DE102013105115A1 - Method for producing a preform, embroidery machine for carrying out the method and corresponding preform - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Preforms (1) für einen Faserverbundwerkstoff mit einer Stickmaschine (2), aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Trägermaterials (3) in einem Stickrahmen (4); b) Feststicken mindestens eines Faserbandes (5) auf dem Trägermaterial (3) mit einem Faden (6) in einem ersten Stickbereich (7), wobei der Faden (6) durch eine Stichbewegung einer Sticknadel (8) mit einer ersten Stichlänge (9) gestickt wird und wobei während dem Feststicken eine Synchronisation zwischen einer Bewegung des Stickrahmens (4) und der Stichbewegung der Sticknadel (8) aktiviert ist; c) Stoppen des Feststickens des mindestens eines Faserbandes (5); d) Bewegen des Stickrahmens (4) relativ zu der Sticknadel (8) zu mindestens einem zweiten Stickbereich (10), der zu dem ersten Stickbereich (7) einen Abstand (11) aufweist, wobei während dem Bewegen des Stickrahmens (4) die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens (4) und der Stichbewegung der Sticknadel (8) deaktiviert ist und wobei während dem Bewegen des Stickrahmens (4) das mindestens eine Faserband (5) auf dem Trägermaterial (3) abgelegt wird; und e) Feststicken des mindestens einen Faserbandes (5) auf dem Trägermaterial (3) in dem zweiten Stickbereich (10), wobei während dem Feststicken die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens (4) und der Stichbewegung der Sticknadel (8) aktiviert ist.Method for producing a preform (1) for a fiber composite material with an embroidery machine (2), comprising at least the following steps: a) providing a carrier material (3) in an embroidery frame (4); b) embroidering at least one sliver (5) on the carrier material (3) with a thread (6) in a first embroidery area (7), the thread (6) being caused by a stitch movement of an embroidery needle (8) with a first stitch length (9) is embroidered and wherein a synchronization between a movement of the embroidery frame (4) and the stitch movement of the embroidery needle (8) is activated during embroidery; c) stopping the sticking of the at least one sliver (5); d) moving the embroidery frame (4) relative to the embroidery needle (8) to at least one second embroidery area (10) which is at a distance (11) from the first embroidery area (7), the synchronization being carried out while the embroidery frame (4) is being moved between the movement of the embroidery frame (4) and the stitching movement of the embroidery needle (8) is deactivated, and the at least one fiber band (5) is deposited on the carrier material (3) while the embroidery frame (4) is moving; and e) embroidering the at least one sliver (5) onto the carrier material (3) in the second embroidery area (10), the synchronization between the movement of the embroidery frame (4) and the stitch movement of the embroidery needle (8) being activated during embroidery.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Preforms für einen Faserverbundwerkstoff mit einer Stickmaschine, eine entsprechende Stickmaschine und ein Preform zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs. Das Verfahren, die Stickmaschine und das Preform werden unter anderem zur Herstellung von hochfesten Strukturbauteilen verwendet.The present invention relates to a method for producing a preform for a fiber composite material with an embroidery machine, a corresponding embroidery machine and a preform for producing a fiber composite material. The process, the embroidery machine and the preform are used, inter alia, for the production of high-strength structural components.
Aus dem Stand der Technik sind Faserverbundwerkstoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, bekannt, die aus in einer polymeren Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern bestehen. Die Verstärkungsfasern haben in einem solchen Werkstoff die Aufgabe, äußere Lasten zu übertragen. Die Matrix dient insbesondere dazu, die Verstärkungsfasern in einer gewünschten Position zu fixieren, die äußeren Lasten in die Verstärkungsfasern einzuleiten, die Verstärkungsfasern vor Umgebungseinflüssen zu schützen und/oder die Verstärkungsfasern bei Druckbelastung zu stützen.Fiber composites, in particular fiber-reinforced plastics, which consist of reinforcing fibers embedded in a polymer matrix, are known from the prior art. The reinforcing fibers in such a material have the task of transmitting external loads. The matrix serves in particular to fix the reinforcing fibers in a desired position, to introduce the external loads into the reinforcing fibers, to protect the reinforcing fibers from environmental influences and / or to support the reinforcing fibers under pressure loading.
