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Die Erfindung betrifft eine Rundflechtmaschine für das Umflechten eines fortlaufend zugeführten Flechtkerns mit variablem Querschnitt, die einen Flechtring besitzt, der zwischen den Klöppelspulen, von denen die Flechtfäden abgezogen werden und dem Auflaufpunkt der Flechtfäden auf dem Flechtkern angeordnet ist und dessen innere Oberfläche die Flechtfäden umlenkt, um sie in einem geeigneten Winkel dem Flechtkern zuzuführen.
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Rundflechtmaschinen werden häufig Flechtkerne zugeführt, wobei diese entweder einen gleich bleibenden Querschnitt besitzen oder aber, um dem herzustellenden Bauteil seine spätere Form zu verleihen, einen sich über seine Länge teilweise erheblich ändernden Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel mit geeigneten Flechtfäden oder Flechtfasern, beispielsweise Rovings aus Kohlenstoff oder Glasfasern, lassen sich so genannte Preforms herstellen, die der späteren Fertigung von vielfältigen Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen dienen. Hierbei kommt es darauf an, dass die Fäden weitgehend in der Form des Flechtkernes abgelegt werden.
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Beim herkömmlichen Flechtvorgang nehmen Klöppel die Flechtfadenspulen auf, die auf Führungsbahnen relativ zueinander derart bewegt werden, dass die das Geflecht bildenden Fadenüberkreuzungen entstehen. Die Klöppel weisen dabei unterschiedliche Umlaufrichtungen um den Flechtkern auf.
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Beim Rundflechten sind die Führungsbahnen zwei gegenläufige konzentrische Kreisbahnen um einen zu beflechtenden Kern. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Flechtfäden der Klöppel in positiver Drehrichtung mit denen der negativen Drehrichtung fortlaufend überkreuzen, so dass beim Umflechten eines Flechtkerns ein Rundgeflecht entsteht.
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Für den Transport des Flechtkernes sind verschiedene Einrichtungen bekannt geworden. So ist beispielsweise in der
DE 10 2008 052 670 A1 eine Fördereinrichtung beschrieben, die den Flechtkern bis kurz vor den Auflaufpunkt der Flechtfäden führt und dabei auch entsprechende Krümmungen und Querschnittsänderungen des Flechtkerns ausgleicht.
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Üblicherweise ist zwischen der Anordnung von Klöppelspulen, von denen die Flechtfäden abgezogen werden und dem Auflaufpunkt der Flechtfäden auf den Flechtkern ein so genannter Flechtring angeordnet.
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Bei einer in der
DE 35 41 029 A1 beschriebenen Flecht- bzw. Klöppelmaschine werden die von den Klöppeln kommenden Flechtfäden über den Außenumfang des Flechtringes geführt, bevor sie am so genannten Flechtpunkt auf dem Flechtkern zusammentreffen. Auf diese Weise entsteht ein relativ großer radialer Abstand zwischen der Oberfläche des Flechtkernes und dem Flechtring. Dadurch wirken sich Veränderungen in der Querschnittsform des Flechtkernes auf die Gleichmäßigkeit der Ausbildung des Geflechtes relativ stark aus.
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Aus der
DE 101 15 953 A1 ist eine Flechtmaschine bekannt, die zur Umlenkung von scherempfindlichen Flechtfasern einen inneren und einen äußeren Flechtring aufweist, wobei die Flechtringe konzentrisch zueinander und axial beweglich angeordnet sind sowie periodische Hubbewegungen ausführen. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Faden abwechselnd vom äußeren und vom inneren Flechtring vollkommen abgehoben werden und beim Weiterlaufen der Klöppel das Einwirken von Scherbelastungen deutlich verringert wird und andererseits eine Vergleichmäßigung der Einbindung der Flechtfäden auf dem Flechtkern gewährleistet werden soll. Auch durch diese Maßnahmen wird jedoch nicht erreicht, dass ein gleichmäßiges Abbinden der Flechtfäden bei variierendem Kerndurchmesser erreicht wird.
