DE102015220186A1

DE102015220186A1 - Device for infiltration and spreading of fiber rovings

Info

Publication number: DE102015220186A1
Application number: DE102015220186.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer; Hanno Pfitzer; Florian Funcke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Infiltrieren und Spreizen von Faserrovings, die einen Durchführungskanal zum Hindurchführen des Faserrovings bildet und einen Einlaufabschnitt mit einem Einlass zum Zuführen des Faserrovings in den Durchführungskanal und eine Injektionseinheit zum Einbringen eines Infiltrationsmediums aufweist, wobei dem Einlaufabschnitt in einer Hindurchführungsrichtung unmittelbar anschließend ein wellenförmiger Spreizabschnitt ausgebildet ist, durch den der Faserroving in einer Vertikalrichtung abwechselnd versetzbar ist, und wobei an zumindest einer Erhebung des wellenförmigen Spreizabschnitts ein den Faserroving spreizendes Spreizmittel ausgebildet ist.The invention relates to an apparatus for infiltrating and spreading fiber rovings which forms a feed passage for passing the fiber roving and has an inlet section with an inlet for feeding the fiber roving into the feed channel and an injection unit for introducing an infiltrating medium, the feed section immediately following in a feedthrough direction a wave-shaped spreading portion is formed, through which the fiber roving is alternately displaceable in a vertical direction, and wherein at least one elevation of the wave-shaped spreading portion, a Faserroving spreading spreading means is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Infiltrieren und Spreizen von Faserrovings. The invention relates to a device for infiltration and spreading of fiber rovings.

Faserrovings werden zur Herstellung von Faserverbundbauteilen eingesetzt. Es handelt sich um Faserbündel aus parallel angeordneten Filamenten bzw. Endlosfasern. Als Fasermaterialen kommen beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Kohlenstofffasern oder Glasfasern zum Einsatz. Fiber rovings are used for the production of fiber composite components. These are fiber bundles made of parallel filaments or endless fibers. As fiber materials, for example, but not limited to carbon fibers or glass fibers are used.

Durch Spreizen werden die einzelnen Fasern des Faserrovings aufgetrennt. Die Infiltration beschreibt das Einbringen eines Infiltrationsmediums, insbesondere eines Harzes oder Harz-Härter-Gemisches zur Herstellung des Faserverbundbauteils. By spreading the individual fibers of the fiber roving are separated. The infiltration describes the introduction of an infiltration medium, in particular a resin or resin-hardener mixture for the production of the fiber composite component.

Im Stand der Technik werden das Spreizen und das Infiltrieren in zwei getrennten nacheinander geschalteten Prozessen durchgeführt. Es kommen eine Vielzahl von unterschiedlichen Spreizern zum Einsatz, beispielsweise Statikspreizer, Druckluftspreizer oder Ultraschallspreizer. Gleiches gilt für die Infiltration, die beispielsweise durch eine Rolleninfiltration oder Tauchinfiltration durchgeführt wird. In the prior art, spreading and infiltration are performed in two separate sequential processes. There are a variety of different spreaders used, for example static spreader, compressed air spreader or ultrasonic spreader. The same applies to the infiltration, which is carried out for example by a roll infiltration or dip infiltration.

