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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Fasersträngen oder -bündeln, insbesondere in Form von Endlosfasern, indem die Fasern um einen Umfangsabschnitt wenigstens einer Imprägnierrolle herumgeführt und mit einem Imprägniermedium beaufschlagt werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Imprägnieren von Fasersträngen oder -bündeln, insbesondere in Form von Endlosfasern, mit wenigstens einer Imprägnierrolle mit einer Zuführeinrichtung, um die um einen Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle herumgeführten Fasern mit einem Imprägniermedium zu beaufschlagen.
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Mit Endlosfasersträngen oder -bündeln verstärkte Polymer-Formteile finden insbesondere in der Automobilindustrie, z. B. für Stoßfänger, Sitzstrukturen, Karosserieteile, wie Frontendträger oder dergleichen, bis hin zu kompletten Karosserien, aber auch überall dort, wo eine gezielte Verstärkung des Formteils in Richtung einwirkender Lasten erwünscht ist, z. B. bei konstruktiven Profilen, verbreitet Verwendung. Im Gegensatz zu Formteilen, welche mit Kurz- und/oder Langfasern mit statistischer Einmischung der Fasern verstärkt sind, bieten Endlosfasern den Vorteil einer möglichen Anordnung der Fasern in Richtung einwirkender Lasten – im Falle von Fahrzeugteilen beispielsweise in Richtung der im Kollisionsfall einwirkenden Aufprallkräfte – so daß das Polymer-Formteil vor einem Einknicken im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Endlosfasern weitestgehend bewahrt wird. Folglich ist eine richtungsabhängige Verstärkung des jeweiligen Bauteils und im Hinblick auf das gegenüber Metall geringere Gewicht von Kunststoffen eine Ausführung des Bauteils in Leichtbauweise möglich.
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Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Polymer-Formteilen ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, wobei insbesondere Spritzgieß-, Preß- und Gießverfahren zur Anwendung kommen. Dabei werden die Endlosfasern zunächst mittels einer Imprägniervorrichtung mit einem flüssigen oder viskosen Polymer imprägniert, wobei es sich bei dem Polymer um ein plastifiziertes thermoplastisches oder thermoelastisches Polymer, aber auch um ein aushärtbares duroplastisches oder elastisches Polymer handeln kann. Darüber hinaus ist es bekannt, die Endlosfasern mit Mono-, Di- oder Oligomeren zu imprägnieren, welche in Gegenwart geeigneter Additive, wie Initiatoren, Vernetzungsmitteln, Katalysatoren und dergleichen, zu dem jeweils gewünschten Imprägnierpolymer ausgehärtet werden können. Sodann werden die mit dem jeweiligen Polymer oder dessen Prekursoren imprägnierten Endlosfasern mittels geeigneter Handhabungsgeräte, z. B. Robotern, in der gewünschten Geometrie gewickelt und beispielsweise in ein geöffnetes Formwerkzeug überführt und dort abgelegt, wonach das Formwerkzeug unter Gewährleistung eines hinreichenden Formdruckes geschlossen, das Formwerkzeug anschließend abgekühlt und das fertige Formteil dem Formwerkzeug entnommen wird. Die Polymermatrix des fertigen Formteils kann einerseits ausschließlich von dem Imprägniermaterial der Endlosfasern gebildet sein, andererseits können insbesondere auch zusätzliche Polymere (z. B. in Form einer Preßmasse bzw. Schmelze, in Granulatform oder in Form flüssiger aushärtbarer Harze) oder Prekursoren (z. B. aushärtbare Mono-, Di-, Oligomere etc.) in das Formwerkzeug eingebracht werden, welche einen innigen Werkstoffverbund mit dem Imprägnierpolymer einzugehen vermögen, um Polymer-Formteile mit praktisch beliebiger Form zu erzeugen, welche eine Endlosfaserverstärkung in der gewünschten Orientierung aufweisen.