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In der
DE 41 04 043 A1 ist dann noch ein dort als Flechtscholle bezeichneter Flechtring beschrieben, der insbesondere aus Verschleißgründen leicht auswechselbar sein soll. Die beiden halbkreisförmigen Teile, die den Innendurchmesser des Flechtringes ausbilden, können auch eine unterschiedliche Dimension haben, wodurch das Umflechten von Flechtkernen mit verschiedenem, jedoch während des Flechtens gleich bleibendem Flechtkerndurchmesser möglich wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rundflechtmaschine vorzuschlagen, die einen Flechtring besitzt, der ein weitestgehendes Konstanthalten der Flechtverhältnisse auch bei variierendem Durchmesser des Flechtkernes gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die Erfindung ist vorteilhaft durch die Ansprüche 2 bis 9 weitergebildet.
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Durch den verstellbaren Innendurchmesser des Flechtringes ist es möglich, den freien Abstand zwischen der inneren Oberfläche des Flechtringes und dem Auflaufpunkt der Flechtfäden auf dem Kern annähernd konstant zu halten. Vor allem aber kann dieser Abstand sehr gering gehalten werden.
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Während bei den bekannten, einen konstanten Innendurchmesser aufweisenden Flechtringen dieser Innendurchmesser auf den maximalen Querschnitt des Flechtkernes abgestimmt sein muss, kann in Realisierung der Erfindung der Innendurchmesser des Flechtringes auch auf den minimalen Querschnitt des Flechtkernes lokal abgestimmt werden. Dadurch ergibt sich nicht nur eine gleichmäßige Flechtstruktur und damit Kraftverteilung in einem aus diesem Preform später hergestellten faserverstärktem Kunststoffteil, sondern auch eine optimale Anpassung der Fadenablage an die Form des Flechtkernes.
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Vorteilhaft wird der Querschnitt des Flechtkernes, der unmittelbar vor dem Auflaufpunkt der Flechtfäden liegt, sensorisch erfasst und die erzeugten Messwerte einer Steuereinheit zugeführt, die dann die Verstelleinrichtung für den Flechtring an den Querschnitt des Flechtkerns am Auflaufpunkt der Flechtfäden anpasst. Hierbei ist selbstverständlich zu berücksichtigen, welchen Abstand die Sensoreinrichtung vom Auflaufpunkt und der Auflaufpunkt vom Flechtring haben. Der Abstand zwischen Auflaufpunkt und verstellbarem Flechtring wird jedoch vorteilhaft so gering wie möglich gewählt. Dadurch unterscheiden sich die Querschnitte am Flechtring und am Auflaufpunkt nicht oder nur geringfügig voneinander. Insbesondere bei einem Durchmesseranstieg des zugeführten Flechtkernes ist darauf zu achten, dass der Flechtring gegebenenfalls abweichend vom lokalen Durchmesser des Flechtkerns am Auflaufpunkt so verstellt wird, dass es nicht zu einem Kontakt zwischen Flechtring und Flechtkern kommt.
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Werden immer gleiche Flechtkerne oder rapportartige Profilverläufe der Flechtmaschine zugeführt, können diese Profile zuvor auch gespeichert und dann immer mit dem Bewegungsfortschritt des Flechtkernes abgeglichen werden. Auch auf diese Weise lässt sich die lokal erforderliche Weite des Innendurchmessers des Flechtringes exakt einstellen.
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Wie in Anspruch 4 beschrieben kann die Verstelleinrichtung radial verstellbare Verstellsegmente besitzen. Die Verstellsegmente sollten so geformt sein, dass eine immer runde, angenäherte Ringform ohne den kreisenden Fadenumlauf hemmende Ungleichmäßigkeit entsteht.
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Wie in Anspruch 5 beschrieben, ist dafür Sorge zu tragen, dass die mit den Flechtfäden in Berührung kommenden Teile eine verschleißgeschützte Oberfläche aufweisen.