Die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen hängen vom Faserwerkstoff, dem Matrixwerkstoff, der Länge der Verstärkungsfasern, dem Fasergehalt und der Faserorientierung ab. Zur Anpassung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen an bauteilspezifische Belastungen ist es erforderlich, die Bauteile aus einem hohen Anteil von kraftflussorientierten Verstärkungsfasern aufzubauen. Hierdurch können besonders hohe gewichtsspezifische Steifigkeiten und Festigkeiten des Bauteils erreicht werden. Aus der
Auch wenn sich das vorgenannte Verfahren in der Praxis bereits sehr bewährt hat, besteht bei solchen Verfahren das Problem, dass diese, insbesondere für eine Großserienfertigung, keine ausreichende Produktionsgeschwindigkeit aufweisen.Although the aforementioned method has already proven very successful in practice, the problem with such methods is that they do not have a sufficient production speed, in particular for mass production.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Preforms für einen Faserverbundwerkstoff mit einer Stickmaschine anzugeben, das sich durch eine besonders hohe Produktionsgeschwindigkeit auszeichnet. Darüber hinaus soll auch eine Stickmaschine angegeben werden, mit der Preforms für einen Faserverbundwerkstoff mit einer besonders hohen Produktionsgeschwindigkeit herstellbar sind. Weiterhin soll auch ein Preform für einen Faserverbundwerkstoff angegeben werden, dass mit einer besonders hohen Produktionsgeschwindigkeit herstellbar ist.The object of the invention is therefore to solve the problems described with reference to the prior art at least partially and in particular to provide a method for producing a preform for a fiber composite material with an embroidery machine, which is characterized by a particularly high production rate. In addition, an embroidery machine is to be specified, can be produced with the preforms for a fiber composite material with a particularly high production speed. Furthermore, a preform for a fiber composite material is to be specified that can be produced with a particularly high production speed.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren, einer Stickmaschine und einem Preform gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are achieved with a method, an embroidery machine and a preform according to the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent formulated claims. It should be noted that the features listed individually in the dependent formulated claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, wherein further preferred embodiments of the invention are shown.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Preforms für einen Faserverbundwerkstoff mit einer Stickmaschine weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Trägermaterials in einem Stickrahmen;
- b) Feststicken mindestens eines Faserbandes auf dem Trägermaterial mit einem Faden in einem ersten Stickbereich, wobei der Faden durch eine Stichbewegung einer Sticknadel mit einer ersten Stichlänge gestickt wird und wobei während dem Feststicken eine Synchronisation zwischen einer Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel aktiviert ist;
- c) Stoppen des Feststickens des mindestens einen Faserbandes;
- d) Bewegen des Stickrahmens relativ zu der Sticknadel zu mindestens einem zweiten Stickbereich, der zu dem ersten Stickbereich einen Abstand aufweist, wobei während dem Bewegen des Stickrahmens die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel deaktiviert ist und wobei während dem Bewegen des Stickrahmens das mindestens eine Faserband auf dem Trägermaterial abgelegt wird; und
- e) Feststicken des mindestens einen Faserbandes auf dem Trägermaterial in dem zweiten Stickbereich, wobei während dem Feststicken die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel aktiviert ist.
- a) providing a carrier material in an embroidery frame;
- b) stitching at least one sliver on the carrier material with a thread in a first embroidery area, wherein the thread is embroidered by a stitch movement of an embroidery needle with a first stitch length and wherein during the stitching synchronization between a movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle is activated ;
- c) stopping the solid embroidery of the at least one sliver;
- d) moving the embroidery frame relative to the embroidery needle to at least a second embroidery area, which has a distance to the first embroidery area, wherein during the movement of the embroidery frame, the synchronization between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle is deactivated, and wherein during movement of the embroidery needle Embroidery frame, the at least one sliver is deposited on the carrier material; and
- e) firmly embroidering the at least one sliver on the carrier material in the second embroidery area, during synchronization the synchronization between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle is activated.
Das hier vorgeschlagene Verfahren wird mit einer Stickmaschine ausgeführt. Bei der Stickmaschine handelt es sich insbesondere um eine Mehrkopfstickmaschine, bei der eine Mehrzahl von Stickköpfen an einem Querträger oberhalb eines in einer (horizontalen) x-y Ebene bewegbaren Stickrahmens angeordnet ist. Die Mehrzahl von Stickköpfen ist durch, insbesondere eine gemeinsame, Hauptantriebswelle antreibbar. Solche Stickmaschinen dienen dem maschinellen Besticken eines Trägermaterials. The method proposed here is carried out with an embroidery machine. In particular, the embroidery machine is a multi-head embroidery machine, in which a plurality of embroidery heads is arranged on a cross member above an embroidery frame that can be moved in a (horizontal) xy plane. The plurality of embroidery heads is through, in particular a common, main drive shaft drivable. Such embroidery machines are used for machine embroidery of a carrier material.
