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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Stapelfaserbands in einer Textilmaschine, eine Textilmaschine und ein Verfahren zum Nachrüsten an einer Textilmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zuführen eines Stapelfaserbands zu einem quer zu einer Maschinenrichtung beweglich angetriebenen Legekopf in einer Textilmaschine, eine Textilmaschine mit einem quer zu Maschinenrichtung beweglich angetriebenen Legekopf sowie ein Verfahren zum Nachrüsten einer Stapelfaserbandzuführung zu einem Legekopf an einer Textilmaschine wie vorstehend erwähnt.
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Die Verarbeitung von Stapelfasern in Textilien ist bekannt.
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Üblicherweise gelangen die Stapelfasern in Bandform aus einer Kanne in ein Streckwerk und werden dort zunächst verstreckt. Beim Verstrecken werden die Stapelfasern feiner, wodurch auch ihre Festigkeit sinkt und was einen weiteren Transport erschwert.
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Es ist bekannt, den Weitertransport durch die Verbindung von Filamenten zu ermöglichen.
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Gerade bei der Verwendung von Naturfasern liegen die Stapelfasern jedoch meist mit einer Länge von etwa 28 mm vor. Es ist zwar auch Langflachs bekannt, welche eine deutlich höhere Länge der Stapelfasern aufweist, welche aber auch teuer in der Beschaffung ist.
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Stapelfasern können daher – jedenfalls dann, wenn das Verfahren eine Flexibilität hinsichtlich der zu verarbeitenden Stapelfasern aufweisen soll – nur mit einer Garndrehung verarbeitet werden, wodurch die Festigkeit des späteren Verbundbauteils beeinträchtigt werden kann, weil die Fasern nicht mehr in Kraftrichtung ausgerichtet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
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Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe ein Verfahren zum Zuführen eines Stapelfaserbands zu einem quer zu einer Maschinenrichtung beweglich angetriebenen Legekopf in einer Textilmaschine zum dortigen Einarbeiten in ein Textil mittels des Legekopfes, wobei das Stapelfaserband durch einen längs erstreckten Innenraum eines beweglichen, insbesondere flexiblen, zum Legekopf führenden Kanals zum Legekopf geführt und dem Stapelfaserband innerhalb des Kanals mittels eines auf den Innenraum wirkenden Drallgeberorgans eine Verdrehung aufgeprägt wird.
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Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein”, „zwei” usw. regelmäßig als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein ...”, „mindestens zwei ...” usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext mittelbar, explizit oder für den Fachmann offensichtlich ergibt, dass etwa dort nur „genau ein ...”, genau zwei ...” usw. gemeint sein kann oder soll.
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Die „Maschinenrichtung” sei die Durchtransportrichtung des in der Herstellung befindlichen Textils durch die Maschine verstanden. Bei den meisten Textilmaschinen handelt es sich hierbei um eine horizontale, gerade erstreckte Transportrichtung, wobei das hergestellte wertende Textil eine flächige, in Maschinenrichtung endlose Erstreckung aufweist.
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Das „Stapelfaserband” sei ein Band aus beliebigen Stapelfasern. Denkbar sind einerseits Stapelfaserbänder aus nur Stapelfasern identischen Werkstoffs, natürlich hergestellt oder als Naturprodukt. Es kann sich aber auch um eine Zusammensetzung verschiedener Stapelfaserarten in einem Band handeln.
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Das Stapelfaserband sei nicht als ein Stapelfasergarn verstanden. Denn ein Garn weist bereits verdrehte Fasern auf, bei denen die geringe Festigkeit, die hier vorliegend Gegenstand des erfinderischen Handlings ist, gerade nicht auf.
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Der „Legekopf” ist ein Teil der Textilmaschine. Der Legekopf weist einerseits eine Fadenzuführung auf, auf der anderen Seite hingegen eine Fadenlegung. Im hier vorliegenden Fall bekommt der Legekopf auf seiner Zuführseite aus der erfinderischen Zuführung den Faden zugeführt und legt ihn auf der anderen Seite in das Textil zum Einarbeiten ein.