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Als Endlosfasern können je nach Einsatzzweck beliebige bekannte Verstärkungsfasern, z. B. synthetische Fasern, wie Carbon-, Glas-, Metall-, Aramidfasern oder dergleichen, natürliche Fasern mit einer hinreichenden Festigkeit, wie Cellulose, Hanffasern etc., oder auch Hybridfasern, z. B. Mischungen aus Polymer- und Verstärkungsfasern, in der jeweils gewünschten Form, z. B. in Form von Bändern, sogenannten Tapes, oder Garnen, sogenannten Rovings, eingesetzt werden. Die Endlosfasern können hierbei entweder bereits mit einem insbesondere thermoplastischen Polymer vorimprägniert worden sein und letzteres anläßlich der Verarbeitung in einen schmelzflüssigen Zustand überführt werden, was mittels entsprechenden Heizkammern geschieht, durch welche die z. B. von einer Spindel abgewickelten Endlosfasern hindurchgeführt werden, oder die rohen Endlosfasern werden unmittelbar vor der Formgebung mittels einer Imprägniervorrichtung mit dem Imprägnierpolymer versehen.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von mit Endlosfasern verstärkten Polymer-Formteilen sind beispielsweise aus den
EP 1 568 473 A1 und
EP 0 364 829 B1 bekannt, wobei letztere zur Imprägnierung der Fasern mit einem thermoplastischen Polymer ein Hindurchführen der Fasern durch eine Schmelze des Imprägnierpolymers vorsieht. Darüber hinaus sind zum Imprägnieren von Endlosfasern poröse Walzen bekannt, über deren Umfang die Fasern herumgeführt und dabei vom Innern der Walze her durch den porösen Umfangsabschnitt hindurch mit dem Imprägnierpolymer beaufschlagt werden (
WO 99/33623 A1 ).
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Ein Nachteil solcher bekannter Imprägnierverfahren besteht darin, daß insbesondere im Falle von Faserbündeln eine nur unzureichende Imprägniergüte erzielt werden kann, wobei die oberflächigen Fasern eines Stranges zwar benetzt werden, das Imprägnierpolymer aber nicht (gänzlich) ins Innere bzw. in den ”Kern” des Faserstranges einzudringen vermag. Dies führt mangels eines einwandfreien Verbundes zwischen den Fasern und der Polymermatrix zu einem erheblichen Verlust an Festigkeit und insbesondere an Zähigkeit des fertigen Formteils.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Fasersträngen oder -bündeln der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, daß eine mehr oder minder vollständige Benetzung der Fasern mit dem Imprägniermedium gewährleistet ist.
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In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Fasern während des Imprägnierens durch einen zwischen der Imprägnierrolle und einem dieser zugeordneten Widerlager gebildeten Spalt hindurchgeführt werden.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ferner vor, daß der Imprägnierrolle ein Widerlager zugeordnet ist, wobei zwischen dem Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle, um welchen die Fasern herumführbar sind, und dem Widerlager ein Spalt gebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sorgt aufgrund des zwischen der Imprägnierrolle und dem Widerlager gebildeten Spalt für eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Imprägnierung der Fasern, wobei auch verhältnismäßig zähflüssige bzw. viskose Polymere, welche auf die Fasern appliziert werden, bis ins Innere eines Faserstranges hinein gedrückt werden, um für eine mehr oder minder vollständige Benetzung der Fasern zu sorgen, was wiederum zu einer sehr hohen und reproduzierbaren Festigkeit und insbesondere Zähigkeit eines fertigen Polymer-Formteils führt, dessen Verstärkungsfasern auf die erfindungsgemäße Weise imprägniert worden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei sehr kompakt ausgestaltet sein, so daß es beispielsweise auch möglich ist, sie unmittelbar einem Handhabungsgerät, wie z. B. einem Roboter, vorzuordnen, welcher die imprägnierten Fasern in der gewünschten Ausrichtung anordnet und sie sodann z. B. in ein Formwerkzeug überführt, wo das Formteil unter Erstarren oder Aushärten der thermoplastischen oder auch duroplastischen Polymermatrix fertig geformt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß ein innerer Hohlraum der Imprägnierrolle mit dem Imprägniermedium beaufschlagt und das Imprägniermedium durch wenigstens einen, den inneren Hohlraum der Imprägnierrolle mit deren Umfang verbindenden Kanal auf die Fasern appliziert wird. Die Zuführeinrichtung einer entsprechenden Vorrichtung kann folglich einen im Innern der Imprägnierrolle gebildeten Hohlraum umfassen, welcher mit dem Imprägniermedium beaufschlagbar ist, wobei wenigstens ein Kanal den inneren Hohlraum der Imprägnierrolle mit deren Umfang verbindet. In diesem Zusammenhang kann zweckmäßig eine Mehrzahl solcher Verbindungskanäle vorgesehen sein, oder die Imprägnierrolle kann eine den inneren Hohlraum mit ihrem Außenumfang verbindende poröse Beschichtung, wie aus Sintermetall, Keramik oder dergleichen, besitzen, wie es als solches aus der eingangs zitierten
