DE102007024124B3

DE102007024124B3 - Multiaxialmaschine

Info

Publication number: DE102007024124B3
Application number: DE200710024124
Authority: DE
Inventors: Heinrich Munzert
Original assignee: LIBA Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Karl Mayer Technische Textilien GmbH
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: DE102007024124C5

Abstract

Bei einer Multiaxialmaschine zum Vorlegen von multiaxialen Fadengelegen sind unterschiedliche Zufuhrstationen (4, 5) zur Ablage der einzelnen Fadenlagen vorgesehen. In einer ersten Zufuhrstation (4) wird eine Fadenlage in der Form einer endlosen Fadenschar oder eines endlosen Einzelfadens (7) abgelegt, wobei die Fäden von den Spulen (9) eines Spulengatters (8) abgezogen werden. In einer zweiten Zufuhrstation (5) wird eine Fadenlage aus abgelängten bandförmigen Teilstücken (17) mittels einer Leger-Klemmeinrichtung (19) abgelegt. Die Transportketten (2) der Multiaxialmaschine sind mit Haltevorrichtungen für beide Arten von Fadenlagen versehen. Das fertige multiaxiale Fadengelege wird in einer Verbindungsstation (6) vernäht. Mit der erfindungsgemäßen Multiaxialmaschine können wirtschaftlich und raumsparend unterschiedliche Arten von Fadenlagen in einem einzigen Vorgang zu multiaxialen Fadengelegen zusammengeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Multiaxialmaschine zum Vorlegen von band-, streifen- oder bahnförmigen multiaxialen Fadengelegen, die aus einzelnen übereinander abgelegten Fadenlagen aufgebaut sind, mit den folgenden, im Anspruch 1 enthaltenen Merkmalen:

a) es sind zwei im Abstand voneinander befindliche angetriebene Transportketten vorgesehen, deren Transportrichtung in der Längsrichtung des entstehenden multiaxialen Fadengeleges verläuft;
b) an den Transportketten sind Befestigungsmittel zum vorübergehenden randseitigen Fixieren von bereits abgelegten, sich zwischen den Transportketten erstreckenden Fadenlagen angebracht;
c) in der Transportrichtung der Transportketten sind hintereinander mehrere Zufuhrstationen für je eine Fadenlage angeordnet.

Derartige Multiaxialmaschinen gehören zum Stand der Technik. In der Regel führen die Transportketten dabei das vorgelegte multiaxiale Fadengelege zu einer Verbindungsstation, zum Beispiel einer Kettenwirkmaschine, in der die einzelnen Fadenlagen vor ihrer Weiterverarbeitung miteinander verbunden werden.
Die damit hergestellten multiaxialen Fadengelege haben ihre große Bedeutung bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen. Hierbei werden die hergestellten multiaxialen Fadengelege als Verstärkung in eine Matrix eingebunden, wobei die polymeren Systeme, vor allem Polyester- und Epoxidharze, im Vordergrund stehen. Für die einzelnen Fadenlagen, die übereinander abgelegt werden, kommen vornehmlich Fäden oder Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Keramik, aber auch Synthesefasern wie beispielsweise Aramidfasern oder Polyamidfasern in Frage. Für die Fäden oder Fasern ist auch die Bezeichnung „Kabel" üblich; sie sind aus einzelnen Filamenten aufgebaut und können sich nicht nur hinsichtlich des Werkstoffes, sondern auch hinsichtlich ihres Durchmessers und der Zahl der Filamente, aus denen sie bestehen, erheblich voneinander unterscheiden. Dadurch bedingt, ergeben sich unterschiedliche mechanische Eigenschaften, die bereits bei dem Ablegen einer Fadenlage und bei deren Befestigung an den Transportketten der Multiaxialmaschine berücksichtigt werden müssen.
Das hat zu sehr verschiedenartigen bekannten Ausführungsformen der Zufuhrstationen für die einzelnen Fadenlagen und der Befestigungsmittel geführt, durch die die Fadenlagen an den Transportketten vorübergehend randseitig fixiert werden.
So ist es aus der DE 197 26 831 C5 bekannt, die Zufuhrstationen einer Multiaxialmaschine als bewegliche Zufuhrportale aufzubauen, an denen je ein Fadenleger beweglich geführt ist. Der Fadenleger ist dadurch dreidimensional beweglich steuerbar. Der Antrieb des Fadenlegers erfolgt unabhängig vom Antrieb der Transportketten durch mit Servomotoren angetriebene Linearelemente. Zur Bildung einer Fadenlage werden von einer großen Zahl von Einzelspulen die Fäden abgezogen, am Fadenführer zusammengeführt und in der Form einer parallelgerichteten (unidirektionalen) endlosen Fadenschar in einer weitgehend frei wählbaren Bahnkurve zwischen den Längsförderern abgelegt. Das Verlegen erfolgt in der Regel kontinuierlich. Die Fäden einer einzelnen Fadenlage werden zwischen den Transportketten gespannt und gegebenenfalls auf den bereits vorhandenen Fadenlagen abgelegt.