Bei dem herzustellenden Preform handelt es sich um eine Vorform oder ein Faserhalbzeug, das zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs verwendbar ist. Hierzu wird die Preform oder gegebenenfalls mehrere Lagen der Preform in einer Matrix eingebettet. Als Matrix werden regelmäßig Polymere, wie zum Beispiel Duromere, Elastomere oder Thermoplaste, verwendet. The preform to be produced is a preform or a semifinished fiber which can be used to produce a fiber composite. For this purpose, the preform or optionally several layers of the preform is embedded in a matrix. Polymers, such as duromers, elastomers or thermoplastics, are regularly used as the matrix.
Zur Herstellung des Preforms wird zunächst das Trägermaterial bereitgestellt. Bei dem Trägermaterial handelt es sich um ein Gewebe, Vlies, Kohlenstofffasergewebe, Glasgewebe, Gelege, eine (textile) Matte und/oder ein durch Hitze, Wasser oder Chemikalien lösliches Material. Das Trägermaterial wird bevorzugt in dem (horizontalen) Stickrahmen bereitgestellt, in dem das Trägermaterial insbesondere plan eingespannt wird. Der Stickrahmen ist insbesondere nach Art eines Bordürenrahmens ausgebildet und wird in der Fachwelt auch als Pantograph bezeichnet. Die Bereitstellung, das heißt eine Zuführung und/oder ein Abtransport des Trägermaterials, erfolgt zudem bevorzugt vollautomatisch.To prepare the preform, the carrier material is first provided. The carrier material is a woven, nonwoven, carbon fiber fabric, glass fabric, scrim, a (textile) mat and / or a material soluble in heat, water or chemicals. The carrier material is preferably provided in the (horizontal) embroidery frame, in which the carrier material is in particular clamped flat. The embroidery frame is designed in particular in the manner of a border frame and is also referred to in the art as a pantograph. The provision, that is, a supply and / or a removal of the carrier material, also preferably takes place fully automatically.
Gemäß Schritt b) wird mindestens ein Faserband auf dem Trägermaterial mit einem Faden in einem ersten Stickbereich festgestickt. Bei dem mindestens einen Faserband handelt es sich insbesondere um bändchenförmige Rovings aus Carbonfilamenten, Glasfilamenten, Naturfasern, Keramikfasern und/oder Chemiefasern zum Beispiel aus Aramide. Bevorzugt weist das mindestens eine Faserband 6.000 Einzelfilamente (6 K) bis zu 50.000 Einzelfilamente (50 K) auf. Bei dem Faden handelt es sich bevorzugt um einen Faden umfassend Polyester, Polyamid, Aramid oder Glasfaser, wobei Monofile oder Zwirne vorliegen können. Der Faden wird durch eine Stichbewegung einer Sticknadel gestickt. Bei der Stichbewegung handelt es sich insbesondere um eine Bewegung der Sticknadel parallel zu einer Längsachse der Sticknadel, bei der die Sticknadel das Trägermaterial mit dem Faden durchsticht. Das Feststicken des mindestens einen Faserbandes erfolgt bevorzugt mit einem Zickzackstich, durch den der Faden über das mindestens eine Faserband zickzackförmig an dem Trägermaterial befestigt wird. Der Zickzackstich weist eine erste Stichlänge und eine erste Stichweite auf. Bei der ersten Stichlänge handelt es sich, insbesondere auf einem geraden Abschnitt des mindestens einen Faserbandes, um eine Distanz zwischen zwei (in Richtung einer Längserstreckung des mindestens einen Faserbandes (direkt) benachbarten) Nadelstichen in Richtung einer Stickrichtung beziehungsweise in Richtung der Längserstreckung des mindestens einen Faserbandes. Die erste Stichlänge weist bevorzugt 0,1 mm bis 12,7 mm (Millimeter), besonders bevorzugt 5 mm bis 10 mm (Millimeter) und ganz besonders bevorzugt 7 mm (Millimeter) auf. Bei der ersten Stichweite handelt es sich um einen Abstand zwischen zwei (in Richtung der Längserstreckung des mindestens einen Faserbandes (direkt) benachbarten) Nadelstichen in einer zu der Stickrichtung orthogonalen Richtung beziehungsweise in einer zur Längserstreckung des mindestens einen Faserbandes orthogonalen Richtung. Die erste Stichweite beträgt bevorzugt 1 mm bis 12 mm (Millimeter), besonders bevorzugt 3 mm bis 7 mm. Die Stichweite ist insbesondere so breit zu wählen, dass das zugeführte Faserband in seiner vollen Breite sicher nicht durch die Nadel angestochen oder verletzt wird. Bei dem ersten Stickbereich handelt es sich insbesondere um einen Bereich, in dem das mindestens eine Faserband (durchgehend) mit der ersten Stichlänge auf dem Trägermaterial festgestickt wird. Während dem Feststicken des mindestens einen Faserbandes wird der Stickrahmen mit dem Trägermaterial entsprechend eines vorgegebenen Stickmusters bewegt. Die Bewegung des Stickrahmens ist bei bekannten Stickmaschinen grundsätzlich mit der Stichbewegung der Sticknadel synchronisiert. