DE102021208517B4 - Verfahren, Verwendung einer Anlage und Spule zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Endlosfasern - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern (5), insbesondere Endlosfasern, aufweisend die nachfolgenden Schritte:a) Abwickeln der Fasern (5) von einem Spulenkörper (15) einer Abwickelspule (20),b) Beaufschlagen der abgewickelten Fasern (5) mit einem Imprägnierhilfsmittel (45) undc) Aufwickeln der mit dem Imprägnierhilfsmittel (45) beaufschlagten Fasern (5) auf einen Spulenkörper (65) einer Aufwickelspule (60), wobei der Spulenkörper (65) der Aufwickelspule (60) zwei in Axialrichtung der Aufwickelspule (60) gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen (67) aufweist, die jeweils mit Öffnungen (69) zum Imprägnieren der aufgewickelten Fasern (5) versehen sind.

Description

• ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
• Die Erfindung betrifft Verfahren zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern, die Verwendung einer Anlage zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern, eine Spule, ein Kit oder Set sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils.
• Die Beschichtung von Fasern und Faserhalbzeugen, insbesondere Rovings, mit einem Imprägniermittel ist bekannt. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise in der EP 1 555 104 A1 , US 4 942 013 A , EP 1 413 421 A1 , WO 2012/ 117 869 A1 , DE 10 2011 056 703 A1 , WO 2014/154 589 A1 , DE 10 2017 206 999 A1 , US 2016 / 0 069 026 A1 , US 3 511 697 A , US 2 946 698 A , WO 95/ 25 000 A1 sowie FR 1 495 136 A beschrieben.
• Aus der JP 2010 - 264 680 A ist die Verwendung einer Anlage zum Behandeln von Fasern bekannt. Die Anlage weist einen ersten Spulenträger zum Aufnehmen einer Abwickelspule, eine Beaufschlagungseinheit zum Beaufschlagen mit einem Imprägnierhilfsmittel sowie einen zweiten Spulenträger zum Aufnehmen einer Aufwickelspule auf.
• Eine Spule für Garne, Fäden oder dergleichen ist aus der DE 39 22 191 A1 bekannt. Die Spule weist einen mittleren Spulenkörper als Schaft und zwei jeweils stirnseitig am Spulenkörper ansetzende Flansche auf, wobei mindestens einer der beiden Flansche mit dem Schaft der Spule lösbar verbunden ist. Weiter besteht mindestens einer der beiden Flansche aus einem scheibenförmigen Flanschteil, das Aussparungen aufweist, wobei Auswerfer einer Spritzgussmaschine durch die Aussparungen hindurch Rastnasen ausformen können.
• Aus der US 2006 / 0 213 412 A1 ist eine Spule bekannt, die einen Spulenkörper mit zwei in Axialrichtung der Spule gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen sowie Fasern, die auf dem Spulenkörper aufgewickelt sind, aufweist. Die Seitenwangen sind jeweils mit Öffnungen versehen, wobei entlang eines inneren Bereichs oder eines inneren Radius der Seitenwangen eine geringere Anzahl von Öffnungen ausgebildet ist als entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen und die Öffnungen entlang der Peripherie oder des äußeren Radius der Seitenwangen einen anderen Durchmesser sowie eine andere Querschnittsform aufweisen als die Öffnungen entlang des inneren Bereichs oder des inneren Radius der Seitenwangen.
• Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Imprägnierverfahren ist, dass häufig nur eine ungleichmäßige Imprägnierung der Faserhalbzeuge erzielbar ist, wodurch die Faserhalbzeuge einen höheren Porengehalt besitzen. Ein zu hoher Porengehalt kann wiederum die Festigkeit eines nachfolgend herzustellenden Bauteils beeinträchtigen. Zur Vermeidung von Festigkeitsproblemen ist es daher häufig erforderlich, die imprägnierten Faserhalbzeuge in einem nachgeschalteten Bearbeitungsschritt zu kompaktieren. Ein solcher Bearbeitungsschritt ist jedoch sehr zeit- und kostenintensiv.
• AUFGABE UND LÖSUNG
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eingangs genannte Verfahren, eine eingangs genannte Verwendung einer Anlage, eine eingangs genannte Spule sowie ein eingangs genanntes Kit oder Set bereitzustellen, die aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile wenigstens teilweise umgehen und insbesondere flexible, d.h. anwendungsorientierte, Adaptionsmöglichkeiten bei der Behandlung, insbesondere Imprägnierung, von Fasern sowie daraus herzustellender Bauteile bieten.
• Diese Aufgaben werden gelöst durch Verfahren zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern gemäß den Ansprüchen 1 und 15, die Verwendung einer Anlage gemäß Anspruch 16, eine Spule gemäß Anspruch 17, die Verwendung eines Kits oder Sets gemäß Anspruch 18 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß Anspruch 21. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der Beschreibung. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
• Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern, insbesondere Endlosfasern, vorzugsweise Rovingfasern, d.h. Fasern eines Rovings. Das Verfahren weist, insbesondere in zeitlicher Reihenfolge, nachfolgende Schritte auf:
• a) Abwickeln der Fasern von einem Spulenkörper einer Abwickelspule,
• b) Beaufschlagen der abgewickelten Fasern mit einem Imprägnierhilfsmittel und
• b) Aufwickeln der mit dem Imprägnierhilfsmittel beaufschlagten Fasern auf einen Spulenkörper einer Aufwickelspule, wobei der Spulenkörper der Aufwickelspule zwei in Axialrichtung, d.h. in axialer Richtung, der Aufwickelspule gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen aufweist, wobei die Seitenwangen jeweils mit Öffnungen zum Imprägnieren der auf den Spulenkörper der Aufwickelspule aufgewickelten, mit dem Imprägnierhilfsmittel beaufschlagten Fasern versehen sind.
• Unter dem Ausdruck „Endlosfasern“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung Fasern mit einer Länge ≥ 50 mm, insbesondere > 50 mm, bevorzugt ≥ 1000 mm, beispielsweise 1000 mm bis 20000 mm, insbesondere 1000 mm bis 10000 mm, verstanden werden.
• Unter dem Ausdruck „Roving“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aufweisend oder bestehend aus Fasern, insbesondere Endlosfasern (sogenannte Filamente), verstanden werden. Der Roving weist vorzugsweise einen eckenlosen, insbesondere einen kreisförmigen, ovalen oder elliptischen, Querschnitt auf. Alternativ kann der Roving aber auch einen polygonen, beispielsweise viereckigen, Querschnitt aufweisen. Ferner kann der Roving mehrere übereinander angeordnete Faserlagen aufweisen. Die Faserlagen können jeweils parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Fasern aufweisen.
• Unter dem Ausdruck „Rovingband“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein zu einem Band gespreizter Roving verstanden werden. Das Rovingband zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass es eine geringere Anzahl von Faserlagen aufweist als ein ungespreizter Roving, wobei die Faserlagen des Rovingbands eine größere Anzahl von Fasern sowie enger, insbesondere lücken- oder spaltlos, nebeneinander angeordnete Fasern aufweisen als die Faserlagen des ungespreizten Rovings. Besonders bevorzugt liegen in dem Rovingband alle Fasern des Rovings (in einer einzigen Faserlage) nebeneinander. Mit anderen Worten ist der Roving besonders bevorzugt monolagig ausgebildet.
• Unter dem Ausdruck „Schlichte“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Additiv für Fasern verstanden werden. Bevorzugt ist das Additiv in der Lage, die statische Elektrizität der Fasern zu reduzieren und/oder die Integrität der Fasern aufrechtzuerhalten und/oder die Haftung der Fasern an oder mit einem Polymer, insbesondere duroplastischen oder thermoplastischen Polymer, zu modifizieren, insbesondere zu verbessern, und/oder eine Geschmeidigkeit der Fasern und/oder eine Schmierung der Fasern und/oder eine Widerstandsfähigkeit der Fasern gegenüber mechanischer Belastung zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „Abwickelspule“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spule zum Abwickeln von Fasern, insbesondere Endlosfasern, vorzugsweise Rovingfasern, d.h. Fasern eines Rovings, verstanden werden.
• Der Spulenkörper der Abwickelspule weist bevorzugt eine Achsaufnahme auf. Die Achsaufnahme ist dazu ausgebildet, eine Achse eines Spulenträgers aufzunehmen. Die Achsaufnahme ist vorzugsweise in Form eines sich in Axialrichtung der Abwickelspule erstreckenden Hohlraums ausgebildet, der beidseitig, d.h. an beiden Enden der Abwickelspule, offen ist.
• Ferner kann der Spulenkörper der Abwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen.
• Ferner kann der Spulenkörper der Abwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, gestaltet sein. Alternativ kann der Spulenkörper der Abwickelspule beispielsweise prismatisch gestaltet sein.
• Ferner kann der Spulenkörper der Abwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, konisch oder gewölbt, insbesondere konvex oder konkav, gestaltet sein.
• Ferner kann der Spulenkörper der Abwickelspule massiv, d.h. hohlraumfrei, gestaltet sein oder, wie bereits erwähnt, einen Hohlraum, vorzugsweise einen axialerstreckten Hohlraum, aufweisen.
• Ferner kann der Spulenkörper der Abwickelspule zwei Seitenwangen aufweisen, die in Axialrichtung der Abwickelspule gegenüberliegend angeordnet sind. Die Seitenwangen sind vorzugsweise als seitliche Begrenzungen des Spulenkörpers der Abwickelspule gestaltet. Die Seitenwangen können einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind die Seitenwangen jeweils scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, gestaltet. Alternativ können die Seitenwangen jeweils trichterförmig gestaltet sein.
• Weiter bevorzugt sind die Seitenwangen an gegenüberliegenden Enden des Spulenkörpers der Abwickelspule ausgebildet, insbesondere radial erstreckt ausgebildet.
• Zwischen den Seitenwangen weist der Spulenkörper der Abwickelspule vorzugsweise einen Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich auf. Der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich ist dazu ausgebildet, Fasern aufzunehmen. Der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich kann insbesondere zylindrisch (wie kreiszylindrisch), konisch oder gewölbt gestaltet sein. Insbesondere bevorzugt können die Seitenwangen jeweils einen größeren Querschnitt oder eine größere Querschnittsfläche aufweisen als der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich.
• Grundsätzlich können auch die Seitenwangen des Spulenkörpers der Abwickelspule mit Öffnungen versehen sein. Bevorzugt sind die Seitenwangen des Spulenkörpers der Abwickelspule jedoch frei von Öffnungen.
• Alternativ kann der Spulenkörper der Abwickelspule keine Seitenwangen aufweisen, d.h. seitenwangenfrei gestaltet sein.
• Weiter können die Abwickelspule und die Aufwickelspule gleich gestaltet sein. Bevorzugt sind die Abwickelspule und die Aufwickelspule jedoch unterschiedlich gestaltet.
• Unter dem Ausdruck „Aufwickelspule“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spule zum Aufwickeln von Fasern, insbesondere Endlosfasern, vorzugsweise Rovingfasern, d.h. Fasern eines Rovings, verstanden werden.