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Der Legekopf ist beweglich an der Maschine geführt. Er weist hierzu einen Antrieb auf, wobei der Antrieb dazu eingerichtet ist, den Legekopf in verschiedenen Richtungen zu bewegen, im einfachsten Falle also in einer hin- und her-Richtung. Mindestens eine der Bewegungen des Legekopfes soll eine Richtungskomponente quer zu Maschinenrichtung haben, vor allem quer zur Maschinenrichtung und parallel zur flächig aufgespannten, hergestellt werdenden Textilbahn, somit vor allem orthogonal zur Maschinenrichtung und insbesondere orthogonal zur Maschinenrichtung und parallel zur Textilbahnebene.
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Die Erfindung sieht vor, dass ein „Kanal”, somit also ein längs erstrecktes hohles Gebilde, für die Zuführung des Stapelfaserbands zum Legekopf verwendet wird. Der Kanal muss beweglich sein, vor allem flexibel. Dies rührt daher, dass der Kanal an seinem Ausgang auf der Zuführseite des Legekopfes ankommen muss. Somit muss das am Legekopf befindliche Ende des Kanals ebenfalls beweglich sein.
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Bevorzugt wird die Form des Kanals, das heißt vor allem der Verlauf, mitunter aber auch zumindest zum Teil der Querschnitt, während des sich bewegenden Legekopfes mit geändert. Ein flexibler Kanal kann dem Legekopf folgen, auch wenn die der Zuführung zum Kanal dienende Seite des Kanals, mithin also die vom Legekopf fortgewandte Seite des Kanals, statisch bleibt.
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Bevorzugt wird bei einer solchen Verformung des Kanals der Querschnitt des Kanals gar nicht oder nur in geringem Maße verändert, so dass die Strömungsverhältnisse von Luft und Fasern innerhalb des Kanals möglichst unbeeinflusst bleiben.
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Das „Drallgeberorgan” soll dafür sorgen, die Stapelfasern nach dem Falschdrahtprinzip in eine Verdrehung zu bringen, so dass sich eine ausreichende Stabilität des dadurch verdrehten Stapelfaserbands für den Transport entlang des Kanals ergibt.
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Als das Drallgeberorgan muss ein aktives Wirkmittel vorgesehen sein, welches über den reinen Kanal hinausgeht, wenn ein Kanal beispielsweise eine Krümmung ausführt, dann werden die dadurch auf die im Kanal vorwärts bewegten Stapelfasern durch die auf sie ausgeübte Beschleunigung tendenziell auch einen Drall erfahren müssen. Ein solcher Drall, der lediglich durch den Verlauf eines Kanals hervorgerufen wird, reicht aber zum Transport des verdrehten Stapelfaserbandes mit der gemäß der hier vorgestellten Erfindung gewählt als Sicherheit nicht aus. Vielmehr muss ein weiteres Bauteil vorgesehen sein, welches aktiv eine Kraft auf die vorbeilaufenden Stapelfasern ausüben kann. Ein solches Bauteil wird im Regelfall elektrisch angetrieben sein.
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Bevorzugt wird während des gesamten Zuführprozesses des Stapelfaserbands zum Legekopf die Verdrehung kontinuierlich aufgeprägt, somit also das Drallgeberorgan kontinuierlich in Betrieb gehalten.
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Bei einer solchen Abstimmung des Betriebs des Drallgeberorgans auf den Betrieb der Textilmaschine, jedenfalls aber auf den Betrieb des Legekopfes, wird für das gesamte Stapelfaserband die hohe Transportfähigkeit aufgrund der Verdrehung gesichert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass dem Stapelfaserband über die gesamte Länge des Kanals die Verdrehung aufgeprägt wird.