WO 99/33623 A1 bekannt ist. Der Hohlraum der Imprägnierrolle ist an eine geeignete Dosiereinheit, wie eine Pumpe, einen Einspritzkolben, einen Extruder oder dergleichen, anschließbar, um die Imprägnierrolle mit einem plastifizierten thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer oder auch mit zu duroplastischen oder elastomeren Polymeren aushärtbaren Harzen zu versorgen. Die Dosiereinheit kann ferner insbesondere für den jeweiligen, zur Applikation des Imprägniermediums erforderlichen Druck sorgen.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Fasern während des Imprägnierens durch einen sich in Bewegungsrichtung der Fasern verengenden Spalt geführt werden, wobei die Breite des Spaltes insbesondere verändert werden kann, um die Spaltbreite an die Art und die geometrischen Abmessungen der zu imprägnierenden Fasern sowie auch an die Viskosität des Imprägniermediums optimal anpassen zu können.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß das Widerlager an seiner der Imprägnierrolle zugewandten Seite eine zu dem Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle im wesentlichen komplementäre Kontur aufweist, so daß ein Spalt endlicher Länge gebildet ist, welcher sich um zumindest einen Teil des Umfangsabschnittes der Imprägnierrolle erstreckt, um welchen die Fasern anläßlich ihres Imprägnierens herumgeführt werden. Mit ”im wesentlichen komplementär” ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine geometrische Ausgestaltung des Widerlagers dahingehend angesprochen, daß es an seiner der Imprägnierrolle zugewandten Seite eine konkave Kontur aufweist, deren Radius dem Radius der Imprägnierrolle etwa entspricht oder diesen – vorzugsweise geringfügig, wie beispielsweise um etwa 1% bis 20% – übertrifft, um der Dicke der zu imprägnierenden Faserkonvolute Rechnung zu tragen. Der Abstand des Widerlagers von der Imprägnierrolle kann zu diesem Zweck vorzugsweise in Radialrichtung derselben verstellbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Widerlager insbesondere auch senkrecht zur Achse der Imprägnierrolle und in deren Querschnittsebene verstellbar sein, so daß durch eine entsprechende Relativverlagerung des Widerlagers in Bezug auf die Imprägnierrolle beispielsweise ein sich stetig verjüngender Spalt nach Art eines Keilspaltes gebildet werden kann, welcher sich im Hinblick auf eine einwandfreie homogene Imprägnierung von Faserbündeln bis hinein in deren Kern als besondert vorteilhaft erwiesen hat.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Fasern ferner über wenigstens einen, der Imprägnierrolle vor- und/oder nachgeordneten Umlenkpin geführt werden, wobei vorzugsweise einer oder mehrere Umlenkpins (oder auch eine oder mehrere Imprägnierrollen) verlagert werden, um den Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle, über welchen die Fasern geführt werden, zu verändern. Auf diese Weise ist eine weitere Anpassung der Imprägniergüte an die jeweilige Art und Abmessungen der Fasern, an die Viskosität des Imprägniermediums sowie an die Förder- bzw. Abzugsgeschwindigkeit der Fasern möglich, wobei – wie bereits angedeutet – insbesondere die mit den Fasern in Kontakt tretende Länge des Umfangsabschnittes der Imprägnierrolle verändert werden kann.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zu diesem Zweck folglich vorgesehen sein, daß der Imprägnierrolle wenigstens ein Umlenkpin vor- und/oder nachgeordnet ist, wobei wenigstens ein Umlenkpin vorzugsweise in der Querschnittsebene der Imprägnierrolle verstellbar sein kann. Sowohl die Imprägnierrolle(n) als auch der/die Umlenkpin(s) muß/müssen im übrigen nicht notwendigerweise um ihre Achse drehbar sein, sondern können auch drehfest angeordnet sein, so daß die Fasern gleitend mit den genannten Komponenten in Kontakt treten. Insbesondere im letztgenannten Fall kann es hinsichtlich einer möglichst geringen Reibung von Vorteil sein, wenn die Imprägnierrolle(n) und gegebenenfalls der/die Umlenkpin(s) eine polierte Oberfläche, wie beispielsweise aus Metall (z. B. Stahl), Keramik oder insbesondere temperaturbeständigem Kunststoff (z. B. Polytetrafluorethylen), aufweisen.