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Stickrahmen nicht bewegt wird, wenn die Sticknadel in das Trägermaterial eingestochen ist. Die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel kann entweder durch eine mechanische Kopplung eines Antriebsstrangs des Stickrahmens mit einem Antriebsstrang der Sticknadel oder durch eine regelungstechnische Kopplung zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel erfolgen. In letzterem Fall kann beispielsweise eine Drehbewegung einer Hauptantriebswelle des Stickkopfes mittels eines Sensors durch eine Steuerung der Stickmaschine erfasst und die Bewegung des Stickrahmens durch die Steuerung in Abhängigkeit einer Drehposition der Hauptantriebswelle gesteuert werden. Hierbei wird die Bewegung des Stickrahmens einmal pro Umdrehung der Hauptantriebswelle gestoppt.According to step b) at least one sliver is embroidered on the carrier material with a thread in a first embroidery area. The at least one sliver is in particular ribbon-shaped rovings of carbon filaments, glass filaments, natural fibers, ceramic fibers and / or man-made fibers, for example of aramids. The at least one fiber band preferably has 6,000 individual filaments (6 K) up to 50,000 individual filaments (50 K). The thread is preferably a thread comprising polyester, polyamide, aramid or glass fiber, wherein monofilaments or threads may be present. The thread is embroidered by a stitch movement of an embroidery needle. The stitch movement is, in particular, a movement of the embroidery needle parallel to a longitudinal axis of the embroidery needle, in which the embroidery needle pierces the carrier material with the thread. The stitching of the at least one sliver preferably takes place with a zigzag stitch, by means of which the thread is fastened to the support material in a zigzag shape via the at least one sliver. The zigzag stitch has a first stitch length and a first stitch width. The first stitch length is, in particular on a straight section of the at least one sliver, a distance between two (in the direction of a longitudinal extension of the at least one sliver (directly) adjacent) needle stitches in the direction of an embroidery direction or in the direction of the longitudinal extent of the at least one sliver. The first stitch length preferably has 0.1 mm to 12.7 mm (millimeters), particularly preferably 5 mm to 10 mm (millimeters) and very particularly preferably 7 mm (millimeters). The first stitch width is a distance between two (in the direction of the longitudinal extension of the at least one sliver adjacent (directly)) pinholes in a direction orthogonal to the embroidery direction or in a direction orthogonal to the longitudinal extent of the at least one sliver direction. The first stitch width is preferably 1 mm to 12 mm (millimeters), particularly preferably 3 mm to 7 mm. In particular, the stitch width should be chosen so wide that the supplied sliver is certainly not pierced or injured by the needle in its full width. The first embroidery area is, in particular, an area in which the at least one sliver (continuous) with the first stitch length is embroidered on the carrier material. During the stitching of the at least one sliver, the embroidery frame is moved with the carrier material according to a predetermined embroidery pattern. The movement of the embroidery frame is always synchronized in known embroidery machines with the stitch movement of the embroidery needle. This ensures that the embroidery frame is not moved when the embroidery needle is inserted into the substrate. The synchronization between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle can be done either by a mechanical coupling of a drive train of the hoop with a drive train of the embroidery needle or by a control engineering coupling between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle. In the latter case, for example, detects a rotational movement of a main drive shaft of the embroidery head by means of a sensor by a control of the embroidery machine and the movement of the hoop are controlled by the controller in response to a rotational position of the main drive shaft. In this case, the movement of the embroidery frame is stopped once per revolution of the main drive shaft.