Dabei ist jedoch nachteilig, dass beim Spreizen verfahrensabhängig mehr oder weniger viel Spliss an dem Faserroving entsteht, der maßgeblich zur Spreizqualität beiträgt. Des Weiteren bilden sich bei hohen Spreizgeschwindigkeiten starke Gassen aus, die sich durch einen diskontinuierlichen Betrieb mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten des Faserrovings noch verstärken. Die Hauptproblematik bei der Infiltration besteht in der Schaumbildung bei hohen Prozessgeschwindigkeiten. Durch die hohe Fördergeschwindigkeit des Faserrovings wird Luft in das Infiltrationsmedium eingebracht, die zur ungewollten Aufschäumung führt. However, it is disadvantageous that during spreading process-dependent more or less split ends on the fiber roving arises, which contributes significantly to the spreading quality. Furthermore, at high spreading speeds, strong lanes are formed, which increase even more by discontinuous operation with different conveyor speeds of the fiber roving. The main problem with infiltration is foaming at high process speeds. Due to the high conveying speed of the fiber roving air is introduced into the infiltration medium, which leads to unwanted foaming.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit der bzw. dem Faserrovings bei hohen und diskontinuierlichen Prozessgeschwindigkeiten infiltriert und gespreizt werden können, ohne dass es zur Schaumbildung des Infiltrationsmediums kommt. The invention is therefore based on the object of providing an apparatus and a method by means of which the fiber roving can be infiltrated and spread at high and discontinuous process speeds, without foaming of the infiltration medium occurring.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. This object is achieved by the feature combination according to claims 1 and 9.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Infiltrieren und Spreizen von Faserrovings vorgeschlagen, die einen Durchführungskanal zum Hindurchführen des Faserrovings bildet und einen Einlaufabschnitt mit einem Einlass zum Zuführen des Faserrovings in den Durchführungskanal und eine Injektionseinheit zum Einbringen eines Infiltrationsmediums aufweist. Dem Einlaufabschnitt ist in einer Hindurchführungsrichtung unmittelbar anschließend ein wellenförmiger Spreizabschnitt ausgebildet, durch den der Faserroving in einer Vertikalrichtung abwechselnd versetzbar ist. Zudem ist an zumindest einer Erhebung des wellenförmigen Spreizabschnitts ein den Faserroving spreizendes Spreizmittel ausgebildet. Hierdurch wird ermöglicht, die Infiltration und Spreizung des Faserroving gleichzeitig innerhalb einer Vorrichtung durchzuführen, ohne dass Luft an den mit Infiltrationsmedium und gespreizten benetzten Faserroving gelangt. Die Infiltrations- und Spreizgeschwindigkeit kann dadurch zudem deutlich erhöht werden und auch diskontinuierlich sein. Dabei sind sogar Stopps bei der Förderung des Faserrovings möglich, ohne negative Auswirkung auf seine Benetzung oder Spreizung. According to the invention, an apparatus for infiltrating and spreading fiber rovings is proposed, which forms a feed channel for passing the fiber roving and has an inlet section with an inlet for feeding the fiber roving into the feed channel and an injection unit for introducing an infiltration medium. The inlet section is immediately followed by a wave-shaped spreading section in a feed-through direction, by means of which the fiber roving is alternately displaceable in a vertical direction. In addition, a spreader which spreads the fiber roving is formed on at least one elevation of the wave-shaped spreading section. This makes it possible to perform the infiltration and spreading of the fiber roving simultaneously within a device, without air passes to the infiltration medium and spread wetted Faserroving. In addition, the infiltration and spreading speed can be significantly increased and also be discontinuous. In this case, even stops in the promotion of fiber roving are possible, without negative impact on its wetting or spreading.

In einer Ausführungsvariante der Vorrichtung ist vorteilhaft, dass der wellenförmige Spreizabschnitt durch zumindest zwei in Hindurchführungsrichtung unmittelbar aneinander anschließende Erhebungen und Senken gebildet ist. Die mehrfache Richtungsänderung des Faserrovings in Vertikalrichtung führt dazu, dass das Infiltrationsmedium beim Entlanggleiten an den Erhebungen in Vertikalrichtung durch den Faserroving gedrückt wird und diesen vollständig durchsetzt. Durch wiederholtes Entlanggleiten an Erhebungen und Senken erfolgt eine verbesserte homogene Durchsetzung. In one embodiment variant of the device, it is advantageous that the wave-shaped spreading section is formed by at least two elevations and depressions directly adjoining one another in the direction of passage. The multiple change in direction of the fiber roving in the vertical direction causes the infiltration medium is pressed by the fiber roving when passing along the elevations in the vertical direction and completely penetrated by the fiber roving. Repeated sliding along elevations and depressions results in improved homogeneous enforcement.

Bezüglich des Spreizmittels sind Ausführungen günstig, bei denen sie in Hindurchführungsrichtung gesehen durch V-förmige oder W-förmige Spreizschenkel gebildet ist. Der Faserroving gleitet in den engsten Abschnitt der V- oder W-Form und wird entsprechend in die Breite aufgespreizt. Eine vorteilhafte Lösung ist dabei, dass mehrere Spreizschenkel nebeneinander ausgebildet sind und in einer Draufsicht eine Art Muschelform bilden. Eine derartige Muschelform wird beispielsweise durch mehrere nebeneinander ausgebildete V-förmige Spreizschenkel gebildet, die sich im Wesentlichen einen Ausgangspunkt teilen. With regard to the expansion means are embodiments in which they are seen in the direction of passage direction formed by V-shaped or W-shaped expansion leg. The fiber roving slides in the narrowest portion of the V or W shape and is spread accordingly in width. An advantageous solution is that several expansion legs are formed side by side and form a kind of shell shape in a plan view. Such a shell shape is formed, for example, by a plurality of side-by-side V-shaped expansion legs, which essentially share a starting point.

