DE102014215742A1

DE102014215742A1 - Device and method for determining the turbulence of a carbon fiber roving section

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Publication number: DE102014215742A1
Application number: DE102014215742.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Müller; Peter Wagner; Susanne Hofmann; Mirko Brajic; Alexander Anagnostopoulos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts mit mindestens einer in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadel (2) vorgeschlagen, die eine Aufnahmeeinrichtung (1) zur Aufnahme einer Mehrzahl von im horizontalen sowie vertikalen Abstand zueinander angeordneter Prüfnadeln (2) und eine Führungseinrichtung zur zumindest weitgehend vertikalen Führung der Aufnahmeeinrichtung (1) entlang eines vorbestimmten Eingriffswegs der Prüfnadeln (2) entlang des Abschnitts aufweist.The invention relates to a device for determining the turbulence of a carbon fiber roving section with at least one test needle (2) engaging in the section, comprising a receiving device (1) for receiving a plurality of test pins (2) arranged horizontally and vertically spaced apart from each other and a guide device for at least has largely vertical guidance of the receiving device (1) along a predetermined engagement path of the test needles (2) along the portion.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts mit einer in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts mittels mindestens einer in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The present invention relates to a device for determining the turbulence of a carbon fiber roving section with a probe engaging in the section according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for determining the turbulence of a carbon fiber roving section by means of at least one engaging in the section test needle according to the preamble of claim 7.

Unter den Begriff der Verwirbelung wird im vorliegenden Fall die Luftverwirbelung oder auch das Entanglement von Garnen verstanden. In der Literatur wird gelegentlich auch die Öffnungsneigung von Garnen damit angesprochen, d. h. die Neigung von Garnen oder daraus hergestellter Materialabschnitte, sich unter dynamischmechanischer Beanspruchung zu öffnen.In the present case, the term turbulence is understood to mean the air turbulence or else the entanglement of yarns. Occasionally, the tendency of yarns to open is also addressed in the literature. H. the tendency of yarns or sections of material made from them to open under dynamic mechanical stress.

Anhand der US 3,793,883 B1 sind eine Testvorrichtung und ein Testverfahren zur Messung des Entanglement von Garnen bekannt geworden. Bei der bekannten Vorrichtung greift eine Prüfnadel in das daran entlang laufende Garn ein und wird dann, wenn ein Verwirbelungsknoten auf die Prüfnadel trifft, ausgelenkt, d. h. also verbogen, so dass die Prüfnadel mit einem Kontaktelement einer Auswerteeinrichtung in Kontakt kommt und so einen Zählimpuls auslöst. Die Zahl der Verwirbelungsknoten einer bestimmten Prüflänge eines Garns kann so festgestellt werden.Based on US 3,793,883 B1 For example, a test device and a test method for measuring the entanglement of yarns have become known. In the known device, a test needle engages in the yarn running along it and, when a Verwirbelungsknoten meets the test needle, deflected, ie bent, so that the test needle comes into contact with a contact element of an evaluation and thus triggers a count. The number of Verwirbelungsknoten a certain test length of a yarn can be determined so.

Anhand der US 2012/0125119 A1 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der eine Prüflänge eines Rovings unter konstanter Spannung gehalten wird und mittels einer optischen Hell-Dunkel-Erkennung die Zahl der Verwirbelungsknoten gemessen wird.Based on US 2012/0125119 A1 a device has become known in which a test length of a roving is kept under constant voltage and the number of swirling nodes is measured by means of an optical light-dark detection.

Schließlich ist anhand der DE 43 23 388 A1 ein Verfahren zur Messung der Öffnungsneigung von Garnen bei dynamischmechanischer Beanspruchung bekannt geworden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Finally, based on the DE 43 23 388 A1 a method for measuring the tendency of opening of yarns in dynamic mechanical stress has become known and an apparatus for performing the method.

Das Verhalten eines Materialabschnitts aus beispielsweise einem textilen Werkstoff bei der Weiterverarbeitung des Materials hängt unter anderem vom Grad der Verwirbelung des Werkstoffs ab. Dies gilt auch für Carbonfasermaterial, welches bei der Weiterverarbeitung mit einem Harz getränkt wird. Damit das Harz in die Struktur eindringen kann, müssen Abstände zwischen den einzelnen Fasern vorhanden sein, die vom Harz gefüllt werden, um zu vermeiden, dass es beim fertigen Werkstück zur Bildung von Trockenstellen und oder Porositäten kommt, die vom Harz nicht erreicht werden konnten.The behavior of a material section of, for example, a textile material in the further processing of the material depends inter alia on the degree of turbulence of the material. This also applies to carbon fiber material, which is impregnated with a resin during further processing. In order for the resin to penetrate the structure, there must be gaps between the individual fibers filled by the resin to avoid the formation of dry spots and / or porosities on the finished workpiece which could not be achieved by the resin.