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Um den Umlenkwinkel und damit die nach außen gerichtete Zufgkraftresultierende beim Flechtring, insbesondere bei einer Radialflechtmaschine, zu reduzieren, kann dem verstellbaren Flechtring ein zweiter Flechtring vorgelagert werden, dessen fester Innendurchmesser so bemessen sein muss, dass der Flechtkern auch mit seinem größten Querschnitt diesen vorgelagerten zweiten Flechtring passieren kann (Anspruch 6).
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Da in Faser-Preforms üblicherweise auch unidirektionale Fadenscharen für die Kraftaufnahme von ausschlaggebender Bedeutung sind, ist gemäß vorliegender Erfindung auch vorgesehen, zusätzlich zu den Flechtfäden Steh- und/oder Umwindefäden zuzuführen. Diese werden dann von den Flechtfäden auf dem Flechtkern abgebunden (Anspruch 7).
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Aufgrund des sich ändernden Flechtkerndurchmessers ändert sich auch der lokal vorhandene Fadenbedarf sowohl für die Steh- oder Umwindefäden als auch für die Flechtfäden. Hier können zum Beispiel aus der
DE 101 15 952 A1 bekannte Fadenspannungssteuereinrichtungen Verwendung finden (Anspruch 8).
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Wie in Anspruch 9 beschrieben, ist die erfindungsgemäße Rundflechtmaschine insbesondere für die Verarbeitung von Kohle- und/oder Glasfaser-Rovings zur Herstellung von vorgeformten Faserhalbzeugen ausgebildet.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in:
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1 eine Vorderansicht einer Radialflechtmaschine, der ein Flechtkern zugeführt wird,
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2 die Darstellung des Flechtfortschrittes auf einem Flechtkern,
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3 eine Fördereinrichtung für einen Flechtkern mit veränderlichem Querschnitt,
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4 eine schematische Darstellung der nacheinander auf einen Flechtkern einwirkenden Einrichtungen,
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5 einen erfindungsgemäßen variablen Flechtring in Vorderansicht,
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6 den Flechtring mit deutlich verringertem und auf den Kernquerschnitt angepassten Innenquerschnitt sowie einer Hubvorrichtung zur Verstellung der räumlichen Lage des Flechtringes und
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7 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Flechtringes.
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In 1 ist eine Radialflechtmaschine dargestellt, die einen Tragring 1 besitzt, in dem Klöppel 2 mit aufgesetzten Flechtfadenspulen auf konzentrischen Führungsbahnen relativ zueinander bewegt werden. Die in entgegengesetzten Richtungen kreisenden Klöppel 2 wechseln ständig von innen nach außen und erzeugen somit die Fadenüberkreuzungen, die letztlich zur Ausbildung des Geflechts führen. Die sich überkreuzenden, wandernden Fäden 3 laufen durch einen festen, das heißt, in seinem Durchmesser unveränderlichen Flechtring 4 und werden etwas in die Transportrichtung des Flechtkerns und damit der Geflechtbildungsrichtung umgelenkt. Diese Flechtfäden 3 gelangen danach in den erfindungsgemäßen, verstellbaren Flechtring 6, der seinen Innendurchmesser auf das jeweils aktuelle Profil des Flechtkernes 5 am Auflaufpunkt 9' abstimmt. Der verstellbare Flechtring 6 besitzt vier Ringsegmente 7, die unabhängig vom Innendurchmesser ein solches Innenprofil ergeben, dass die umlaufenden Fäden 3 während ihres Umlaufes nicht hängen bleiben. Der in 1 ebenfalls dargestellte Flechtkern 5 verringert in der dargestellten Situation seinen Querschnitt. Dies führt dann in einem nächsten Schritt dazu, dass sich die Ringsegmente 7 aus einer in 5 dargestellten Position in eine in 6 dargestellte Position bewegen.