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Um ein Stapelfaserband zu verdrehen, wird entweder eine ausreichende Massenträgheit der Stapelfasern erforderlich sein, oder aber ein Momentenpaar muss auf das Stapelfaserband wirken. Das Momentenpaar kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein aktiver Momentengeber auf das Stapelfaserband wirkt, und zwar in der Nähe eines zumindest im Wesentlichen Momenten festhaltenden Elements, oder es können zwei gegenläufig oder unterschiedlich stark gleichläufig Momente aufbringende Organe vorgesehen sein.
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In einem einfachen Fall kann beispielsweise eine Luftdüse stark beschleunigte Luft außerhalb der Achse in den Kanal einblasen. Durch das Einblasen außerhalb der Achse wird eine spiralförmige, drallbehaftete Luftströmung im Kanal erzeugt. Diese Luftströmung nimmt die Stapelfasern mit und prägt dem Stapelfaserband eine Verdrehung auf.
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Die Verdrehung erfolgt dadurch, dass im Bereich der Drallkraft in Spiralform laufenden Luft ein lokales Moment auf das Stapelfaserband ausgeübt wird, wohingegen stromaufwärts der Düse das Stapelfaserband gehalten wird, beispielsweise weil es durch ein Walzenpaar läuft oder sich aus einer Streckeinrichtung in den Kanal hineinbewegt.
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Stromabwärts der Düse, generell also des Drallgeberorgans, löst sich die Verdrehung jedoch schnell wieder auf, wenn nicht weiter stromabwärts ebenfalls ein Gegenmoment in aktiver oder passiver Weise aufgebracht wird.
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Um einen mechanischen Abriss des Stapelfaserbands während der Zuführung durch den Kanal zu verhindern, ist es demgegenüber jedoch von Vorteil, dem Stapelfaserband über die gesamte Länge des Kanals die Verdrehung aufzuprägen. Dazu können beispielsweise eine Mehrzahl aktive oder passive Momentengeber vorgesehen sein, also aktive Momentengeber in Form von Drallgeberorganen und/oder passive Momentengeber in Form von Haltern wie Walzenpaaren.
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In jedem Fall scheint es von Vorteil zu sein, wenn das Drallgeberorgan, jedenfalls also mindestens ein Drallgeberorgan, an einem Austritt aus dem Kanal am Legekopf auf das Stapelfaserband wirkt und dem Stapelfaserband dort die Verdrehung aufprägt.
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Da im Allgemeinen die Verdrehung des Stapelfaserbands jedenfalls noch eine kleine Strecke stromabwärts eines Drallgeberorgans aufrechterhalten bleiben wird, muss das Drallgeberorgan nicht zwingend ganz exakt am Austritt angeordnet sein oder dort wirken. Vielmehr reicht es aus, wenn es im ingenieurmäßigen Verständnis zumindest im Wesentlichen am Austritt aus dem Kanal am Legekopf angreift.
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In der Praxis lässt sich beispielsweise vorstellen, dass ein Abstand von 5 cm, 15 cm oder bei geeigneter Gestaltung sogar 30 cm zwischen dem Drallgeberorgan und dem Austritt aus dem Kanal als praktikabel und dennoch sicher erweisen.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mehrere Drallgeberorgane mit räumlichem Abstand zueinander auf das dem Legekopf zulaufende Stapelfaserband im Innenraum des Kanals einwirken und dem Stapelfaserband dadurch die Verdrehung aufprägen.
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Der „räumliche” Abstand sei vor allem als eine Beabstandung der Drallgeberorgane entlang des Strömungswegs durch den Kanal zu verstehen.
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Bevorzugt sind zumindest zwei Abstände, vor allem alle Abstände, entlang des Kanals gleich, also vom Eintritt in den Kanal bis zum Austritt aus dem Kanal in mehrere Abschnitte unterteilbar, wobei jeder Abschnitt mit einem Drallgeberorgan endet und bevorzugt auch der erste Abschnitt mit einem Drallgeberorgan beginnt.