Gemäß Schritt c) wird an einem (vorgegebenen) Ende des ersten Stickbereichs das Feststicken des mindestens einen Faserbandes gestoppt. Hierbei kann insbesondere die Hauptantriebswelle durch Deaktivierung eines Antriebs der Hauptantriebswelle oder durch Entkopplung der Hauptantriebswelle vom Nadelantrieb stillgelegt werden.According to step c), the stitching of the at least one sliver is stopped at a (predetermined) end of the first embroidery area. In this case, in particular, the main drive shaft can be shut down by deactivating a drive of the main drive shaft or by decoupling the main drive shaft from the needle drive.
Nach dem Stoppen des Feststickens des mindestens einen Faserbandes wird in Schritt d) der Stickrahmen relativ zu der Sticknadel zu mindestens einem zweiten Stickbereich bewegt. Der mindestens eine zweite Stickbereich weist zu dem ersten Stickbereich (entlang einer Längserstreckung des mindestens einen Faserbandes) einen Abstand auf, der bevorzugt größer als 12,7 mm (Millimeter), besonders bevorzugt größer als 50 mm (Millimeter), ganz besonders bevorzugt größer als 200 mm (Millimeter) oder sogar größer als 500 mm (Millimeter) ist. Wesentlich ist hierbei, dass während dem Bewegen des Stickrahmens die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel deaktiviert wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Stickrahmen unabhängig von der Stichbewegung der Sticknadel bewegbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass der Stickrahmen ohne Limitierung durch eine (stickmaschinenspezifisch festgelegte) Stichlänge bewegbar ist. Mit anderen Worten erfolgt die Bewegung des Stickrahmens (abgesehen von einer Beschleunigungsphase zu Beginn der Bewegung des Stickrahmens und einer Abbremsphase am Ende der Bewegung des Stickrahmens) im Wesentlichen mit einer konstanten Geschwindigkeit, die bevorzugt zwischen 10 mm/s (Millimeter pro Sekunde) – 500 mm/s (Millimeter pro Sekunde), besonders bevorzugt 100 mm/s (Millimeter pro Sekunde) – 250 mm/s (Millimeter pro Sekunde) beträgt. Weiterhin bedeutet dies, dass die Bewegung des Stickrahmens zwischen dem ersten Stickbereich und dem zweiten Stickbereich kontinuierlich, das heißt unterbrechungsfrei, erfolgt. Hiermit ist auch gemeint, dass der Stickrahmen frei bewegbar ist, das heißt insbesondere, dass die Bewegung des Stickrahmens nicht durch eine Überwachung der Position der Sticknadel unterbrochen wird. Weiterhin erfolgt während dem Bewegen des Stickrahmens eine Ablage des mindestens einen Faserbandes auf dem Trägermaterial. Dies bedeutet insbesondere auch, dass das mindestens eine Faserband zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich nicht, beispielsweise durch eine Schere, getrennt wird. Klarzustellen ist an dieser Stelle, dass das mindestens eine Faserband nicht direkt auf dem Trägermaterial abgelegt werden muss, sondern, insbesondere bei einer mehrlagigen Ablage des mindestens einen Faserbandes, auch auf bereits zuvor auf dem Trägermaterial abgelegten Faserband abgelegt werden kann. Weiterhin wird zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich bevorzugt auch der Faden nicht, beispielsweise durch eine Schere, getrennt.After stopping the solid embroidery of the at least one sliver, the embroidery frame is moved relative to the embroidery needle to at least a second embroidery area in step d). The at least one second embroidery area has a distance to the first embroidery area (along a longitudinal extent of the at least one fiber band), which is preferably greater than 12.7 mm (millimeters), particularly preferably greater than 50 mm (millimeters), completely more preferably greater than 200 mm (millimeters) or even greater than 500 mm (millimeters). It is essential here that during the movement of the embroidery frame, the synchronization between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle is deactivated. This ensures that the embroidery frame is movable independently of the stitch movement of the embroidery needle. This means, in particular, that the embroidery frame can be moved without limitation by means of a stitch length (embroidery-specific). In other words, the movement of the embroidery frame (apart from an acceleration phase at the beginning of the movement of the embroidery frame and a braking phase at the end of the movement of the embroidery frame) substantially at a constant speed, preferably between 10 mm / s (millimeters per second) - 500 mm / s (millimeters per second), more preferably 100 mm / s (millimeters per second) - 250 mm / s (millimeters per second). Furthermore, this means that the movement of the embroidery frame between the first embroidery area and the second embroidery area is continuous, that is, uninterrupted. This also means that the embroidery frame is freely movable, that is, in particular, that the movement of the embroidery frame is not interrupted by monitoring the position of the embroidery needle. Furthermore, during the movement of the embroidery frame, a deposition of the at least one sliver on the carrier material takes place. This also means in particular that the at least one sliver between the first embroidery area and the at least one second embroidery area is not separated, for example by a pair of scissors. It should be clarified at this point that the at least one sliver does not have to be deposited directly on the carrier material, but can also be deposited on sliver previously deposited on the carrier material, in particular in the case of a multi-layered deposit of the at least one sliver. Furthermore, between the first embroidery area and the at least one second embroidery area, preferably the thread is not separated, for example by a pair of scissors.