Die bekannten Verfahren zur Messung des Verwirbelungsgrads oder der Verwirbelung, die aus dem Textilfaserbereich stammen, können auf Carbonfaserrovingabschnitte nicht angewandt werden, da klassische Textilgarne einen wesentlich geringeren Titer (Masse pro Längeneinheit, auch tex oder dtex genannt) als Carbonfaserrovings haben.The known methods for measuring the degree of turbulence or turbulence originating in the textile fiber sector can not be applied to carbon fiber roving sections, since conventional textile yarns have a much lower titer (mass per unit length, also called tex or dtex) than carbon fiber rovings.

An die Weiterverarbeitung von beispielsweise als Halbzeug für die Produktion gelieferter Carbonfaserrovings werden Anforderungen hinsichtlich der Prozessparameter gestellt, die diese Werkstoffe erfüllen müssen, um nicht zu Problemen bei der späteren Verarbeitung der Werkstoffe zu beispielsweise Formteilen zu führen.The further processing of carbon fiber rovings, for example as semi-finished products for production, sets requirements with regard to the process parameters which these materials have to meet, in order not to lead to problems in the subsequent processing of the materials, for example moldings.

Ein solches Problem könnte beispielsweise darin liegen, dass der Verwirbelungsgrad eines gelieferten Halbzeugs zu gering ist und es daher bei der späteren Verarbeitung zu Materialabtrag aus dem Werkstoff kommen kann, also beispielsweise Carbonfasermaterial aus dem Halbzeug herausgezogen wird, wenn der Werkstoff ein Walzenpaar durchläuft. Das herausgezogene Carbonfasermaterial kann die Weiterverarbeitung durch Klumpenbildung oder dergleichen stören. Auch kann ein hoher Grad an Haarigkeit, also an aus dem Material herausgezogenem Carbonfasermaterial dazu führen, dass es bei der späteren Harzimprägnierung zu Fehlstellen kommt, also optische Fehlstellen bei dem hergestellten Fertigprodukt wahrnehmbar sind.Such a problem could be, for example, that the degree of turbulence of a delivered semi-finished product is too low and therefore it can come to material removal from the material during subsequent processing, so for example carbon fiber material is pulled out of the semifinished product when the material passes through a pair of rollers. The pulled out carbon fiber material may interfere with the further processing by lumping or the like. Also, a high degree of hairiness, that is to say carbon fiber material pulled out of the material, may lead to defects in the subsequent resin impregnation, ie optical defects in the manufactured finished product can be perceived.

Hat sich ein Werkstoff, aus dem ein Halbzeug oder eine gelieferte Werkstoffbahn besteht, als mit zur Weiterverarbeitung tauglichen Prozessparametern herausgestellt, so kann der Verwirbelungsgrad des Materials beispielsweise als Referenzwert definiert werden. Wird neues Ausgangsmaterial geliefert, so kann dies dann im Rahmen eines Schnelltests des Verwirbelungsgrads und Vergleich des ermittelten Verwirbelungsgrads mit dem Referenzwert als zur Weiterverarbeitung tauglich oder nicht tauglich qualifiziert werden.If a material comprising a semifinished product or a delivered material web has been found to be suitable for further processing with process parameters, the degree of fluidization of the material can be defined, for example, as a reference value. If new starting material is supplied, then this can then be qualified as suitable for further processing or not suitable within the scope of a rapid test of the turbulence degree and comparison of the determined degree of turbulence with the reference value.

Das Ausgangsmaterial wird bei der Weiterverarbeitung aufgespreizt, je höher das Entanglement ist, desto weniger lässt sich das Material aufspreizen, ein bestimmtes Maß an Aufspreizbarkeit wird aber produktionstechnisch gefordert, was wiederum deutlich macht, dass Bedarf an einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts besteht.The starting material is spread in the further processing, the higher the entanglement, the less the material can spread, but a certain degree of Aufspreizbarkeit is required in terms of production, which in turn makes clear that the need for a device and a method for determining the turbulence of a Carbon fiber roving section consists.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts sowie ein Verfahren zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts zu schaffen.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a device for determining the swirling of a carbon fiber roving section and a method for determining the swirling of a carbon fiber roving section.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Darüber hinaus weist die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale auf, vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. The invention has to solve this problem with respect to the device to the features specified in claim 1. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims. In addition, the invention in terms of the method on the features specified in claim 7, advantageous embodiments of the method are described in the further claims.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts mit mindestens einer in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadel, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme einer Mehrzahl von im horizontalen sowie vertikalen Abstand zueinander angeordneten Prüfnadeln und eine Führungseinrichtung zur zumindest weitgehend vertikalen Führung der Aufnahmeeinrichtung entlang eines vorbestimmten Eingriffswegs der Prüfnadeln entlang des Abschnitts aufweist.The invention provides a device for determining the turbulence of a carbon fiber roving section with at least one test needle engaging in the section, wherein the device has a receiving device for receiving a plurality of test probes spaced apart horizontally and vertically and guide means for guiding the receiving device at least substantially vertically along one having predetermined engagement path of the test needles along the portion.

