DE102009049668A1 - Laying head and method for the controlled deposition of deflected fiber strands - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ablegekopf zum gesteuerten Ablegen eines abgelängten Faserstrangs, der einen speziell ausgebildeten Transportkanal aufweist, wodurch eine Ablängung der zugeführten Endlosphase bereits im Ablegekopf erfolgt. Ebenso wird ein entsprechendes Verfahren angegeben.The present invention relates to a laying head for the controlled laying down of a cut fiber strand, which has a specially designed transport channel, whereby the fed endless phase is already cut to length in the laying head. A corresponding procedure is also given.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ablegekopf zum gesteuerten Ablegen eines abgelängten Faserstrangs, der einen speziell ausgebildeten Transportkanal aufweist, wodurch eine Ablängung der zugeführten Endlosphase bereits im Ablegekopf erfolgt. Ebenso wird ein entsprechendes Verfahren angegeben.The present invention relates to a laying head for the controlled depositing of a cut fiber bundle, which has a specially designed transport channel, whereby a cutting of the fed continuous phase already takes place in the laying head. Likewise, a corresponding method is specified.
Bauteile aus kurz- oder langfaserverstärkten Kunststoffen werden weitestgehend als semistrukturelle Bauteile eingesetzt. Dies liegt vor allem an den mechanischen Eigenschaften kurz- oder langfaserverstärkter Kunststoffe und der damit verbundenen Belastungsgrenzen. In das Bauteil eingelegte Strukturen jeder Art, wie z. B. Inlays, Befestigungspunkte, metallische Verstärkungsstrukturen etc., können aufgrund der Verbindung zum Bauteil (geklebt, eingepresst, verschraubt, etc.) nur Kräfte und Lasten übertragen, die von den mechanischen Eigenschaften der kurz- oder langfaserverstärkten Kunststoffe abhängig sind.Components made of short- or long-fiber reinforced plastics are largely used as semi-structural components. This is mainly due to the mechanical properties of short or long fiber reinforced plastics and the associated load limits. In the component inserted structures of any kind, such. As inlays, attachment points, metallic reinforcing structures, etc., due to the connection to the component (glued, pressed, screwed, etc.) can only transmit forces and loads that are dependent on the mechanical properties of short or long fiber reinforced plastics.
Um kurz- oder langfaserverstärkte Kunststoffbauteile in strukturelle Anwendungen einzusetzen bzw. um höhere Belastungen übertragen zu können, werden kurz- oder langfaserverstärkte Bauteile zusätzlich mit Endlosfasern, z. B. Matten, Gelege, Fließe, etc., verstärkt.In order to use short or long fiber reinforced plastic components in structural applications or to transfer higher loads can be short or long fiber reinforced components in addition with continuous fibers, eg. As mats, scrims, flow, etc., reinforced.
Je nach Verfahren werden dabei die Endlosfasern vorab mit einem Kunststoff imprägniert und anschließend in das Werkzeug abgelegt (Tailored fibre placement), gewickelt (Wickeltechnologie) oder verpresst (z. B. beim LFT-D-Prozess. Bei der RTM-Fertigung werden vorab die trockenen Faserrovings, -matten, -gelege, Preforms etc., z. B. durch Drapieren, Flechten, Sticken, etc., in die entsprechende Form gebracht.Depending on the process, the continuous fibers are impregnated in advance with a plastic and then placed in the tool (tailored fiber placement), wound (winding technology) or pressed (for example, in the LFT-D process dry fiber rovings, mats, blends, preforms, etc., for example by draping, braiding, embroidering, etc., into the appropriate shape.
Weiter besteht die Möglichkeit, Endlosfasern, z. B. Matten, Gelege, Fließe, etc., in eine geschlossene Werkzeugform zu bringen und im Anschluss mit kurz- oder langfaserverstärktem Matrixmaterial zu infiltrieren (S-RIM Verfahren). Werden die Fasermatten außerhalb oder bei geöffnetem Werkzeug infiltriert, wird vom Fasersprühen (CSM, PSM, LFI, GFK-Fertigung) gesprochen.Next there is the possibility of endless fibers, z. As mats, scrims, flow, etc., bring in a closed mold and then infiltrated with short or long fiber reinforced matrix material (S-RIM method). If the fiber mats are infiltrated outside or while the tool is open, we talk about fiber spraying (CSM, PSM, LFI, fiberglass production).