Gemäß Schritt d) wird das mindestens eine Faserband auf dem Trägermaterial in dem zweiten Stickbereich festgestickt und hierbei die Synchronisation zwischen der Bewegung des Stickrahmens und der Stichbewegung der Sticknadel aktiviert. Bevorzugt erfolgt das Feststicken des mindestens einen Faserbandes in dem zweiten Stickbereich mit einer zweiten Stichlänge, die insbesondere der ersten Stichlänge entspricht. Bei dem zweiten Stickbereich handelt es sich insbesondere um einen Bereich, in dem der Faden durch eine Stichbewegung der Sticknadel (durchgehend) mit der zweiten Stichlänge gestickt wird.According to step d), the at least one sliver is embroidered on the carrier material in the second embroidery area and in this case the synchronization between the movement of the embroidery frame and the stitch movement of the embroidery needle is activated. The stitching of the at least one sliver in the second embroidery area preferably takes place with a second stitch length, which corresponds in particular to the first stitch length. The second embroidery area is in particular an area in which the thread is embroidered by a stitch movement of the embroidery needle (continuously) with the second stitch length.
Vorzugsweise wird während Schritt d) der Faden über das mindestens eine Faserband gelegt. Dies bedeutet insbesondere, dass der Faden zwischen dem ersten Stickbereich und dem zweiten Stickbereich (einmal) quer über das mindestens eine Faserband gelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Faserband, trotz des vergleichbar großen Abstands zwischen dem ersten Stickbereich und dem zweiten Stickbereich, zwischen dem ersten Stickbereich und dem zweiten Stickbereich zumindest eine gewisse Fixierung auf dem Trägermaterial erhält.Preferably, during step d), the thread is laid over the at least one sliver. This means in particular that the thread between the first embroidery area and the second embroidery area (once) is placed across the at least one sliver. This has the advantage that, despite the comparably large distance between the first embroidery area and the second embroidery area, between the first embroidery area and the second embroidery area, the at least one sliver receives at least a certain fixation on the carrier material.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das Feststicken während den Schritten b) und e) mit maximal fünf Stichen erfolgt. Insbesondere erfolgt das Feststicken während den Schritten b) und e) mit 2 bis 5 Stichen. Es hat sich herausgestellt, dass eine solch vergleichbar geringe Anzahl von Stichen ausreichend ist, um das mindestens eine Faserband ausreichend auf dem Trägermaterial zu befestigen. Darüber hinaus kann durch eine solche Limitierung der Anzahl der Stiche die Produktionsgeschwindigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden.It is also advantageous if the stitching takes place during steps b) and e) with a maximum of five stitches. In particular, the stitching takes place during steps b) and e) with 2 to 5 stitches. It has been found that such a comparatively small number of stitches is sufficient to sufficiently secure the at least one sliver on the carrier material. In addition, by such a limitation of the number of stitches, the production speed of the method can be further increased.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Bewegen des Stickrahmens relativ zu der Sticknadel gemäß Schritt d) kontinuierlich erfolgt.Furthermore, it is advantageous if the movement of the embroidery frame relative to the embroidery needle according to step d) takes place continuously.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich 200 mm (Millimeter) – 300 mm (Millimeter) beträgt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Abstand von 250 mm (Millimeter) herausgestellt.In addition, it is advantageous if the distance between the first embroidery area and the at least one second embroidery area is 200 mm (millimeters) - 300 mm (millimeters). A distance of 250 mm (millimeters) has proven particularly advantageous.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Faserbändern gemäß den Schritten b) bis e) in mehreren Lagen übereinander auf dem Trägermaterial festgestickt wird. Anzumerken ist, dass die unterschiedlichen Lagen auch in unterschiedlichen Richtungen liegen können, insbesondere entsprechend einer späteren Belastung des Preforms.Furthermore, it is advantageous if a plurality of fiber ribbons according to steps b) to e) are embroidered in a plurality of layers one above the other on the carrier material. It should be noted that the different layers can also lie in different directions, in particular according to a later loading of the preform.
