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Die Erfindung betrifft einen Strang aus einer Mehrzahl an Teilsträngen, sowie ein Herstellungsverfahren für einen solchen Strang und eine Verwendung in einem SMC-Verfahren.
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In herkömmlichen SMC-Verfahren (Sheet Moulding Compound-Verfahren) werden plattenförmige Verbundstoffe aus Harz und Glasfasern als Verstärkungsfasern hergestellt, welche in vielen industriellen Bereichen Verwendung finden. Bei der Herstellung dieser Verbundstoffe wird das teigartige Harz zunächst auf ein Verarbeitungsband aufgetragen und entsprechend der Anforderungen hinsichtlich der Schichtdicke eingestellt. Anschließend werden Glasfasern vereinzelt oder auch in Teilsträngen von oben auf die Harzmasse aufgebracht und in einem weiteren Verarbeitungsschritt in das Harz eingebettet. Das Harz kann anschließend angehärtet oder teilweise ausgehärtet werden, wobei der Verbundstoff auf Rollen aufgewickelt und weiteren Verarbeitungsschritten zur Verfügung gestellt wird. Alternativ kann auch das Harz vollständig ausgehärtet werden, um ein gewünschtes Endprodukt herzustellen.
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Beim Aufbringen von faserartigen Teilsträngen auf das Harz werden die Teilstränge typischerweise von einer Rolle abgenommen und je nach Bedarf auf eine gewünschte Länge geschnitten und von oben auf die Harzmassen aufgebracht. Aufgrund der mitunter großen Mengen an Teilsträngen, die zur Verfügung gestellt werden müssen, bedarf es der gleichzeitigen Strangentnahme von mehreren Rollen. Die entnommenen Stränge müssen hierbei individuell abgelängt (abgeschnitten) und geeignet miteinander auf die Harzmasse aufgebracht werden. Die Entnahme sowie das Schneiden erfordert hierbei einen relativ großen technischen Aufwand, welcher vielfach das SMC-Verfahren kostspielig gestaltet.
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In alternativen Herstellungsverfahren werden aus diesem Grund die Teilstränge bereits vor Ausführen des SMC-Verfahrens geschnitten und der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die bereits abgelängten Teilstränge nur in sehr stark raumbeanspruchender Weise bevorratet werden können. Eine platzsparende Lagerung auf Rollen ist aus offensichtlichen Gründen unmöglich. Zudem stellt sich das Problem der Vereinzelung einzelner Teilstränge, die erst aus einem Vorratsbehälter entnommen werden müssen und in einem nur schlecht zu kontrollierenden Verfahren auf die Harzmassen aufgebracht werden müssen. Dies erfordert wiederum einen erheblichen technischen Aufwand, welcher das Verfahren relativ kostenintensiv gestaltet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich einen Strang aus synthetischen Fasern vorzuschlagen, welcher derart verarbeitet werden kann, dass die oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden. Weiter ist ein Herstellungsverfahren für einen solchen Strang anzugeben sowie eine Verwendung eines solchen Strangs in einem SMC-Verfahren. insbesondere ist ein Strang vorzuschlagen, welcher mittels der bisher üblichen Technologien verarbeitet werden kann, wobei jedoch ein geringerer Maschineneinsatz erforderlich sein soll.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Strang gemäß Anspruch 1, sowie ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 17 und eine Verwendung des Stranges nach Anspruch 24.