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Darüber hinaus kann/können wenigstens eine Imprägnierrolle und/oder gegebenenfalls wenigstens ein Umlenkpin – vorzugsweise unabhängig voneinander – temperiert werden, um beispielsweise thermoplastische Imprägnierpolymere vor einem (gänzlichen) Erstarren oder duroplastische/elastomere Imprägnierharze vor einem (gänzlichen) Aushärten/Polymerisieren zu bewahren. Wenigstens eine Imprägnierrolle und/oder gegebenenfalls wenigstens ein Umlenkpin der Imprägniervorrichtung kann/können folglich mit einer Temperiereinrichtung ausgestattet sein.
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Ferner kann es hinsichtlich einer einwandfreien und homogenen Imprägnierung der Fasern von Vorteil sein, wenn wenigstens eine Imprägnierrolle und/oder gegebenenfalls wenigstens ein Umlenkpin mit Ultraschall beaufschlagt wird/werden. Wenigstens eine Imprägnierrolle und/oder gegebenenfalls wenigstens ein Umlenkpin der Imprägniervorrichtung kann/können also mit einer Ultraschallquelle in Wirkverbindung stehen, wie beispielsweise in Form einer die Imprägnierrolle bzw. den Umlenkpin in Ultraschallschwingungen versetzenden Sonotrode.
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Insbesondere im Falle von gegenüber einem oxidativen Angriff empfindlichen Imprägniermedien kann es darüber hinaus zweckmäßig sein, die Fasern unter Schutz- bzw. Inertgasatmosphäre zu imprägnieren, wobei als Schutzgas z. B. beliebige bekannte Inertgase, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Argon etc., zum Einsatz gelangen können. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zu diesem Zweck vorgesehen sein, daß die wenigstens eine Imprägnierrolle und gegebenenfalls der wenigstens eine Umlenkpin in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, welches einen mit einer Inertgasquelle verbindbaren Anschluß aufweist, um das Gehäuse unter Inertgasatmosphäre zu setzen.
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Ferner ist es selbstverständlich auch möglich, die imprägnierten Fasern nach der Imprägnierung zu kalibrieren, was beispielsweise mittels einer der Imprägnierrolle nachgeordneten Düse, wie z. B. einer Auslaßdüse aus dem Gehäuse der Imprägniervorrichtung, geschehen kann, durch welche die imprägnierten Fasern hindurchführbar sind, um sie zu kalibrieren. Die Düse kann aus den oben genannten Gründen ihrerseits temperierbar sein.