Die Einbindung von lokalen Verstärkungsstrukturen (metallisch, nicht metallisch) kann durch Verpressen, Umschäumen, Verkleben, Übersprühen, Vernähen und Umflechten bzw. Umwickeln von trockenen oder bereits imprägnierten Endlosfasern erfolgen.The incorporation of local reinforcement structures (metallic, non-metallic) can be carried out by pressing, foaming, gluing, overspraying, sewing and braiding or wrapping dry or already impregnated continuous fibers.
So ist aus der
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Aus der
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Ausgehend vom Stand der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum gesteuerten Ablegen eines Faserstrangs anzugeben, mit dem ein zuverlässiges und zielgerichtetes Ablegen möglich ist. Ebenso war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die selbstreinigend ist und daher über eine erhöhte Standzeit verfügt.Based on the prior art, it was an object of the present invention to provide an apparatus and a method for the controlled deposition of a fiber strand, with a reliable and targeted deposition is possible. It was also an object of the present invention to provide a device which is self-cleaning and therefore has an increased service life.
Bezüglich des Ablegekopfes wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Patentanspruch 7 betrifft eine Vorrichtung, in die der erfindungsgemäße Ablegekopf integriert ist. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Ablegen von Fasersträngen gemäß dem Merkmal des Patentanspruches 8 gelöst. Patentanspruch 16 betrifft die Verwendungsmöglichkeiten des Ablegekopfes bzw. des Verfahrens. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.With regard to the laying head this object is achieved with the features of
Erfindungsgemäß wird somit ein Ablegekopf zum gesteuerten Ablegen mindestens eines abgelängten Faserstrangs bereitgestellt, der mindestens eine Rollenförderungseinrichtung sowie mindestens einen, in Förderungsrichtung nach der Rollenförderungseinrichtung angeordneten Transportkanal mit jeweils einer Führung für mindestens einen endlosen Faserstrang umfasst, wobei der mindestens eine Transportkanal eine Öffnung aufweist, in die eine auf Höhe der Öffnung angeordnete Abtrenneinheit zum Ablängen des Faserstranges eingreifen kann oder der mindestens eine Transportkanal in Förderrichtung zweigeteilt ausgebildet ist, wobei die beiden Teile des Transportkanals in Förderrichtung relativ zueinander beweglich sind und auf Höhe des sich durch die relative Bewegung der beiden Teile des Kanals bildenden Spaltes eine Abtrenneinheit zum Ablängen des Faserstrangs angeordnet ist.According to the invention, a depositing head is thus provided for the controlled depositing of at least one cut fiber strand comprising at least one roller conveying device and at least one transport channel arranged in the conveying direction downstream of the roller conveying device, each having a guide for at least one endless fiber strand, wherein the at least one transport channel has an opening the one arranged at the height of the opening separating unit for cutting the fiber strand can intervene or the at least one transport channel in Conveying direction is formed in two parts, wherein the two parts of the transport channel are movable relative to each other in the conveying direction and at the level of forming by the relative movement of the two parts of the channel gap a separating unit for cutting the fiber strand is arranged.
Die erste Variante des erfindungsgemäßen Ablegekopfes sieht somit vor, eine Öffnung im Transportkanal anzuordnen, in die eine Abtrenneinheit eingreifen kann. Dadurch ist ein sicheres Abtrennen bzw. Abschneiden der Faserstränge möglich. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, die ein Abtrennen des Faserstranges stets außerhalb des Ablegekopfes vorsahen, wird somit ein effizienteres und genaueres Abschneiden des Faserstranges ermöglicht.The first variant of the laying head according to the invention thus provides to arrange an opening in the transport channel into which a separating unit can engage. As a result, a safe separation or cutting of the fiber strands is possible. In contrast to known from the prior art devices, which always provided a separation of the fiber strand outside of the laying head, thus a more efficient and accurate cutting of the fiber strand is made possible.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ablegekopfes ist der Transportkanal zweigeteilt ausgebildet, wobei die beiden Teile zueinander beweglich angeordnet sind. Insbesondere kann dabei der Teil des Transportkanals, der näher am Austrittsende des Ablegekopfes angeordnet ist, in Richtung der Austrittsöffnung des Ablegekopfes in Förderrichtung bewegt bzw. verschoben werden.In an alternative embodiment of the laying head according to the invention, the transport channel is formed in two parts, wherein the two parts are arranged to be movable relative to each other. In particular, the part of the transport channel, which is arranged closer to the outlet end of the deposition head, can be moved or displaced in the direction of the outlet opening of the deposition head in the conveying direction.