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Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch einen Strang aus einer Mehrzahl an Teilsträngen, wobei die Teilstränge eine Vielzahl an synthetischen Fasern umfassen, die durch ein erstes Verbundmittel zu jeweils einem Teilstrang verbunden sind, und wobei die Mehrzahl an Teilsträngen mittels eines zweiten Verbundmittels, welches zur späteren wenigstens bereichsweisen Entfernung vorgesehenen ist, derart zu dem Strang zusammen gefasst sind, dass bei Einwirkung auf das zweite Verbundmittel dieses wenigstens bereichsweise entfernt bzw. zerstört und der Strang in die Teilstränge vereinzelt werden kann.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Strangs aus einer Mehrzahl an Teilsträngen gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen einer Mehrzahl an Teilsträngen aus einer Vielzahl an synthetischen Fasern;
- – Verbinden der Vielzahl an synthetischen Fasern durch ein erstes Verbundmittel zu einer Mehrzahl an Teilsträngen;
- – Zusammenfassen der Mehrzahl an Teilsträngen durch ein zweites Verbundmittel zu einem Strang, so dass das zweite Verbundmittel später wieder wenigstens bereichsweise entfernt bzw. zerstört und der Strang in die Teilstränge vereinzelt werden kann;
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Fernerhin wird die Aufgabe durch einen vorab und nachfolgend beschriebenen Strang gelöst, welcher in einem SMC-Verfahren verwendet wird.
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Synthetische Fasern sind hier und im Folgenden alle Faserarten, die nicht durch einen natürlichen Herstellungsprozess gewonnen werden können. Insbesondere sind dies Fasern aus Carbon, Graphit, Glas, Aramid, Polyamid, Polyethylen, sowie aus allen weiteren Kunststoffen.
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Eine Einwirkung auf das zweite Verbundmittel zur Vereinzelung des Strangs in die Teilstränge kann von thermischer und/oder mechanischer und/oder chemischer und/oder lösungsmitteltechnischer Art sein. Andere geeignete Arten der Einwirkung sind ebenfalls möglich. Sie erfordern jedoch eine chemische und/oder physikalische Wechselwirkung.
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Die erfindungsgemäße Idee ist darin zu sehen, dass ein Strang eine Mehrzahl an Teilsträngen umfasst, welche durch geeignete Einwirkung auf den Strang in vereinzelter Form zurück gewonnen werden können. Die synthetischen Fasern der Teilstränge sind hierbei durch ein erstes Verbundmittel derart verbunden, dass die Teilstränge eine ausreichende mechanische bzw. physikalische Stabilität aufweisen, um ein Vereinzeln der Fasern im Wesentlichen zu vermeiden. Weiterhin ist die Stabilität ausreichend, um auch nach Zusammenfassen der Teilstränge in einen gemeinsamen Strang noch als Teilstränge vorzuliegen und auch wieder als solche zurück gewonnen werden zu können. Das Zusammenfassen der einzelnen Teilstränge erfolgt hierbei mittels eines zweiten Verbundmittels.
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Wird nun auf das zweite Verbundmittel direkt oder auch nur indirekt derart eingewirkt, dass dieses wenigstens bereichsweise entfernt bzw. zerstört wird, entfällt die Verbindung der Teilstränge und die Teilstränge können vereinzelt zurück gewonnen werden. Die Vereinzelung kann hierbei auch automatisch dann eintreten, wenn das zweite Verbundmittel wenigstens bereichsweise entfernt bzw. zerstört wurde, d. h. die Teilstränge fallen von selbst auseinander, wenn sie geeignet zur Erdkraft orientiert sind.
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Damit ist es möglich, einen Strang aus synthetischen Fasern in einem SMC-Verfahren derart weiter zu verarbeiten, dass mit der Verarbeitung eines Stranges gleichzeitig mehrere Teilstränge gewonnen werden können. Vor allem der Schneid- bzw. Ablängprozess gestaltet sich damit erheblich leichter als bei herkömmlichen Verfahren, bei welchen jeder Teilstrang mittel einer eigenen Schneidvorrichtung abgelängt werden muss. Weiterhin kann der Strang ohne Probleme auf einer Spule bzw. Rolle aufbewahrt werden, und erfordert im Vergleich zu einer Vielzahl an Einzelspulen für die Teilstränge keinen größeren Lagerplatz. Als weiterer Vorteil eines solchen Stranges ist auch anzuführen, dass zur Entnahme von der Spule bei gleicher Anzahl an Teilsträngen eine deutlich verminderte Anzahl an Spulen notwendig ist, von denen die Teilstränge entnommen werden können. Auch dies gewährt eine deutliche Verminderung der vorzuhaltenden Maschinen und Vorrichtungen und erhöht damit die Effizienz des SMC-Verfahrens.