Hierbei wird insbesondere mit erfasst, dass die Faserbänder in den mehreren Lagen zumindest teilweise auch in verschiedenen Richtungen zueinander verlegt bzw. angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Schlusslage des Faserbandes mit dem Faden durchgehend mit einer dritten Stichlänge festgestickt wird. Bei der Schlusslage des Faserbandes handelt es sich um diejenige Lage des Faserbandes, die zuletzt auf dem Trägermaterial festgestickt wird. Das Feststicken erfolgt auch in diesem Fall (wie in Schritt b)) durch einen Zickzackstich, durch den der Faden über das mindestens eine Faserband zickzackförmig an dem Trägermaterial befestigt wird. Die dritte Stichlänge weist bevorzugt 0,1 mm bis 12,7 mm (Millimeter), besonders bevorzugt 5 mm bis 10 mm (Millimeter) und ganz besonders bevorzugt 7 mm (Millimeter) auf. Hierdurch wird erreicht, dass einerseits alle Lagen des mindestens einen Faserbandes homogen auf dem Trägermaterial befestigt sind und andererseits das Preform eine noch verformbare Struktur aufweist.In this case, it is detected, in particular, that the slivers in the plurality of layers are at least partially laid or arranged in different directions relative to one another. It when a final position of the sliver is stitched to the thread continuously with a third stitch length is particularly advantageous. In the final position of the sliver is that position of the sliver, which is the last embroidered on the substrate. The stitching is also in this case (as in step b)) by a zigzag stitch through which the thread is fixed in a zigzag on the carrier material via the at least one sliver. The third stitch length preferably has 0.1 mm to 12.7 mm (millimeters), particularly preferably 5 mm to 10 mm (millimeters), and very particularly preferably 7 mm (millimeters) on. This ensures that, on the one hand, all the layers of the at least one sliver are homogeneously fixed on the carrier material and, on the other hand, the preform has an even deformable structure.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch eine Stickmaschine zur Herstellung eines Preforms für einen Faserverbundwerkstoff mit einer Steuerung vorgeschlagen, wobei die Steuerung eingerichtet (und vorgesehen) ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die hier vorgeschlagene Stickmaschine dient dem maschinellen Besticken des Trägermaterials. Die Stickmaschine weist bevorzugt eine Mehrzahl von Stickköpfen auf, die insbesondere an einem gemeinsamen (horizontalen) Tragbalken oberhalb eines Stickrahmens für ein Trägermaterial angeordnet sind. Jeder Stickkopf weist bevorzugt mindestens eine Vorratsspule für das zumindest eine Faserband auf. Das zumindest eine Faserband ist von der mindestens einen Vorratsspule, insbesondere tangential, abrollbar und dem Stickkopf zuführbar. Hierzu weist der Stickkopf mindestens eine Verlegeeinrichtung für das zumindest eine Faserband auf, mit der das zumindest eine Faserband von der mindestens einen Vorratsspule abziehbar und auf dem Trägermaterial ablegbar ist. Zudem weist der Stickkopf eine Sticknadel zum Feststicken des zumindest einen Faserbandes auf dem Trägermaterial auf. Hierzu wird der Sticknadel ein Faden zum Feststicken des zumindest einen Faserbandes zugeführt. Der Stickkopf ist bevorzugt ortsfest an der Stickmaschine befestigt, wobei der sich unter dem Stickkopf befindliche Stickrahmen mit dem Trägermaterial mit zumindest einem Antrieb zumindest in einer horizontalen x-y Ebene relativ zu der Sticknadel verstellbar ist. According to a further aspect of the invention, an embroidery machine for producing a preform for a fiber composite material with a controller is proposed, wherein the controller is set up (and provided) for carrying out the method according to the invention. The embroidery machine proposed here is used for machine embroidering of the carrier material. The embroidery machine preferably has a plurality of embroidery heads, which are arranged in particular on a common (horizontal) carrying beam above an embroidery frame for a carrier material. Each embroidery head preferably has at least one supply reel for the at least one sliver. The at least one fiber sliver can be fed from the at least one supply spool, in particular tangentially, and can be fed to the embroidery head. For this purpose, the embroidery head has at least one laying device for the at least one sliver, with which the at least one sliver can be taken off the at least one supply coil and deposited on the carrier material. In addition, the embroidery head has an embroidery needle for firmly embroidering the at least one sliver on the carrier material. For this purpose, the needle is supplied with a thread for stitching the at least one sliver. The embroidery head is preferably fixedly attached to the embroidery machine, wherein the hoop located under the embroidery head with the support material with at least one drive at least in a horizontal x-y plane is adjustable relative to the embroidery needle.