• Der Spulenkörper der Aufwickelspule weist bevorzugt eine Achsaufnahme auf. Die Achsaufnahme ist dazu ausgebildet, eine Achse eines Spulenträgers aufzunehmen. Die Achsaufnahme ist vorzugsweise in Form eines sich in Axialrichtung der Aufwickelspule erstreckenden Hohlraums ausgebildet, der beidseitig, d.h. an beiden Enden der Aufwickelspule, offen ist. Alternativ oder in Kombination kann die Achsaufnahme als Ventil gestaltet oder ein oder mehrere Ventile aufweisen. Das Ventil bzw. die Ventile ist/sind insbesondere dazu ausgebildet, einen Hohlraum der Aufwickelspule, insbesondere entlang des unten erwähnten Faseraufnahmeabschnittes oder -bereiches, zu verschließen und beispielsweise vor Verunreinigungen zu schützen. Weiter kann/können das/die Ventile insbesondere derart gestaltet sein, dass es/sie beim Aufnehmen der Aufwickelspule auf einen Spulenträger von einer Achse des Spulenträgers geöffnet, insbesondere durchstochen, wird/werden.
• Ferner kann der Spulenkörper der Aufwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen.
• Ferner kann der Spulenkörper der Aufwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, gestaltet sein. Alternativ kann der Spulenkörper der Aufwickelspule beispielsweise prismatisch gestaltet sein.
• Ferner kann der Spulenkörper der Aufwickelspule, insbesondere abschnitts- oder bereichsweise, konisch oder gewölbt, insbesondere konvex oder konkav, gestaltet sein.
• Ferner kann der Spulenkörper der Aufwickelspule massiv, d.h. hohlraumfrei, gestaltet sein oder, wie bereits erwähnt, einen Hohlraum, vorzugsweise einen axialerstreckten Hohlraum, aufweisen.
• Die Seitenwangen des Spulenkörpers der Abwickelspule sind vorzugsweise als seitliche Begrenzungen des Spulenkörpers der Abwickelspule gestaltet. Die Seitenwangen sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Fasern in einem aufgewickelten Zustand zu halten. Die Seitenwangen können einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind die Seitenwangen jeweils scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, gestaltet. Alternativ können die Seitenwangen jeweils trichterförmig gestaltet sein.
• Weiter bevorzugt sind die Seitenwangen an gegenüberliegenden Enden des Spulenkörpers der Aufwickelspule ausgebildet, insbesondere radial erstreckt ausgebildet.
• Zwischen den Seitenwangen weist der Spulenkörper der Aufwickelspule vorzugsweise einen Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich auf. Der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich ist dazu ausgebildet, Fasern aufzunehmen. Der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich kann insbesondere zylindrisch (wie kreiszylindrisch), konisch oder gewölbt gestaltet sein. Insbesondere bevorzugt können die Seitenwangen jeweils einen größeren Querschnitt oder eine größere Querschnittsfläche aufweisen als der Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich.
• Bevorzugt sind/ist die Dimensionen und/oder Form bzw. Gestalt der Abwickelspule und/oder der Aufwickelspule, insbesondere der Abwickelspule und der Aufwickelspule, an den jeweiligen Prozess adaptierbar.
• Unter dem Ausdruck „Imprägnierhilfsmittel“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Mittel, vorzugsweise ein partikuläres, insbesondere granulat- oder pulverförmiges, Mittel verstanden werden, das in der Lage ist, ein/das Imprägnieren der Fasern zu erleichtern oder zu verbessern, beispielsweise durch Erhöhung der Kontaktzeit eines Imprägniermittels mit den Fasern und/oder Verbesserung einer Durchdringung oder Durchtränkung (sogenannte Infiltration) der Fasern oder von Lagen der Fasern mit einem Imprägniermittel.
• Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine Kontaktierung der Fasern mit einem Imprägniermittel in axialer Richtung einer Spule zu einer homogeneren, d.h. gleichmäßigeren, Durchdringung oder Durchtränkung bzw. Infiltration von Fasern oder Lagen von Fasern führt. Insbesondere sind hierdurch Poren oder Zwischenräume, insbesondere zwischen den Fasern, für das Imprägniermittel besser erreichbar. Dadurch kann wiederum, insbesondere zwischen den Fasern, vorhandenes Poren- oder Hohlraumvolumen signifikant reduziert werden. Mit anderen Worten ist hierdurch eine signifikante Reduzierung des Poren- oder Hohlraumgehaltes erzielbar. Dadurch sind vorteilhafterweise kompaktierende Nachbearbeitungsschritte entbehrlich, wodurch erfindungsgemäße Verfahren gegenüber konventionellen Verfahren einfacher und insbesondere kostengünstiger durchführbar sind.
• Des Weiteren beruht die Erfindung auf der überraschenden Erkenntnis, dass ein vorgeschaltetes Beaufschlagen der Fasern mit einem Imprägnierhilfsmittel vorteilhafterweise zu einer Optimierung einer nachgeschalteten Imprägnierung der Fasern führt. Beispielsweise kann hierdurch die Geschwindigkeit und/oder Richtung der Imprägnierung optimiert werden.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren chargenabhängig skalierbar oder adaptierbar ist.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht auf der Erzielung einer verbesserten Prozesskontrolle.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelte Fasern gegenüber Fasern, die nach einem konventionellen Verfahren hergestellt sind, mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit, insbesondere mit einer 10- bis 20-fach höheren Geschwindigkeit, herstellen lassen.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der Realisierung schnellerer Wickelprozesse, insbesondere zum Herstellen von Bauteilen, durch höhere Abzugsgeschwindigkeiten.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, Gradienten zu wickeln, die insbesondere derartig gestaltet sind, dass auf einer Innenseite eines Bauteils andere behandelte, insbesondere imprägnierte, Fasern vorliegen als auf einer Außenseite des Bauteils.
• In Ausgestaltung der Erfindung werden die Fasern beim Durchführen von Schritt a) in Form eines Faserhalbzeugs, insbesondere in Form eines Faserbündels oder Faserstrangs, bevorzugt in Form eines Rovings, vom Spulenkörper der Abwickelspule abgewickelt. Vorzugsweise werden die Fasern, insbesondere beim Durchführen von Schritt a), parallel zu einer an die Fasern ansetzenden Zugkraft ausgerichtet oder orientiert. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Verringerung der mechanischen Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, der Fasern vermieden werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Fasern vor dem Durchführen von Schritt c), insbesondere vor dem Durchführen von Schritt b), bevorzugt zwischen dem Durchführen von Schritt a) und dem Durchführen von Schritt b), gespreizt, insbesondere zu einem Faserband, vorzugsweise Rovingband. Dadurch ist zum einen das Flächengewicht sowie eine gleichmäßigere Breite bzw. Dicke von insbesondere zu einem Band gespreizten Fasern einstellbar. Insbesondere lassen sich hierdurch Aufdickungen vermeiden, die ansonsten beispielsweise in einem Bauteil, das aus erfindungsgemäß behandelten Fasern hergestellt wird, sichtbar wären. Zum anderen sind gespreizte Fasern im aufgewickelten Zustand nicht nur oberflächlich mit dem Imprägnierhilfsmittel beaufschlagbar, sondern auch eine Beaufschlagung zwischen Lagen der gespreizten Fasern ist möglich oder kann verbessert werden. Dies wiederum bewirkt vorteilhafterweise eine Optimierung eines nachgeschalteten I mprägnierschrittes.
• Alternativ können die Fasern, insbesondere vor dem Durchführen von Schritt c), nicht gespreizt werden.
• Bevorzugt wird das Imprägnierhilfsmittel beim Durchführen von Schritt b) auf die Fasern und/oder zwischen die Fasern auf- und/oder eingebracht, insbesondere auf- und/oder eingestreut und/oder auf- und/oder eingepresst. Das Auf- und/oder Einpressen kann beispielsweise mittels Walzen, insbesondere Kalanderwalzen, vorgenommen werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Imprägnierhilfsmittel beim Durchführen von Schritt b) partikulär, d.h. in Form von Partikeln, insbesondere granulat- oder pulverförmig, d.h. in Form eines Granulats oder Pulvers, vorzugsweise pulverförmig, auf und/oder zwischen die vom Spulenkörper der Abwickelspule abgewickelten Fasern, insbesondere zwischen Lagen der Fasern, auf- und/oder eingebracht, insbesondere auf- und/oder eingestreut und/oder ein- und/oder aufgepresst. Ein partikuläres Imprägnierhilfsmittel ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft. Zunächst einmal kann es als Abstandshalter zwischen den Fasern oder Lagen der Fasern wirken, wodurch eine bessere Durchtränkung oder Durchdringung der Fasern mit einem Imprägniermittel, insbesondere aufgrund einer besseren Kapillarwirkung, erreicht werden kann. Dadurch ist insbesondere eine Verbesserung oder Erhöhung der Durchtränkungs- oder Durchdringungszeit (Infiltrationszeit) der Fasern mit einem Imprägniermittel, beispielsweise um 10 % bis 20 % oder sogar noch höher, erzielbar. Trockenstellen zwischen den Fasern und/oder Lagen der Fasern können verhindert oder wenigstens signifikant reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Imprägnieren der Fasern abhängig von dem Imprägnierhilfsmittel gezielt beeinflusst oder gesteuert werden kann. Insbesondere kann - abhängig von dem Imprägnierhilfsmittel - eine oberflächliche, insbesondere nur oberflächliche, Imprägnierung der Fasern (Interply-Imprägnierung) und/oder eine tiefergehende, insbesondere zwischen Lagen der Fasern gehende, Imprägnierung der Fasern (Intraply-Imprägnierung) erzielt werden.
• Weiter ist von Vorteil, dass die Fasern abhängig von der Beschaffenheit des Imprägnierhilfsmittels mit den unterschiedlichsten Eigenschaften, beispielsweise mit bestimmten tribologischen und/oder optischen Eigenschaften, wie beispielsweise Farbgebungseigenschaften oder Absorptions- oder Adsorptionseigenschaften, versehen werden können. Alternativ oder in Kombination können die Fasern durch das Imprägnierhilfsmittel beispielsweise mit Brandschutzeigenschaften, magnetischen Eigenschaften, katalytischen Eigenschaften, elektrischen Eigenschaften wie Leitfähigkeitseigenschaften, Wärmeeigenschaften, Isolierungseigenschaften, sensorischen Eigenschaften wie Druck- und/oder Temperatureigenschaften, akustischen Eigenschaften, vibratorischen Eigenschaften oder einer Kombination der vorgenannten Eigenschaften versehen werden.
• Beispielsweise können die tribologische Eigenschaften der Fasern durch das Imprägnierhilfsmittel verbessert werden, wodurch beispielsweise durch höhere Abzugsgeschwindigkeiten schnellere Wickelprozesse bei der Herstellung eines Bauteils ausgehend von Fasern, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren behandelt wurden, realisierbar sind.
• Das Imprägnierhilfsmittel kann grundsätzlich eckig oder polyedrisch, insbesondere würfel-, quader-, prismen-, pyramiden- oder spatförmig, gestaltet sein. Durch eine eckige bzw. polyedrische Form des Imprägnierhilfsmittels kann die Haftung des Imprägnierhilfsmittels an der Oberfläche der Fasern verbessert werden, was beispielsweise im Hinblick auf eine vorzugsweise ausschließlich oberflächliche Beaufschlagung der Fasern oder von Lagen der Fasern mit dem Imprägnierhilfsmittel vorteilhaft sein kann.
• Alternativ oder in Kombination kann das Imprägnierhilfsmittel eckenlos, insbesondere kugel- oder ovalförmig, gestaltet sein. Durch eine eckenlose Form des Imprägnierhilfsmittels wird mit besonderem Vorteil auch ein Eindringen des Imprägnierhilfsmittels zwischen Lagen der Fasern begünstigt.
