrolle 1 nach den 1 und 2 weist eine geometrieadaptive Oberfläche 4 aus einem elastischen Kunststoff auf, die in Form eines Schlauches 5 austauschbar auf einer kugelgelagerten Walze 6 gehalten ist.The pressing device comprises a pressure roller 1 for consolidating preimpregnated fiber ribbons 2 that on a near-net shape 3 are stored to a semi-finished fiber. The pressure roller 1 after the 1 and 2 has a geometry-adaptive surface 4 made of an elastic plastic, in the form of a hose 5 interchangeable on a ball-bearing roller 6 is held.

In alternativer Ausgestaltung gemäß 3 ist die Andrückrolle 1 aus mehreren parallel zueinander ausgerichteten Lamellen 7 zusammengesetzt, die gemäß dem Doppelpfeil 8 in radialer Richtung relativ zueinander verlagerbar und drehbar in einem Gehäuse 9 gelagert sind. Unterhalb der Form 3 ist ein spannungsbeaufschlagter Leiter 10 zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet. Die Lamellen 7 sind aus einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt und zwischen zwei gehäuseseitigen Gleitlagern 11 angeordnet. Um die stirnseitige Reibung der sich gegebenenfalls mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten über die Faser-Bändchen 2 rollenden Lamellen 7 zu verringern, sind aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff gefertigte Zwischenlamellen 12 mit einem gegenüber den Lamellen 7 verkleinerten Durchmesser vorgesehen.In an alternative embodiment according to 3 is the pressure roller 1 from several parallel aligned slats 7 composed according to the double arrow 8th in the radial direction relative to each other displaced and rotatable in a housing 9 are stored. Below the form 3 is a stressed leader 10 arranged to generate a magnetic field. The slats 7 are made of a ferromagnetic material and between two housing-side plain bearings 11 arranged. To the frontal friction of possibly with different relative speeds over the fiber ribbon 2 rolling slats 7 To reduce, are made of a polytetrafluoroethylene material intermediate plates 12 with one opposite the slats 7 provided reduced diameter.

Den 4 und 5 ist zu entnehmen, wie sich die Lamellen 7 der Andrückrolle 1 bei einer konvex oder konkav gekrümmten Form 3 zur Konsolidierung der Faser-Bändchen 2 aufgrund der herrschenden Kraftbeaufschlagung der Lamellen durch das elektromagnetische Feld unterhalb der Form 3 in radialer Richtung verlagern, wobei die Form 3 aus einem nicht magnetischen bzw. nicht magnetisierbaren Werkstoff gefertigt ist.The 4 and 5 you can see how the slats 7 the pressure roller 1 in a convex or concave curved shape 3 for the consolidation of fiber ribbons 2 due to the prevailing application of force to the blades by the electromagnetic field below the mold 3 shift in the radial direction, the shape 3 is made of a non-magnetic or non-magnetizable material.

Nach den 6 und 7 sind der Andrückvorrichtung elektrische Leiter 10 zur Erzeugung des Magnetfeldes zugeordnet. An das die aus den Lamellen 7 bestehende Andrückrolle 1 aufnehmende Gehäuse 9 sind die Spannungen U1 und U2 stirnseitig zu den Lamellen 7 angelegt. Am Umfang der drehbaren Lamellen 7 befinden sich gehäuseseitig befestigte gegenüberliegende Bürsten 13 mit zugeordneten Gleitlagern 11, wobei an den Bürsten 13 ebenfalls eine Spannung U3 zur Erzeugung eines Magnetfeldes angelegt ist, um die Lamellen 7 in Richtung des Pfeiles F mit einer Kraft zu beaufschlagen.After the 6 and 7 the pressing device are electrical conductors 10 associated with the generation of the magnetic field. At the one from the slats 7 existing pressure roller 1 receiving housing 9 are the voltages U1 and U2 frontally to the slats 7 created. At the circumference of the rotatable blades 7 are located on the housing side mounted opposite brushes 13 with associated plain bearings 11 , taking on the brushes 13 also a voltage U3 is applied to generate a magnetic field to the slats 7 in the direction of arrow F to apply a force.