Zum vorübergehenden Fixieren der Fäden sind an den Transportketten bekannter Multiaxialmaschinen nach Art der DE 197 26 831 C5 Reihen von Nadeln, Stiften oder Haken vorgesehen, die von der Seite des entstehenden Multiaxialgeleges weg schräg nach außen geneigt sind. Wenn der Fadenführer seitlich die Transportketten erreicht, werden die Fäden der von diesem Fadenführer geführten Fadenschar um die geneigten Stifte herumgeführt und damit in diese eingehängt. Diese Bewegung wird durch einen beweglichen Versatzrechen unterstützt, der in diesem Fall an dem Zufuhrportal angebracht ist und zusammen mit diesem bewegt wird. In der Förderrichtung der Transportketten hintereinander sind mehrere Zufuhrstationen vorgesehen, von denen jede zum Ablegen je einer Fadenlage in der Form einer Fadenschar dient. Es findet stets eine Endlosverlegung statt, und die Fadenscharen der einzelnen Fadenlagen werden nacheinander um dieselben geneigten Stifte herumgelegt und in diese eingehängt, wo sie dann übereinander liegend festgespannt sind. Die Nadeln, Stifte oder Haken müssen daher verhältnismäßig massiv und stabil ausgebildet sein.
Mit dem Portalsystem gemäß der DE 197 26 831 C5 können die Fäden einer Fadenschar in beliebigen, auch räumlichen Bahnkurven abgelegt werden, und es lassen sich damit vorkonfektionierte multiaxiale Fadengelege erzeugen, die auf den Anwendungsfall im herzustellenden Verbundwerkstoff optimal abgestimmt sind, indem die Fäden entsprechend dem unter Belastung eintretenden Kraftfluss angeordnet und orientiert sind.
Der Stand der Technik gemäß der DE 197 26 831 C5 hinsichtlich der Verlegung von endlosen Fadenscharen ist in Anspruch 1 mit den Merkmalen d und e berücksichtigt.
Eine andere Ausbildung der Zufuhrstationen geht aus der DE 102 14 140 A1 hervor. Dabei werden die einzelnen Fadenlagen gebildet, indem sie als Fadenscharen abgelegt werden, die aus einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Fäden bestehen und zu bandförmigen Teilstücken abgelängt sind. Diese abgelängten Teilstücke werden mit ihren beiden schmalen Enden durch Klemmvorrichtungen befestigt, welche an den Transportketten angebracht sind. Für jedes Ende der Teilstücke, also an jeder der beiden Transportketten, sind mehrere Klemmvorrichtungen erforderlich, die taktweise zusammenwirken. Der Grund dafür besteht darin, dass die Teilstücke durch eine Vorrichtung an der Multiaxialmaschine selbst gebildet werden, indem das bandförmige Material von einem Vorrat abgezogen und ein Teilstück abgetrennt wird, wenn es über den Transportketten liegt. Hierbei müssen sowohl das an dem Vorrat befindliche Ende als auch das bereits über den Transportketten befindliche Teilstück klemmend festgehalten werden. Ferner müssen die Klemmvorrichtungen, die die bereits abgelegten Fadenlagen an den Transportketten festhalten, wieder geöffnet werden, wenn die nächste Fadenlage hinzukommt und ebenfalls festgehalten werden muss. Für diesen Vorgang des zusätzlichen Öffnens und Schließens sind zusätzliche Klemmvorrichtungen oder Niederhalter erforderlich, welche die bereits abgelegten Fadenlagen festhalten, bis die neu hinzukommende Fadenlage hinzugefügt und zusammen mit den anderen sicher gehalten ist.
Auch bei einer Multiaxialmaschine nach Art der DE 102 14 140 A1 können den Klemmvorrichtungen Nadelreihen zugeordnet sein, die ebenfalls an den Transportketten angebracht sind und sich an der dem Fadengelege zugewandten Seite neben den Klemmvorrichtungen befinden. Diese Nadelreihen haben keine Haltefunktion, sondern verhindern, dass die Klemmvorrichtungen eine Gassenbildung zwischen den Fäden der aus den abgelängten Teilstücken gebildeten Fadenlage verursachen. Hierzu haben die Nadeln der Nadelreihe eine ausreichende Höhe, so dass sie die abgelegten bandförmigen Teilstücke durchstechen können. Die Nadeln stehen senkrecht zur Ebene des entstehenden multiaxialen Fadengeleges und müssen für eine optimale Funktion verhältnismäßig fein sein.
Die Zufuhrstationen für Multiaxialmaschinen nach Art der DE 102 14 140 A1 sind somit verhältnismäßig aufwändig gestaltet, und ihre verschiedenen Komponenten müssen sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, wenn ein langjähriger zuverlässiger Dauerbetrieb gewährleistet sein soll. Multiaxialmaschinen dieser Art müssen verwendet werden, wenn das herzustellende multiaxiale Fadengelege aus Fadenlagen besteht, die nicht im Endlosverfahren abgelegt und auch nicht mittels Nadeln, Stiften oder Haken an den Längsförderern befestigt werden können.
Kostenzwänge führen zu dieser Vorgehensweise. Beispielsweise schwankt bei den besonders vielseitig verwendbaren Kohlenstofffasern in handelsüblichen Ausführungen der Durchmesser der einzelnen Filamente verhältnismäßig gering zwischen 5 und 7 μm. Die Fäden oder Fasern lassen sich mit 1000 bis inzwischen 480 000 (K-Zahl von 1 bis 480) Filamenten herstellen, somit als sehr dünne bis sehr dicke Fasern. Dabei ist der gewichtsbezogene Preis für dünne Fasern sehr viel höher als für dicke Fasern. Dünne Fasern werden aber wegen der besseren Möglichkeit zur Drapierung, d. h. der besseren kraftflussgerechten Anordnung im später herzustellenden Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, bevorzugt. Zur Verringerung der Herstellungskosten werden deshalb verhältnismäßig dicke Kohlenstofffasern mit 12 000 Filamenten und mehr (K-Zahl größer 12) durch Walzen verbreitert und zu dünnen, geschlossenflächigen Bändern verarbeitet ( EP 972 102 B1 ). Die Bänder können durch besondere Maßnahmen eine erhöhte Querkohäsion erhalten, die ihre Stabilität bei der Weiterverarbeitung verbessert.