• Bevorzugt weist das Imprägnierhilfsmittel einen Partikeldurchmesser oder Korndurchmesser, insbesondere mittleren Partikeldurchmesser oder Korndurchmesser, von 1 µm bis 3 mm, insbesondere 1 µm bis 1 mm, bevorzugt 1 µm bis 100 µm oder 50 µm bis 1 mm, vorzugsweise 50 µm bis 300 µm, auf. Der Partikeldurchmesser kann beispielsweise mittels Siebanalyse, Laserbeugung, dynamische Lichtstreuung oder Bildanalyse, insbesondere gemäß einer der DIN Normen DIN 66143-66145, DIN 66160-66161, DIN ISO 9276-1 oder DIN ISO 9276-2:2018-09 bestimmt werden.
• Unter dem Ausdruck „Partikeldurchmesser“ oder „Korndurchmesser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung der größtmögliche Abstand verstanden werden, den zwei Punkte entlang einer Umfangslinie eines Partikels oder Korns zueinander einnehmen könne. Im Falle eines kugelförmigen Partikels oder Korns ist der Durchmesser im Sinne der vorliegenden Erfindung somit der doppelte Radius des kugelförmigen Partikels bzw. Korns.
• Weiter können die von dem Spulenkörper der Abwickelspule abgewickelten Fasern beim Durchführen von Schritt c) mit unterschiedlichen Imprägnierhilfsmitteln, insbesondere zeitgleich oder zeitlich hintereinander, beaufschlagt werden. Der Ausdruck „Imprägnierhilfsmittel“ umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung somit nicht nur die Verwendung eines, d.h. nur eines, Imprägnierhilfsmittels, sondern auch mehrerer unterschiedlicher Imprägnierhilfsmittel.
• Weiter kann das Imprägnierhilfsmittel beim Durchführen von Schritt c) gleichmäßig oder ungleichmäßig, insbesondere in Form eines Gradienten, auf die von dem Spulenkörper der Abwickelspule abgewickelten Fasern appliziert werden. Durch eine Gradientenapplikation kann vorteilhafterweise die Richtung einer nachfolgenden Imprägnierung der Fasern vorgegeben werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Imprägnierhilfsmittel einen Kunststoff auf oder besteht aus einem Kunststoff. Bei dem Kunststoff kann es sich um ein Homo- oder Copolymer oder um eine Kunststoffmischung, d.h. um einen sogenannten Kunststoffblend, handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kunststoff um einen Duroplasten oder Thermoplasten. Insbesondere kann es sich bei dem Imprägnierhilfsmittel um ein Kunststoffpulver, insbesondere für den 3D-Druck (sogenanntes 3D-Druckpulver), handeln.
• Das Imprägnierhilfsmittel, insbesondere Kunststoffpulver, kann insbesondere ein Klebstoffmaterial und/oder ein Basismaterial und/oder ein Absorptions- oder Hydratisierungsmaterial und/oder ein Additiv aufweisen.
• Das Additiv kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus
• - festigkeitserhöhender oder -verbessernder Zusatzstoff,
• - Zusatzstoff, der in der Lage ist, die Farbgebung, insbesondere eines Bauteils, zu verändern,
• - Zusatzstoff, der in der Lage ist, die UV-Beständigkeit und/oder Brandschutzeigenschaften, insbesondere eines Bauteils, zu erhöhen, und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Additive.
• Der Zusatzstoff, der in der Lage ist, die Brandschutzeigenschaften, insbesondere eines Bauteils, zu erhöhen, kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus naturnahe bzw. naturidentische Stickstoff- und Phosphorverbindungen, Silikate, Wasserglas, Glas und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Zusatzstoffe.
• Das Klebstoffmaterial kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Puderzucker, Polyvinylalkohol (PVA), Polyharnstoff-Formaldehyd-Klebstoff, Weizenpaste, Methylcellulose, Holzleim (insbesondere in Pulverform), Wasserkitt, Maltodextrin, Entflockungsmittel, Natriumsilicat und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Klebstoffmaterialien.
• Bei dem Entflockungsmittel kann es sich um ein anorganisches Entflockungsmittel, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus alkalische Polyphosphate, Natriumcarbonate, Kaliumcarbonate, Kaliumoxalate und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten anorganischen Entflockungsmittel, und/oder ein organisches Entflockungsmittel, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonate, Gummi arabicum, alkalische Lignosulfonate und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten organischen Entflockungsmittel, handeln.
• Ferner kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um einen Zement, insbesondere Expansionszement, Portlandzement, Gipszement, Typ-III-Zement, hydraulischen Zement oder Ausbesserungszement, oder ein zementartiges oder zementbasiertes Material handeln. Ein geeigneter Gipszement ist beispielsweise unter der Bezeichnung Hydrocal^® kommerziell erhältlich.
• Insbesondere kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um eine Mischung aufweisend oder bestehend aus Calciumsulfat, Portlandzement, Gips, Flugasche und einem Ausbesserungszement handeln. Ein geeigneter Portlandzement ist beispielsweise unter der Bezeichnung Rockit^® kommerziell erhältlich.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um eine Mischung aufweisend oder bestehend aus Calciumsulfoaluminatzementen und einem Sand, insbesondere einem unter der Bezeichnung Cement-All™ kommerziell erhältlichen Spezialsand, handeln.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um einen schnell abbindenden Zement handeln.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um Mischungen aus Kieselsäure, Portlandzement, Calciumcarbonat, Ethylenvinylacetat-Copolymer und optional Glasfasern handeln. Ein entsprechendes Klebstoffmaterial ist beispielsweise unter der Bezeichnung Versabond^® kommerziell erhältlich.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um einen polymermodifizierten Dünnbettmörtel handeln. Ein entsprechender Mörtel ist beispielsweise unter der Bezeichnung Flexbond^® kommerziell erhältlich.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um eine Metallgussputze, die beispielsweise unter der Bezeichnung Hydroperm^® kommerziell erhältlich ist, handeln.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um Kombinationen oder Mischungen aufweisend oder bestehend aus Portlandzement, Feinsand, Quarzfeinstaub, hochgradig wasserreduzierendem Zusatzmittel (HRWR) und optional Stahlfasern handeln. Ein entsprechendes Klebstoffmaterial ist beispielsweise unter der Bezeichnung Ductal^® kommerziell erhältlich.
• Alternativ kann es sich bei dem Klebstoffmaterial um Mischungen aufweisend oder bestehend aus Gips, Portlandzement und Kieselsäure handeln. Ein entsprechendes Klebstoffmaterial ist beispielsweise unter der Bezeichnung Hydrostone^® kommerziell erhältlich.
• Das Imprägnierhilfsmittel, insbesondere das Basismaterial, kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Duroplasten, Thermoplasten und Mischungen von wenigstens zwei der genannten Imprägnierhilfsmittel, insbesondere Basismaterialien.
• Die Duroplasten können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Reaktionsharze wie Epoxidharze, vernetzbare Polyurethane, ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharzen, UV-aushärtende Harze und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Duroplasten.
• Die Thermoplasten können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC), Zelluloide, Polyolefine und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Thermoplasten.
• Weiter kann das Imprägnierhilfsmittel, insbesondere das Basismaterial, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Biopolymere, Pflanzenöle, Zucker wie Polysaccharide, native Polymere, technische Biopolymere, biobasierte Biopolymere, erdölbasierte Polymere und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Imprägnierhilfsmittel, insbesondere Basismaterialien.
• Die natürlichen Biopolymere können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Cellulose, Lignin, Kautschuk und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten natürlichen Biopolymere.
• Bei den Zuckern bzw. Polysacchariden kann es sich insbesondere um Cellulose und/oder Cellulosederivate handeln.
• Bei den technischen Biopolymeren kann es sich insbesondere um Biopolymere aus biogenen Rohstoffen handeln.
• Bei den biobasierten Biopolymeren kann es sich um biologisch abbaubare Biopolymere und/oder nicht biologisch abbaubare Biopolymere handeln. Insbesondere können die biobasierten Biopolymere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyaminosaccharide, Poliglusam, Poly-D-Glucosamin, Polyglucosamin und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten biobasierten Biopolymeren.
• Die erdölbasierten Polymere können insbesondere abbaubar sein. Vorzugsweise sind die erdölbasierten Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyvinylalkohol, Polycaprolactone, Polyglycolid, Polylactid, Copolymere der vorgenannten erdölbasierten Polymere und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten erdölbasierten Polymere.
• Der festigkeitserhöhende oder -verbessernde Zusatzstoff kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Glaskügelchen, Aluminium-Flocken, Fasern, Faserfragmenten und Kombinationen von wenigstens zwei der vorgenannten festigkeitserhöhenden oder -verbessernden Zusatzstoffen.
• Insbesondere kann der festigkeitserhöhende oder -verbessernde Zusatzstoff ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Fasergeflecht, Flugasche, Holzstaub, Polyvinylalkohol-Fasern, Kohlefasern und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten festigkeitserhöhenden oder -verbessernden Zusatzstoffen. Bei den Kohlefasern kann es sich dabei insbesondere um Kohlefasern mit einem Standard-Zugmodul und/oder mittleren Zugmodul handeln.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Imprägnierhilfsmittel, insbesondere vor und/oder während und/oder nach Durchführen von Schritt b), bevorzugt nach Durchführen von Schritt b) und vorzugsweise vor Durchführen von Schritt c), verflüssigt, insbesondere geschmolzen. Hierdurch kann, insbesondere abhängig von der Wahl des Imprägnierhilfsmittels, eine bessere Durchtränkung oder Durchdringung der Fasern oder von Lagen der Fasern mit dem Imprägnierhilfsmittel erzielt werden. Vorzugsweise wird das Imprägnierhilfsmittel hierzu erwärmt. Beispielsweise kann das Imprägnierhilfsmittel während eines Zeitraums von 0,1 Sekunden bis 10 Minuten, insbesondere 3 Sekunden bis 5 Minuten, bevorzugt 1 Sekunde bis 120 Sekunden, erwärmt werden. Weiter kann das Imprägnierhilfsmittel beispielsweise auf eine Temperatur von 50°C bis 400°C, insbesondere 100°C bis 350°C, vorzugsweise 150°C bis 250°C, erwärmt werden. Abhängig von der Erwärmungsdauer und/oder Temperatur kann dabei gezielt die Eindringtiefe des Imprägnierhilfsmittels zwischen die Fasern, insbesondere zwischen Lagen der Fasern, eingestellt werden.
• Die Fasern sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonfasern (auch als Kohlenstofffasern bezeichnet), Kunststofffasern, Metallfasern, Legierungsfasern, Keramikfasern, Mineralfasern und Kombinationen von wenigstens zwei der vorgenannten Fasern.
• Insbesondere können die Fasern ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Carbonfasern, Glasfasern, Mineralfasern, Basaltfasern, Borfasern, Kieselsäurefasern, Stahlfasern, Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern wie Nylonfasern, Polyethylenfasern, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern, Sisalfasern und Kombinationen von wenigstens zwei der vorgenannten Fasern.
• Die Carbonfasern können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus HT-Fasern (High- Tenacity-Fasern), UHT-Fasern (Ultra-High-Tenacity-Fasern), LM-Fasern (Low-Modulus-Fasern), IM-Fasern (Intermediate-Modulus-Fasern), HM-Fasern (High-Modulus-Fasern), UM-Fasern (Ultra-Modulus-Fasern), UHM-Fasern (Ultra-High-Modulus-Fasern), UMS-Fasern (Ultra- Modulus-Strength-Fasern), HMS-Fasern (High-Modulus/High-Strain-Fasern) und Kombinationen von wenigstens zwei der vorgenannten Kohlenstofffasern.