Durch die Anordnung der im vertikalen und horizontalen Abstand zueinander beabstandet angeordneten Prüfnadeln wird ein Prüfkamm geschaffen, der zum Durchkämmen des Carbonfaserrovingabschnitts ausgebildet ist. Während des Durchkämmens des zu prüfenden Carbonfaserrovingabschnitts mit dem Prüfkamm, also der Bewegung des Carbonfaserrovingabschnitts relativ zum Prüfkamm oder der Bewegung des Prüfkamms relativ zum Carbonfaserrovingabschnitt mit den in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadeln erfährt der Prüfkamm einen Widerstand, der als charakteristische Kenngröße für den Verwirbelungsgrad des Carbonfaserwerkstoffes herangezogen werden kann.By arranging the probes spaced apart in the vertical and horizontal spacing, a test comb is created, which is designed for combing through the carbon fiber roving section. During the combing through of the carbon fiber roving section to be tested with the test comb, ie the movement of the carbon fiber roving section relative to the test comb or the movement of the test comb relative to the carbon fiber roving section with the test probes engaging in the section, the test comb experiences a resistance which is used as a characteristic variable for the turbulence of the carbon fiber material can be.

Wurde für einen bestimmten Verarbeitungsprozess oder ein bestimmtes herzustellendes Werkstück ein mit geeigneten Prozessparametern versehener Ausgangswerkstoff ermittelt, kann der bei der Prüfung des geeigneten Ausgangswerkstoffs ermittelte Verwirbelungsgrad festgestellt und beispielsweise in einer Werkstoffdatenbank hinterlegt werden. Er kann dann als Referenzwert für Modifikationen am Werkstoff dienen, die den Verwirbelungsgrad beeinflussen und damit die Eignung des modifizierten Werkstoffs für den Prozess qualifizieren, so dass bei Veränderungen am Ausgangswerkstoff rasch eine qualifizierte Aussage für die Tauglichkeit des Werkstoffs für das ausgewählte Herstellungsverfahren möglich ist.If a starting material provided with suitable process parameters has been determined for a specific processing process or a particular workpiece to be produced, the degree of turbulence determined during the testing of the suitable starting material can be determined and stored, for example, in a material database. It can then serve as a reference value for modifications to the material that affect the degree of turbulence and thus qualify the modified material for the process, so that changes in the starting material quickly enable a qualified statement of the material's suitability for the selected manufacturing process.

Es ist dabei nach einer Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen, dass in vertikaler Richtung die Prüfnadeln jeweils seitlich zueinander versetzt angeordnet sind.It is provided according to a development of the device that in the vertical direction, the test needles are arranged laterally offset from each other.

Damit wird erreicht, dass der zu prüfende Roving an möglichst vielen Stellen durchkämmt wird.This ensures that the roving to be tested is combed at as many points as possible.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist nach einer Weiterbildung eine Kraftmesseinrichtung auf, die zur Messung der die Aufnahmeeinrichtung entlang des Eingriffswegs in zumindest weitgehend vertikaler Richtung beaufschlagenden Kraft ausgebildet ist. Die so gemessene Kraft dient als Eingangsgröße für die Ermittlung eines den Verwirbelungsgrad des geprüften Carbonfaserrovingabschnitts qualifizierenden Parameters, bei dem es sich im vorliegenden Fall um die Kammarbeit handelt.The device according to the invention has, according to a further development, a force measuring device which is designed to measure the force acting on the receiving device along the engagement path in at least substantially vertical direction. The force thus measured serves as an input for the determination of a parameter qualifying the degree of turbulence of the tested carbon fiber roving section, which in this case is the comb work.

Zu diesem Zweck besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer Weiterbildung eine Einrichtung zur Ermittlung der entlang des Eingriffswegs (z) unter Bestimmung der die Aufnahmeeinrichtung beim Durchkämmen des Abschnitts beaufschlagenden Kraft F(z) verrichteten Kammarbeit W nach der Formel W = ∫F(z)dz. For this purpose, the device according to the invention has, according to a further development, a device for determining the comb work W carried out along the engagement path (z) while determining the force F (z) acting on the receiving device when combing through the section W = ∫F (z) dz.

Das für das zu fertigende Werkstück ausgewählte Herstellungsverfahren setzt ein bestimmtes Maß der Verwirbelung des Ausgangsmaterials voraus, das durch die beim geeigneten Ausgangsmaterial ermittelte Kammarbeit qualifiziert wird.The manufacturing process selected for the workpiece to be produced presupposes a certain degree of turbulence of the starting material, which is qualified by the combing work determined on the suitable starting material.