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Entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Stranges ist vorgesehen, dass die Vielzahl an synthetischen Fasern der Teilstränge durch ein konsolidiertes Bindemittel als erstes Verbundmittel verbunden sind. Eine Konsolidierung erfordert eine wenigstens bereichsweise An- bzw. Aushärtung. Eine vollständige Aushärtung, wenn diese noch nicht erfolgt ist, kann etwa in einem weiteren Verarbeitungsschritt des SMC-Verfahrens erfolgen. Damit wird einerseits gewährleistet, dass die Teilstränge mit ausreichender Stabilität gegen äußere Einwirkungen erzeugt werden können und andererseits dass die Teilstränge in geeigneter Weise für das SMC-Verfahren zur Verfügung stehen.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des Stranges ist die Vielzahl an synthetischen Fasern der Teilstränge durch ein pulverförmiges Bindemittel bzw. durch ein flüssiges Harz als erstes Verbundmittel verbunden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Bindemittel bzw. Harz mit dem Harz des SMC-Verfahrens kompatibel sein sollte, d. h. eine chemische Bindung mit dem Harz des SMC-Verfahrens erlaubt. Die ausführungsgemäßen ersten Verbundmittel sind typischerweise leicht zu verarbeiten und kostengünstig in der Anschaffung. Besonders bevorzugt sind hierbei thermoplastische Binder und Harze, die nach geeigneter Temperatureinstellung leicht verarbeitet werden können.
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In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vielzahl an synthetischen Fasern der Teilstränge durch Umwindung mit wenigstens einem Faden oder wenigstens einem Band als erstes Verbundmittel verbunden sind. Diese Bänder bzw. Fäden können derart ausgeformt sein, dass sie bei Einwirkung auf sie wenigstens bereichsweise entfernt oder zerstört werden können, so dass der gesamte Strang, bzw. ein Strangabschnitt, wenn ein solcher durch einen Schneidprozess bereits erhalten ist, in die Teilstränge zerfallen kann. Die Fäden bzw. Bänder sind hierbei derart angebracht, dass sie besonders leicht durch Einwirkung zerstört bzw. entfernt werden können. Dies ist etwa möglich bei mechanischer Einwirkung, beispielsweise durch eine Schneidvorrichtung oder durch eine Quetschvorrichtung, in deren Folge das Band oder der Faden mechanisch zerstört wird. Ebenso denkbar ist eine thermische Einwirkung, etwa auf einen sog. Schmelzfaden, nach der der Faden bzw. das Band ebenfalls thermisch zerstört wird und die Teilstränge zur Vereinzelung frei gibt. Weiter sind auch noch chemische oder lösungsmitteltechnische Einwirkungen möglich, in deren Folge der Faden oder das Band soweit angegriffen wird, dass wenigstens eine lokale Zerstörung einsetzt und die Teilstränge frei gegeben werden. Wichtig ist in allen Fällen einer Einwirkung jedoch, dass diese nicht das erste Verbundmittel zum Zusammenhalt der Fasern so angreift, dass die Fasern einzeln aus dem Verbund der Teilstränge herausgelöst werden. Dies mag zwar im Einzelfall möglich sein, muss jedoch im Normalfall vermieden werden, da andernfalls die Qualität der Teilstränge für das SMC-Verfahren nicht gewährleistet werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Verbundmittel einen Faden und/oder ein Band aufweist, welches vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einer Kunststoffmischung ausgebildet ist, und welche bei thermischer, mechanischer und/oder chemischer Einwirkung und/oder Einwirkung mittels einem Lösungsmittels wenigstens bereichsweise entfernt oder zerstört werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das erste Verbundmittel und zweite Verbundmittel identisch sind. So können beide etwa ein thermoplastisches Material oder ein Harz sein, welches zunächst zum Bebindern der Fasern der Teilstränge dient. Nach thermischer oder mechanischer Einwirkung auf den Strang kann anschließend das zweite Verbundmittel aufgeschmolzen bzw. aufgebrochen werden, so dass eine Freigabe der Teilstränge erfolgen kann. Gleichzeitig mag auch ein teilweises Aufschmelzen des Binders als erstes Verbundmittel erfolgen, jedoch gefährdet dieses Aufschmelzen nicht den Zusammenhalt der Fasern in den Teilsträngen.