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Aus 2 wird besonders deutlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Einsatz beim Flechten von im Querschnitt deutlich variierenden Flechtkernen 5 geeignet ist. Während der feste Flechtring 4 einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der größte Querschnitt des Flechtkernes 5, kommt der variable Flechtring 6 sehr nahe an die Oberfläche des Flechtkernes, wodurch sich ein geringer Abstand dieser durch den Flechtring 6 gegebenen Führung zum Einbindepunkt der Flechtfäden in das Geflecht 9 führt, der im Bereich des Auflaufpunktes 9' liegt.
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Wie ebenfalls der 2 entnommen werden kann, können zusätzlich Stehfäden 10 durch Fadenführungen 11 zugeführt werden. Bezüglich deren Herkunft ist beispielhaft in 4 eine Rovingspule 22 dargestellt. Derartige Rovingspulen können vor der Radialflechtmaschine in einem Gatter angeordnet werden, welches hier nicht dargestellt ist. Anstelle eines feststehenden Gatters kann jedoch auch ein umlaufendes Gatter vorgesehen werden, wodurch alternativ oder zusätzlich zu den Stehfäden 10 noch aus Übersichtsgründen nicht dargestellte Umwindefäden zugeführt werden. Stehfäden und/oder Umwindefäden werden dann vom Geflecht 9 umgeben und damit auf dem Flechtkern 5 fixiert.
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In 3 ist eine Fördereinrichtung 12 dargestellt, die insbesondere für die Förderung eines sich im Querschnitt ständig ändernden Flechtkernes 5 geeignet ist. Jeweils zwei Walzenpaare 13, 14 sind zueinander um 90° versetzt angeordnet. Dadurch wird der Flechtkern 5 sicher im Raum fixiert und im Wesentlichen ohne Änderung seiner Achsposition transportiert. Dafür sind die Führungsrollen 13 und 14 jeweils mit Pneumatikzylindern 15 und 16 verbunden, die die jeweils gegenüberliegenden Führungsrollen gleichmäßig radial belasten. Alle Pneumatikzylinder 15 und 16 sind über Steuerleitungen 15' und 16' mit einer zentralen Steuereinheit 17 gekoppelt. Ebenso werden über diese zentrale Steuereinheit 17 die hier nicht dargestellten Drehantriebe für die Führungsrollen angesteuert. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Fördergeschwindigkeit der Führungsrollen so aufeinander abgestimmt ist, dass kein Oberflächenschlupf entsteht. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Fördereinrichtung stromab zum Flechtprozess angeordnet ist und demzufolge das zu diesem Zeitpunkt noch empfindliche Geflecht kontaktiert. Diese Steuerung schließt auch differierende Fördergeschwindigkeiten mit ein, die aus einer unterschiedlichen Profilhöhe bei Querschnittsänderung resultieren.
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Wie aus 4 hervorgeht, kann die Fördereinrichtung 12 beziehungsweise 12' sowohl vor als auch hinter der Fadenzuführung zum Geflecht 9 beziehungsweise der Geflechtbildung angeordnet sein.
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In 4 ist noch zusätzlich zu erkennen, dass Tänzerrollen 18 für die Flechtfäden 3 beziehungsweise 20 für die Stehfäden 10 vorgesehen sind, die mit Belastungseinrichtungen, hier in Form von Druckfedern 19, verbunden sind. Hierdurch soll angedeutet werden, dass die Fadenlieferung dem sich ändernden Fadenbedarf angepasst werden kann, ohne dass dies zu spürbaren Spannungsschwankungen führt, die die Qualität des Flechterzeugnisses beeinträchtigen würden. Die Position der Tänzerrollen 18 und 20 ist hier beispielhaft dargestellt. Insbesondere könnte die Tänzerrolle 18 sowie die Flechtfäden auch vor dem feststehenden Flechtring 4 angeordnet werden. Bei den Stehfäden sind zusätzliche Fadenführungen 11 und 11' angeordnet, die mit der Tänzerrolle 20 zusammenwirken.