Wird ein für die Fertigung vorgesehenes neues Ausgangsmaterial geliefert, kann dessen Eignung für das ausgewählte Herstellungsverfahren rasch mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren und der am Carbonfaserrovingabschnitt des neuen Ausgangsmaterials ermittelten Kammarbeit qualifiziert werden.If a new starting material intended for production is supplied, its suitability for the selected manufacturing process can be quickly qualified by means of the device according to the invention and the method and the comb work determined on the carbon fiber roving section of the new starting material.

Es ist dabei nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass der durch die Prüfnadeln gebildete Prüfkamm entlang eines vorbestimmten Wegs, nämlich des Eingriffswegs, mit zumindest weitgehend konstanter Geschwindigkeit durch die Probe, also den Carbonfaserrovingabschnitt, geführt wird. Die am Kamm in Bewegungsrichtung angreifende Kraft und die dazu korrespondierende Wegänderung werden erfasst und dann kann mittels numerischer Integration die vorstehend definierte Kammarbeit ermittelt werden. Je größer die Kammarbeit ist, desto größer ist der Grad des Entanglements oder der Verwirbelung.It is provided according to a development that the test comb formed by the test needles along a predetermined path, namely the engagement path, with at least substantially constant speed through the sample, so the carbon fiber roving, is performed. The force acting on the comb in the direction of movement and the path change corresponding thereto are detected and then the above-defined comb work can be determined by means of numerical integration. The larger the comb work, the greater the degree of Entanglements or turbulence.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung ein zur lösbaren Festlegung des Abschnitts ausgebildetes Einspannelement und ein zur Beaufschlagung des Abschnitts mit einer vorbestimmten Zugspannung ausgebildetes Vorspannelement sowie eine Verschwenkeinrichtung aufweist, die zur Bewegung des vorgespannten Abschnitts relativ zu der Aufnahmeeinrichtung ausgebildet ist.It is provided according to a development of the invention, that the device comprises a trained for releasably fixing the portion clamping element and a trained for acting on the portion with a predetermined tension biasing member and a pivoting device which is formed for movement of the prestressed portion relative to the receiving device.

Über das Einspannelement kann ein Prüfling festgelegt werden und über das Vorspannelement mit einer definierten Zugspannung beaufschlagt werden, so dass sich eine reproduzierbare Prüfumgebung einstellen lässt. Mittels der Verschwenkeinrichtung wird erreicht, dass der Prüfling in einer Außereingriffstellung mit dem Prüfkamm vorbereitet werden kann und erst dann, wenn der Prüfling unter eine definierte Vorspannung gesetzt wurde, in die Eingriffsstellung mit dem Prüfkamm verbracht wird, indem die Verschwenkeinrichtung in Richtung zur Eingriffsstellung verschwenkt wird. Damit wird erreicht, dass der Prüfling erst unmittelbar vor dem Prüfvorgang mit dem Prüfkamm in Eingriff kommt und somit reproduzierbare Ausgangsparameter für jeden einzelnen Prüfvorgang gegeben sind. By means of the clamping element, a test object can be fixed and subjected to a defined tensile stress via the pretensioning element, so that a reproducible test environment can be set. By means of the pivoting device is achieved that the specimen can be prepared in a disengaged position with the test comb and only when the specimen was set under a defined bias, is moved into the engaged position with the Prüfkamm by the pivoting device is pivoted in the direction of engagement position , This ensures that the test specimen engages the test comb only immediately before the test procedure, and thus reproducible output parameters are given for each individual test procedure.

Das nach der Erfindung vorgesehene Verfahren zur Ermittlung der Verwirbelung eines Carbonfaserrovingabschnitts mittels mindestens einer in den Abschnitt eingreifenden Prüfnadel weist folgende Schritte auf:

– Bereitstellen eines Abschnitts vorbestimmter Länge
– Anordnen des Abschnitts relativ zu einer eine Mehrzahl von Prüfnadeln aufweisender Aufnahmeeinrichtung
– Herbeiführen einer Eingriffsstellung zwischen Abschnitt und Prüfnadeln
– Bewegung der Aufnahmeeinrichtung entlang des Abschnitts entlang eines Eingriffswegs
– Ermittlung der an der Aufnahmeeinrichtung entlang des Eingriffswegs angreifenden Kraft
– Ermittlung der entlang des Eingriffswegs verrichteten Kammarbeit W = ∫F(z)dz, wobei F(z) der an der Aufnahmeeinrichtung angreifenden Kraft und z dem Eingriffsweg entspricht
– Vergleich der ermittelten Kammarbeit mit einem Referenzwert der Kammarbeit, der einer vorbestimmten Verwirbelung entspricht.