Diese Bänder lassen sich gleichfalls nicht mehr auf Multiaxialmaschinen der eingangs genannten Art entsprechend der DE 197 26 831 C5 im Endlosverfahren verlegen und zur Befestigung um Nadeln, Stifte oder Haken herumführen. Es besteht nämlich die Gefahr, dass die Fäden der verbreiterten Bänder beim Herumlegen um die Nadeln, Stifte oder Haken brechen. Ferner besteht die Gefahr der Gassenbildung in den abgelängten Bändern. Wenn diese um die Nadeln, Stifte oder Haken herumgelegt sind und ihre Verlegung in Gegenrichtung beginnt, ist es nämlich nicht möglich, so kurz nach der Umlenkstelle wieder ein flach ausgebreitetes Band mit seiner vollständigen Breite zu erreichen. In diesem Fall werden somit Multiaxialmaschinen der aus der DE 102 14 140 A1 bekannten Art benötigt.
Der diesen bekannten Maschinen entsprechende Stand der Technik ist in dem Anspruch 1 mit den Merkmalen f und g berücksichtigt.
Mit der zunehmenden Ausbreitung der Faserverbundbauweise werden von den Anwendern auch multiaxiale Fadengelege verlangt, bei denen die einzelnen Fadenlagen aus Fäden unterschiedlicher Werkstoffe bestehen. Derartige „Hybrid-Fadengelege" sollen spezielle Faserverbundbauteile auf optimale Weise beanspruchungs- und betriebsgerecht verstärken. Hybrid-Fadengelege lassen sich mit den bekannten Multiaxialmaschinen herstellen, solange die Fäden der einzelnen Fadenlagen sich auf dieselbe Weise ablegen und an den Transportketten befestigen lassen. Wenn aber eine erste Fadenlage nur in Form von abgelängten bandförmigen Teilstücken mit klemmender Befestigung an den Transporttketten abgelegt werden kann, für eine zweite Fadenlage hingegen nur eine Endlosverlegung mittels Befestigung an Nadel-, Stift- oder Hakenreihen in Frage kommt, so bleibt nichts anderes übrig, als, ein derartiges multiaxiales Fadengelege in mehreren Schritten nacheinander auf unterschiedlichen Maschinen herzustellen. Das ist nicht nur wegen der damit verbundenen Transportvorgänge unwirtschaftlich, sondern erfordert auch zusätzliche Maßnahmen zum Fixieren einer Fadenlage, wenn diese von einer ersten auf eine zweite Multiaxialmaschine verlegt werden soll. Insbesondere bei einem multiaxialen Fadengelege mit einer größeren Zahl von Fadenlagen, bei denen die Fäden von Fadenlage zu Fadenlage in wechselnder Reihenfolge stark unterschiedlich sein sollen, kann das Arbeiten mit den bekannten Multiaxialmaschinen nicht mehr wirtschaftlich sein.
An einem einfach erscheinenden Beispiel soll die Problematik veranschaulicht werden: Es soll ein Fadengelege aus zwei Fadenlagen hergestellt werden. Die erste und beispielsweise untere Lage soll aus dicht nebeneinander liegenden Kohlenstofffäden von geringer Dicke bestehen, die unidirektional unter einem Winkel von 45° zur Längsrichtung des Fadengeleges verlaufen. Auf der ersten Fadenlage soll eine zweite Fadenlage angebracht werden, die aus einem einzeln verlegten Armierungsfaden besteht, wobei die abgelegten Armierungsfäden Abstände voneinander haben, und die Richtung der Kohlenstofffäden kreuzen. Der Armierungsfaden soll aus Glas bestehen und ebenfalls sehr dünn sein, höchstens etwa 68 tex, weil das fertige Fadengelege extrem drapierfähig sein, d. h. beim Herstellen des Faserverbundbauteils sehr stark verformt werden muss, ohne Risse zu bilden.
Die Verwendung von Kohlenstofffäden der erforderlichen Feinheit für die erste Fadenlage scheidet aus Kostengründen aus. Es kommt nur die bekannte Technik des Verbreiterns von dickeren Kohlenstofffäden zu Bändern in Frage. Beispielsweise lassen sich Kohlenstofffäden von 12 K (12 000 Filamente pro Faden) auf Bänder von 5 mm Breite auswalzen, die ein Flächengewicht von 150 g/m² haben. Diese lassen sich gerade noch als Endlosbänder verlegen, die um die Nadeln der Transportketten herumgelegt werden. Für eine Massenfertigung ist das Kohlenstoffmaterial von 12 K aber noch immer zu teuer. Angestrebt wird die Verwendung des wesentlich billigeren Materials von bis zu 400 K, das ebenfalls auf ein Flächengewicht von 150 g/m² verbreitert werden kann. Es entstehen Bänder von etwa 180 mm Breite, die nicht mehr durch Endlosverlegung und Befestigung an Nadeln verlegt werden können.