• Neben der Wahl des Imprägnierhilfsmittels stellt die Wahl der Fasern eine weitere Möglichkeit dar, die Eigenschaften eines mithilfe von erfindungsgemäß behandelten Fasern hergestellten Bauteils gezielt zu beeinflussen.
• Die Öffnungen der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule sind zweckmäßigerweise als Durchbrüche, d.h. als die Seitenwangen durchbrechende Öffnungen, gestaltet.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen als Löcher, Schlitze wie Radialschlitze, d.h. sich in radialer Richtung der Seitenwangen erstreckende Schlitze, oder als Spalten wie Radialspalten, d.h. sich in radialer Richtung der Seitenwangen erstreckende Spalte, gestaltet.
• Die Öffnungen der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule können einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, ovalen oder elliptischen, Querschnitt aufweisen.
• Alternativ können die Öffnungen der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen.
• Ferner können die Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule unterschiedlich gestaltete Öffnungen aufweisen. Insoweit wird auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen des Spulenkörpers der Aufwickelspule radial oder in radialer Richtung auf den Seitenwangen ausgebildet.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen des Spulenkörpers der Aufwickelspule in Form von Reihen auf den Seitenwangen ausgebildet.
• Besonders bevorzugt sind die Öffnungen des Spulenkörpers der Aufwickelspule in radialer Richtung und reihenförmig auf den Seitenwangen ausgebildet.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule gitterförmig, insbesondere lochgitterförmig, gestaltet.
• Die Öffnungen können gleich oder unterschiedlich gestaltet sein. Sind die Öffnungen unterschiedlich gestaltet, können sich die Öffnungen graduell, d.h. kontinuierlich, oder nicht graduell, d.h. diskontinuierlich, voneinander unterscheiden. Beispielsweise können sich die Öffnungen in Bezug auf ihren Durchmesser voneinander unterscheiden.
• Ferner können die Öffnungen, insbesondere in radialer Richtung, in einer variablen Anordnung auf den Seitenwangen ausgebildet sein. Dadurch kann ein Durchfluss von Imprägniermittel gezielt gesteuert werden. Beispielsweise können entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen eine höhere Anzahl von Öffnungen ausgebildet sein als entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen oder umgekehrt. Weiter können Öffnungen entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen anders dimensioniert sein als Öffnungen entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen. Insbesondere können Öffnungen entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen einen anderen Durchmesser und/oder eine andere Querschnittsform aufweisen als Öffnungen entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Öffnungen einen Durchmesser von 0,1 mm bis 20 mm, insbesondere 0,1 mm bis 1 mm oder 1 mm bis 20 mm, vorzugsweise 5 mm bis 10 mm, auf. Unter dem Durchesser der Öffnungen soll der größtmögliche Abstand, den zwei Punkte entlang einer Umrisslinie der Öffnungen zueinander einnehmen können, verstanden werden Im Falle von kreisförmigen Öffnungen entspricht der Durchmesser daher dem doppelten Radius der kreisförmigen Öffnungen.
• Durch die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Ausgestaltungen betreffend die Öffnungen der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule lässt sich eine Imprägnierung der Fasern in besonderem Maße optimieren.
• Vorzugsweise werden die mit dem Imprägnierhilfsmittel beaufschlagten Fasern bahn- oder lagenförmig, insbesondere monolagenförmig, auf den Spulenkörper der Aufwickelspule aufgewickelt. Dadurch ist eine zusätzliche Verbesserung einer nachfolgenden Imprägnierung der Fasern erzielbar. Insbesondere bevorzugt werden die mit dem Imprägnierhilfsmittel beaufschlagten Fasern in Form eines Bandes oder einer Lage, insbesondere Monolage, Stoß an Stoß auf den Spulenkörper der Aufwickelspule gewickelt.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Schritt d) auf:
• d) Imprägnieren der aufgewickelten Fasern mit einem Imprägniermittel, wobei das Imprägniermittel durch die Öffnungen der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule, mit den aufgewickelten Fasern in Kontakt gelangt.
• Vorzugsweise werden die Fasern von dem Imprägniermittel, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule, durchtränkt oder durchdrungen bzw. infiltriert. Wie bereits erwähnt, lässt sich hierdurch vorteilhafterweise eine gleichmäßigere Durchdringung oder Durchtränkung der Fasern oder von Lagen der Fasern und mithin eine verbesserte Imprägnierung erreichen.
• Bevorzugt wird das Imprägniermittel beim Durchführen von Schritt d) auf die Aufwickelspule, d.h. auf eine der beiden Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule, gegeben. Besonders bevorzugt gelangt das Imprägniermittel beim Durchführen von Schritt d) durch die Öffnungen einer der beiden Seitenwangen von einer Außenseite dieser Seitenwange in einen/den Faseraufnahmebereich des Spulenkörpers der Aufwickelspule. Vorzugsweise gelangt das Imprägniermittel in dem Faseraufnahmebereich, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule, mit den aufgewickelten Fasern in Kontakt.
• Das Imprägniermittel weist vorzugsweise ein Harz, insbesondere aushärtbares Harz, auf. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Harz um ein Kunststoffharz, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Epoxidharze, Formaldehydharze, Phenolharze, ABS-Harze, Polyurethane, UV-aushärtende Harze und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Kunststoffharze. Bevorzugt weist das Imprägniermittel ferner einen Härter auf. Der Härter kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Amine, Carbonsäuren und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Härter.
• Neben der Wahl des Imprägnierhilfsmittels sowie der Fasern stellt das Imprägniermittel vorteilhafterweise eine weitere Möglichkeit dar, die Eigenschaften eines mithilfe von erfindungsgemäß behandelten Fasern hergestellten Bauteils gezielt zu steuern.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Durchführen von Schritt d) die Aufwickelspule mit den auf ihrem Spulenkörper aufgewickelten Fasern in einen Behälter, vorzugsweise in einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter, überführt und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben.
• Die Verwendung eines Behälters zum Imprägnieren der Fasern ist mit einer Reihe von Vorteilen verknüpft. So erlaubt diese Vorgehensweise insbesondere das Vorgeben der Imprägnierrichtung, die Verwendung unterschiedlicher Imprägniermittel und einen einfachen Austausch von Imprägniermitteln und damit eine schnelle und einfache Herstellung von imprägnierten Fasern. Zudem ist die Harzmenge vorteilhafterweise einstellbar. Aufwendige Reinigungsverfahren, wie beispielsweise eine Badreinigung, sind entbehrlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine bequeme Vorproduktion und Lagerung der imprägnierten Fasern möglich sind.
• Der Behälter kann vorzugsweise verschließbar, insbesondere wiederverschließbar, ausgebildet sein. Insbesondere kann der Behälter als Beutel, Tüte oder Folie, insbesondere Folienbeutel oder Folientüte, gestaltet sein. Ein solchermaßen gestalteter Behälter kann beispielsweise ein Material, vorzugsweise einen Kunststoff, aufweisen oder aus einem Material, vorzugsweise Kunststoff, bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefine wie Polyethylen (PE), Polyamide (PA), Elastomere und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Materialien, vorzugsweise Kunststoffe. Insbesondere kann der Behälter als Vakuum- oder Unterdruckbeutel, Vakuum- oder Unterdrucktüte oder Vakuum- oder Unterdruckfolie gestaltet sein.
• Alternativ kann der Behälter als Kartusche gestaltet sein.
• Vorzugsweise weist der Behälter einen inneren Durchmesser auf oder kann der Behälter, insbesondere bei Beaufschlagen mit einem Unterdruck, einen inneren Durchmesser annehmen, der dem Durchmesser der Spule oder dem Durchmesser der Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule entspricht. Dadurch kann die Richtung des Imprägnierens zusätzlich optimiert werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Durchführen von Schritt d) die Aufwickelspule mit den auf ihrem Spulenkörper aufgewickelten Fasern in einen starren, d.h. steifen oder formstabilen, d.h. nicht formnachgiebigen, Behälter überführt, der in einem flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter aufgenommen ist oder anschließend in einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter aufgenommen wird, und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben. Der starre Behälter kann beispielsweise ein Material, vorzugsweise einen Kunststoff, aufweisen oder aus einem Material, vorzugsweise Kunststoff, bestehen, das insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefine wie Polyethylen, Polyamide und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Materialien, vorzugsweise Kunststoffe. Mit anderen Worten kann es sich bei dem starren Behälter insbesondere um einen Kunststoffbehälter handeln. Bezüglich des flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälters sei auf die in den vorangegangenen Absätzen gemachten Ausführungen Bezug genommen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der flexible und mit einem Unterdruck beaufschlagbare Behälter mit einem Unterdruck beaufschlagt.
• Vorzugsweise wird der flexible und mit einem Unterdruck beaufschlagbare Behälter mit einem Unterdruck von 50 mbar bis 900 mbar, insbesondere 100 mbar bis 900 mbar oder50 mbar bis 500 mbar, vorzugsweise 80 mbar bis 100 mbar, beaufschlagt.
• Weiter bevorzugt weist der flexible und mit einem Unterdruck beaufschlagbare Behälter ein Anschlusselement, beispielsweise eine Membran oder ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, zum Anschließen des Behälters an eine Unterdruckquelle, beispielsweise Unterdruckpumpe, auf.
• Ferner kann der Behälter auch als ein durch Überdruck beaufschlagbarer Behälter gestaltet sein. Der durch Überdruck beaufschlagbare Behälter kann beispielsweise ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metall, Kunststoff, Keramik und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Materialien. Ferner kann der durch Überdruck beaufschlagbare Behälter beispielsweise mithilfe eines in den Behälter einführbaren Stempels mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Beispielsweise kann der durch Überdruck beaufschlagbare Behälter mit einem Überdruck von 1 bar bis 40 bar, insbesondere 1 bar bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar bis 8 bar, beaufschlagt werden.
• Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Imprägnieren von Fasern, insbesondere Endlosfasern, vorzugsweise Rovingfasern, d.h. Fasern eines Rovings. Das Verfahren weist den nachfolgenden Schritt auf:
1. a) Imprägnieren von auf einem Spulenkörper einer Aufwickelspule aufgewickelten Fasern mit einem Imprägniermittel, wobei der Spulenkörper zwei in Axialrichtung des Spulenkörpers gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen aufweist, die jeweils mit Öffnungen zum Imprägnieren der aufgewickelten Fasern versehen sind und das Imprägniermittel durch die Öffnungen der Seitenwangen, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule, mit den aufgewickelten Fasern in Kontakt gelangt.
• Vorzugsweise werden die Fasern von dem Imprägniermittel, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule durchtränkt oder durchdrungen bzw. infiltriert.
• Wie bereits erwähnt, lässt sich hierdurch vorteilhafterweise eine gleichmäßigere Durchdringung oder Durchtränkung der Fasern oder von Lagen der Fasern und mithin eine verbesserte Imprägnierung erreichen.
• Bevorzugt wird das Imprägniermittel beim Durchführen von Schritt a) auf die Aufwickelspule, d.h. auf eine der beiden Seitenwangen des Spulenkörpers der Aufwickelspule, gegeben. Besonders bevorzugt gelangt das Imprägniermittel beim Durchführen von Schritt d) durch die Öffnungen einer der beiden Seitenwangen von einer Außenseite dieser Seitenwange in einen/den Faseraufnahmebereich des Spulenkörpers der Aufwickelspule. Vorzugsweise gelangt das Imprägniermittel in dem Faseraufnahmebereich, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule, mit den aufgewickelten Fasern in Kontakt. Vorzugsweise wird zum Durchführen von Schritt a) die Aufwickelspule mit den auf ihrem Spulenkörper aufgewickelten Fasern in einen Behälter, vorzugsweise in einen flexiblen und insbesondere mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter, überführt und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben.