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens einer der Teilstränge (2) wenigstens teilweise korrugiert sein. Eine Korrugation kann als oberflächliche Vertiefung bzw. bereichsweise Komprimierung ausgebildet sein, die regelmäßig oder unregelmäßig den Querschnitt der Teilstränge variiert. Damit kann auch die Faserdichte über den Querschnitt je nach Verdichtungsgrad über die Längserstreckung der Fasern variieren. Aufgrund der Komprimierung wir einerseits der Zusammenhalt der Teilstränge verbessert und zudem auch die Vereinzelung der Teilstränge gefördert, wenn das zweite Verbundmittel zerstört bzw. bereichsweise aufgelöst wird. Aufgrund der geringeren Haftung der einzelnen Teilstränge in dem Strang sind insgesamt weniger Haftflächen zwischen den einzelnen Teilsträngen ausgebildet, so dass einer Vereinzelung der Teilstränge weniger Haftung entgegen gesetzt wird. Zudem bleiben die einzelnen Fasern der Teilstränge aufgrund der Komprimierung verbessert in den Teilsträngen lokalisiert und lösen sich nicht aus dem Verbund.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die Vielzahl an synthetischen Fasern wenigstens einer der Teilstränge gewunden ist.
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Eine Windung der Teilstränge erhöht wie eine Korrugation den Zusammenhalt der Fasern in einem Teilstrang und fördert die Vereinzelung bei Entfernung bzw. Zerstörung des zweiten Verbundmittels.
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Gemäß einer Weiterführung kann auch vorgesehen sein, dass die Windung der Vielzahl an synthetischen Fasern entlang der Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Teilstranges variiert, insbesondere in regelmäßigen Abständen variiert, bevorzugt in regelmäßigen Abständen eine Änderung der Windungsrichtung aufweist Damit kann einerseits einer intrinsischen Krümmung der Teilstränge vorgebeugt werden bzw. diese gezielt gesteuert werden, wodurch die Qualität des herzustellenden SMC-Verbundstoffes verbessert werden kann. Weiter kann auch die Vereinzelung der Teilstränge aus dem Strang durch eine sich variierende Windung der Teilstränge günstig beeinflusst werden.
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Die Teilstränge weisen entsprechend einer Ausführungsform einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt quer zur Fasererstreckungsrichtung auf. Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann der Querschnitt auch elliptisch oder auch bandförmig sein. In letzterem Fall ist der Strang besonders geeignet als Stapel einzelner Teilbänder ausgeführt Vorzugsweise kann der Querschnitt auch variieren, etwa dann wenn die Teilstränge Korrugationen aufweisen.
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Nach einer Ausführungsform kann die die Vielzahl an synthetischen Fasern Carbonfasern umfassen, insbesondere nur Carbonfasern umfassen. Diese sind einerseits besonders fest und damit vorteilhaft in einem SMC-Produkt, andererseits können Carbonfasern auch gut mit einem ersten Verbundmittel versehen werden, insbesondere einem Harz, um mechanisch stabile Teilstränge auszubilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verbindung zwischen den synthetischen Fasern, welche durch das erste Verbundmittel vermittelt wird, gegenüber mechanischen Einwirkungen stärker ist als die Verbindung zwischen den Teilsträngen, welche durch das zweite Verbundmittel vermittelt wird. Damit kann gewährleistet werden, dass nach Entfernung bzw. Zerstörung des zweiten Verbundmittels die Teilstränge selbst nicht in ihre Fasern vereinzelt werden, sondern in einem stabilen Bündel vorliegen, welches vorteilhaft in einem SMC-Prozess verarbeitet werden kann.