Die Bänder müssen vielmehr als abgelängte Teilstücke abgelegt und in Klemmvorrichtungen befestigt werden. Für diese Vorgehensweise spricht auch, dass dabei geringere Abfallmengen des teuren Kohlenstoffmaterials anfallen als bei der üblichen Endlosverlegung. Genau so gut könnte bei diesem Beispiel allerdings der Armierungsfaden auch die untere Fadenlage und die Lage der Kohlenstofffäden die obere Fadenlage sein.
Die bekannten Multiaxialmaschinen für das Ablegen dieser breiten, dünnen, aus Kohlenstoff bestehenden Bänder sind aber zum Ablegen dünner Glasfäden nicht geeignet. Es hat sich gezeigt, dass die Klemmvorrichtungen dünne Glasfäden zusätzlich zu den Kohlenstoffbändern nicht ausreichend zuverlässig halten. Vielmehr besteht die Gefahr, dass die Glasfäden ihre Spannung verlieren, bevor sie mit der Kohlenstofflage verbunden sind. Hierbei macht sich besonders die Eigenart der Glasfäden störend bemerkbar, beim Nachlassen der Haltespannung zu verdrillen. Das rührt möglicherweise daher, dass die Glasfäden von den Vorratsspulen über Kopf abgezogen werden, weil das einfacher und wirtschaftlicher ist als ein gerichtetes Abrollen von den Vorratsspulen. Für das Ablegen der Armierungsfäden kommt somit nur die Endlosverlegung mit Befestigung an Nadeln oder Stiften in Frage, die verhältnismäßig stabil und dick sein müssen und bei der Kohlenstofflage zu einer Gassenbildung führen würden.
Bei einem multiaxialen Hybrid-Fadengelege mit einer großen Zahl von einzelnen Fadenlagen aus unterschiedlichen Fäden vervielfachen sich die hier aufgezeigten Schwierigkeiten noch weiter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Multiaxialmaschine der eingangs genannten Art mit den Merkmalen a bis c zur Herstellung multiaxialer Hybrid-Fadengelege zu schaffen, deren einzelne Fadenlagen in ihrer Struktur und Dicke sowie im Werkstoff der Fäden zumindest teilweise unterschiedlich sind, wobei eine wirtschaftliche, abfallarme Arbeitsweise zu einem hochwertigen Endprodukt führt, dessen Eigenschaften zur Weiterverarbeitung vielseitig einstellbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.
In überraschender Weise sind in der erfindungsgemäßen Multiaxialmaschine erstmals die Funktionen der beiden Maschinentypen nach dem Stand der Technik in einer einzigen Multiaxialmaschine vereinigt. Hierzu war es nicht nur erforderlich, in Laufrichtung der Transportketten hintereinander mehrere Zufuhrstationen für je eine Fadenlage vorzusehen, von denen mindestens eine für die Endlosverlegung von Fadenscharen oder Einzelfäden mit Befestigung an Nadel-, Stift- oder Hakenreihen eingerichtet ist, während mindest eine andere zur Zufuhr von abgelängten bandförmigen Teilstücken mit deren Klemmbefestigung an den Längsförderern dient. Vor allem mussten nämlich die Befestigungsmittel an den Transportketten für die Befestigung von beiden Arten von Fadenlagen eingerichtet werden, was zunächst unlösbar erschien. Es war nämlich zu erwarten, dass die eine Befestigungsart die andere stört oder ausschließt.
Dies soll anhand des vorstehend beschriebenen Anwendungsbeispiels in Einzelheiten erläutert werden: Die dünnen Glasfäden von höchstens etwa 68 tex lassen sich mit den bekannten Multiaxialmaschinen am besten um Nadeln herumlegen, die in einer zur Laufrichtung der Transportketten senkrechten Ebene schräg nach außen geneigt sind. Als optimaler Neigungswinkel der Nadeln gegenüber der senkrechten Richtung gelten etwa 37,5°, zudem sollen die Nadeln verhältnismäßig dick sein. Werden derartige Nadeln entsprechend dem Erfindungsvorschlag neben den Klemmvorrichtungen für die abgelängten bandförmigen Teilstücke angeordnet, so ist zu erwarten, dass die Nadeln die Ablage stören und in den abgelegten Fadenscharen zu einer unerwünschten Gassenbildung führen. Bei den Multiaxialmaschinen zur Ablage von Fadenscharen in Form von abgelängten bandförmigen Teilstücken ist zwar auch schon die Anordnung von Nadelreihen vorgeschlagen worden, die sich neben den Klemmvorrichtungen befinden. Sie sollen dort aber gerade eine durch die Klemmvorrichtungen verursachte Gassenbildung in den Fadenscharen verhindern und sind zu diesem Zweck dünn ausgebildet und stehen senkrecht auf der durch die Transportketten gebildeten Ebene, auf der das entstehende multiaxiale Fadengelege abgelegt wird.
Es war nicht zu erwarten, dass diese gegensätzlichen Forderungen bei einer gemeinsamen Anordnung der beiden unterschiedlichen Befestigungsmittel befriedigend erfüllt werden können. Eher hat die unterschiedliche Gestaltung der Nadeln an den beiden Arten von Befestigungsmitteln den Fachmann davon abgehalten, eine gemeinsame Anordnung überhaupt in Betracht zu ziehen, zumal die Ausbildung der Nadel-, Stift- und Hakenreihen oder der vollständigen Klemmvorrichtungen für sich allein schon kompliziert genug ist. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass die Nadel-, Stift- oder Hakenreihen den Anforderungen beider Ablagearten und Befestigungsmittel genügen können, wenn eine Abstimmung auf die abzulegenden Faserlagen vorgenommen wird. Eine konkrete Angabe von Zahlenwerten für alle in Betracht kommenden Fälle ist dabei nicht möglich. Es muss ausgehend von den bekannten Werten für die Nadeldicke, -ausbildung und -neigung eine Abstimmung nach Maßgabe der Struktur, Dicke und dem Werkstoff der abzulegenden Fadenlage vorgenommen werden, allenfalls auf Grund von Versuchen. Mit der entscheidenden Richtungsangabe durch die Erfindung ist dem Fachmann jedoch der Weg zu einem erfolgreichen Vorgehen gewiesen.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Multiaxialmaschine sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anschließend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen ist das Folgende dargestellt:
1 ist eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Multiaxialmaschine.