Das Abtrennen der Endlosfaser geschieht somit im Bereich des geschlossenen Kanals. Durch die Öffnung oder eine Teilung des Kanals ist es möglich, einen Schneidspalt auszubilden. Die Teilung bzw. das Auseinanderziehen des Schnittspaltes im Kanal kann dabei manuell von Hand oder elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Durch die Rollenfördereinheit ist es möglich, den abgetrennten Faserstrang nach dem Trennen ein Stück in den Kanal in Richtung der Rollenfördereinheit zurückzuziehen, sodass eine Verstopfung des Kanals vermieden werden kann. Im Anschluss wird der geteilte Kanal wieder geschlossen und die Fasertransporteinheit steht wieder im Anfangszustand zur Verfügung.The separation of the endless fiber thus takes place in the region of the closed channel. Through the opening or a division of the channel, it is possible to form a cutting gap. The division or the pulling apart of the cutting gap in the channel can be done manually manually or electrically, pneumatically or hydraulically. By the roller conveyor unit, it is possible to withdraw the separated fiber strand after separating a piece in the channel in the direction of the roller conveyor unit, so that a blockage of the channel can be avoided. Subsequently, the split channel is closed again and the fiber transport unit is available again in the initial state.
Die Rollenfördereinrichtung besteht z. B. aus einem Motor (Schrittmotor, Servomotor, etc.), der direkt oder mittels einer Übersetzung eine oder mehrere Rollen antreibt. Die Rollen können dabei den zugeführten Endlosfaserstrang je nach Drehrichtung des Motors entweder durch die Faserführung schieben bzw. herausziehen und beim Ziehen des Faserstrands durch die Einheit eine Bremswirkung auf den Faserstrang haben.The roller conveyor consists z. B. from a motor (stepper motor, servomotor, etc.), which drives one or more roles directly or by means of a translation. The rollers can either push or pull the supplied continuous fiber strand depending on the direction of rotation of the motor through the fiber guide and have a braking effect on the fiber strand when pulling the fiber strand through the unit.
Die Endlosfaser bzw. -faserstränge werden somit nach der Rollenfördereinheit durch einen, sich im Anschluss angebrachten geschlossenen Kanal (Transportkanal) beliebiger Geometrie gestützt.The endless fiber or fiber strands are thus supported by the roller conveyor unit by a subsequently attached closed channel (transport channel) of any geometry.
Bevorzugt schließt sich an den Transportkanal in Förderungsrichtung eine Mischkammer zum Imprägnieren des mindestens einen Faserstranges an. Mit dieser Ausführungsform ist es erstmals möglich, gleichzeitig eine Imprägnierung und Ablängung von Endlosfasern vorzunehmen.Preferably, a mixing chamber for impregnating the at least one fiber strand adjoins the transport channel in the conveying direction. With this embodiment, it is possible for the first time to simultaneously carry out impregnation and cutting of continuous fibers.
Die Imprägnierung des abgelängten Faserstrangs erfolgt somit nach der Abtrenneinheit außerhalb des geschlossenen Kanals zur Faserführung in der sog. Mischkammer. Dadurch wird ein Verschmutzen, Verkleben oder Verstopfen des Kanals vermieden. Die Faserimprägnierung erfolgt dabei durch eine drucklose Beaufschlagung oder Beaufschlagung unter Druck mit Harz/Kunststoff.The impregnation of the cut fiber strand thus takes place after the separation unit outside the closed channel for fiber guidance in the so-called. Mixing chamber. As a result, contamination, sticking or clogging of the channel is avoided. The fiber impregnation is carried out by a pressureless application or pressurization with resin / plastic.
Die Mischkammer verfügt dabei vorteilhafterweise über eine Zuführung für ein Matrixmaterial zur Imprägnierung des Faserstranges.The mixing chamber advantageously has a feed for a matrix material for impregnating the fiber strand.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Mischkammer so dimensioniert ist, dass der in Förderrichtung der Mischkammer zugewandte Teil des Transportkanals formschlüssig in die Mischkammer einführbar ist.Further, it is advantageous if the mixing chamber is dimensioned such that the conveying direction of the mixing chamber facing part of the transport channel is positively inserted into the mixing chamber.