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In einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Teilsträngen im Wesentlichen parallel zueinander in dem Strang angeordnet ist. Dies kann die Vereinzelung der Teilstränge erleichtern. Dennoch können die Teilstränge selbst gewundene Fasern aufweisen.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann der Strang auf eine Spule aufgewickelt sein, von welcher er durch Abspulen entnommen werden kann. Diese Aufbewahrung ist besonders platzgünstig und erlaubt auch SMC-Fertigungsvorrichtungen zu verwenden, die bereits in Stand der Technik Einsatz finden.
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Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens eines Stranges kann vorgesehen sein, dass der Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl an Teilsträngen einen Schritt des Trennens eines Einzelstrangs, insbesondere eines Heavy Tow Rovings, in die Mehrzahl an Teilsträngen umfasst. Damit kann ein vereinzelbarer Strang besonders kostengünstig hergestellt werden. Ferner gewährleistet die Verwendung eines Einzelstrangs auch eine gleichmäßige Güte aller Fasern in den Teilsträngen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Schritt des Trennens eines Einzelstrangs in die Mehrzahl an Teilsträngen einen Schritt des Spreizens des Einzelstranges umfasst. Das Spreizen ermöglicht eine gezielte optische und mechanische Unterteilung des gespreizten Strangs in Teilstränge bzw. Teilbänder. Zudem kann der Faserverlauf gut kontrolliert werden, wobei Faserbeschädigungen im Laufe des Herstellungsverfahrens weitgehend verhindert werden können. Das Spreizen ist zudem vorteilhaft, um möglichst effizient das erste Verbundmittel auf die Fasern aufzutragen, da bei reduzierten Faserlagen über eine größere Fläche erleichtert eine Imprägnierung erfolgen kann.
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Weiter kann der Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl an Teilsträngen aus einer Vielzahl an synthetischen Fasern einen Formgebungsschritt umfassen, in welchem der Querschnitt der Teilstränge quer zur Längserstreckungsrichtung konditioniert wird. Damit kann etwa ein bandförmiger gespreizter Teilstrang wieder zu einem Teilstrang zusammen gefasst werden, welcher einen runden oder elliptischen Querschnitt aufweist, bzw. korrugiert werden. Folglich kann also nach einer erfolgten Imprägnierung eines Teilstranges dieser wieder in eine für die Weiterverarbeitung bzw. für die Verbindung mittels des zweiten Verbundmittels geeignete Form gebracht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Verbindens der Vielzahl an synthetischen Fasern durch ein erstes Verbundmittel einen Schritt des Bebinderns umfassen. Zusätzlich kann der Schritt des Verbindens der Vielzahl an synthetischen Fasern einen Schritt des Kompaktierens umfassen. Ferner ist es auch möglich, dass der Schritt des Verbindens der Vielzahl an synthetischen Fasern einen Schritt des Verwindens, des Kompaktierens bzw. des gleichzeitigen Verwindens und Kompaktierens umfasst. Diese Verarbeitungsschritte erlauben allesamt eine geeignete Konditionierung der Teilstränge, die eine verbesserte Vereinzelung der Teilstränge sowie einen stabileren Faserverbund in der Teilsträngen bereitzustellen erlaubt.
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen anhand einiger Figuren erläutert. Hierbei werden die dargestellten Einzelmerkmale allein sowie auch in Verbindung miteinander beansprucht. Gleiche Bezugszeichen betreffen allesamt Merkmale mit gleichen oder ähnlichen Wirkungen.