2 zeigt einen Teilquerschnitt durch die Multiaxialmaschine gemäß 1 im Bereich einer Zufuhrstation zur Endlosverlegung von Fadenlagen.
3 ist ein der 2 entsprechender Teilquerschnitt mit geänderten Befestigungsmitteln für endlos verlegte Fadenscharen oder Einzelfäden.
4 stellt einen den 2 und 3 entsprechenden Teilquerschnitt im Bereich einer Zufuhrstation von Fadenlagen dar, die als abgelängte, bandförmige Teilstücke verlegt werden.
Die erfindungsgemäße Multiaxialmaschine gemäß der 1 besteht aus einem Maschinengestell 1, an dem zwei endlose angetriebene Transportketten 2 angeordnet sind. Die Transportketten 2 bewegen sich synchron in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Transportrichtung 3, die zugleich die Längsrichtung des entstehenden band-, streifen- oder bahnförmigen multiaxialen Fadengeleges ist. Dem Maschinengestell sind eine erste Zufuhrstation 4, eine zweite Zufuhrstation 5 und eine Verbindungsstation 6 zugeordnet. Durch die beiden Zufuhrstationen 4 und 5 werden Fadenlagen abgelegt, während sich die Transportketten 2 bewegen.
Die erste Zufuhrstation 4 dient zur Ablage einer Fadenlage, die aus einer Schar von endlosen Einzelfäden 7 oder auch nur aus einem einzigen endlosen Einzelfaden besteht. In dem dargestellten Beispiel sind acht endlose Einzelfäden 7 vorgesehen, die aus einem Spulengatter 8 mit acht Spulen 9 abgezogen werden. Zum Verlegen dient ein Zufuhrportal 10 mit einem Fadenleger 11. Das Zufuhrportal 10 ist in der Transportrichtung 3 der Transportketten 2, aber unabhängig von diesen beweglich gesteuert. Der Fadenleger 11 ist an dem Zufuhrportal 10 in dessen Längserstreckung beweglich gesteuert geführt. Für den Fadenleger 11 ergibt sich dadurch die durch den doppelten Richtungspfeil 12 veranschaulichte Beweglichkeit.
Zur Befestigung an den Transportketten 2 werden die endlosen Einzelfäden 7 einzeln oder in Gruppen um Nadeln 13 herumgelegt, die sich an den Transportketten 2 befinden (2). Auch Haken 35, die sich an den Transportketten 2 befinden, sind dazu geeignet (3). Der Vorgang des Verlegens kann durch eine Versatzmechanik 15, zumeist in der Form von Versatzrechen, unterstützt werden (2 und 3). Einzelheiten hierzu sind der DE 197 26 831 C5 zu entnehmen. In dem entstehenden multiaxialen Fadengelege bilden die endlosen Einzelfäden 7 die untere und erste Fadenlage mit der durch den Pfeil 16 angegebenen Richtung gegenüber der Transportrichtung 3.
Die zweite Zufuhrstation 5 ist dazu eingerichtet, eine Fadenlage in Form von abgelängten bandförmigen Teilstücken 17 abzulegen und an den Transportketten 2 zu befestigen. Das Bandmaterial wird zwar auch als Endlosmaterial von einer Vorratsrolle 18 abgezogen; es wird aber durch eine Trennvorrichtung, die an der Multiaxialmaschine angebracht sein kann, vor seiner Befestigung an den Transportketten 2 in bandförmige Teilstücke 17 getrennt. Die bandförmigen Teilstücke 17 bilden eine geschlossene Fläche aus parallel verlaufenden Einzelfäden. Sie können hierzu durch besondere Maßnahmen eine erhöhte Querkohäsion erhalten. Beim Verlegen werden sie durch besondere Greifer und Leger an ihren Enden derart klemmend gehalten, dass die bandförmige parallele Anordnung ihrer Einzelfäden stets erhalten bleibt. Einzelheiten sind der DE 102 14 140 A1 zu entnehmen.
1 zeigt lediglich schematisch angedeutet eine Leger-Klemmeinrichtung 19, welche die bandförmigen Teilstücke 17 horizontal über den Transportketten 2 verfährt und sie zuletzt abwärts an Klemmvorrichtungen 20 übergibt, die an den Transportketten 2 angebracht sind. Die Leger-Klemmeinrichtung 19 muss einmal in Querrichtung zu der Transportrichtung 3 der Transportketten 2 verfahren werden, bis ein zu verlegendes bandförmiges Teilstück 17 sich mit seinen Endbereichen über den Transportketten 2 befindet. Zusätzlich ist auch eine Bewegung in der Transportrichtung 3 und entgegengesetzt dazu erforderlich. In ihrer Ausgangsstellung erfasst die Leger-Klemmeinrichtung 19 das nächste zu verlegende bandförmige Teilstück 17 und wird zunächst entgegen der Transportrichtung 3 beschleunigt, bis sie sich schließlich für eine kleine Zeitspanne synchron mit den Transportketten 2 bewegt. In dieser Zeitspanne wird das bandförmige Teilstück 17 an die Klemmvorrichtungen 20 übergeben, die sich an den Transportketten 2 befinden. Die entladene Leger-Klemmvorrichtung fährt sodann im Leerhub in Förderrichtung 3 in ihre Ausgangsstellung zurück und übernimmt das nächste zu verlegende bandförmige Teilstück 17.