Die Mischkammer kann durch das Auseinanderziehen des Faserführungskanals von Kunststoff/Harz gereinigt werden. Der zweite Teil des Faserführungskanals übernimmt dabei die Funktion eines Reinigungsstößels zur Reinigung der Mischkammer. Zudem ist es möglich, durch die im Faserführungskanal angebrachten Luft-Eintrittsöffnungen den Kanal und die Mischkammer mit Druckluft und/oder Reinigungsmittel zu reinigen.The mixing chamber can be cleaned by pulling the fiber guide channel of plastic / resin. The second part of the fiber guide channel assumes the function of a cleaning ram for cleaning the mixing chamber. In addition, it is possible to clean the channel and the mixing chamber with compressed air and / or cleaning agent through the air inlet openings in the fiber guide channel.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform des Ablegekopfes sieht vor, dass zwischen der Rollenfördereinheit und dem mindestens einen Transportkanal, in der Wandung des mindestens einen Transportkanals und/oder in der Mischkammer mindestens eine Eintrittsöffnung für Luft vorgesehen ist.A further preferred embodiment of the laying head provides that at least one inlet opening for air is provided between the roller conveyor unit and the at least one transport channel, in the wall of the at least one transport channel and / or in the mixing chamber.
Dadurch kann im Fasertransportkanal eine Art Sperrluftstrom angelegt werden, die ein Zurücklaufen des Kunststoffes/Harzes in den Transportkanal verhindern soll.As a result, a kind of blocking air flow can be applied in the fiber transport channel, which is intended to prevent the plastic / resin from running back into the transport channel.
Die Faser-/Faserstrangfixierung im Werkzeug kann durch Klemmen oder durch punktuelle Aushärtung der Faser/des Faserstrangs, z. B. durch Infrarot-Strahler, UV-Strahler oder andere Wärmequellen, realisiert werden.The fiber / fiber strand fixation in the tool can by clamping or by selective curing of the fiber / fiber strand, z. B. by infrared emitters, UV lamps or other heat sources can be realized.
Ebenso kann im Anschluss an die Mischkammer mindestens ein Faserauge, wobei die Anzahl der Faseraugen vorzugsweise der Anzahl der durchgeführten Faserstränge entspricht, angeordnet sein. Bevorzugt ist das Faserauge temperierbar.Likewise, following the mixing chamber at least one fiber eye, the number of fiber eyes preferably corresponding to the number of fiber strands performed, may be arranged. Preferably, the fiber eye is tempered.
Weiter wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum gesteuerten Ablegen von abgelängten Fasern bereitgestellt, in die der erfindungsgemäße, zuvor beschriebene Ablegekopf integriert ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise noch eine Vorratsrolle mit Endlos-Rovings sowie eine Ablegevorrichtung etc. umfassen. Ebenso ist eine mechanische Steuerung der Vorrichtung möglich, um ein lokal gezieltes Ablegen der Fasern zu ermöglichen. Die Vorrichtung kann z. B. durch einen Roboterarm gesteuert werden.Furthermore, according to the invention, a device is provided for the controlled depositing of cut-to-length fibers into which the laying head according to the invention described above is integrated. The Device may, for example, still include a supply roll with endless rovings and a depositing device, etc. Likewise, a mechanical control of the device is possible to allow a locally targeted laying of the fibers. The device may, for. B. be controlled by a robot arm.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zum Ablegen mindestens eines abgelängten Faserstrangs mit einem Ablegekopf oder einer zuvor beschriebenen Vorrichtung angegeben, bei dem mindestens ein Endlosfaserstrang mit der mindestens einen Rollenförderungseinrichtung jeweils in die Führung des mindestens einen Transportkanals gefördert wird und der mindestens eine Endlosfaserstrang durch Eingreifen der Abtrenneinheit in die Öffnung des mindestens einen Transportkanals abgelängt wird, oder die beiden Teile des jeweiligen Transportkanals in Förderrichtung relativ zueinander bewegt werden, wobei sich ein Spalt zwischen den beiden Teilen des jeweiligen Transportkanals ausbildet und der mindestens eine Faserstrang mittels der Abtrenneinheit abgelängt wird und im Anschluss die abgelängten Fasern ausgetragen werden.The invention also provides a method for depositing at least one cut-to-length fiber strand with a laying head or a previously described device, in which at least one continuous fiber strand is conveyed to the at least one roller conveying device respectively in the guide of the at least one transport channel and the at least one continuous fiber strand by intervention of the separation unit is cut into the opening of the at least one transport channel, or the two parts of the respective transport channel are moved relative to each other in the conveying direction, wherein a gap between the two parts of the respective transport channel is formed and the at least one fiber strand is cut by means of the separation unit and subsequently the cut fibers are discharged.