Bei der Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass die Injektionseinheit zum Einbringen des Infiltrationsmediums in der Vorrichtung derart angeordnet ist, dass Infiltrationsmedium beim Vorbeigleiten des Faserrovings an dem Faserroving anhaftet. Es muss demzufolge kein aktives Anspritzen erfolgen, sondern der Faserroving kann das Infiltrationsmedium, insbesondere Harz beim Vorbeigleiten mitnehmen. Dabei ist auch günstig, wenn sich die Injektionseinheit über die gesamte Breite der Vorrichtung erstreckt und das Infiltrationsmedium über diese Breite flächig in den Durchführungskanal einbringt. In the apparatus it is further provided that the injection unit is arranged for introducing the infiltration medium in the device such that infiltration medium adheres to the fiber roving in the course of the fiber roving past. Consequently, there must be no active injection molding, but the Faserroving can take the infiltration medium, in particular resin when passing. It is also advantageous if the injection unit extends over the entire width of the device and introduces the infiltration medium over this width surface in the feedthrough channel.

Ferner ist eine Ausführungsvariante vorteilhaft, bei der die Vorrichtung als Siphon ausgebildet ist und der Durchführungskanal einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Siphon ist ein geschlossener Körper ohne oder fast ohne Luft im Durchführungskanal. Auch ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, den Durchführungskanal zu vakuumieren. Die vorbestimmte Querschnittsform ermöglicht die Spreizung des Faserrovings in die Breite. Furthermore, an embodiment variant is advantageous in which the device is designed as a siphon and the feedthrough channel has a square or rectangular cross-section. The siphon is a closed body with no or almost no air in the duct. It is also provided in an embodiment variant to vacuumize the feedthrough channel. The predetermined cross-sectional shape allows the spreading of the fiber roving in the width.

Bezüglich des Aufbaus wird die Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel zweiteilig mit einem Unterteil und einem in der Form komplementären Oberteil ausgebildet. Der wellenförmige Spreizabschnitt wird durch beide Teile realisiert, die jeweils Erhebungen und Senken aufweisen. Die jeweilige Erhebung des Unterteils erstreckt sich in die komplementäre Senke des Oberteils und umgekehrt. With regard to the construction, in one exemplary embodiment the device is formed in two parts with a lower part and a shell which is complementary in shape. The wave-shaped spreading section is realized by both parts, which each have elevations and depressions. The respective elevation of the lower part extends into the complementary depression of the upper part and vice versa.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Infiltrieren und Spreizen der Faserrovings, wobei ein Faserroving in eine vorstehen beschriebene Vorrichtung zugeführt wird. Darin wird der Faserroving durch die Injektionseinheit mit Infiltrationsmedium benetzt und unmittelbar anschließend durch den wellenförmigen Spreizabschnitt gespreizt. The invention also includes a method for infiltrating and spreading the fiber rovings, wherein fiber roving is fed into a device as described above. Therein, the fiber roving is wetted by the injection unit with infiltration medium and then immediately spread by the wave-shaped spreading section.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Faserroving in dem wellenförmigen Spreizabschnitt in Vertikalrichtung abwechselnd versetzt wird, so dass sich das Infiltrationsmedium in Vertikalrichtung einfach oder mehrfach in abwechselnde Richtung durch den Faserroving bewegt. In a further development of the method, it is provided that the fiber roving in the wave-shaped spreading section is alternately offset in the vertical direction, so that the infiltration medium moves in the vertical direction simply or repeatedly in an alternating direction through the fiber roving.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigt: Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIG. It shows:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 a schematic view of a device according to the invention.