The method according to the invention for determining the turbulence of a carbon fiber roving section by means of at least one test needle engaging in the section comprises the following steps:

- Providing a section of predetermined length
- Arranging the portion relative to a plurality of test needles having receiving device
- Establishing an engagement position between section and probes
- Movement of the receiving device along the portion along an engagement path
- Determining the force acting on the receiving device along the engagement path force
Determining the comb work performed along the engagement path W = ∫F (z) dz, wherein F (z) corresponds to the force acting on the receiving device and z corresponds to the engagement path
- Comparison of the determined comb work with a reference value of the comb work, which corresponds to a predetermined turbulence.

Damit lässt sich über die Ermittlung der Kammarbeit an einem Carbonfaserrovingabschnitt ein Wert für den Grad der Verwirbelung des Werkstoffs feststellen, aus dem der zu prüfende Carbonfaserrovingabschnitt bereitgestellt wurde.Thus, by determining the comb work on a carbon fiber roving section, a value for the degree of turbulence of the material from which the carbon fiber roving section to be tested has been provided can be determined.

Da der Zusammenhang gilt, dass der Grad der Verwirbelung steigt, je größer die Kammarbeit ist, lässt sich über die Ermittlung der Kammarbeit der Verwirbelungsgrad des Ausgangsmaterials ermitteln und somit eine Aussage treffen, ob das Ausgangsmaterial für den gewünschten Zweck, beispielsweise ein Verarbeitungsverfahren, tauglich ist.Since the correlation applies that the degree of turbulence increases, the greater the comb work, the degree of intermeshing of the starting material can be determined by determining the comb work and thus a statement as to whether the starting material is suitable for the desired purpose, for example a processing method ,

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abschnitt mit weitgehend parallel zur Bewegungsrichtung der Aufnahmeeinrichtung verlaufender Faserorientierung relativ zu den Prüfnadeln angeordnet, wodurch vermieden wird, dass sich Biege- oder Scherbeanspruchungen der Messung der Kraft in Bewegungsrichtung überlagern und somit das Messergebnis verfälschen.According to a development of the method according to the invention, the section is arranged with fiber orientation extending substantially parallel to the direction of movement of the receiving device relative to the test probes, thereby avoiding that bending or shearing stresses are superimposed on the measurement of the force in the direction of movement and thus falsify the measurement result.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es im Rahmen einer Weiterbildung auch vorgesehen, dass eine Mehrzahl von mit einem jeweiligen Abschnitt ermittelter Werte der Kammarbeit ermittelt wird und somit beispielsweise ein Durchschnittswert geschaffen wird, der den Grad der Verwirbelung des Ausgangsmaterials anhand mehrerer Prüflinge ermittelt.According to the method of the invention, it is also provided within the framework of a further development that a plurality of values of the comb work determined with a respective section are determined and thus, for example, an average value is created which determines the degree of turbulence of the starting material on the basis of a plurality of test objects.

Wird ein neues Ausgangsmaterial mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft und dabei eine bestimmte Kammarbeit festgestellt, so kann dann auf einen Erwartungswert an heraus gekämmtem Fasermaterial geschlossen werden. Entspricht der Wert der Kammarbeit einem Wert an Fasermaterial, welches das Ausgangsmaterial als für das ausgewählte Herstellungsverfahren untauglich erscheinen lässt, dann kann das zu prüfende Ausgangsmaterial als für das Herstellungsverfahren nicht tauglich abgelehnt werden, ohne dass ein Prüfling des zu prüfenden Ausgangsmaterials einem probehalber durchgeführten Verarbeitungsvorgang unterzogen werden muss.If a new starting material is tested by means of the method according to the invention and a particular comb work determined, it is then possible to deduce an expected value of fiber material which has been combed out. If the value of the combing work corresponds to a value of fiber material which makes the starting material unsuitable for the selected manufacturing process, then the starting material to be tested can not be rejected as suitable for the production process without subjecting a test specimen of the starting material to be tested to a trial procedure must become.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. This shows in:

1 eine perspektivische Ansicht eines Prüfkamms mit einer Vielzahl von Prüfnadeln und 1 a perspective view of a test comb with a plurality of test pins and

2 eine perspektivische Darstellung einer Rahmeneinheit zur Aufnahme von Prüflingen in der Form von Carbonfaserrovingabschnitten. 2 a perspective view of a frame unit for receiving specimens in the form of Carbonfaserrovingabschnitten.