Der Prozess beschreibt somit insbesondere das gesteuerte Ablegen von vorzugsweise imprägnierten Fasern (thermoplastische/duroplastische Werkstoffe) in eine Bauteilform oder außerhalb einer Bauteilform. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von Teilen aus Faserverbundkunststoffen. Charakterisiert wird das Verfahren durch den erfindungsgemäßen Ablegekopf, in dem ein von einer oder mehreren Vorratsrollen zugeführter Endlosfaserstrang bzw. -faser stränge eingeführt werden. Im Ablegekopf wird jeder Faserstrang durch eine Rollenfördereinrichtung in Richtung der Form oder mehrere Rovings mit derselben Rollenförderung weitergeleitet und von einem aus einer Düse oder einem Rohr austretenden Matrixmaterial drucklos oder mit Druck imprägniert. Die Rollenförderung kann sowohl die schiebende Funktion als auch eine Bremsfunktion auf mindestens einen Faserstrang/Roving haben. Der Ablegekopf ist entweder an einer über der Form angebrachten hin- und herfahrenden Fahrbühne oder einem Arm eines in jeder Richtung schwenkbaren Roboters angebracht.The process thus describes, in particular, the controlled depositing of preferably impregnated fibers (thermoplastic / duroplastic materials) into a component form or outside a component form. The method is particularly suitable for producing parts made of fiber composite plastics. The process is characterized by the laying head according to the invention, in which an endless fiber strand or fiber strands supplied by one or more supply rolls are introduced. In the laying head, each fiber strand is forwarded by a roller conveyor in the direction of the mold or a plurality of rovings with the same roller conveyance and impregnated without pressure or pressure by a matrix material emerging from a nozzle or a tube. The role promotion can have both the sliding function and a braking function on at least one fiber strand / roving. The laying head is attached either to a traveling platform mounted above the mold or to an arm of a robot which can be swiveled in any direction.
Um die Imprägnierwirkung zu verbessern, um einen Fasergewichtsanteil/Faservolumenanteil einzustellen und um den imprägnierten Roving auf eine gewünschte Form zu bringen, kann der imprägnierte Roving noch durch ein weitere Öffnung (Faserauge) geschoben oder gezogen werden.In order to improve the impregnating effect in order to set a fiber weight fraction / fiber volume fraction and to bring the impregnated roving to a desired shape, the impregnated roving can still be pushed or pulled through another opening (fiber eye).
Der eingesetzte Endlosfaserstrang wird bevorzugt durch einen Motor durch den geschlossenen Kanal geschoben. Alternativ kann auch der Motor beim Ziehen des Faserstrangs durch die Einheit eine Bremswirkung auf den Faserstrang haben. Der Kanal übernimmt dabei die Stützfunktion für die Fasern und vermeidet ein Ausknicken/Ausweichen der Faser. Über die Steuerung des Schrittmotors kann die Geschwindigkeit der Faser eingestellt werden und somit eine Regelgröße für das zur Infiltration benötigte Harz/Kunststoff sein.The continuous fiber strand used is preferably pushed by a motor through the closed channel. Alternatively, the motor may also have a braking action on the fiber strand when pulling the fiber strand through the unit. The channel takes over the support function for the fibers and avoids buckling / evasion of the fiber. The speed of the fiber can be adjusted via the control of the stepping motor and thus be a controlled variable for the resin / plastic required for infiltration.