In dem in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 zum Infiltrieren und Spreizen eines Faserroving 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung ist zweiteilig aus einem Unterteil 12 und einem Oberteil 11 gebildet, die zwischen sich einen Freiraum für den Durchführungskanal 2 zum Hindurchführen des Faserrovings 10 aufweisen. Die Vorrichtung 1 weist einen Einlaufabschnitt 3 mit einem Einlass 4 zum Zuführen des Faserrovings 10 in den Durchführungskanal 2 und einen sich dem Einlaufabschnitt 3 in einer Hindurchführungsrichtung (links nach rechts) unmittelbar anschließenden wellenförmigen Spreizabschnitt 6 auf. Im Einlassabschnitt 3 ist im Oberteil die Injektionseinheit 5 zum Einbringen des Harzes integriert. Beim Vorbeilaufen nimmt der Faserroving 10 Harz in vordefinierter Menge aus der Injektionseinheit mit. Die Injektionseinheit kann alternativ auch einen Druck erzeugen und aktiv eine vordefinierte Menge an Harz auf den Faserroving 10 aufbringen. In the in 1 schematically illustrated embodiment is the device 1 for infiltrating and spreading a fiber roving 10 shown in a perspective view. The device is in two parts from a lower part 12 and a top 11 formed between them a free space for the feedthrough channel 2 for passing the fiber roving 10 exhibit. The device 1 has an inlet section 3 with an inlet 4 for feeding the fiber roving 10 in the duct 2 and a the inlet section 3 in a direction of passage (left to right) immediately subsequent wave-shaped spreading section 6 on. In the inlet section 3 is in the upper part of the injection unit 5 integrated to introduce the resin. Passing by takes the fiber roving 10 Resin in pre-defined amount from the injection unit with. Alternatively, the injection unit may also generate pressure and actively apply a predefined amount of resin to the fiber roving 10 muster.

Der wellenförmige Spreizabschnitt 6 umfasst in der gezeigten Ausführung zwei in Hindurchführungsrichtung unmittelbar aneinander anschließende Erhebungen 7 und Senken 8, gebildet durch jeweils das Oberteil 11 und Unterteil 12. Der Faserroving 10 wird hierdurch in Vertikalrichtung abwechselnd versetzt, so dass sich das Harz beim Entlanggleiten an den jeweiligen Erhebungen 7 mehrfach in abwechselnde Vertikalrichtungen durch den Faserroving 10 bewegt und diesen vollständig durchsetzt. Insbesondere beim Erstkontakt des Faserrovings 10 an die einzelnen Erhebungen 7 wirkt ein Druck auf das Harz, wodurch es in Vertikalrichtung durch die Fasern bewegt wird. Die Anzahl der Erhebungen 7 und Senken 8 ist nicht auf die gezeigte Ausführung mit jeweils zwei Erhebungen 7 und Senken 8 beschränkt, vielmehr kann die Anzahl auch erhöht werden, wenn beispielsweise die Anzahl der Fasern im Faserroving steigt. The wave-shaped spreading section 6 comprises in the embodiment shown two in the feedthrough direction directly adjoining elevations 7 and sinks 8th formed by each of the upper part 11 and lower part 12 , The fiber roving 10 is thereby alternately offset in the vertical direction, so that the resin when sliding along the respective surveys 7 several times in alternating vertical directions through the fiber roving 10 moved and completely enforced. Especially at the first contact of the fiber roving 10 to the individual surveys 7 Pressure acts on the resin causing it to move vertically through the fibers. The number of surveys 7 and sinks 8th is not on the version shown with two surveys 7 and sinks 8th limited, but the number can also be increased, for example, if the number of fibers increases in fiber roving.

An den Erhebungung 7 sowohl des Oberteils 11 als auch des Unterteils 12 sind den Faserroving 10 in spreizende Spreizmittel in Form von V-förmigen, W-förmigen oder in Draufsicht gesehen muschelförmigen Spreizschenkeln ausgebildet, die die einzelnen Filamente des Faserrovings 10 in eine senkrecht zur Hindurchführungsrichtung verlaufende Querrichtung aufspreizen und dadurch die Durchsetzung mit Harz fördern. Die einzelenden Fasern des Faserrovings 10 werden von den Schenkeln beim Vorbeiführen ergriffen und in die durch die durch die Schenkel gebildeten Rillen aus einer im Wesentlichen mittigen Position in Querrichtung nach seitlich außen bewegt und dabei aufgespreizt. Die Intensität der Aufspreizung ist über das jeweilige Spreizmittel einstellbar. At the survey 7 both of the shell 11 as well as the lower part 12 are the fiber roving 10 formed in spreading spreading in the form of V-shaped, W-shaped or seen in plan view shell-shaped expansion limbs, which are the individual filaments of Faserrovings 10 spread in a direction perpendicular to the feedthrough direction transverse direction and thereby promote the enforcement of resin. The single fibers of fiber roving 10 are gripped by the legs in passing and moved in the direction of the formed by the legs grooves from a substantially central position in the transverse direction to the side outside and spread apart. The intensity of the spreading is adjustable via the respective spreading.