Die Stickmaschine weist darüber hinaus eine Steuerung auf, mit der bevorzugt die Mehrzahl der Stickköpfe, die Stichbewegung der Sticknadel und/oder der zumindest eine Antrieb des Stickrahmens steuerbar sind. Die Steuerung ist insbesondere nach Art einer CNC(Computerized Numerical Control)-Steuerung ausgebildet und umfasst zumindest eine (programmierbare) Recheneinheit.The embroidery machine furthermore has a control with which preferably the majority of the embroidery heads, the stitch movement of the embroidery needle and / or the at least one drive of the embroidery frame can be controlled. The control is designed in particular in the manner of a CNC (Computerized Numerical Control) control and comprises at least one (programmable) computing unit.
Einem noch weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Preform für einen Faserverbundwerkstoff mit einem Trägermaterial vorgeschlagen, wobei auf dem Trägermaterial zumindest ein Faserband mit einem Faden in einem ersten Stickbereich und mindestens einem zweiten Stickbereich festgestickt ist, wobei der erste Stickbereich und der mindestens eine zweite Stickbereich mit einem Abstand beabstandet sind und wobei das zumindest eine Faserband zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich kontinuierlich auf dem Trägermaterial abgelegt ist. Das erfindungsgemäße Preform ist insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Insoweit wird bezüglich der einzelnen Merkmale des Preforms auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen. Klarzustellen ist an dieser Stelle jedoch, dass unter einer kontinuierlichen Ablage des zumindest einen Faserbandes zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich zu verstehen ist, dass das zumindest eine Faserband zwischen dem ersten Stickbereich und dem mindestens einen zweiten Stickbereich nicht getrennt ist.According to yet another aspect of the invention, a preform for a fiber composite material with a carrier material is proposed, wherein on the carrier material at least one sliver with a thread in a first embroidery area and at least a second embroidery area is embroidered, wherein the first embroidery area and the at least one second embroidery area Embroidery area are spaced at a distance and wherein the at least one sliver between the first embroidery area and the at least one second embroidery area is continuously stored on the carrier material. The preform according to the invention is produced in particular by the process according to the invention. In that regard, reference is made to the description of the method with respect to the individual features of the preform. It should be clarified at this point, however, that continuous filing of the at least one sliver between the first embroidering area and the at least one second embroidering area means that the at least one sliver between the first embroidering area and the at least one second embroidering area is not separated.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn auf dem Trägermaterial eine Mehrzahl von Faserbändern in mehreren Lagen übereinander auf dem Trägermaterial festgestickt ist und wobei eine Schlusslage mit dem Faden durchgehend mit einer dritten Stichlänge festgestickt ist.It is also advantageous if a plurality of slivers are embroidered on the carrier material in several layers one above the other on the carrier material and wherein a final layer is stitched to the thread continuously with a third stitch length.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Komponenten in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures show particularly preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto. The same components in the figures are provided with the same reference numerals. They show schematically:
Die
Die
Die
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine besonders hohe Produktionsgeschwindigkeit eines Preforms aus.The present invention is characterized in particular by a particularly high production speed of a preform.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Preform preform
- 22
- Stickmaschine embroidery machine
- 33
- Trägermaterial support material
- 44
- Stickrahmen hoop
- 55
- Faserband sliver
- 66
- Faden thread
- 77
- erster Stickbereich first embroidery area
- 88th
- Sticknadel embroidery needle
- 99
- erste Stichlänge first stitch length
- 1010
- zweiter Stickbereich second embroidery area
- 1111
- Abstand distance
- 1212
- Stich Sting
- 1313
- Lage location
- 1414
- Schlusslage final location
- 1515
- dritte Stichlänge third stitch length
- 1616
- Steuerung control
- 1717
- Stickkopf Stick head
- 1818
- erster Antrieb first drive
- 1919
- zweiter Antrieb second drive
- 2020
- Verlegeeinrichtung laying device
- 2121
- Spule Kitchen sink
- 2222
- zweite Stichlänge second stitch length
- 2323
- erste Stichweite first stitch width
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2007/128364 A1 [0003] WO 2007/128364 A1 [0003]
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