Der Faserführungskanal umfasst mindestens eine Öffnung, in die eine Art Abtrenneinheit zum Ablängen der Faser eingreifen kann. Alternativ ist der Faserführungskanal mindestens zweigeteilt ausgeführt, von dem mindestens ein Kanal verschiebbar oder verdrehbar ist. Auf diese Weise kann durch Verschieben oder Verdrehen des Kanals ein Schnittspalt ausgebildet werden und der Faserstrang durch alle bekannten Trennverfahren getrennt werden. Zudem kann der gesamte Faserführungskanal mit einer Sperrluft/Sperrgas beaufschlagt werden.The fiber guide channel comprises at least one opening, in which a kind of separation unit can intervene to cut the fiber. Alternatively, the fiber guide channel is designed at least two parts, of which at least one channel is displaceable or rotatable. In this way, by cutting or twisting the channel a kerf can be formed and the fiber strand can be separated by all known separation methods. In addition, the entire fiber guide channel can be acted upon with a sealing air / sealing gas.
Der geteilte Faserführungskanal bzw. der Faserführungskanal im Allgemeinen wird als Reinigungsstößel für die Mischkammer verwendet. Dadurch kann auf einen separaten Reinigungsstößel verzichtet werden. Der zweigeteilte Kanal mit der Ausbildung eines Schnittspalts hat den Vorteil, dass die Abtrenneinheit nicht verschmutzt werden kann. Zudem kann durch Druckbeaufschlagung mittels Gasen jeglicher Art auf den Faserführungskanal oder durch Einbringung eines Reinigungsmediums die Mischkammer zusätzlich gereinigt werden.The split fiber guide channel or fiber guide channel in general is used as a cleaning ram for the mixing chamber. This can be dispensed with a separate cleaning ram. The two-part channel with the formation of a cutting gap has the advantage that the separation unit can not be contaminated. In addition, by pressurizing by means of gases of any kind on the fiber guide channel or by introducing a cleaning medium, the mixing chamber can be additionally cleaned.
Durch die Verwendung eines Schrittmotors bzw. Servomotors pro Faserstrang können bei mehreren Fasersträngen verschiedene Austragungsgeschwindigkeiten je Faserstrang realisiert werden, was insbesondere beim Abbilden von verschiedensten Geometrien von Vorteil sein kann.By using a stepper motor or servo motor per fiber strand, different discharge speeds per fiber strand can be realized in the case of several fiber strands, which can be advantageous in particular when imaging a wide variety of geometries.
Die Imprägnierung des Faserstrangs kann durch das mit Druck beaufschlagte Matrixmaterial erfolgen, z. B. durch Versprühen des Matrixmaterials. Die Imprägnierwirkung kann zudem noch durch ein Zerstäubungsmedium (Gase jeglicher Art) verbessert werden.The impregnation of the fiber strand can be effected by the pressurized matrix material, for. B. by spraying the matrix material. The impregnation effect can also be improved by a sputtering medium (gases of any kind).
Das Schieben bzw. Ziehen des Faserstrangs durch eine weitere gegebenenfalls temperierbare Öffnung (Faserauge) bietet die Möglichkeit, den imprägnierten Roving auf eine gewünschte Form zu bringen, die Imprägniergüte zu verbessern und einen Fasergewichts-/Faservolumenanteil einzustellen. Der teilbare Transportkanal kann dabei ebenfalls die Reinigungsfunktion des Faserauges übernehmen.Pushing or pulling the fiber strand through another optionally temperature-controllable opening (fiber eye) offers the possibility of bringing the impregnated roving to a desired shape, improving the impregnation quality and setting a fiber weight / fiber volume fraction. The divisible transport channel can also take over the cleaning function of the fiber eye.
Die beschriebene Einheit kann dazu verwendet werden, die imprägnierten Faserstränge direkt in eine offene Werkzeugform abzulegen und entweder zuvor oder danach mit einem weiteren Kunststoff in Verbindung zu bringen.The described unit can be used to deposit the impregnated fiber strands directly into an open mold and to bring them into contact with another plastic either before or after.
Weiter bietet die Einheit auch die Möglichkeit, Strukturen außerhalb des Werkzeugs gezielt abzulegen, diese im ausgehärteten Zustand in ein Werkzeug einzubringen und im Anschluss bei offenem oder geschlossenem Werkzeug mit einem weiteren Kunststoff/Harz in Verbindung zu bringen. Furthermore, the unit also offers the possibility of depositing structures outside of the tool in a targeted manner, of introducing them into a tool in the hardened state and then of connecting them with another plastic / resin when the tool is open or closed.