1 der Zeichnung zeigt eine perspektivische Darstellung einer Aufnahmeeinrichtung 1 beziehungsweise eines Prüfkamms 1 mit einer Vielzahl von Prüfnadeln 2. Die Prüfnadeln 2 sind bei der dargestellten Ausführungsform des Prüfkamms 1 in sechs Reihen übereinander angeordnet und in jeder Ebene sind sechs Prüfnadeln 2 nebeneinander angeordnet, so dass der Prüfkamm 1 insgesamt 36 Prüfnadeln aufweist. Die außen liegenden Prüfnadeln 2 der oberen Ebene können dabei als Bezugsmarke für das Einbringen des Prüfkamms in den Prüfling dienen. 1 The drawing shows a perspective view of a receiving device 1 or a test comb 1 with a variety of probes 2 , The test pins 2 are in the illustrated embodiment of the test comb 1 arranged in six rows on top of each other and in each level are six test probes 2 arranged side by side, leaving the test comb 1 a total of 36 probes. The external probes 2 The upper level can serve as a reference mark for the introduction of the Prüfkamms in the examinee.

Die Prüfnadeln 2 vertikal benachbarter Ebenen sind dabei jeweils im Zwischenraum der Prüfnadeln 2 der direkt darüber angeordneten Prüfnadelebene angeordnet, was dazu führt, dass der nicht näher dargestellte Prüfling beziehungsweise Carbonfaserrovingabschnitt an möglichst vielen Stellen durchkämmt wird.The test pins 2 vertically adjacent planes are each in the space between the test needles 2 arranged directly above arranged Prüfnadelebene, resulting in that the test specimen not shown or carbon fiber roving is combed at as many points.

Der Prüfkamm 1 kann in eine nicht näher dargestellte Universalprüfmaschine mit einer Führungseinrichtung eingespannt werden, so dass der Prüfkamm 1 mit seinen Prüfnadeln 2 dann, wenn die Prüfnadeln 2 in den Carbonfaserrovingabschnitt eingedrungen sind, entlang der Führungseinrichtung vertikal in Richtung nach unten bewegt wird und zwar um einen vorbestimmten Eingriffsweg von beispielsweise 400 mm.The test comb 1 can in a universal testing machine, not shown with a Guide device are clamped so that the test comb 1 with his probes 2 then, if the probes 2 into the carbon fiber roving section, is moved vertically downwardly along the guide means, namely by a predetermined engagement distance of, for example, 400 mm.

Während der Vertikalbewegung des Prüfkamms 1 mit konstanter Geschwindigkeit entlang des Carbonfaserrovingabschnitts durchkämmen also die Prüfnadeln 2 den Carbonfaserrovingabschnitt und dabei wirkt eine von einer nicht näher dargestellten Kraftmessdose aufgenommene Kraft F(z) auf dem Prüfkamm 1, die in Abhängigkeit des Eingriffswegs z aufgezeichnet wird.During the vertical movement of the test comb 1 At constant speed along the carbon fiber roving section, therefore, comb through the test pins 2 the carbon fiber roving section and a force F (z) picked up by a load cell (not shown) acts on the test comb 1 , which is recorded as a function of the engagement path z.

Über eine numerische Integration kann die vom Prüfkamm 1 geleistete Kammarbeit W entlang des Eingriffswegs z nach der Formel W = ∫F(z)dz bestimmt werden, die ein Maß für die Verwirbelung des Carbonfaserrovingabschnitts darstellt.A numerical integration can be used by the test comb 1 performed combing work W along the engagement path z according to the formula W = ∫F (z) dz be determined, which is a measure of the turbulence of the carbon fiber roving section.

Je größer die Kammarbeit ist, desto größer ist der Grad der Verwirbelung beziehungsweise des Entanglements des zu prüfenden Ausgangsmaterials. Das von den Prüfnadeln 2 aufgenommene Carbonfasermaterial kann dem Prüfkamm 1 entnommen werden und gewogen werden, um eine Beziehung zwischen dem Grad des Entanglements und dem ausgekämmtem Werkstoff zu ermitteln, die beispielsweise dann benutzt werden kann, um bei einer vereinfachten Vorgehensweise bei einem Prüfvorgang nur mehr die ausgekämmte Masse zu bestimmen, und auf Basis dieser Masse dann auf den Grad der Verwirbelung zu schließen.The larger the comb work, the greater the degree of turbulence or entanglement of the starting material to be tested. That from the test pins 2 taken up carbon fiber material can the test comb 1 and weighed to determine a relationship between the degree of entanglement and the combed material, which may then be used, for example, to determine only the combed mass in a simplified procedure in a test operation, and then based on this mass to close the degree of turbulence.