• Alternativ kann es bevorzugt sein, dass zum Durchführen von Schritt a) die Aufwickelspule mit den auf ihrem Spulenkörper aufgewickelten Fasern in einen starren, d.h. steifen oder nicht formnachgiebigen, Behälter überführt wird, der in einem flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter aufgenommen ist oder anschließend in einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter aufgenommen wird, und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben wird.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere in Bezug auf die Fasern, die Aufwickelspule sowie das Imprägniermittel, wird vollständig auf die im Zusammenhang des ersten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf die Fasern, die Aufwickelspule sowie das Imprägniermittel, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Verfahren gemäß zweitem Erfindungsaspekt.
• Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Anlage zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern, insbesondere Endlosfasern, vorzugsweise Rovingfasern, d.h. Fasern eines Rovings, nach einem Verfahren gemäß erstem oder zweitem Erfindungsaspekt. Die Anlage weist Folgendes auf:
• - einen ersten Spulenträger zum Aufnehmen oder Trägern einer Abwickelspule, insbesondere einer Abwickelspule mit aufgewickelten Fasern,
• - eine Beaufschlagungseinheit zum Beaufschlagen, insbesondere der Fasern, mit einem Imprägnierhilfsmittel und
• - einen zweiten Spulenträger zum Aufnehmen oder Trägern einer Aufwickelspule.
• Der erste Spulenträger kann der Beaufschlagungseinheit unmittelbar oder nicht unmittelbar vorgeschaltet sein.
• Der erste Spulenträger und/oder zweite Spulenträger sind/ist vorzugsweise entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Weiter kann die Beaufschlagungseinheit dem zweiten Spulenträger unmittelbar oder nicht unmittelbar vorgeschaltet sein. Vorzugsweise ist die Beaufschlagungseinheit als Pulverstreueinheit gestaltet. Insbesondere kann die Beaufschlagungseinheit ein Kalanderelement und/oder eine Anzahl von Bürstenelement aufweisen. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Einbringen des Imprägnierhilfsmittels zwischen die Fasern, insbesondere zwischen Lagen der Fasern, optimiert werden.
• Bevorzugt ist die Beaufschlagungseinheit entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Bevorzugt ist der erste Spulenträger und/oder die Abwickelspule um eine Drehachse drehbar. Vorzugsweise weist die Anlage einen Drehmotor zum Bewirken einer Drehbewegung oder Bremsbewegung des ersten Spulenträgers und/oder der Abwickelspule oder eine entsprechende Arbeitsspindel auf.
• Bevorzugt ist der erste Spulenträger, insbesondere horizontal, verschwenkbar ausgebildet, insbesondere um eine vertikale Drehachse des ersten Spulenträgers. Dadurch können in vorteilhafter Weise unterschiedliche Fasersteigungen, insbesondere Längenunterschiede der Fasern, beispielsweise aufgrund von Kreuzwicklungen, während des Behandlungsprozesses, insbesondere Imprägnierungsprozesses, ausgeglichen werden.
• Insbesondere kann der erste Spulenträger in alle Richtungen verschwenkbar ausgebildet sein. Dadurch können nicht nur (herstellerbedingt) unterschiedliche Faserwickelungen auf der Abwickelspule kompensiert, sondern auch Verdrehungen bzw. Ungleichmäßigkeiten in den Fasern ausgeglichen werden. Beispielsweise ist es möglich, Programme in einer Steuereinheit zu hinterlegen, die die Abwickelspule erkennen, um somit Anlagenparameter automatisiert an einen jeweiligen Spulentyp anzupassen bzw. ein erforderliches Verarbeitungsprogramm aufzurufen.
• Ferner kann die Anlage die Abwickelspule und/oder Aufwickelspule aufweisen. Insbesondere kann die Abwickelspule von dem ersten Spulenträger aufgenommen bzw. auf dem ersten Spulenträger geträgert und/oder die Aufwickelspule von dem zweiten Spulenträger aufgenommen bzw. auf dem zweiten Spulenträger geträgert sein.
• Ferner weist die Anlage bevorzugt eine Antriebseinheit zum Bewirken einer horizontalen Schwenkbewegung des ersten Spulenträgers auf. Die Antriebseinheit kann beispielsweise eine hydraulische oder pneumatische Antriebseinheit sein. Beispielsweise kann die Antriebseinheit als Hydraulik- oder Pneumatikzylinder gestaltet sein.
• Ferner weist die Anlage bevorzugt zwei Detektionsmittel zum Detektieren oder Erfassen von in Axialrichtung der Abwickelspule gegenüberliegenden Enden auf. Die Detektionsmittel sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Antriebseinheit derart zu steuern, dass diese eine horizontale Schwenkbewegung des ersten Spulenträgers oder der Abwickelspule bewirkt, wenn die Enden der Abwickelspule von den Detektionsmitteln detektiert oder erfasst werden. Dadurch ist vorteilhafterweise ein Ausgleich von Längenunterschieden, insbesondere aufgrund von durch Kreuzwicklungen bedingten Richtungsänderungen der Fasern, möglich. Die Detektionsmittel können beispielsweise als Lichtschranken, insbesondere Gabellichtschranken, gestaltet sein.
• Weiter bevorzugt weist die Anlage einen Verschiebemechanismus, insbesondere einen Linearmotor oder eine Arbeitsspindel, zum Bewirken einer vorzugsweise geradlinigen Verschiebung (sogenannte Linearbewegung) des ersten Spulenträgers und/oder der Abwickelspule entlang seiner bzw. ihrer Drehachse, d.h. in x-Richtung der Anlage, auf.
• Unter dem Ausdruck „x-Richtung“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung die Breiten- oder Querrichtung der Anlage verstanden werden.
• Hierzu kann beispielsweise der erste Spulenträger auf einem Schlitten aufgenommen sein, der entlang einer Linearführung entlang der Drehachse des ersten Spulenträgers und/oder der Abwickelspule gelagert ist und von dem Verschiebemechanismus bewegt wird. Dadurch ist vorteilhafterweise ein verdrehfreies Zuführen der Fasern, ein Ausgleich von Pendelbewegungen der Fasern und insbesondere ein Ausgleich der Fasersteigung erzielbar.
• Ferner weist die Anlage bevorzugt eine Spreizeinheit zum Spreizen der Fasern, insbesondere zu einem Faserband, vorzugsweise monolagigen Faserband, auf.
• Bevorzugt ist die Spreizeinheit zwischen dem ersten Spulenträger und der Beaufschlagungseinheit geschaltet. Dabei kann die Spreizeinheit dem ersten Spulenträger unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltet und/oder der Beaufschlagungseinheit unmittelbar oder nicht unmittelbar vorgeschaltet sein.
• Die Spreizeinheit kann grundsätzlich als mechanische Spreizeinheit oder nicht mechanische Spreizeinheit, beispielsweise als Luftspreizeinheit, Saugspreizeinheit, Vibrationsspreizeinheit oder Ultraschallspreizeinheit, gestaltet sein.
• Unter dem Ausdruck „mechanische Spreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine mechanische Spreizung der Fasern zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „nicht mechanische Spreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine nicht mechanische Spreizung der Fasern zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „Luftspreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine Spreizung der Fasern durch Zufuhr von Luft zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „Saugspreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine Spreizung der Fasern durch Anlegen eines Unterdrucks oder Vakuums zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „Vibrationsspreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine Spreizung der Fasern durch Erzeugen von Vibrationswellen zu bewirken.
• Unter dem Ausdruck „Ultraschallspreizeinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spreizeinheit verstanden werden, die dazu ausgebildet ist, eine Spreizung der Fasern durch Erzeugen von Ultraschallwellen zu bewirken. Typischerweise weist die Ultraschalleinheit zum Erzeugen der Ultraschallwellen eine Anzahl von Sonotroden, d.h. nur eine Sonotrode oder eine Mehrzahl von Sonotroden, auf.
• Bevorzugt ist die Spreizeinheit als mechanische Spreizeinheit gestaltet.
• Besonders bevorzugt weist die Spreizeinheit eine Anzahl von Rollen, insbesondere Umlenkrollen, und/oder Walzen und/oder Bolzen auf.
• Der Ausdruck „Anzahl von Rollen und/oder Walzen und/oder Bolzen“ kann im Sinne der vorliegenden Erfindung nur eine Rolle und/oder Walze und/oder Bolze oder eine Vielzahl von, d.h. zwei oder mehr, Rollen und/oder Walzen und/oder Bolzen bedeuten.
• Die Rolle/Rollen und/oder Walze/Walzen und/oder Bolze/Bolzen sind/ist vorzugsweisezylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, und/oder konvex und/oder konkav gestaltet.
• Ferner kann bzw. können die Rolle/Rollen und/oder Walze/Walzen und/oder Bolze/Bolzen bombiert, insbesondere positiv bombiert oder negativ bombiert, sein. Durch eine Bombierung können mit besonderem Vorteil der Radius und/oder der Wölbungsgrad der Rolle/Rollen und/oder Walze/Walzen und/oder Bolze/Bolzen eingestellt werden. Somit kann über die Stärke der Bombierung wiederum der Grad der Spreizung der Fasern gezielt gesteuert werden. Eine auf die Fasern wirkende Zugkraft kann durch eine Bombierung umgeleitet werden. Dadurch wirkt auch eine Kraft, die die Fasern auf die bombierte/bombierten Rolle/Rollen und/oder Walze/Walzen und/oder Bolze/Bolzen presst. An der höchsten Stelle der Auslenkung wirkt auf die Fasern die höchste Kraft. Mit zunehmender Entfernung von dieser Stelle wird die Kraft geringer. Die Fasern können somit der Belastung ausweichen, wenn sie auf gewölbten Rollen und/oder Walzen und/oder Bolzen nach außen wandern.
• Insbesondere kann die Spreizeinheit in Reihe geschaltete Rollen und/oder Walzen und/oder Bolzen aufweisen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine iterative Spreizung der Fasern und mithin ein konstantes und optimales Verhältnis zwischen Faserspannung und Oberflächenreibung/-haftung. Dadurch ist ein insbesondere optimales und reproduzierbares Spreizergebnis erzielbar.
• Weiter können einige oder alle der Rollen und/oder Walzen und/oder Bolzen eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf Haftung und/oder Reibung, gezielt beeinflussen.
• Bevorzugt ist die Spreizeinheit entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Ferner kann die Anlage eine Kantenerfassung aufweisen. Vorzugsweise ist die Kantenerfassung zwischen dem ersten Spulenträger und der Spreizeinheit geschaltet. Insbesondere kann die Kantenerfassung dem ersten Spulenträger unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltet und/oder der Spreizeinheit unmittelbar oder nicht unmittelbar vorgeschaltet sein. Alternativ kann die Kantenerfassung der Spreizeinheit zugeordnet, insbesondere Bestandteil der Spreizeinheit oder an der Spreizeinheit befestigt, sein. Die Kantenerfassung erfasst Kanten eines Bündels oder Bandes, das die Fasern bilden. Dadurch können die Fasern vorteilhafterweise schwingungsfrei und immer an dergleichen Position zugeführt werden. Die Kantenerfassung kann beispielsweise einen Laser oder Sensor aufweisen oder als Laser oder Sensor gestaltet sein. Die Kantenerfassung ist insbesondere dazu ausgebildet, den bereits erwähnten Verschiebemechanismus, insbesondere den bereits erwähnten Linearmotor bzw. die bereits erwähnte Antriebsspindel, so zu steuern, dass die Fasern eine gleichbleibende Lage bzw. Position haben, insbesondere in x-Richtung und/oder y-Richtung und/oder z-Richtung der Anlage.