In dem entstehenden multiaxialen Fadengelege bilden die bandförmigen Teilstücke 17, die lückenlos nebeneinander in der Richtung des Pfeils 21 verlaufen, die mittlere und zweite Fadenlage.
In der Verbindungsstation 6 werden die nur lose aufeinander liegenden Fadenlagen aus den endlosen Einzelfäden 7 und den bandförmigen Teilstücken 17 endgültig miteinander verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt das Verbinden durch Nähen, so dass das fertige multiaxiale Fadengelege nach dem Verlassen der Verbindungsstation 6 mit Längsnähten 22 versehen ist. Es wird auf einer Warenrolle 23 zwischengelagert, bevor es seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Das Verbinden der einzelnen Fadenlagen kann aber auch durch eine Kettenwirkmaschine oder durch einen Kalander erfolgen.
In 2 ist ein Querschnitt durch die erfindungsgemäße Multiaxialmaschine im Bereich einer der Transportketten 2 in der ersten Zufuhrstation 4 gezeigt. Das entstehende, nicht gezeigte multiaxiale Fadengelege befindet sich auf der Innenseite der Multiaxialmaschine, in dieser Darstellung auf der linken Seite der Zeichnung. Eine mit dem Maschinengestell 1 verbundene Konsole 14 ist mit Laufschienen 24 versehen, auf denen die Transportketten 2 laufen. Nach außen weisende Fortsätze 25, die sich an den Transportketten 2 befinden, tragen Wälzlager 26. Diese dienen der Übertragung von Zugkräften, die von den bereits befestigten Fadenlagen ausgeübt und zur Entlastung der Transportketten 2 über die Konsole 14 in das Maschinengestell 1 weitergeleitet werden.
Mit der Transportkette 2 ist weiter eine Reihe von paarweise angeordneten Klemmplatten verbunden. Hierbei ist eine untere Klemmplatte 27 unbeweglich an der Transportkette 2 befestigt, während eine obere Klemmplatte 28 zwar ebenfalls mit der Transportkette 2 verbunden, aber dieser und der unteren Klemmplatte 27 gegenüber in Querrichtung verschiebbar ist. Druckfedern 29 drücken die oberen Klemmplatten 28 in Richtung auf die Innenseite der Multiaxialmaschine. Die untere und obere Klemmplatte 27, 28 weisen je einen nach oben weisenden abgewinkelten Fortsatz 27a, 28a auf, an denen sich elastische Profile 31 befinden.
Auf diese Weise haben die obere und untere Klemmplatte 27, 28 die Funktion einer Zange, welche das Kernstück der Klemmvorrichtung 20 bildet. Entlang den Transportketten 2 sind an dem Maschinengestell 1 im Bereich der zweiten Zufuhrstation 5 nicht dargestellte Kulissen-Elemente angeordnet, die die obere Klemmplatte 28 nach außen ziehen und damit die Zange entgegen der Kraft der Druckfeder 29 öffnen, wenn die Transportketten 2 an den Kulissen-Elementen vorbeilaufen, vgl. 4. Die Klemmvorrichtung 20 kann dann die nach unten abgebogenen Enden eines bandförmigen Teilstücks 17 aufnehmen und klemmend festhalten, wenn die Transportketten 2 an den Kulissen-Elementen vorbei gelaufen sind und die Druckfedern 29 die oberen Klemmplatten 28 wieder zur Innenseite der Multiaxialmaschine hinschieben.
Der nach oben abgewinkelte Fortsatz 27a der unteren Klemmplatte 27 trägt eine Fassung 30, welche die Reihe der Nadeln 13 aufnimmt. Diese Nadeln 13 stehen senkrecht auf der durch die Transportketten 2 gebildeten Ebene und erstrecken sich in einer durchgehenden Reihe über die gesamte Länge der beiden Transportketten. Nur in dem Bereich der ersten Zufuhrstation 4, den 2 darstellt, sind dagegen eine Versatzmechanik 15, zumeist Versatzrechen, und Niederhalter 32 angeordnet. Das Zufuhrportal 10 und der Fadenleger 11 legen, wie schon geschildert, in diesem Abschnitt der Multiaxialmaschine eine Fadenlage aus endlosen Einzelfäden 7 auf den Transportketten 2 ab. Die endlosen Einzelfäden 7 müssen um die Nadeln 13 herum gelegt werden und sind dann an diesen befestigt. Der Befestigungsvorgang ist mit dem Richtungswechsel des Fadenlegers 11 verbunden. Zu dem erforderlichen Versatz übernimmt die Versatzmechanik 15 vorübergehend die durch die geneigten Nadeln 13 gelegten, in einer Schar oder für sich abgelegten Einzelfäden 7, während der Niederhalter 32 das Fadenmaterial in der Nadelgasse hält. Diese Vorgehensweise ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, doch muss im vorliegenden Fall die Reihe der Nadeln 13 zugleich die Gassenbildung vermeiden, wenn im Bereich der zweiten Zufuhrstation 5 die Fadenlage in Form von abgelängten bandförmigen Teilstücken aufgebracht wird.