Der Durchführungskanal 2 weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf und bietet dem Faserroving 10 ausreichend Raum zur seitlichen Aufspreizung. Das Oberteil 11 und Unterteil 12 weisen abschnittsweise eine komplementäre Form auf, welche den Bewegungsverlauf des Faserrovings 10 bestimmt. The execution channel 2 has a substantially rectangular cross-sectional shape and offers the fiber roving 10 sufficient space for lateral spreading. The top 11 and lower part 12 sections have a complementary shape, which shows the course of movement of the fiber roving 10 certainly.

Im Einlaufabschnitt 3 ist zudem noch eine Vorspannerhebung 13 vorgesehen, mittels der der Faserroving 10 vor dem Vorbeigleiten an der Injektionseinheit 5 geführt wird und spannbar ist. Nach dem Verlassen der Vorrichtung 1 wird der Faserroving 10 weiterverarbeitet, unter anderem abgelegt. In the inlet section 3 is also a Vorspannerhebung 13 provided by means of fiber roving 10 before sliding past the injection unit 5 is guided and is tensionable. After leaving the device 1 becomes the fiber roving 10 further processed, filed among others.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise können in bzw. an der Vorrichtung weitere den Faserroving bearbeitende Mittel oder den Umgebungsdruck im Durchführungskanal beeinflussende Einrichtungen vorgesehen werden. The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. For example, further devices processing the fiber roving or the ambient pressure influencing the passageway can be provided in or on the device.

Claims

Apparatus for infiltrating and spreading fiber rovings, comprising a feed-through channel ( 2 ) for passing the fiber roving ( 10 ) and an inlet section ( 3 ) with an inlet ( 4 ) for feeding the fiber roving ( 10 ) in the duct ( 2 ) and an injection unit ( 5 ) for introducing an infiltration medium, wherein the inlet section ( 3 ) in a feedthrough direction immediately followed by a wave-shaped spreading section ( 6 ) is formed by the fiber roving ( 10 ) is alternately displaceable in a vertical direction, and wherein at least one elevation ( 7 ) of the wave-shaped expansion section ( 6 ) a fiber roving ( 10 ) Spreading spreading is formed.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the wave-shaped spreading portion ( 6 ) by at least two in the feedthrough direction immediately adjoining surveys ( 7 ) and sinks ( 8th ) is formed.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the spreading means in the feedthrough direction is formed by V-shaped or W-shaped expansion legs.

Device according to the preceding claim, characterized in that a plurality of expansion legs are formed side by side and form a shell shape in a plan view.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the injection unit ( 5 ) for introducing the infiltration medium into the device ( 1 ) is arranged such that infiltration medium when passing the fiber roving ( 10 ) adheres to the fiber roving.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a siphon and the feedthrough channel ( 2 ) has a square or rectangular cross-section.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the injection unit ( 5 ) over the entire width of the device ( 1 ) extends and the infiltration medium over this width surface in the feedthrough channel ( 2 ).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is formed in two parts with a lower part ( 11 ) and in the form at least partially complementary upper part ( 12 ).

A method of infiltrating and spreading fiber rovings, wherein fiber roving into a device ( 1 ) according to one of the preceding claims, therein by the injection unit ( 5 ) wetted with infiltration medium and immediately thereafter by the wave-shaped spreading ( 6 ) is spread.

Method according to the preceding claim, characterized in that the fiber roving ( 10 ) in the wave-shaped spreading section ( 6 ) is offset alternately in the vertical direction, so that the infiltration medium in the vertical direction one or more times in the alternating direction by the fiber roving ( 10 ) emotional.