• Der Ausdruck „x-Richtung“ wurde bereits definiert. Unter dem Ausdruck „y-Richtung“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung die Längsrichtung der Anlage verstanden werden. Die Längsrichtung der Anlage entspricht üblicherweise der Förderrichtung der Fasern auf der Anlage. Unter dem Ausdruck „z-Richtung“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Richtung der Anlage senkrecht zu ihrer Querrichtung (bzw. Breitenrichtung) und senkrecht zu ihrer Längsrichtung verstanden werden.
• Weiterhin kann die Kantenerfassung insbesondere dazu ausgebildet sein, die bereits erwähnte Antriebseinheit derart zu steuern, dass diese eine horizontale Schwenkbewegung des ersten Spulenträgers und/oder der Abwickelspule bewirkt.
• Bevorzugt ist die Kantenerfassung entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Ferner kann die Anlage eine Absaugeinheit aufweisen. Die Absaugeinheit ist vorzugsweise zwischen dem ersten Spulenträger und der Beaufschlagungseinheit geschaltet. Die Absaugeinheit kann insbesondere zum Anlegen eines Unterdrucks an die Fasern ausgebildet sein. Insbesondere kann die Absaugeinheit der Spreizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein. Alternativ kann die Absaugeinheit der Spreizeinheit zugeordnet sein. Beispielsweise kann die Absaugeinheit über der Spreizeinheit angeordnet oder an der Spreizeinheit befestigt sein. Durch die Absaugeinheit können in vorteilhafter Weise unerwünschte Faserbestandteile oder Stoffe, wie beispielsweise lose Fasern oder Faserfragmente, entfernt werden.
• Vorzugsweise ist die Absaugeinheit entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Ferner kann die Anlage eine Heizeinheit aufweisen. Die Heizeinheit ist vorzugsweise zwischen dem ersten Spulenträger und dem zweiten Spulenträger, insbesondere zwischen der Spreizeinheit und dem zweiten Spulenträger geschaltet. Insbesondere kann die Heizeinheit der Beaufschlagungseinheit unmittelbar oder nicht unmittelbar vor- oder nachgeschaltet sein.
• Bevorzugt ist die Heizeinheit zwischen der Beaufschlagungseinheit und dem zweiten Spulenträger geschaltet.
• Weiter kann die Heizeinheit beispielsweise als Kontaktheizung, Konvektionsheizung, Infrarotheizung oder Ultraschallsonotrode gestaltet sein. Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein Verflüssigen, insbesondere Aufschmelzen, des Imprägnierhilfsmittels möglich, wodurch das Imprägnierhilfsmittel besser zwischen die Fasern, insbesondere zwischen Lagen der Fasern, eindringen kann, was wiederum vorteilhaft im Hinblick auf eine spätere Imprägnierung der Fasern ist.
• Bevorzugt ist die Heizeinheit entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Ferner weist die Anlage vorzugsweise wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit, insbesondere in Form eines Tensometers oder Spannungssensors, auf, die eine Spannung, insbesondere Zugspannung, der Fasern überwacht. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit dazu ausgebildet, die Spannung, insbesondere Zugspannung, der Fasern, bevorzugt während des gesamten Verfahrens, zu überwachen. Die Spannung wird dabei vorzugsweise von der Spannungsüberwachungseinheit oder einer (anderen) Steuerungseinheit der Anlage vorgegeben.
• Vorzugsweise ist die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit ferner dazu ausgebildet, einen Drehmotor des ersten Spulenträgers und/oder einen Drehmotor des zweiten Spulenträgers zu steuern bzw. zu kontrollieren. Dadurch kann die Spannung so eingestellt bzw. gehalten werden, dass diese für weitere Verarbeitungsschritte der Fasern optimal ist.
• Die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit kann beispielsweise dem ersten Spulenträger, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltet sein.
• Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit beispielsweise der Spreizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein. Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit zwischen benachbarten Rollen und/oder Walzen und/oder Zylindern der Spreizeinheit geschaltet sein.
• Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit beispielsweise der Beaufschlagungseinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein.
• Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit beispielsweise der Absaugeinheit insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein.
• Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit beispielsweise der Heizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein.
• Alternativ kann die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit beispielsweise dem zweiten Spulenträger, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vor- oder nachgeschaltet sein.
• Bevorzugt ist die wenigstens eine Spannungsüberwachungseinheit entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine (weitere) Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Ferner kann die Anlage eine Mehrzahl von Spannungsüberwachungseinheiten zum Überwachen der Spannung, insbesondere Zugspannung, der Fasern aufweisen. Insbesondere kann die Anlage eine dem ersten Spulenträger, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Spreizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Spreizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Beaufschlagungseinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Beaufschlagungseinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Absaugeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Absaugeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit, und/oder eine dem zweiten Spulenträger, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine dem zweiten Spulenträger, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Heizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Heizeinheit, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Kantenerfassung, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, vorgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit und/oder eine der Kantenerfassung, insbesondere unmittelbar oder nicht unmittelbar, nachgeschaltete Spannungsüberwachungseinheit aufweisen.
• Bevorzugt sind sämtliche Einheiten und/oder Bauteile der Anlage entfernbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Dadurch ist vorteilhafterweise eine besonders optimale Anpassung der Anlage an die zu behandelnden Fasern erzielbar.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Anlage, insbesondere in Bezug auf die Abwickelspule, Aufwickelspule sowie die Fasern, wird vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf die Abwickelspule, Aufwickelspule sowie die Fasern, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für die Verwendung einer Anlage gemäß drittem Erfindungsaspekt.
• Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Spule zur Durchführung eines Verfahrens gemäß erstem oder zweiten Erfindungsaspekt. Die Spule weist
• - einen Spulenkörper mit zwei in Axialrichtung der Spule gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen und
• - Fasern, die auf dem Spulenkörper, insbesondere auf einem zwischen den Seitenwangen ausgebildeten Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich des Spulenkörpers, aufgewickelt sind,

auf.
• Die Spule zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die Seitenwangen jeweils mit Öffnungen versehen sind.
• Die Öffnungen sind zweckmäßigerweise als Durchbrüche, d.h. als die Seitenwangen durchbrechende Öffnungen oder Löcher, gestaltet.
• Weiter können die Öffnungen einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, ovalen oder elliptischen, Querschnitt aufweisen.
• Alternativ oder in Kombination können die Öffnungen einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen.
• Alternativ oder in Kombination können die Öffnungen als Schlitze, insbesondere Radialschlitze, d.h. sich in radialer Richtung der Seitenwangen erstreckende Schlitze, gestaltet sein.
• Alternativ oder in Kombination können die Öffnungen als Rundlöcher oder Langlöcher, insbesondere zirkuläre Langlöcher, und/oder in Form von Spalten gestaltet sein.
• Ferner können die Seitenwangen unterschiedlich gestaltete Öffnungen aufweisen. Insoweit wird auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.
• Ferner können die Öffnungen in radialer Richtung auf den Seitenwangen ausgebildet sein.
• Ferner können die Öffnungen in Form von Reihen auf den Seitenwangen ausgebildet sein.
• Entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen ist eine höhere Anzahl von Öffnungen ausgebildet als entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen. Weiter weisen Öffnungen entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen einen anderen Durchmesser und/oder eine andere Querschnittsform auf als Öffnungen entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen.
• Bevorzugt sind die Öffnungen in radialer Richtung und reihenförmig auf den Seitenwangen ausgebildet.
• Insbesondere können die Seitenwangen gitterförmig, insbesondere lochgitterförmig, gestaltet sein.
• Ferner weist der Spulenkörper bevorzugt eine Achsaufnahme auf. Die Achsaufnahme ist dazu ausgebildet, eine Achse eines Spulenträgers aufzunehmen. Die Achsaufnahme ist vorzugsweise in Form eines sich in Axialrichtung der Spule erstreckenden Hohlraums ausgebildet, der beidseitig, d.h. an beiden Enden der Spule, offen ist. Alternativ oder in Kombination kann die Achsaufnahme als Ventil gestaltet oder ein oder mehrere Ventile aufweisen. Das Ventil bzw. die Ventile ist/sind insbesondere dazu ausgebildet, einen Hohlraum der Spule, insbesondere entlang des unten erwähnten Faseraufnahmeabschnittes oder -bereiches, zu verschließen und beispielsweise vor Verunreinigungen zu schützen.
• Weiter kann/können das Ventil/die Ventile insbesondere derart gestaltet sein, dass es/sie beim Aufnehmen der Spule auf einen Spulenträger von einer Achse des Spulenträgers geöffnet, insbesondere durchstochen, wird/werden.
• Ferner kann der Spulenkörper einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen.
• Ferner kann der Spulenkörper zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, gestaltet sein. Alternativ kann der Spulenkörper beispielsweise prismatisch gestaltet sein.
• Ferner kann der Spulenkörper, insbesondere wenigstens abschnittsweise, konisch oder gewölbt, insbesondere konvex oder konkav, gestaltet sein.
• Die Seitenwangen des Spulenkörpers sind vorzugsweise als seitliche Begrenzungen der Spule gestaltet. Die Seitenwangen können einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen oder ovalen, Querschnitt oder einen polygonen, insbesondere dreieck-, viereck-, fünfeck-, sechseck-, siebeneck-, achteck-, neueck-, zehneck- oder sternenförmigen, Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind die Seitenwangen jeweils scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, gestaltet. Alternativ können die Seitenwangen jeweils trichterförmig gestaltet sein.
• Weiter bevorzugt sind die Seitenwangen an gegenüberliegenden Enden des Spulenkörpers ausgebildet, insbesondere radial erstreckt ausgebildet. Insbesondere bevorzugt können die Seitenwangen jeweils einen größeren Querschnitt oder eine größere Querschnittsfläche aufweisen als die Faseraufnahme des Spulenkörpers.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern mit einem Imprägnierhilfsmittel versehen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern mit einem Imprägniermittel versehen.
• Besonders bevorzugt sind die Fasern sowohl mit einem Imprägnierhilfsmittel als auch mit einem Imprägniermittel versehen.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Spule, insbesondere des Spulenkörpers, der Seitenwangen, der Öffnungen der Seitenwangen, der Fasern, des Imprägnierhilfsmittels sowie des Imprägniermittels, wird vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf den Spulenkörper, die Seitenwangen, die Öffnungen der Seitenwangen, die Fasern, das Imprägnierhilfsmittel sowie das Imprägniermittel, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für die Spule gemäß viertem Erfindungsaspekt.
• Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Kits oder eines Sets zum Durchführen eines Verfahrens gemäß zweitem Erfindungsaspekt. Das Kit bzw. Set weist eine Spule und wenigstens einen Behälter, insbesondere einen starren, d.h. steifen oder formstabilen, Behälter und/oder einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter, auf.
• Die Spule weist
• - einen Spulenkörper mit zwei in Axialrichtung der Spule gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen und
• - Fasern, die auf dem Spulenkörper, insbesondere auf einem zwischen den Seitenwangen ausgebildeten Faseraufnahmeabschnitt oder -bereich des Spulenkörpers, aufgewickelt sind,

auf.
• Die Spule zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die Seitenwangen jeweils mit Öffnungen versehen sind.