3 zeigt eine der 2 entsprechende Darstellung, wobei die Ausführung der an der Transportkette 2 befindlichen Klemmvorrichtung 20 unverändert geblieben ist. Geändert ist jedoch die Ausführung der Fassung 33, die jetzt nebeneinander eine Reihe mit Nadeln 34 und eine Reihe von Haken 35 trägt, deren obere Enden nach unten umgebogen sind. Die Nadeln 34 stehen dabei senkrecht zu der durch die beiden Transportketten 2 gebildeten Ebene. Die beiden Reihen verlaufen parallel zueinander über die gesamte Länge der Transportketten 2, wobei die senkrecht stehenden Nadeln 34 sich auf der inneren Seite der Transportketten 2 befinden, die dem entstehenden multiaxialen Fadengelege zugewandt ist. Die Haken 35 dienen dabei als Rückhaltehaken, welche die Umlenk- und Haltekräfte der endlosen Einzelfäden 7 aufnehmen. Die Nadeln 34 dienen dagegen lediglich zum Fixieren der Einzelfäden 7.
Damit die Haken 35 der Belastung standhalten, haben sie keinen runden, sondern einen abgeflachten Querschnitt. Die parallel zueinander verlaufenden, abgeflachten Seiten verlaufen dabei in der Verlegerichtung der endlosen Fadenscharen oder Einzelfäden.
Die Klemmvorrichtungen 20 werden betätigt, wenn die Transportketten 2 die zweite Zufuhrstation 5 durchlaufen. Diese Phase des Ablaufs ist in 4 dargestellt. Die schon erwähnten Kulissen-Elemente üben eine Zugwirkung auf Halter 36 aus, an denen sich Wälzlager 37 befinden. Diese wirken über Druckstücke 38 auf die oberen Klemmplatten 28 ein und ziehen diese entgegen der Kraft der Druckfedern 29 in ihre Öffnungsstellung.
Inzwischen hat die Leger-Klemmeinrichtung 19 ein bandförmiges Teilstück 17 auf den Fassungen 30 abgelegt. Es wird dort von einem an die Klemmvorrichtung 20 angepassten Niederhalter 39 festgeklemmt. Damit die Enden des bandförmigen Teilstücks 17 zwischen die elastischen Profile 31 der Klemmplatten 27, 28 eingeführt werden können, ist ein Schwert 40 vorgesehen, das in Richtung des Pfeils 41 auf- und ab bewegt werden kann. Bei der gesteuerten Abwärtsbewegung des Schwertes 40 werden die Enden des bandförmigen Teilstücks 17 nach unten umgebogen und zwischen die elastischen Profile 31 eingelegt.
Im weiteren Bewegungsablauf verlassen die Transportketten 2 den Bereich der Kulissen-Elemente, die Druckfedern 29 bewegen die oberen Klemmplatten 28 in ihre Schließstellung, und zugleich bewegt sich das Schwert 40 nach oben. Das abgelegte bandförmige Teilstück 17 ist nunmehr zwischen den Klemmplatten 27, 28 festgeklemmt, und der Niederhalter 39 kann gelöst werden. In derselben Weise kann verfahren werden, wenn eine weitere Lage von bandförmigen Teilstücken auf bereits abgelegte bandförmige Teilstücke aufgelegt werden soll; denn der Niederhalter 39 ermöglicht es, dass die Klemmplatten 27, 28 gelöst werden können, ohne dass die bereits abgelegten bandförmigen Teilstücke 7 sich lockern oder verrutschen würden.

1: Maschinengestell
2: Transportketten
3: Transportrichtung
4: erste Zufuhrstation
5: zweite Zufuhrstation
6: Verbindungsstation
7: Einzelfäden
8: Spulengatter
9: Spulen
10: Zufuhrportal
11: Fadenleger
12: doppelter Richtungspfeil
13: Nadeln, geneigt angeordnet
14: Konsole
15: Versatzmechanik
16: Pfeil für die Richtung der endlosen Einzelfäden 7
17: bandförmige Teilstücke
18: Vorratsrolle
19: Leger-Klemmeinrichtung
20: Klemmvorrichtung
21: Pfeil für Richtung der bandförmigen Teilstücke
22: Längsnähte
23: Warenrolle
24: Laufschiene
25: Fortsatz
26: Wälzlager
27: untere Klemmplatte
27a: abgewinkelter Fortsatz
28: obere Klemmplatte
28a: abgewinkelter Fortsatz
29: Druckfeder
30: Fassung
31: elastisches Profil
32: Niederhalter (Einzelfäden)
33: Fassung
34: Nadeln, senkrecht angeordnet
35: Haken
36: Halter
37: Wälzlager
38: Druckstück
39: Niederhalter (Klemmvorrichtung)
40: Schwert
41: Pfeil

Claims

Multiaxialmaschine zum Vorlegen von band-, streifen- oder bahnförmigen multiaxialen Fadengelegen, die aus einzelnen übereinander abgelegten Fadenlagen aufgebaut sind, mit den folgenden Merkmalen: a) es sind zwei im Abstand voneinander befindliche angetriebene Transportketten (2) vorgesehen, deren Transportrichtung (3) in der Längsrichtung des entstehenden multiaxialen Fadengeleges verläuft; b) an den Transportketten (2) sind Befestigungsmittel zum vorübergehenden randseitigen Fixieren von bereits abgelegten, sich zwischen den Transportketten (2) erstreckenden Fadenlagen angebracht; c) in der Transportrichtung (3) der Transportketten (2) sind hintereinander mehrere Zufuhrstationen (4, 5) für je eine