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Im Folgenden zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strangs mit vier Teilsträngen;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strangs mit vier Teilsträngen;
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3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strangs mit vier Teilsträngen;
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4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strangs mit vier Teilsträngen;
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5 eine schematische Darstellung einer Fertigungslinie zur Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
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1 zeigt einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strangs 1 mit vier Teilsträngen 2, welche mittels eines Fadens 7 als zweites Verbundmittel 7 zusammen gefasst und damit verbunden sind. Die Teilstränge 2 selbst sind aus einer Vielzahl aus Fasern 5 aufgebaut, welche mittels eines ersten Verbundmittels 6 miteinander verbunden sind. Das erste Verbundmittel 6 ist vorliegend bevorzugt ein Harz oder ein thermoplastischer Binder, welcher die Fasern 5, bevorzugt Carbonfasern 5, fixiert und verbindet. Das Harz ist bevorzugt ein duroplastisches Harz kann aber auch durch ein thermoplastisches Material ersetzt sein. Der Zusammenhalt der Fasern 5 in den Teilsträngen 2 ist ausreichend gut, um die Fasern 5 gegen ein mechanisches Lösen aus dem Verbund zu sichern.
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Das zweite Verbundmittel 7 ist bevorzugt als Faden 7 ausgeformt, welcher leicht und gezielt durch ein mechanisches Einwirken getrennt werden kann. Bei Trennung vereinzeln sich die einzelnen Teilstränge 2 und zerfallen in eine lose Ansammlung dieser Teilstränge 2. Wird also bei Zuführen des Strangs 1 in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines SMC-Produkts kurz vor Aufbringen der Fasern auf die Harzmassen das zweite Verbundmittel 7 gelöst, fallen die Teilstränge 6 auf die Harzmasse des SMC-Produkts und können in dieser in geordneter oder auch ungeordneter Weise eingebettet werden. Die Vereinzelung erfolgt bevorzugt vor dem Aufbringen aber nach der Abnahme von einer Rolle (nicht gezeigt), auf welcher der Strang 1 aufgewickelt sein kann.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strangs 1, welcher sich von dem in 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Teilstränge 2 nicht durch einen Faden als zweites Verbundmittel 7 sondern durch einen geeigneten Binderauftrag bzw. Harzauftrag miteinander verbunden sind. Der Binder bzw. das Harz ist hierbei aus- bzw. vorgehärtet. Der Binderauftrag bzw. Harzauftrag ist aufgrund der schematischen Natur der Abbildung vorliegend nicht dargestellt. Zum Vereinzeln der Teilstränge 6 kann der Strang 1 mittels mechanischer Einwirkung gezielt so beeinflusst werden, dass der Binderauftrag bzw. Harzauftrag zwischen den Teilsträngen 2 zerstört, beispielsweise gebrochen wird, wobei die Teilstränge 2 jedoch selbst nicht in die Fasern 5 vereinzelt werden. Alternativ kann die Vereinzelung auch durch ein kurzes intensives Erwärmen des Strangs 1 erfolgen.
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3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strangs 1, welche ebenfalls vier Teilstränge 2 aufweist, deren Fasern jedoch nicht mittels einem Binder oder einem Harz verbunden sind, sondern mittels verschiedener Fäden 6 als erste Verbundmittel 6. Als zweite Verbundmittel 7 zum Verbinden der einzelnen Teilstränge 2 sind Bänder 7 vorgesehen, die bevorzugt aus einem Kunststoff sind, welcher bei Wärmeeinwirkung schmilzt und damit erlaubt, die Teilstränge 2 zu vereinzeln. Bevorzugt schmelzen die Fäden 6 bei der Hitzeinwirkung nicht und verleihen den Teilsträngen auch nach Vereinzelung weiterhin ausreichend mechanische Stabilität. Sollte vorgesehen werden, die Bänder 7 mechanisch aufzutrennen, ist eine sehr genaue und sorgfältige Auftrennung erforderlich, um nicht auch die Fäden 6 der Teilstränge 2 aufzutrennen und die Fasern 5 damit freizulegen. Um dies jedoch zu vermeiden, kann auch zusätzliche eine Haftverbindung mittels Harz oder Binder vorgesehen sein.