• Grundsätzlich können die Spule und der Behälter räumlich oder physikalisch getrennt voneinander vorliegen. Bevorzugt ist die Spule jedoch zum Durchführen des Verfahrens gemäß zweitem Erfindungsaspekt in dem Behälter enthalten.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Kits bzw. Sets, insbesondere der Spule sowie des wenigstens einen Behälters, wird ebenfalls vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. Die dort, insbesondere in Bezug auf die Spule sowie den Behälter, beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Kit bzw. Set gemäß fünftem Erfindungsaspekt.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Form von Figuren sowie zugehörigen Figurenbeschreibungen. Dabei können einzelne Merkmale der Erfindung jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne diese hierauf zu beschränken.
• FIGURENKURZBESCHREIBUNGEN
• In den Figuren ist Folgendes schematisch gezeigt:
• 1: eine erfindungsgemäße Verwendung einer Anlage zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2a, b: eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Spule,
• 3: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits bzw. Sets,
• 4: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits bzw. Sets und
• 5: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits bzw. Sets.
• AUSFÜHRLICHE FIGURENBESCHREIBUNG
• 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage 1 zum Bearbeiten von Fasern 5, insbesondere zum Beaufschlagen von Fasern 5 mit einem Imprägnierhilfsmittel 45.
• Bei den Fasern 5 handelt es sich vorzugsweise um sogenannte Endlosfasern, d.h. um Fasern mit einer Mindestlänge von mindestens 1000 mm. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Fasern 5 um Rovingfasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern.
• Die Anlage 1 weist einen ersten Spulenträger 10 zum Aufnehmen oder Trägern einer Abwickelspule 20, eine Beaufschlagungseinheit 40 zum Beaufschlagen mit einem/dem Imprägnierhilfsmittel 45 sowie einen zweiten Spulenträger 50 zum Aufnehmen oder Trägern einer Aufwickelspule 60 auf.
• Wie dargestellt, kann die Anlage 1 (bereits) die Abwickelspule 20 und die Aufwickelspule 60 aufweisen, wobei die Abwickelspule 20 von dem ersten Spulenträger 10 aufgenommen bzw. auf dem ersten Spulenträger 10 geträgert ist und die Aufwickelspule 60 von dem zweiten Spulenträger 50 aufgenommen ist bzw. auf dem zweiten Spulenträger 50 geträgert ist.
• Die Beaufschlagungseinheit 40 kann dem ersten Spulenträger unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltet sein. Der zweite Spulenträger 50 kann der Beaufschlagungseinheit 40 unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltet sein.
• Die Abwickelspule 20 weist einen Spulenkörper 15 auf, vorzugsweise mit einer sich in Axialrichtung des Spulenkörpers 15 erstreckenden Achsaufnahme zum Aufnehmen einer Achse des ersten Spulenträgers 15. Die Achsaufnahme kann beispielsweise in Form eines sich in Axialrichtung des Spulenkörpers 15 erstreckenden Hohlraums gestaltet sein.
• Die Beaufschlagungseinheit 40 kann insbesondere als Pulverstreueinheit gestaltet sein. Eine solchermaßen gestaltete Beaufschlagungseinheit ist dazu ausgebildet, das Imprägnierhilfsmittel 45 pulverförmig auf die Fasern 5 aufzubringen und/oder zwischen die Fasern 5, insbesondere zwischen Lagen der Fasern 5, einzubringen. Hierzu kann die Beaufschlagungseinheit ein nicht dargestelltes Kalanderelement, insbesondere in Form einer Walze, und/oder eine nicht dargestellte Anzahl von Bürstenelementen aufweisen. Dadurch kann ein Einbringen des Imprägnierhilfsmittels 45 zwischen die Fasern 5, insbesondere zwischen Lagen der Fasern 5, in besondere Weise optimiert werden.
• Alternativ oder in Kombination kann ein Einbringen des Imprägnierhilfsmittels 45 zwischen die Fasern 5, insbesondere zwischen Lagen der Fasern 5, durch eine nicht dargestellte, der Beaufschlagungseinheit 40 unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltete Heizeinheit begünstigt oder erzielt werden.
• Die Anlage 1 kann ferner zwischen dem ersten Spulenträger 10 und der Beaufschlagungseinheit 40 eine Spreizeinheit 30 aufweisen. Dabei kann die Spreizeinheit 30 dem ersten Spulenträger 10 unmittelbar oder nicht unmittelbar nachgeschaltet und/oder der Beaufschlagungseinheit 40 unmittelbar oder nicht unmittelbar vorgeschaltet sein. Die Spreizeinheit 30 ist dazu ausgebildet, ein Spreizen der Fasern 5, vorzugsweise zu einem Faserband, insbesondere monolagigen Faserband, zu bewirken. Vorzugsweise ist die Spreizeinheit 30 hierzu als mechanische Spreizeinheit gestaltet. Eine solchermaßen gestaltete Spreizeinheit weist vorzugsweise eine Anzahl von Walzen 31 auf. Die Walzen 31 können dabei bombiert, insbesondere positiv bombiert oder negativ bombiert, sein. Insbesondere können die Walzen 31 zylindrisch gestaltet sein. Über die Stärke der Bombierung der Walzen 31 kann in vorteilhafter Weise der Grad der Spreizung der Fasern 5 gezielt eingestellt werden.
• Die Aufwickelspule 60 weist einen Spulenkörper 65 mit zwei in Axialrichtung der Aufwickelspule 60 gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen 67 auf. Die Seitenwangen 67 besitzen vorzugsweise einen eckenlosen, insbesondere kreisförmigen, Querschnitt. Insbesondere bevorzugt sind die Seitenwangen 67 jeweils als Scheiben, insbesondere kreisförmige Scheiben, gestaltet.
• Die Seitenwangen 67 sind jeweils mit Öffnungen 69 versehen. Die Öffnungen 69 können dabei, wie dargestellt, reihenförmig und in radialer Richtung auf den Seitenwangen 67 ausgebildet sein.
• Durch die Öffnungen 69 ist vorteilhafterweise eine Imprägnierung der aufgewickelten Fasern 5, insbesondere in Axialrichtung der Aufwickelspule 60, möglich. Dadurch ist vorteilhafterweise eine gleichmäßigere Imprägnierung der Fasern erzielbar. Eine gleichmäßigere Imprägnierung bedeutet dabei insbesondere, dass Zwischenräume, insbesondere Poren, zwischen den aufgewickelten Fasern 5 besser mit einem Imprägniermittel befüllt werden können.
• Nachfolgend sei nun ein erfindungsgemäßes Verfahren, das mithilfe der Anlage 1 durchgeführt werden kann, näher beschrieben.
• Die Fasern 5 werden von der Abwickelspule 20, vorzugsweise in Form eines Faserbündels oder -strangs, insbesondere eines Rovings, abgewickelt und mittels der Spreizeinheit 30 gespreizt, vorzugsweise zu einem Faserband, insbesondere zu einem aus einer Lage bestehenden Faserband (monolagiges Faserband).
• Die gespreizten Fasern 5 werden mittels der Beaufschlagungseinheit 40 mit dem Imprägnierhilfsmittel 45 beaufschlagt. Die Beaufschlagung kann dabei auf den gespreizten Fasern 5 (sogenannte Interply-Beaufschlagung) und/oder zwischen den gespreizten Fasern 5, insbesondere zwischen Lagen der gespreizten Fasern 5 (sogenannte Intraply-Beaufschlagung), erfolgen. Hierzu kann das Imprägnierhilfsmittel 45, beispielsweise mithilfe des bereits erwähnten Kalanderelementes, zwischen die gespreizten Fasern 5, insbesondere zwischen Lagen der gespreizten Fasern 5, eingepresst werden.
• Zur (weiteren) Optimierung der Beaufschlagung der Fasern 5 kann das Imprägnierhilfsmittel 45 ferner mittels der bereits erwähnten Heizeinheit aufgeschmolzen werden. Ein Aufschmelzen des Imprägnierhilfsmittels 45 kann dabei vor und/oder während und/oder nach Beaufschlagen der Fasern 5 mit dem Imprägnierhilfsmittel 45 durchgeführt werden.
• Die mit dem Imprägnierhilfsmittel 45 beaufschlagten Fasern 5 werden auf die Aufwickelspule 60 aufgewickelt.
• Grundsätzlich können die auf der Aufwickelspule 60 aufgewickelten Fasern 5 auf der Anlage 1 mit einem Imprägniermittel versehen werden. Bevorzugt erfolgt das Imprägnieren der aufgewickelten Fasern 5 jedoch unabhängig von der Anlage 1, d.h. vorzugsweise nicht auf der Anlage 1.
• 2a und 2b zeigen schematisch eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Spule 60. Die Spule 60 weist einen Spulenkörper 65 mit einer sich in Axialrichtung der Spule 60 erstreckenden Achsaufnahme 61 sowie zwei in Axialrichtung der Spule 60 gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen 67 auf.
• Die Achsaufnahme 61 ist zum Aufnehmen der Spule 60 auf eine Achse eines Spulenträgers ausgebildet. Die Achsaufnahme 61 ist vorzugsweise als in axialer Richtung der Spule 60 erstreckter Hohlraum, insbesondere mit einem kreisförmigen Querschnitt, ausgebildet.
• Zwischen den Seitenwangen 67 weist der Spulenkörper 65 einen Faseraufnahmeabschnitt 63 zum Aufnehmen von Fasern 5 auf (siehe 2a). Im aufgewickelten Zustand sind die Fasern 5 zwischen den Seitenwangen 67 auf dem Faseraufnahmeabschnitt 63 gehalten (siehe 2b). Der Faseraufnahmeabschnitt 63 kann beispielsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, oder konisch gestaltet sein.
• Die Seitenwangen 67 sind vorzugsweise scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, gestaltet und besitzen insbesondere einen größeren Querschnitt oder eine größere Querschnittsfläche als der Faseraufnahmeabschnitt 63.
• Die Seitenwangen 67 der Spule 60 zeichnen sich besonders dadurch aus, dass sie mit Öffnungen 69 versehen sind. Die Öffnungen 69 sind als Durchbrüche, d.h. als die Seitenwangen 67 durchbrechende Öffnungen oder Löcher, gestaltet. Die Öffnungen 69 können dabei einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Denkbar sind aber auch alternative Querschnittsformen, wie beispielsweise ovale, elliptische oder polygonale Querschnittsformen. Die Öffnungen 69 sind vorzugsweise, wie dargestellt, in Form von radial um die Achsaufnahme 61 angeordneten Reihen auf den Seitenwangen 67 ausgebildet.
• Die Öffnungen 69 ermöglichen vorteilhafterweise ein Imprägnieren der aufgewickelten Fasern 5 mit einem Imprägniermittel, insbesondere in Axialrichtung der Spule 60. Dadurch können die Kontaktzeit zwischen dem Imprägniermittel und den Fasern 5 verbessert und insbesondere zwischen den Fasern 5 vorhandene Zwischenräume, insbesondere Poren, besser mit dem Imprägniermittel befüllt werden. Insgesamt ist dadurch eine homogenere, d.h. gleichmäßigere, Imprägnierung der Fasern 5 erzielbar. Dadurch können im Vergleich zum Stand der Technik bessere mechanische Festigkeiten realisiert und insbesondere zeit- und kostenintensive Nachbearbeitungsschritte, insbesondere Kompaktierungsschritte, der imprägnierten Fasern vermieden werden.
• 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits oder Sets 70. Das Kit bzw. Set 70 weist eine Spule 60 mit aufgewickelten Fasern 5 und einen Behälter 80 auf. Das Kit bzw. Set 70 eignet sich insbesondere zum Imprägnieren der Fasern 5 mit einem Imprägniermittel.