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Schließlich kann auch vorgesehen sein, daß die Vorrichtung einen gesteuert angetriebenen Abrollmechanismus umfaßt, um die Fasern mit einer, insbesondere voreinstellbaren, Geschwindigkeit über den Umfangsabschnitt der wenigstens einen Imprägnierrolle und gegebenenfalls des wenigstens einen Umlenkpins zu führen. Wie bereits erwähnt, können sowohl die Imprägnierrolle(n) als auch der/die Umlenkpin(s) selbst passiv oder angetrieben drehbar oder auch drehfest angeordnet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Imprägnieren von Endlosfasern unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Imprägnieren von Endlosfasern;
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2 eine dem Längsschnitt gemäß 1 entsprechende Detailansicht einer der Imprägnierrollen einschließlich Umlenkpins der in 1 gezeigten Imprägniervorrichtung; und
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3 bis 6 je eine der 2 entsprechende Detailansicht der Imprägnierrolle mit einem ihr zugeordneten Widerlager in verschiedenen Relativpositionen.
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Das in 1 wiedergegebene Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Imprägnieren von Endlosfasersträngen oder -bündeln 1 umfaßt zwei Imprägnierrollen 2, wobei statt dessen auch nur eine oder mehr als zwei solcher Imprägnierrollen 2 vorgesehen sein können. Jede Imprägnierrolle 2 dient zum Imprägnieren des um einen Umfangsabschnitt der jeweiligen Imprägnierrolle 2 herumgeführten Faserstranges 1 mit einem Imprägniermedium, wobei die Bewegungsrichtung des Faserstranges 1 über die Imprägnierrollen 2 hinweg mit dem Pfeil F bezeichnet ist. Bei dem Imprägniermedium kann es sich insbesondere um ein plastifiziertes thermoplastisches oder thermoelastisches Polymer oder auch um ein aushärtbares duroplastisches oder elastisches Polymer einschließlich Mono-, Di- oder Oligomeren handeln, welche in Gegenwart geeigneter Additive, wie Initiatoren, Vernetzungsmitteln, Katalysatoren und dergleichen, zu dem jeweils gewünschten Imprägnierpolymer ausgehärtet werden können.
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Jeder Imprägnierrolle 2 ist eine Zuführeinrichtung 3 für das Imprägniermedium zugeordnet, wobei die jeweilige Zuführeinrichtung 3 im vorliegenden Fall einen im Innern der jeweiligen Imprägnierrolle 2 ausgebildeten Hohlraum 4 umfaßt, welcher über eine Mehrzahl an sich z. B. im wesentlichen in Radialrichtung ersteckenden Kanälen 5 mit einem Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle 2 in Verbindung steht, um das Imprägniermedium auf den um diesen Umfangsabschnitt herumgeführten Faserstrang 1 zu applizieren. Dieser Umfangsabschnitt kann sich zweckmäßig über einen Winkel zwischen etwa 60° und etwa 180° erstrecken. Der Hohlraum 4 wiederum steht mit einer geeigneten Dosiereinheit, wie einer Pumpe, einem Einspritzkolben, einem Extruder oder dergleichen (nicht gezeigt), in Verbindung, um die Imprägnierrolle 3 mit dem Imprägniermedium unter dem jeweils erforderlichen Druck zu versorgen. Dies kann beispielsweise über einen sich in Axialrichtung der Imprägnierrolle 2 in deren Innern erstreckenden Zuführkanal 6 geschehen. Um für eine möglichst gleichmäßige Applikation des Imprägniermediums auf den Faserstrang 1 von zwei entgegengesetzten Seiten her zu sorgen, weisen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die mit den Kanälen 5 ausgestatteten Umfangsabschnitte der Imprägnierrollen 2, um welche der Faserstrang 1 herumgeführt ist, in entgegengesetzte Richtungen (in 1 links nach oben und in 1 rechts nach unten). Während beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Imprägnierrollen 2 drehfest montiert (d. h. der Faserstrang 1 wird anläßlich seines Imprägnierens in Richtung des Pfeils F gleitend über den jeweiligen Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle 2 bewegt) und die Kanäle 5 nur im Bereich des Umfangsabschnittes angeordnet sind, über welchen der Faserstrang 1 hinweggleitet, können die Imprägnierrollen 2 selbstverständlich auch (passiv oder angetrieben) drehbar sein, wobei die Kanäle 5 im letztgenannten Fall vorzugsweise über den gesamten Umfang der Imprägnierrollen ausgebildet sein können (nicht dargestellt). Darüber hinaus ist selbstverständlich auch eine austauschbare Anordnung von insbesondere verschiedenartigen Imprägnierrollen 2 und/oder eine Lagerung derselben mit voreinstellbaren Drehwiderstand bis hin zu einer gänzlich drehfesten Halterung denkbar.