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Mindestens ein Sensor, vorzugsweise mehrere Sensoren, sollen so angeordnet sein, dass sie in Zusammenwirken mit einem Controller eine Verdrehung des Stapelfaserbands erfassen.
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Insbesondere sei daran gedacht, ein quantitatives Maß für die Verdrehung festzulegen. Beispielsweise kann eine optische Erfassung der vorbeiströmenden Stapelfasern erfolgen und/oder es kann die Stärke des Luftstroms in Spiralrichtung innerhalb des Kanals gemessen werden.
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Es kann vorgesehen sein, eine Regelung vorzunehmen, welche anhand der Messwerte aus dem Sensor aus der Mehrzahl Sensoren einen oder mehrere Drallgeberorgane ansteuert und beispielsweise deren Leistung erhöht oder reduziert, und zwar individuell in Gruppen oder gemeinsam. Dies kann für die Qualitätssicherung in der Zuführung verwendet werden.
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Vor der Zuführung zum Legekopf kann das Stapelfaserband vor allem einer Kanne entnommen werden. Eine Kanne bietet sich für das Bereitstellen der Stapelfasern an, weil sie leicht in der Handhabung und ein übliches Bereitstellungsmittel ist.
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Das Stapelfaserband kann vor der Zuführung zum Legekopf durch ein Streckwerk geführt und dort längs verstreckt werden.
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Es wurde bereits erwähnt, dass mit dem hier vorgestellten Verfahren auch Natur-Stapelfasern gut verwendet werden können, beispielsweise Flachs oder Hanf. Bei diesen Stapelfasern, die nur in kurzer Länge von etwa 28 mm vorliegen, spielt die Erfindung bei geeigneten Einstellungen ihren Vorteil in besonders hohem Maße aus.
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Das hier vorstellte Verfahren kann beispielsweise in einem Herstellverfahren eingesetzt werden, in welchem ein Naturfaser-Verbundbauteil hergestellt wird, oder es kann ein reines Naturfaserbauteil hergestellt werden.
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Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Textilmaschine, insbesondere eine Multiaxialgelegemaschine, zum Einarbeiten eines Stapelfaserbands in ein in einer Maschinenrichtung laufendes Textil unter Zuführung des Stapelfaserbands zu einem quer zur Maschinenrichtung beweglich angetriebenen Legekopf, wobei zur Zuführung des Stapelfaserbands zum Legekopf ein beweglicher, vor allem flexibler, Kanal mit einem längs erstreckten Innenraum vorgesehen ist und der Kanal ein auf seinen Innenraum wirkendes Drallgeberorgan aufweist.
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Wenn das Drallgeberorgan eine Luftdüse aufweist, vor allem mit einem Luftfilter, dann kann der erforderliche Drall relativ kostengünstig auf das Stapelfaserband aufgebracht werden. So ist beispielsweise Druckluft üblicherweise in Maschinenhallen ohnehin verfügbar. Es kann aber auch Umgebungsluft verwendet und lokal beschleunigt werden, entweder von jedem Drallgeberorgan selbst, oder für die Mehrzahl der Drallgeberorgane gemeinsam an der Textilmaschine, wobei dennoch die einzelnen Drallgeberorgane im Idealfall individuell angesteuert werden können.
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Um eine längere Transportstrecke für das Stapelfaserband durch den Kanal zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl Drallgeberorgane vorgesehen sind, beispielsweise 3, 4, 5, 6 oder 7 oder mehr Drallgeberorgane.
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Wenn eine Mehrzahl Drallgeberorgane vorgesehen sind, sind diese bevorzugt nach demselben Wirkprinzip arbeitend, beispielsweise alle als Luftbeschleuniger in Form von Luftdüsen.
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Wenn beispielsweise eine magnetische Komponente im zuzuführenden Stapelfaserband vorhanden ist, können auch Magnete gut als Drallgeberorgane verwendet werden.