Fadenlage angeordnet; d) mindestens eine (4) der Zufuhrstationen (4, 5) ist als Zufuhrportal (10) mit einem Fadenleger (11) ausgebildet, der in mehreren Richtungen unabhängig beweglich angetrieben ist und mindestens eine Fadenlage in der Form einer endlosen Fadenschar oder eines endlosen Einzelfadens (7) auf den Transportketten (2) ablegt; e) als Befestigungsmittel für die endlose Fadenschar oder die endlosen Einzelfäden (7) dienen Nadel-, Stift- oder Hakenreihen, um die die endlosen Fadenscharen oder die endlosen Einzelfäden (7) herumgelegt werden; f) mindestens eine weitere Zufuhrstation (5) ist dazu eingerichtet, eine Fadenlage in Form von bereits abgelängten bandförmigen Teilstücken (17), die aus einer Vielzahl von dicht nebeneinander liegenden Fäden bestehen, auf den Transportketten (2) abzulegen; g) als Befestigungsmittel für die abgelängten bandförmigen Teilstücke (17) dienen Klemmvorrichtungen (20), welche die Enden der abgelegten Teilstücke (17) klemmend erfassen; h) die Nadel-, Stift- oder Hakenreihen befinden sich neben den Klemmvorrichtungen (20) in dem Randbereich der Transportketten (2), der dem entstehenden multiaxialen Fadengelege zugewandt ist und sind derart ausgebildet, dass sie zugleich als Befestigungsmittel für die endlosen Fadenscharen oder Einzelfäden (7) dienen und beim klemmenden Erfassen der abgelängten bandförmigen Teilstücke (17) eine Gassenbildung zwischen deren Einzelfäden vermeiden.
Multiaxialmaschine nach Anspruch 1 mit zwei Zufuhrstationen zur Herstellung eines multiaxialen Fadengeleges aus zwei Fadenlagen, wobei die eine Fadenlage durch daran befindliche Armierungsfäden, die die andere Fadenlage bilden, stabilisiert ist, mit den folgenden Merkmalen: a) die eine Zufuhrstation dient zur Ablage einer Fadenlage in Form von abgelängten bandförmigen Teilstücken, die in den an den Transportketten (2) befindlichen Klemmvorrichtungen (20) gehalten sind; b) die andere Zufuhrstation ist als Zufuhrportal mit einem Fadenleger ausgebildet und dient zur Endlos-Ablage eines einzelnen Armierungsfadens, wobei der Armierungsfaden um je eine Nadelreihe herumgelegt ist, die sich an jeder Transportkette (2) befindet; c) die Nadeln (13) der Nadelreihen sind in einer zur Laufrichtung der Transportkette (2) senkrechten Ebene schräg nach außen in Richtung auf die Klemmvorrichtungen (20) geneigt.
Multiaxialmaschine nach Anspruch 2 zur Herstellung eines multiaxialen Fadengeleges, bei dem die abgelängten bandförmigen Teilstücke aus zu dünnen Bändern verbreiterten Kohlenstofffäden von bis zu 480 K bestehen und als Armierungsfäden Glasfäden mit einer Dicke von höchstens 68 tex vorgesehen sind, mit dem Merkmal, dass der Neigungswinkel der Nadeln gegenüber der senkrechten Richtung im Bereich von 5° bis 25° liegt.
Multiaxialmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Merkmalen: a) in dem Randbereich einer jeden Transportkette (2) ist eine Reihe von Nadeln (34) angeordnet, die senkrecht zu der durch die Transportketten (2) gebildeten Ebene stehen, auf der das entstehende multiaxiale Fadengelege abgelegt wird; b) an jeder Transportkette (2) ist seitlich zwischen der Reihe der senkrecht stehenden Nadeln (34) und der Reihe der Klemmvorrichtungen (20) eine Reihe von Haken (35) mit nach unten umgebogenen oberen Enden angeordnet; c) die Haken (35) sind zumindest mit ihrem oberen Bereich schräg in Richtung auf die Klemmvorrichtungen (20) hin geneigt angeordnet; d) die Ablage der endlosen Fadenscharen oder der endlosen Einzelfäden (7) ist derart ausgebildet, dass diese zum vorübergehenden randseitigen Fixieren um die Haken (35) herumgelegt werden.
Multiaxialmaschine nach Anspruch 4, bei der die Haken (35) seitlich dünn geschliffen sind.
Multiaxialmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Merkmalen: a) in dem Randbereich einer jeden Transportkette (2) ist eine erste Reihe von Nadeln angeordnet, die senkrecht zu der durch die Längsförderer gebildeten Ebene stehen, auf der das entstehende multiaxiale Fadengelege abgelegt wird; b) an jeder Transportkette (2) ist seitlich zwischen der ersten Reihe der Nadeln und der Reihe der Klemmvorrichtungen eine zweite Reihe von Nadeln angeordnet; c) die Nadeln der zweiten Reihe sind schräg in Richtung auf die Klemmvorrichtungen hin geneigt angeordnet; d) die Ablage der endlosen Fadenscharen oder der endlosen Einzelfäden ist derart ausgebildet, dass diese zum vorübergehenden randseitigen Fixieren um die Nadeln der zweiten Reihe herumgelegt werden.