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Die in 4 gezeigte Ausführungsform des Strangs 1 entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei jedoch anstelle des Fadens 7 ein Band 7 vorgesehen ist, welches spiralförmig um die Teilstränge 2 gewunden ist. Das Band 7 ist bevorzugt aus einem Material, welches bei thermischer Einwirkung aufschmilzt und somit die Teilstränge 2 zum Vereinzeln freilegt. Zur Vereinzelung kann aber gemäß 1 auch noch eine mechanische Einwirkung vorgesehen sein, indem nämlich eine solche Einwirkung zur Zerstörung des Fadens 6 bzw. Bandes 6 Anlass gibt und damit die Teilstränge zur Vereinzelung frei gibt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Fertigungslinie zur Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines Strangs 1 aus Teilsträngen 2. Hierbei wird zunächst von einer Rolle 21 ein Einzelstrang 20 tangential abgenommen und einer Bremsvorrichtung 22 zugeführt. Der Einzelstrang 20 ist vorliegend ein Heavy-Tow-Roving aus Carbonfasern, insbesondere der Art 50 k, d. h. er umfasst 50.000 Carbonfaserfilamente (Carbonfasern 5). Der Einzelstrang 20 wird anschließend mittels einer Spreizvorrichtung 23 zu einem Band mit definierter Breite breitgelegt und in einer nachfolgenden Bebinderungsvorrichtung 24 mit einem Haftbinderauftrag versehen, welcher in einer nachgeschalteten Trocknungsvorrichtung 25 getrocknet wird. Das Breitlegen erfolgt hierbei bevorzugt derart, dass die Anzahl an Carbonfasern 5 im Wesentlichen gleichmäßig über die Breitenausdehnung verteilt sind, d. h. die Flächenfaserdichte bzw. die Volumenfaserdichte über die Breite sind im Wesentlichen konstant. Gegebenenfalls kann eine Doublierung der Carbonfasern 5 durch Spreizen in zwei Ebenen erfolgen, um so die Gleichmäßigkeit der Verteilung noch zu verbessern.
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Durch den Haftbinderauftrag wird das Band zunächst stabilisiert und durch den Trocknungsschritt konsolidiert. Durch die Konsolidierung verliert der Haftbinderauftrag seine große Haftneigung und kann nun in einer Trennvorrichtung 26 in eine Mehrzahl an Teilbänder mit definierter Breite getrennt werden. Dabei ermöglicht die Haftbinderkonsolidierung eine gute Trennbarkeit mit verminderter Ausfaserung der Kantenbereiche der Teilbänder.
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Die Trennvorrichtung ist beispielsweise als rotierender Messersatz ausgebildet, kann aber auch als stehender Messersatz ausgebildet sein bzw. eine Ultraschallschneidvorrichtung oder eine Quetschschnittvorrichtung sein.
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Optional können die so hergestellten Teilbänder in einer weiteren nachgeschalteten Haftmittelvorrichtung 27 mit einem weiteren Haftmittelauftrag versehen werden. Alternativ kann aber auch der Haftbinderauftrag, welcher mittels der Bebinderungsvorrichtung 24 aufgetragen wurde, modifiziert bzw. entfernt werden. Anschließend kann der erneute Haftbinderauftrag mittels einer weiteren Trocknungsvorrichtung 28 getrocknet bzw. angehörtet werden. In einem vorliegend nicht gezeigten Schritt kann auch eine optionale Umwindung der Teilbänder mit einem Faden oder einem Band zum Zusammenfassen und Verbinden der Fasern 5 der Teilstränge 2 erfolgen. Dieser Schritt erfordert jedoch nicht notwendig eine Bebinderung bzw. einen Haftmittelauftrag zuvor und wurde deshalb vorliegend nicht gezeigt.