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Auch eine interne schneckenförmige Kanalgestaltung kann als Drallgeber dienen.
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Vor allem dann, wenn eine Mehrzahl Drallgeberorgane identisch ausgeführt sind, aber nicht auf diesen Fall eingeschränkt, ist es sinnvoll, wenn die Drallgeberorgane gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sind; ein Drallgeberorgan ist bevorzugt ausgangs des Kanals vor dem Legekopf angeordnet.
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Für den Kanal wird vorgeschlagen, einen Schlauch zu verwenden. Ein Schlauch ist problemlos in einer gewünschten Länge und mit einem gewünschten Durchmesser beschaffbar zudem vor Ort noch leicht abgelängt und beispielsweise im Rahmen der Wartung geprüft und notfalls ausgetauscht werden; und ein Schlauch weist bei geschickter Wahl eine ausreichende Stabilität der Wende auf, um bei sich bewegendem Legekopf nicht einzuknicken, aber dennoch flexibel genug zu sein, um die Bewegung des Legekopfes nicht zu behindern.
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Es wurde bereits erwähnt, dass in der Textilmaschine beziehungsweise an der Textilmaschine eine Kann zum Bereitstellen der Stapelfasern und/oder ein Streckwerk für das Stapelfaserband vorgesehen sein können.
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Ausdrücklich sei erwähnt, dass nach einem dritten Aspekt der Erfindung auch ein Verfahren zum Nachrüsten einer Stapelfaserbandzuführung zu einem Legekopf an eine Textilmaschine vorteilhaft ist, vor allem an einer Multiaxialgelegemaschine, wobei ein Kanal mit einem Drallgeberorgan zum Legekopf gelegt und dort angeschlossen wird, und wobei der Kanal beweglich ist, vor allem flexibel.
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Selbst vorhandene Textilmaschinen mit hoher Komplexität wie beispielsweise einer Multiaxialgelegemaschine können auf diese Weise leicht dazu umgerüstet werden, Stapelfaserbänder zu verwenden, sogar aus Naturstapelfasern.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigen
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1a schematisch in einem Längsschnitt ein Stapelfaserband mit zwei Walzenpaaren und einem Drallorgan,
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1b in einer analoger Darstellung zu 1a einen dynamischen Fall mit nur einem Walzenpaar und einem Drallorgan sowie
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2 schematisch die Anordnung eines Falschdrahttransportsystems an einer Multiaxialgelegemaschine.
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Das Stapelfaserband 1 in 1a wird bei einer statischen Betrachtung von zwei Walzenpaaren 2 gehalten. Zwischen den Walzenpaaren 2 ist ein Drallorgan 3 in Form eines Momentengebers angeordnet. Das Drallorgan 3 bringt auf das Stapelfaserband 1 ein Moment auf, welches um die Längstransportachse herum wirkt, entlang einer Zuführungsrichtung 4.
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Die beiden Walzenpaare 2 sorgen für ein Aufrechterhalten der Verdrehung im Stapelfaserband 1. Ohne die Walzenpaare 2 würde sich der durch die Verdrehung gebildete Falschdraht 5 nach dem Drallorgan 3 wieder auflösen.
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Stromaufwärts, in 1a also links, vom Drallorgan 3 liegt das Stapelfaserband 1 mit einer S-Verdrehung vor, stromabwärts hingegen mit einer Z-Verdrehung.
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Stromabwärts des stromabwärtigen Walzenpaares 2, also in einem Weiterlaufbereich 6, löst sich der Falschdraht 5 wieder auf, wenn keine weitere Verdrehung aktiv auf das Stapelfaserband 1 aufgebracht wird.
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Im dynamischen Fall, dargestellt in 1b, liegt beispielsweise ein- und dasselbe Stapelfaserband 1 stromaufwärts des Drallorgans 3 und beginnend beim ersten Walzenpaar 2 mit einer S-Verdrehung vor und bildet deshalb nach wie vor einen Falschdrahtbereich 5.