• Die Spule 60 und der Behälter 80 können (zunächst) räumlich voneinander getrennt vorliegen. Alternativ kann die Spule 60 zum Imprägnieren der Fasern 5 bereits in dem Behälter 80 enthalten sein.
• Die Spule 60 weist einen Spulenkörper mit zwei sich in Axialrichtung der Spule 60 erstreckenden Seitenwangen 67 auf. Zum Durchführen einer Imprägnierung der Fasern 5 in Axialrichtung der Spule 60 sind die Seitenwangen 67 mit Öffnungen 69 versehen. Diese können, wie dargestellt, in Form von Reihen auf den Seitenwangen 67 ausgebildet sein, wobei sich die Reihen radial von einer Achsaufnahme 61 der Seitenwangen 67 erstrecken. Die Spule 60 ist vorzugsweise als Scheibenspule, d.h. als Spule mit scheibenförmigen, insbesondere kreisscheibenförmigen, Seitenwangen, gestaltet.
• Der Behälter 80 ist vorzugsweise als steifer, d.h. starrer oder nicht formnachgiebiger, Behälter gestaltet. Vorzugsweise hat der Behälter 80 eine glatte Oberfläche. Wie dargestellt, kann der Behälter 80 beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Behälter 80 kann, wenn er innerhalb eines flexiblen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter angeordnet ist, zusammen mit der Spule 60 vorteilhafterweise eine Dichtung während der Durchdringung bzw. Infiltration der Fasern 5 mit dem Imprägniermittel bilden. Ist der Behälter 80 dagegen außerhalb eines flexiblen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälters angeordnet, kann er vorteilhafterweise eine Stütze für einen Aufbau zum Durchdringen bzw. Infiltrieren der Fasern 5 mit dem Imprägniermittel sein.
• Bevorzugt weist der Behälter 80 einen inneren Durchmesser auf, der dem Durchmesser der Spule 60 oder ihrer Seitenwangen 67 entspricht. Dadurch kann eine Imprägnierrichtung besonders gut vorgegeben werden.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Kits bzw. Sets 70, insbesondere bezüglich der Spule 60 sowie des Behälters 80, wird vollständig auf die bisherigen Figurenbeschreibungen sowie die allgemeine Beschreibung Bezug genommen.
• 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits oder Sets 70. Das Kit bzw. Set 70 weist eine Spule 60 mit aufgewickelten Fasern 5, einen starren, d.h. formstabilen, Behälter 80 sowie einen flexiblen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter 90 auf. Das Kit bzw. Set 70 eignet sich insbesondere zum Imprägnieren der Fasern 5 mit einem Imprägniermittel.
• Durch den flexiblen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter 90 ist vorteilhafterweise ein Imprägnieren der Fasern 5, insbesondere in Axialrichtung der Spule 60, durch Beaufschlagen des Behälters 90 mit einem Unterdruck möglich. Hierzu ist der Behälter 90 vorzugsweise als Beutel, insbesondere Vakuum- oder Unterdruckbeutel, oder Tüte, insbesondere Vakuum- oder Unterdrucktüte, gestaltet. Der Behälter 90 kann beispielsweise aus Polyethylen (PE) und/oder Polyamid (PA) und/oder Elastomeren, wie beispielsweise Silikon und/oder Gummi, gefertigt sein.
• Ferner kann das Kit bzw. Set 70 eine Ringscheibe 85 aufweisen. Die Ringscheibe besitzt vorzugsweise einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Spule 60 oder der Seitenwangen 67 entspricht. Dadurch ist ein Abdichten der Spule 60 entlang der Peripherie ihrer Seitenwangen 67 während eines, insbesondere in axialer Richtung der Spule 60, stattfindenden Imprägniervorganges möglich. Dies bewirkt vorteilhafterweise eine weitere Optimierung der Imprägnierung der Fasern 5.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Kits bzw. Sets 70, insbesondere bezüglich der Spule 60, des Behälters 80 sowie des Behälters 90, wird vollständig auf die bisherigen Figurenbeschreibungen sowie die allgemeine Beschreibung Bezug genommen.
• 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kits oder Sets 70. Das Kit bzw. Set 70 weist eine Spule 60 mit aufgewickelten Fasern 5 sowie einen flexiblen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter 90 auf. Das Kit bzw. Set 70 eignet sich insbesondere zum Imprägnieren der Fasern 5 mit einem Imprägniermittel 75.
• Der Behälter 90 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass er beim Beaufschlagen mit einem Unterdruck einen inneren Durchmesser annehmen kann, der dem Durchmesser der Spule 60 oder ihrer Seitenwangen 67 entspricht. Beispielsweise kann der Behälter beutel- oder tütenförmig, insbesondere als Vakuum- oder Unterdruckbeutel oder Vakuum- oder Unterdrucktüte, gestaltet sein.
• Zur Abdichtung der Spule 60 entlang der Peripherie ihrer Seitenwangen 67 und mithin zur (weiteren) Optimierung der Richtung einer Imprägnierung der Fasern 5 kann Behälter 90 zudem zwei voneinander beabstandete Schweißnähte 95 und 95' aufweisen.
• Bei dem Behälter 90 kann es sich insbesondere um einen wiederverschließbaren Behälter handeln. Beispielsweise kann der Behälter 90 einen Zippverschluss 91 aufweisen.
• Der Behälter 90 weist ferner ein Anschlusselement 93, insbesondere in Form eines Rückschlagventils, zum Anschließen des Behälters 90 an eine Unterdruckquelle wie Unterdruckpumpe auf.
• Zusätzlich kann das Kit bzw. Set 70 zwei Verschlusselemente 97 und 97' zum Verschließen der Achsaufnahme 61 der Spule 60 aufweisen. Dadurch kann eine Richtung der Imprägnierung der Fasern 5 zusätzlich eingestellt werden.
• Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Kits bzw. Sets 70, insbesondere bezüglich der Spule 60 sowie des Behälters 90, wird vollständig auf die bisherigen Figurenbeschreibungen sowie die allgemeine Beschreibung Bezug genommen.

Claims (22)

1. Verfahren zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern (5), insbesondere Endlosfasern, aufweisend die nachfolgenden Schritte: a) Abwickeln der Fasern (5) von einem Spulenkörper (15) einer Abwickelspule (20), b) Beaufschlagen der abgewickelten Fasern (5) mit einem Imprägnierhilfsmittel (45) und c) Aufwickeln der mit dem Imprägnierhilfsmittel (45) beaufschlagten Fasern (5) auf einen Spulenkörper (65) einer Aufwickelspule (60), wobei der Spulenkörper (65) der Aufwickelspule (60) zwei in Axialrichtung der Aufwickelspule (60) gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen (67) aufweist, die jeweils mit Öffnungen (69) zum Imprägnieren der aufgewickelten Fasern (5) versehen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) beim Durchführen von Schritt a) in Form eines Faserhalbzeugs, insbesondere in Form eines Faserbündels oder -strangs, bevorzugt in Form eines Rovings, von der Abwickelspule (20) abgewickelt werden, wobei die Fasern (5) vorzugsweise parallel zu einer an die Fasern (5) ansetzenden Zugkraft ausgerichtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abgewickelten Fasern (5) vor Durchführen von Schritt b) gespreizt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnierhilfsmittel (45) beim Durchführen von Schritt b) in Form von Partikeln, vorzugsweise pulverförmig, auf die abgewickelten Fasern (5) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnierhilfsmittel (45) ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Duroplasten, Thermoplasten, Additiven und Mischungen von wenigstens zwei der vorgenannten Imprägnierhilfsmittel (45).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnierhilfsmittel (45) verflüssigt, insbesondere geschmolzen, wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (69) als Löcher, Schlitze oder Spalten gestaltet sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (69) radial auf den Seitenwangen (67) ausgebildet sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (69) in Form von Reihen auf den Seitenwangen (67) ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwangen (67) gitterförmig, insbesondere lochgitterförmig, gestaltet sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt d) aufweist d) Imprägnieren der aufgewickelten Fasern (5) mit einem Imprägniermittel, wobei das Imprägniermittel durch die Öffnungen (69) der Seitenwangen (67) des Spulenkörpers (65) der Aufwickelspule (60) in Axialrichtung der Aufwickelspule mit den aufgewickelten Fasern (5) in Kontakt gelangt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen von Schritt d) die Aufwickelspule (60) mit den auf ihrem Spulenkörper (65) aufgewickelten Fasern (5) in einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter (90) überführt wird und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen von Schritt d) die Aufwickelspule (60) mit den auf ihrem Spulenkörper (65) aufgewickelten Fasern (5) in einen starren Behälter (80) überführt wird, der in einem flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter (90) aufgenommen ist oder anschließend in einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter (90) aufgenommen wird, und das Imprägniermittel anschließend hinzugegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible und mit einem Unterdruck beaufschlagbare Behälter (90) mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.
15. Verfahren zum Imprägnieren von Fasern (5), vorzugsweise Endlosfasern, aufweisend nachfolgenden Schritt: a) Imprägnieren von auf einem Spulenkörper (65) einer Aufwickelspule (60) aufgewickelten Fasern (5) mit einem Imprägniermittel, wobei der Spulenkörper (65) zwei in Axialrichtung der Aufwickelspule (60) gegenüberliegend angeordnete Seitenwangen (67) aufweist, die jeweils mit Öffnungen (69) zum Imprägnieren der aufgewickelten Fasern (5) versehen sind und das Imprägniermittel durch die Öffnungen (69) der Seitenwangen (67) in Axialrichtung der Aufwickelspule (60) mit den aufgewickelten Fasern (5) in Kontakt gelangt.
16. Verwendung einer Anlage (1) zum Behandeln, insbesondere Imprägnieren, von Fasern (5), insbesondere Endlosfasern, nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage (1) Folgendes aufweist: - einen ersten Spulenträger (10) zum Aufnehmen einer Abwickelspule (20), - eine Beaufschlagungseinheit (40) zum Beaufschlagen mit einem Imprägnierhilfsmittel (45) und - einen zweiten Spulenträger (50) zum Aufnehmen einer Aufwickelspule (60).
17. Spule zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend - einen Spulenkörper mit zwei in Axialrichtung der Spule gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen und - Fasern (5), die auf dem Spulenkörper aufgewickelt sind, wobei die Seitenwangen jeweils mit Öffnungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen eine höhere Anzahl von Öffnungen ausgebildet ist als entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen oder Öffnungen entlang einer Peripherie oder eines äußeren Radius der Seitenwangen einen anderen Durchmesser und/oder eine andere Querschnittsform aufweisen als Öffnungen entlang eines inneren Bereiches oder eines inneren Radius der Seitenwangen.
18. Verwendung eines Kits oder Sets (70), aufweisend eine Spule (60), aufweisend einen Spulenkörper (65) mit zwei in Axialrichtung der Spule (60) gegenüberliegend angeordneten Seitenwangen (67) und Fasern (5), die auf dem Spulenkörper (65) aufgewickelt sind, wobei die Seitenwangen (67) jeweils mit Öffnungen (69) versehen sind, und wenigstens einen Behälter (80; 90), insbesondere einen starren Behälter (80) und/oder einen flexiblen und mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Behälter (90), zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 15.
19. Spule nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit einem Imprägnierhilfsmittel (45) versehen sind.
20. Spule nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit einem Imprägniermittel versehen sind.
21. Verwendung eines Kits oder Sets (70) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit einem Imprägnierhilfsmittel (45) versehen sind.
22. Verwendung eines Kits oder Sets (70) Sets nach Anspruch 18 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) mit einem Imprägniermittel versehen sind.

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