2 der Zeichnung zeigt ein Rahmeneinheit 3, die zur Verwendung mit einer nicht näher dargestellten Universalprüfmaschine ausgebildet ist. Die Rahmeneinheit 3 weist eine untere Rahmeneinheit 4 und eine obere Rahmeneinheit 5 auf. An der unteren Rahmeneinheit 4 ist ein Vorspannelement 6 in der Form einer Rolle 7 vorgesehen, an der der nicht näher dargestellte Carbonfaserrovingabschnitt eingespannt und mittels eines Massekörpers unter Zugspannung gesetzt werden kann, so dass eine reproduzierbare Prüfumgebung geschaffen wird. 2 The drawing shows a frame unit 3 , which is designed for use with a Universalprüfmaschine not shown. The frame unit 3 has a lower frame unit 4 and an upper frame unit 5 on. On the lower frame unit 4 is a biasing element 6 in the form of a roll 7 provided, at the not shown in detail Carbonfaserrovingabschnitt clamped and can be set by means of a mass body under tension, so that a reproducible test environment is created.

An der oberen Rahmeneinheit 5 ist eine Querstange 8 vorgesehen, an der das auf einer Rolle befindliche Carbonfasermaterial angeordnet werden kann, damit eine Prüflänge des Ausgangsmaterials vor der Durchführung des Verfahrens abgerollt und abgelängt werden kann.At the upper frame unit 5 is a crossbar 8th provided, on which the carbon fiber material located on a roll can be arranged, so that a test length of the starting material can be unrolled and cut to length before carrying out the method.

Der so abgelängte Prüfling wird an einem Einspannelement 9 eingespannt und entlang der unteren Rahmeneinheit 4 in Richtung zur Rolle 7 geführt und dort festgelegt und unter Zugspannung gesetzt, wie dies vorstehend bereits erläutert worden ist.The thus cut test specimen is attached to a clamping element 9 clamped and along the lower frame unit 4 towards the role 7 guided and set there and put under tension, as has already been explained above.

Damit der Prüfling während der Vorbereitungsarbeiten für den Prüfvorgang nicht mit dem Prüfkamm 1 in Kontakt kommt, kann die Rahmeneinheit 3 nach einer Variante um einen gewissen Schwenkwinkel in Richtung nach vorne geschwenkt werden und dann, wenn der Prüfling vorbereitet worden ist, um den Schwenkwinkel in Richtung nach hinten verschwenkt werden und zwar in Richtung zur nicht näher dargestellten Universalprüfmaschine hin und zwar so, dass die Prüfnadeln 2 in den Prüfling eindringen.So that the test object does not interfere with the test comb during the preparatory work for the test procedure 1 comes into contact, the frame unit can 3 be pivoted in a variant by a certain pivot angle in the direction forward and then, when the test specimen has been prepared to be pivoted to the pivot angle in the backward direction and toward the Universalprüfmaschine not shown in such a way that the test needles 2 penetrate into the test piece.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Rahmeneinheit 3 feststehend anzuordnen und etwa im Bereich der Laschen 10 eine nicht näher dargestellte Rundstange quer zur Rahmeneinheit 3 vorzusehen, die relativ zur unteren Rahmeneinheit 4 verschwenkt werden kann, um den bereits eingespannten Prüfling aus dem Erfassungsbereich der Prüfnadeln 2 heraus beziehungsweise in den Erfassungsbereich der Prüfnadeln 2 hinein verschwenken zu können.Alternatively, it is also possible to use the frame unit 3 to arrange fixed and approximately in the area of the tabs 10 a round rod, not shown, transverse to the frame unit 3 provide, relative to the lower frame unit 4 can be pivoted to the already clamped specimen from the scope of the test needles 2 out or into the detection range of the test probes 2 to be able to pivot into it.

Nachdem die Eingriffsstellung zwischen dem Carbonfaserrovingabschnitt und den Prüfnadeln 2 hergestellt worden ist, wird der Prüfkamm 1 mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang des Prüflings beziehungsweise des Abschnitts entlang des Eingriffswegs bewegt und dabei die am Prüfkamm 1 angreifende Kraft in Abhängigkeit vom Eingriffsweg z aufgezeichnet. Über eine numerische Integration kann dann die Kammarbeit W bestimmt werden, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde.After the engagement position between the carbon fiber roving section and the test pins 2 has been prepared, the test comb 1 moved at a constant speed along the specimen or the section along the engagement path and thereby the test comb 1 attacking force depending on the engagement path z recorded. The comb work W can then be determined via a numerical integration, as has already been explained above.