Gemäß 7 erzeugt der elektrische Leiter 10 der Andrückvorrichtung ein Magnetfeld in dem Gehäuse 9, wobei die Richtung des magnetischen Flusses durch den Pfeil H dargestellt ist, zur Kraftbeaufschlagung ferromagnetischer Betätigungslamellen 14, die wiederum die aus einem nicht magnetischen Werkstoff gefertigten Lamellen 7 gegen die in der Form 3 liegenden Faser-Bändchen 2 pressen. Die Lamellen 7 sind zwischen den gegenüberliegenden Gleitlagern 11 geführt. Das die Lamellen aufnehmende Gehäuseunterteil 15 ist gegenüber dem Gehäuseoberteil 16 mit den Betätigungslamellen 14 durch einen Isolator 17 getrennt.According to 7 generates the electrical conductor 10 the pressing device, a magnetic field in the housing 9 , wherein the direction of the magnetic flux is represented by the arrow H, for applying ferromagnetic actuating lamellae 14 , in turn, made of a non-magnetic material slats 7 against those in the mold 3 lying fiber ribbon 2 press. The slats 7 are between the opposing plain bearings 11 guided. The housing receiving the slats 15 is opposite the upper housing part 16 with the operating blades 14 through an insulator 17 separated.

Claims

Pressing device with a pressure roller ( 1 ) for consolidating fibers, in particular fiber ribbons ( 2 ), in or on a near-net shape ( 3 ), the several kraftbeaufschlagte, in the radial direction relative to each other displaceable slats ( 7 ), characterized in that each of the lamellae ( 7 ) for pressing the fibers to the geometry of the mold ( 3 ) is subjected to such a force that regardless of their radial deflection, the same force acts on them.

Pressing device according to claim 1, characterized in that for the application of force to the slats ( 7 ) a magnetic field can be generated.

Pressing device according to claim 2, characterized in that an electrical conductor ( 10 ) for generating the magnetic field of the mold ( 3 ) assigned.

Pressing device according to claim 2, characterized in that the electrical conductor ( 10 ) is assigned to generate the magnetic field of the pressing device.

Pressing device according to claim 4, characterized in that the lamellae consisting of a magnetic material ( 7 ) between stress-loaded brushes ( 13 ) are stored.

Pressing device according to claim 4, characterized in that the electrical conductor ( 10 ) the Andrückvor direction the slats ( 7 ) associated actuating blades ( 14 ) of a ferromagnetic material, which consists of a non-magnetic material slats ( 7 ) against the form ( 3 ) press.

Pressing device according to claim 4, characterized characterized in that each lamella ( 7 ) a cylindrical cross section actuating blade ( 14 ) assigned.

Pressing device according to claim 4 or 5, characterized in that the actuating blades ( 14 ) are rotatably mounted circumferentially between opposite bearing elements.

Pressing device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the actuating blades ( 14 ) in an upper housing part ( 16 ) are arranged opposite one of the slats ( 7 ) bearing housing lower part ( 15 ) is isolated.

pressure device according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the slats by means of a in particular flowing Fluids are subjected to force.

Pressing device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the mutually parallel slats ( 7 ) have a cylindrical, in particular annular cross-section.

Pressing device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the lamellae ( 7 ) between circumferentially arranged plain bearings ( 11 ) are guided.

Pressing device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the lamellae ( 7 ) consist of a plastic and / or a metallic, in particular magnetic, and / or a ceramic material.

Pressing device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the lamellae ( 7 ) have frontally annular abutment surfaces or intermediate plates ( 12 ) with one opposite the slats ( 7 ) are provided reduced diameter.

Pressing device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the surface ( 4 ) each lamella ( 7 ) consists of a flexible plastic.

Pressing device for consolidating fibers, in particular fiber tapes, in or on a near net shape ( 3 ), characterized in that the surface ( 4 ) of the pressure roller ( 1 ) consists of a flexible plastic.

pressure device according to claim 15 or 16, characterized in that the flexible and high temperature resistant Plastic a polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or silicone material or a blend of these plastics or a gradient material.

pressure device according to one of the claims 15 to 17, characterized in that plastics with the same or different material properties in several layers and over or arranged side by side.

pressure device according to one of the claims 1 to 18, characterized in that the surface of a thin flexible Has metal layer.

pressure device according to one of the claims 1 to 19, characterized in that a tempering device is provided.

pressure device according to claim 20, characterized in that the tempering device at least one controllable heat source and / or heat sink includes.

Pressing device according to claim 20, characterized in that the tempering device, the pressure roller ( 1 ) tempered electrically or by means of a fluid.

Pressing device according to one of claims 1 to 22, characterized in that a multi-axis handling device, the pressing device on the form ( 3 ).

Pressing device according to one of claims 1 to 22, characterized in that a measuring and control device is provided, which is preferably coupled to an external heat source and in particular temperatures of the pressure roller ( 1 ) and / or the shape ( 3 ), a contact pressure and / or a travel speed of the pressure roller ( 1 ) and regulates.