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Die 5 und 6 zeigen eine praktische Ausführungsform eines erfindungsgemäß verstellbaren Flechtringes 6. Die Ringsegmente 7 sind dabei so geformt, dass bei deren radialer Verstellung im Wesentlichen keine Änderung der Form des Innenquerschnittes des Flechtringes 6, sondern nur eine Änderung seiner Größe entsteht. Insbesondere auch die Ausbildung der Enden, die nach außen gerichtet sind, sorgt dafür, dass unabhängig vom Querschnitt eine weitestgehend glatte Innenfläche erhalten bleibt.
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An einem Trägerring 23 sind radial angeordnete Streben 24 fest angeordnet. Entlang dieser Streben 24 können die Segmentträger 8 für die Segmente 7 radial verschoben werden. Als Antriebe können hier nicht dargestellte elektrische Linearantriebe oder doppelt wirkende Pneumatikzylinder zum Einsatz kommen. Diese werden von der zentralen Steuereinheit 17 so angesteuert, dass sich für den verstellbaren Flechtring 6 immer ein lokal an den Flechtkern angepasster Durchmesser ergibt. Die Erfassung des Durchmessers kann über ein nicht dargestelltes Lichtschrankensystem oder auch beispielsweise die Erfassung der Stellung der dem Transport dienenden Führungsrollen 13, 14 dienen. Dabei ist selbstverständlich zu beachten, in welchem Abstand die Führungsrollen 13, 14 zum verstellbaren Flechtring 6 angeordnet sind, um die lokal erforderliche Größe des Innendurchmessers des verstellbaren Flechtringes 6 zu ermitteln. Hierfür können Führungsrollenpaare der stromauf oder auch stromab angeordneten Fördereinrichtung 12 beziehungsweise 12' Verwendung finden. Allerdings ist zu beachten, dass die stromab angeordneten Führungsrollenpaare 13, 14 nur dann zur Querschnittserfassung geeignet sind, wenn eine entsprechende Toleranz des Innenquerschnitts gegenüber dem Erfassungspunkt durch eines der Führungsrollenpaare, vorzugsweise des dem Flechtring 6 am nächsten liegende Führungsrollenpaar, vorhanden ist, da bei einer Durchmesserzunahme in Förderrichtung sonst der Flechtkern 5 den Innenquerschnitt des Flechtrings 6 berühren könnte.
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Allerdings ist es auch denkbar, das Profil der geförderten Flechtkerne einmalig zu erfassen und dann nur noch über deren Vorschub den jeweiligen Profildurchmesser zu bestimmen. Dazu ist das gespeicherte Profil der zentralen Steuereinheit 17 zugänglich zu machen beziehungsweise ist der Speicher Bestandteil der Zentralsteuereinheit 17. Außerdem ist zu gewährleisten, dass der Vorschub des Flechtkerns exakt erfasst wird.
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In der 6 ist noch eine besondere Situation dargestellt, indem am Ständer 25 des Trägerringes 23 für den verstellbaren Flechtring 6 eine lineare Verstelleinrichtung, insbesondere ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder 26 vorgesehen ist. Hierdurch kann der gesamte verstellbare Flechtring zusätzlich räumlich verstellt werden, wenn der Flechtkern asymmetrische Querschnittsänderungen besitzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tragring
- 2
- Klöppel
- 3
- Flechtfaden
- 4
- fester Flechtring
- 5
- Flechtkern
- 6
- verstellbarer Flechtring
- 7
- Ringsegment
- 8
- Segmentträger
- 9
- Geflecht, 9' Auflaufpunkt
- 10
- Stehfaden
- 11
- Fadenführung
- 12
- Fördereinrichtung
- 13
- Führungsrolle
- 14
- Führungsrolle
- 15
- Pneumatikzylinder
- 16
- Pneumatikzylinder
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Tänzerrolle
- 19
- Druckfeder
- 20
- Tänzerrolle
- 21
- Druckfeder
- 22
- Spule
- 23
- Trägerring
- 24
- Strebe
- 25
- Ständer
- 26
- Hubvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008052670 A1 [0005]
- DE 3541029 A1 [0007]
- DE 10115953 A1 [0008]
- DE 4104043 A1 [0009]
- DE 10115952 A1 [0021]