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Entsprechend der Abfolge in 5 werden die Teilbänder anschließend mittels zweier Walzen abgezogen und nachfolgend in einer Verbundvorrichtung 30 zu einem Strang 1 aus Teilsträngen 2 zusammen gefasst. Vor der Zusammenfassung ist auch noch ein Schritt des Formgebens mittels weiterer Walzenpaare (nicht gezeigt) möglich, welcher etwa aus den Teilbändern Teilstränge formt, die einen runden oder elliptischen Querschnitt Q aufweisen. Die Verbundvorrichtung 30 kann ein Zusammenfassen mittels eines geeigneten zweiten Verbundmittels 7 bewirken. Diese kann etwa ein Faden 7 sein, welcher um die Teilstränge gewunden werden kann und bei Verarbeitung des Strangs 1 definiert aufgeschnitten oder auch abgewunden werden kann. Optional können auch die Teilbänder durch eine Hitzebehandlung, eine Feuchtigkeitsbehandlung derart konditioniert werden, dass die Teilstränge 2 in einem nachfolgenden Schritt haftverbunden werden können. Alternativ ist auch eine geeignete Kompression des Stranges 1 denkbar, welche zur Verbindung der Teilstränge 2 zum Strang 1 führen kann. Eine nachträgliche Aushärtung des Haftmittels bzw. des Haftbinders kann hierbei vorteilhaft sein, um den Zusammenhalt der Teilstränge 2 zu verbessern.
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Nach anschließender Führung durch eine geeignete Rollenführung 31 wird der Strang 1 auf einer Spule 10 zur Bevorratung als Rolle aufgewickelt Die Rollenführung kann hierbei auch tänzergesteuert sein.
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Wie oben erwähnt, kann auch ein Schritt des Formgebens im Ablauf des vorliegenden Verfahrens sinnvoll erscheinen. Dieser Schritt kann insbesondere mittels einer vorliegend nicht weiter gezeigten Kompaktiervorrichtung vorgenommen werden. Der Schritt des Kompaktierens erfordert hierbei eine wenigstens teilweise Lösung des Haftbinderauftrags der Bebinderungsvorrichtung 24. Anschließend können die Teilbänder in die Kompaktiervorrichtung geführt werden, welche etwa durch Umwinden eine Kompaktierung erreicht Alternativ kann auch mittels eines geeignet geformten Walzenpaars (nicht gezeigt) eine Wechsel-Falschdraht-Drehung auf die Teilbänder aufgebracht werden. Dabei werden die Teilbänder durch das Walzenpaar geführt, das im kleinsten Abstand voneinander eine Distanz aufweist, die kleiner ist, als die Dicke des zu formenden Teilstrangs 2. Während des Durchführens der Teilbänder/Teilstränge 2 oszillieren die beiden Walzen mit einstellbarer Amplitude und einstellbarer Frequenz. Dadurch wird eine Verdrehung der Teilstränge mit gleichzeitiger Kompaktierung erreicht. Die erteilte Drehung läuft hierbei entgegen der Abzugsrichtung/Durchführrichtung bis zum Klemmpunkt der Teilbänder/Teilstränge 2. Durch eine geeignete nachfolgende Trocknung kann die so aufgebrachte Drehung fixiert werden. Bei Bedarf kann zusätzlich in einem weiteren nachfolgenden Schritt auch der Strang als Gesamteinheit mit einem formgebenden Werkzeug behandelt werden.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung lassen sich aus den Unteransprüchen entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strang
- 2
- Teilstrang
- 5
- Faser
- 6
- erstes Verbundmittel
- 7
- zweites Verbundmittel
- 10
- Spule
- 20
- Einzelstrang
- 21
- Rolle
- 22
- Bremsvorrichtung
- 23
- Spreizvorrichtung
- 24
- Bebinderungsvorrichtung
- 25
- Trocknungsvorrichtung
- 26
- Trennvorrichtung
- 27
- Haftmittelvorrichtung
- 28
- Trocknungsvorrichtung
- 29
- Walzen
- 30
- Verbundvorrichtung
- 31
- Rollenführung
- Q
- Querschnitt