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Wie insbesondere aus der Detailansicht der in 1 linken Imprägnierrolle 2 gemäß 2 ersichtlich, ist den Imprägnierrollen 2 jeweils ein Widerlager 7 zugeordnet, welches derart an der gegenüberliegenden Seite des mit den Kanälen 5 versehenen Umfangsabschnittes der Imprägnierrolle 2 angeordnet ist, daß zwischen der Imprägnierrolle 2 und dem Widerlager ein Spalt 8 gebildet ist. An seiner der Imprägnierrolle 2 zugewandten (in 2 unteren) Seite ist das Widerlager 7 mit einer zum Außenumfang der Imprägnierrolle 2 etwa komplementären Innenkontur 9 versehen, wobei es im vorliegenden Fall eine konkave Innenkontur 9 mit einem Radius aufweist, welcher z. B. um etwa 5% bis 10% größer ist als der Radius der Imprägnierrolle 2. Das Widerlager 7 besitzt im vorliegenden Fall folglich eine Innenkontur in Form einer Aussparung, deren Querschnitt die Form eines Kreissegmentes bzw. Kreisabschnittes mit einem geringfügig größeren Radius als der der Imprägnierrolle 2 aufweist, wobei der mit den Kanälen 5 versehene Umfangsabschnitt der Imprägnierrolle 2 in die Aussparung mit konkaver Innenkontur 9 eingreift und zwischen letzterer und der Imprägnierrolle 2 der Spalt 8 gebildet ist, durch welchen der Faserstrang 1 zur Imprägnierung hindurchgeführt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verjüngt sich der Spalt 8 in Bewegungsrichtung F des Faserstanges 1 im wesentlichen stetig, so daß ein Spalt 8 nach Art eines Keilspaltes gebildet ist. Auf diese Weise wird der Applikationsdruck des Imprägniermediums auf den Faserstrang 1 während dessen Passierens der Imprägnierrolle 2 zunehmend erhöht, was sich wiederum für eine äußerst homogene und vollständige Imprägnierung bis in den Kern des Faserstranges 1 hinein als sehr vorteilhaft erwiesen hat. In konstruktiver Hinsicht ergibt sich der Keilspalt 8 im vorliegenden Fall dadurch, daß das Widerlager 7 in Bezug auf eine Relativposition, in welcher die Imprägnierrolle 2 konzentrisch mit der Innenkontur 9 des Widerlagers 7 angeordnet ist (vgl. 6), senkrecht zu der (hier: nicht drehbaren) Achse 10 der Imprägnierrolle 2 und in deren Querschnittsebene verschoben ist (in 2 nach rechts, vgl. Pfeil 11 der 2). Um die Breite und den Verlauf des Spaltes 8 individuell in Abhängigkeit von den Fasern und dem Imprägniermedium anpassen zu können, kann es in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn das Widerlager 7 relativ zu der Imprägnierrolle 2 in Richtung des Pfeils 11 verstellbar ist, wobei in den 3 bis 6 exemplarisch verschiedene Relativpositionen gezeigt sind. Darüber hinaus kann zu demselben Zweck selbstverständlich auch die Relativposition des Widerlagers 7 in Bezug auf die Imprägnierrolle 2 in Radialrichtung derselben verstellbar sein (Pfeil 12 der 2). Um für einen wirksamen Aufbau des Imprägnierdruckes zu sorgen, kann die Innenkontur 8 ferner an ihren axialen Enden mittels je einer Wandung 13 verschlossen sein, so daß die beiden Stirnseiten der Imprägnierrolle 2, soweit sie in die Innenkontur 8 eingreifen, zwischen den entgegengesetzten Wandungen 13 des Widerlagers 7 aufgenommen sind.