Handelt es sich bei dem zu prüfenden Ausgangsmaterials beispielsweise um eine neue Lieferung an Carbonfasermaterial, welches für die Fertigung eines Werkstücks vorgesehen ist, so kann die so bestimmte Kammarbeit W mit einem Referenzwert der Kammarbeit, die einer vorher bestimmten vorbestimmter Verwirbelung eines als tauglich qualifizierten Carbonfaserausgangsmaterials entspricht, verglichen werden und so rasch bestimmt werden, ob die neue Lieferung den zur Fertigung des Werkstücks festgelegten Prozessparametern entspricht, ohne dass mit dem Ausgangsmaterial der neuen Lieferung ein Testwerkstück hergestellt werden muss.If the starting material to be tested is, for example, a new supply of carbon fiber material which is intended for the production of a workpiece, the comb work W determined in this way can be compared to a predetermined value of the comb work corresponding to a previously determined predetermined turbulence of a carbon fiber starting material qualified as suitable are compared and so quickly determined whether the new delivery corresponds to the specified process parameters for the production of the workpiece, without having to produce a test workpiece with the starting material of the new delivery.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, das Entanglement eines gelieferten Carbonfaserroving zu messen, die Ergebnisse zu dokumentieren und die Werkstoffeigenschaften zu verfolgen, die das Material bei der Fertigung der daraus herzustellenden Werkstücke zeigt. Das Entanglement spielt bei der Fertigung von Werkstücken aus Carbonfaserwerkstoffen eine wesentliche Rolle und daher ist die Beobachtung dieser Materialeigenschaft von großer Bedeutung, und das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung ermöglichen es, diesen Materialwert im Hinblick auf die Fertigung von Werkstücken leicht zu verfolgen.The method and the device according to the invention make it possible to measure the entanglement of a delivered carbon fiber roving, to document the results and to follow the material properties that the material exhibits in the production of the workpieces to be produced therefrom. The Entanglement plays in the manufacture of workpieces made of carbon fiber materials an essential role and therefore the observation of this material property of great Significance, and the method and the device according to the invention make it easy to follow this material value in terms of the production of workpieces.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.With regard to features of the invention which are not explained in greater detail above, reference is expressly made to the claims and the drawings, moreover.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Prüfkamm, AufnahmeeinrichtungTest comb, receiving device
22: Prüfnadelnprobes
33: Rahmeneinheitframe unit
44: untere Rahmeneinheitlower frame unit
55: obere Rahmeneinheitupper frame unit
66: Vorspannelementbiasing member
77: Rollerole
88th: Querstangecrossbar
99: Einspannelementclamping
1010: Laschentabs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3793883 B1 [0003]
US 2012/0125119 A1 [0004]
DE 4323388 A1 [0005]

Claims

Device for determining the turbulence of a carbon fiber roving section with at least one test needle engaging in the section ( 2 ), characterized by a receiving device ( 1 ) for receiving a plurality of horizontally and vertically spaced test probes ( 2 ) and a guide means for at least substantially vertical guidance of the receiving device ( 1 ) along a predetermined engagement path of the probes ( 2 ) along the section.

Apparatus according to claim 1, characterized in that in the vertical direction the test pins ( 2 ) are each arranged laterally offset from each other.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a force measuring device for measuring the receiving device ( 1 ) along the engagement path in at least substantially vertical direction acting force.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a device for determining along the engagement path (z) under determination of the recording force acting on the combing of the section acting force F (z) comb work (W) according to the formula

W = ∫F (z) dz

Device according to one of the preceding claims, characterized by a receiving device ( 1 ) with a substantially constant speed along the engagement path moving actuator.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a clamping element designed for detachable fixing of the section ( 9 ) and a biasing member formed to act on the portion having a predetermined tension (FIG. 6 ) and a pivoting device, which is for movement of the prestressed portion relative to the receiving device ( 1 ) is trained.

Method for determining the turbulence of a carbon fiber roving section by means of at least one test needle engaging in the section ( 2 comprising the following steps: - providing a section of predetermined length - arranging the section relative to one of a plurality of test pins ( 2 ) receiving device ( 1 ) - bringing about an engagement position between section and test probes ( 2 ) - movement of the receiving device ( 1 ) along the section along an engagement path - detection of the at the receiving device ( 1 ) force acting along the engagement path - determination of the comb work done along the engagement path W = ∫F (z) dz, where F (z) is the force acting on the receiving device ( 1 ) engaging force and z corresponds to the engagement path - Comparison of the determined comb work with a reference value of the comb work, which corresponds to a predetermined turbulence.

Method according to claim 7, characterized in that the receiving device ( 1 ) is moved along the section at a substantially constant speed.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the engagement position between the section and the test probes ( 2 ) by placing the section at a distance from the test probes ( 2 ) retaining spacer is pivoted relative to the section and test probes ( 2 ) are introduced into the section and penetrate the section.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the section with substantially parallel to the direction of movement of the receiving device ( 1 ) fiber orientation relative to the test probes ( 2 ) is arranged.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the section between a clamping element ( 9 ) and a biasing element ( 6 ) is set under a predetermined tension and at least largely arranged vertically.

Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that the portion is biased by means of a mass body.

Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that an average value of the comb work is determined from a plurality of values of the comb work determined with a respective section.

Method according to one of claims 7 to 13, characterized in that the taken after a movement along the engagement path of the test needles fiber material of the receiving device is removed and weighed.