Besonderer Vorteil des Ablegekopfes, der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Verfahrens ist, dass erstmals eine gleichzeitige Imprägnierung und Ablängung der Fasern in einer einzigen Vorrichtung ermöglicht wird.A particular advantage of the laying head, the device according to the invention and the method is that for the first time a simultaneous impregnation and cutting of the fibers in a single device is made possible.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass vor, während und/oder nach dem Ablängen in der Mischkammer der mindestens eine Faserstrang durch Beaufschlagung mit Matrixmaterialien, bevorzugt Kunststoffen oder Harzen, imprägniert wird, insbesondere durch Besprühen mit den Matrixmaterialien oder Verdüsung der Matrixmaterialien.An advantageous embodiment of the method provides that before, during and / or after cutting to length in the mixing chamber, the at least one fiber strand is impregnated by application of matrix materials, preferably plastics or resins, in particular by spraying with the matrix materials or atomization of the matrix materials.
Ebenso ist es möglich, dass nach dem Imprägnieren und/oder Austragen der mindestens einen abgelängten Faser eine Reinigung der Mischkammer durch Einblasen von Druckluft und/oder eines Reinigungsmediums über die mindestens eine Eintrittsöffnung der Mischkammer und/oder durch Einführen des in Förderrichtung der Mischkammer zugewandten Teils des Transportkanals erfolgt.Likewise, it is possible that after impregnation and / or discharge of the at least one cut fiber, cleaning of the mixing chamber by blowing compressed air and / or a cleaning medium through the at least one inlet opening of the mixing chamber and / or by introducing the facing in the conveying direction of the mixing chamber part the transport channel takes place.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass in den Ablegekopf über die mindestens eine, zwischen der Rollenfördereinheit und dem mindestens einen Transportkanal, in der Wandung des mindestens einen Transportkanals und/oder in der Mischkammer angeordnete Eintrittsöffnung Luft eingeblasen wird.A further preferred embodiment of the method provides that air is blown into the deposition head via the at least one inlet opening arranged between the roller conveyor unit and the at least one transport channel, in the wall of the at least one transport channel and / or in the mixing chamber.
Mit dem Faserauge kann bevorzugt der mindestens eine Faserstrang z. B. während des Austrags aus dem Ablegekopf geformt oder temperiert werden.With the fiber eye can preferably at least one fiber strand z. B. be formed or tempered during discharge from the deposition head.
Weiter ist im Falle mehrerer Faserstränge die Durchführung der Faserstränge mit gleicher oder unterschiedlicher Geschwindigkeit durch den Ablegekopf möglich. Dadurch können in einem einzigen Arbeitsschritt verschiedene Faserlängen eingestellt werden.Further, in the case of multiple fiber strands, the implementation of the fiber strands with the same or different speed through the laying head is possible. As a result, different fiber lengths can be set in a single step.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die relative Bewegung der beiden Teile des jeweiligen Transportkanals eine mechanische Reinigung des Transportkanals erfolgt.It is particularly advantageous that a mechanical cleaning of the transport channel takes place by the relative movement of the two parts of the respective transport channel.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für das Ablängen und/oder Imprägnieren von endlosen Glasfaserrovings.The inventive method is particularly suitable for cutting to length and / or impregnation of endless Glasfaserrovings.
Erfindungsgemäß werden ebenso Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Ablegekopfes bzw. des Verfahrens angegeben, dies sind insbesondere die Herstellung von Teilen aus Faserverbundwerkstoffen, zum gesteuerten Ablegen von Fasern außerhalb und/oder in eine Bauteilform, zum gezielten Ziehen beliebiger Geometrien, bei der Herstellung von Profilen, bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, endlosfaserverstärkten Bauteilen, lokal verstärkter Werkstoffe, lokal verstärkter Stützstrukturen und/oder hybrider Verstärkungsstrukturen.According to the invention uses of the depositing head or the method of the invention are also specified, these are in particular the production of parts made of fiber composites, for the controlled deposition of fibers outside and / or in a component form, for targeted pulling any geometry, in the production of profiles, in the Production of fiber composites, continuous fiber reinforced components, locally reinforced materials, locally reinforced support structures and / or hybrid reinforcement structures.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort abgebildete Ausführungsform zu beschränken.The present invention will be explained in more detail with reference to the attached figures, without limiting the invention to the embodiment shown there.
In
Die Mischkammer
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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