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Wie des weiteren insbesondere den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die Imprägniervorrichtung zusätzlich zu den beiden Imprägnierrollen 2 eine Mehrzahl an Umlenkpins 15a, 15b, 15c, 15d, 15e auf, über welche der Faserstrang F geführt ist und welche ihrerseits entweder – passiv oder gesteuert angetrieben – drehbar oder auch drehfest sein können. Die Umlenkpins 15a–15e dienen einerseits als Führungseinrichtungen für den Faserstrang 1, andererseits vermögen sie zusätzlich zu einer homogenen Imprägnierung bis ins Innere des Faserstranges 1 hinein beizutragen. Wie aus 2 ersichtlich, können insbesondere zumindest die einer Imprägnierrolle 2 unmittelbar vor- und/oder nachgeordneten Umlenkpins 15b, 15c in der Querschnittsebene der Imprägnierrolle 2 (also in Zeichnungsebene der 2) verstellbar sein (Pfeile 16), wie beispielsweise im wesentlichen in Vertikalrichtung der 2. Auf diese Weise ist es möglich, eine weitere Anpassung der Imprägniergüte an die jeweilige Kombination von Fasern und Imprägniermedium sowie an die Förder- bzw. Abzugsgeschwindigkeit F der Fasern vorzunehmen, wobei insbesondere auch die mit den Fasern in Kontakt tretende Länge des Umfangsabschnittes der Imprägnierrolle 2 (bzw. der Umfangswinkel, über welchen der Faserstrang 1 hinweggleitet) individuell verändert werden kann.
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Wie aus 1 hervorgeht, sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sämtliche Imprägnierrollen 2 und Umlenkpins 15a–15d in einem allseitig geschlossenen Gehäuse 17 untergebracht, welches einen Einlaß 18 und vorzugsweise auch einen an einer entgegengesetzten Seite desselben angeordneten Auslaß 19 aufweist, um das Gehäuse mit einem Inertgas zu spülen, so daß die Möglichkeit besteht, den Faserstrang 1 im Falle von gegenüber oxidativem Angriff empfindlichen Imprägniermedien unter Inertgasatmosphäre zu imprägnieren. Das Gehäuse 17 umfaßt ferner einen Einlaßöffnung 20 für den Faserstrang 1 sowie eine Auslaßöffnung 21, welche hier in Form einer Düse ausgebildet ist, um den fertig imprägnierten Faserstrang 1 zu kalibrieren. Überdies können zumindest einigen der Imprägnierrollen 2 und/oder der Umlenkpins 15a–15e Temperiereinrichtungen und/oder Ultraschallquellen (nicht dargestellt) zugeordnet sein.
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Darüber hinaus kann der Imprägniervorrichtung eine Temperiereinrichtung (nicht gezeigt), wie ein konvektiver oder induktiver Ofen, nachgeordnet sein, um beispielsweise im Falle eines Imprägniermediums in Form von aushärtbaren Harzen eine Duroplastreifung bzw. Vorhärtung oder auch eine gänzliche Polymerisation vorzusehen oder z. B. im Falle eines plastifizierten thermoplastischen Imprägniermediums eine (gänzliche) Erstarrung desselben vor der Weiterverarbeitung des imprägnierten Faserstranges (z. B. Ausrichtung desselben in der gewünschten Geometrie, Überführen des ausgerichteten Faserstranges in ein Formwerkzeug und dortige Formgebung zu dem entsprechenden faserverstärkten Polymer-Formteil) zu verhindern.
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Schließlich kann auch ein als solches bekannter, gesteuert angetriebener Abrollmechanismus (ebenfalls nicht gezeigt) vorgesehen sein, um den Faserstrang 1 mit der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit F von einer Wickelrolle abzurollen und anläßlich seines Imprägnierens über die Imprägnierrollen 2 und Umlenkpins 15a–15e zu leiten. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Fasern je nach Art des Imprägniermediums selbstverständlich auch vortemperiert werden können. Überdies kann je nach Art der Fasern und Anwendungszweck ein Auffächern des Faserstranges 1 zweckmäßig sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1568473 A1 [0005]
- EP 0364829 B1 [0005]
- WO 99/33623 A1 [0005, 0011]