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Sobald das Stapelfaserband 1 allerdings das Drallorgan 3 passiert hat, löst sich die temporäre Verdrehung auf.
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Dies zeigt, wie wichtig es ist, bei längeren Transportstrecken zur Zuführung mehrere Drallorgane zu installieren.
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Insbesondere sollte ein Drallorgan am Ende des Transportsystems vorhanden sein, also kurz vor dem Legen des Stapelfaserbandes, um den Weiterlaufbereich 6, in welchem sich die Verdrehung wieder aufgelöst hat, so kurz wie möglich zu halten oder sogar komplett zu eliminieren.
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Anders als in der Zeichnung dargestellt kann sich die Verdrehung jenseits des Drallorganes 3 beziehungsweise nach dem stromabwärtigen Haltewalzenpaar 2 noch über eine kurze Strecke aufrechterhalten.
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An einer Multiaxialgelegemaschine 7 (vgl. 2) kann ebenfalls das Falschdrahttransportsystem hervorragend eingesetzt werden:
An einer Maschinenrichtung 8 ist die Multiaxialgelegemaschine 7 zum Transport eines herzustellenden Textils 9 eingerichtet. Dazu ist auf einem bevorzugt längs der Maschinenrichtung 8 verschieblichen und angetriebenen Legekopfträger 10 ein in einer Querrichtung 11 verfahrbarer Legekopf 12 zum Verlegen eines Fadens in das Textil 9 angeordnet. Der Legekopf 12 kann am Beispiel der Multiaxialgelegemaschine 7 über eine gesamte Breite 13 des bahnförmigen Textils 9 verfahren werden.
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Zum Bereitstellen eines zu verarbeitenden Stapelfaserbandes, beispielsweise ein- und desselben Stapelfaserbandes 1 wie aus den 1a und 1b bekannt, wird das Stapelfaserband 1 in einer Kanne 14 an der Multiaxialgelegemaschine 7 bereitgestellt. Von dort aus gelangt es in ein Streckwerk 15, wo es längs verstreckt wird. Anschließend gelangt das verstreckte Stapelfaserband 1 in einen Transportschlauch 16.
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Der Transportschlauch 16 ist mit Drallorganen 17 versehen, die dem zugeführt werdenden Stapelfaserband 1 eine Drehung verleihen. Über den beweglichen Legekopf 12 wird das Stapelfaserband 1 gelegt.
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Am Ende des Transportschlauchs 16 ist ein letztes Drallorgan 17 angeordnet, so dass das Stapelfaserband 1 erst kurz vor dem Legen seine Drehung verliert.
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Das hergestellte Textil 9 kann in einer bislang nicht bekannten Qualität Naturstapelfasern verwenden, so dass sogar Naturfaser-Verbundbauteile einfach hergestellt werden können und zumindest zum Teil Glasfaser substituiert werden kann.
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Die Erfindung ermöglicht es, einen flexiblen und sicheren Transport von Stapelfaserbändern aus parallel liegenden Stapelfasern über eine beliebig lange Strecke zu ermöglichen.
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Gerade die Produktion von Faserverbundbauteilen aus parallel liegenden Stapelfasern wird auf einer beliebigen Maschine ermöglicht, so dass beispielsweise das Potenzial von Naturfasern voll ausgeschöpft werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stapelfaserband
- 2
- Walzenpaare
- 3
- Drallorgan
- 4
- Zuführungsrichtung
- 5
- Falschdrahtbereich
- 6
- Weiterlaufbereich
- 7
- Multiaxialgelegemaschine
- 8
- Maschinenrichtung
- 9
- Textil
- 10
- Legekopfträger
- 11
- Querrichtung
- 12
- Legekopf
- 13
- Breite
- 14
- Kanne
- 15
- Streckwerk
- 16
- Transportschlauch
- 17
- Drallorgane
