DE69324712T2

DE69324712T2 - Vorrichtung zur anbringung von fasern während der herstellung von faserverstärkten produkten

Info

Publication number: DE69324712T2
Application number: DE69324712T
Authority: DE
Inventors: Kjell Sand
Original assignee: APLICATOR SYSTEM MOELNLYCKE AB
Current assignee: APLICATOR SYSTEM MOELNLYCKE AB
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2013-07-07
Also published as: EE9400072A; LV11314B; WO1995001939A1; DK0738242T3; ZA944842B; AU4594093A; HU9600043D0; LT3456B; JPH09502415A; DE69324712D1; FI960063A0; LV11314A; HUT72875A; NO960045D0; BG100332A; KR100261207B1; EP0738242B1; NO316643B1; FI960063A; HU221920B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zuführung von Verstärkungsfasern bei der Herstellung von in Wärme aushärtenden Kunstharzprodukten, wobei die Vorrichtung mindestens eine Magazinspule für ein Fasergarn und Führungsmittel zur Herausführung des Fasergarns zu einem Faserzuführkopf einschließt, wobei der Zuführkopf Zuführmittel zur Zuführung des Fasergarns von der Magazinspule über die Führungsmittel sowie Schneidmittel zum Schneiden des Fasergarns hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel des Zuführkopfs einerseits angetriebene Zuführzylinder, die mindestens einen Nip für das Fasergarn bilden, und andererseits Faserauswerfermittel einschließen.

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG

Die Herstellung von in Wärme aushärtenden Kunstharzprodukten, die durch Fasern verstärkt sind, ist schwer zu automatisieren, da die Qualität des Produkts hinsichtlich der Richtung, in der das Produkt einer Beanspruchung ausgesetzt wird, in hohem Maße von der Ausrichtung der Fasern abhängt. Unter modernen Qualitätsbedingungen sollte ein Produkt für gewöhnlich eine genaue Menge von Fasern aufweisen, die mit dem Ziel der maximalen Festigkeit ausgerichtet sind, ohne daß die Fasern aus der äußeren Kunstharzschicht des Produkts herausragen.
Bei einem Herstellungsverfahren werden Faserteppiche in eine gewünschte Form vorgeformt, und der Vorformling wird dann einer Wärmebehandlung unterzogen, um ein Haftmittel zu aktivieren, das die Fasern zusammenhält. Die Kante des auf diese Art und Weise hergestellten Vorformlings wird für gewöhnlich manuell beschnitten, so daß überschüssige Fasern an den Kanten vor dem Endgießen des in Wärme aushärtenden Kunstharzes entfernt werden. Die Anwendung von Faserteppichen und die Notwendigkeit der manuellen Entfernung von überschüssigen Fasern macht dieses Herstellungsverfahren teuer.
Außerdem wird die Festigkeit der Fasern nur in geringem Maße nutzbar gemacht.
Folglich gibt es auf diesem Gebiet Möglichkeiten für Verbesserungen, wobei diese Verbesserungen durch die Automatisierung des Herstellungsprozesses eine bessere Ausnutzung des Materials ermöglichen, so daß Strukturen wiederholt so veränderbar sind, daß sie leichter, materialsparend und technisch fortgeschrittener werden. Dadurch ergeben sich sogar Möglichkeiten zur Eindämmung der Probleme, die durch schlechte Arbeitsumgebungen und den Einsatz von Arbeitskräften entstehen.

TECHNISCHES PROBLEM

Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Zuführung von Verstärkungsfasern bei der Herstellung von in Wärme aushärtbaren Kunstharzprodukten, wie oben angegeben, die die Automatisierung der Zuführung von Verstärkungsfasern zu einem Produkt zum Beispiel durch die Verwendung eines Industrieroboters ermöglicht, so daß Vorformlinge wiederholt aus Fasergarn herstellbar sind, wobei die Fasern in Endloswicklungen angeordnet sind und die geschnittenen Fasern gleichmäßig oder ungleichmäßig ausgerichtet sein können.

LÖSUNG

Zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidmittel getrennt von den Zuführzylindern angetrieben werden und sich zwischen den Zylindern und den Faserauswerfermitteln befinden, und daß die Schneidmittel einen angetriebenen Messerzylinder mit nach außen vorstehenden Messerklingen und einen Gegendruckzylinder, der auf Positionen im Eingriff mit oder nicht im Eingriff mit dem Messerzylinder einstellbar ist, einschließen.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, in denen
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Zuführvorrichtung von der Seite zeigt,
Fig. 2 in einem größeren Maßstab einen winkligen Abschnitt zeigt, der ein Teil der Zuführvorrichtung ist,
Fig. 3 im Maßstab von Fig. 2 einen Zuführkopf, der ein Teil der Zuführvorrichtung ist, von der Seite zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Vorrichtung schließt ein Magazin 10 für Fasergarnspulen 11, ein Magazin 12 für ein feinpulveriges Haftmittel, einen Zuführkopf 13 für Fasergarn und Haftmittel sowie eine Zentralsteuerung 14 ein.
Der Zuführkopf 13 ist vorzugsweise an einem nicht gezeigten Roboterarm befestigt, der frei beweglich ist und durch einen programmierbaren Mikroprozessor gesteuert wird.
Das Fasergarn 15 läuft über eine Zuführvorrichtung zum Zuführkopf 13. Die Zuführvorrichtung schließt Endstücke 16, gerade röhrenförmige Stücke 17 und winklige Stücke 18 ein. Das Endstück 16, das sich am nächsten an der Garnspule 11 befindet, hat einen Anschluß für Druckluft. Dieses Druckmedium wird verwendet, um das Ende des Fasergarns durch die Zuführvorrichtung zum Zuführkopf 13 vorwärts zu bewegen, der während dieser Zeit in einer Kopplungsposition am Zuführendstück 16 der Zuführvorrichtung anliegt. Wenn das Ende des Garns den Zuführkopf 13 erreicht hat, wird das Fasergarn mit Hilfe von Zuführzylindem durch die Zuführvorrichtung gezogen. Der Zuführkopf 13 kann dann seine Kopplungsposition verlassen.
Einer der winkligen Abschnitte 18 ist ausführlicher in Fig. 2 dargestellt. Er schließt einen rechtwinkligen Block 18 mit Löchern 18a ein, die im rechten Winkel zueinander angeordnet und für die Röhren 17 gedacht sind, die in eine zentrale Kammer 18b hineinführen. Die Kammer 18b ist einerseits mit einer Ablenkwand 18c, die das mit Hilfe von Druckluft zugeführte Faserende von einer Röhre zur anderen ablenkt, und andererseits mit einer winkligen Nadel 18d ausgerüstet, die eine Berührungsfläche für das Garn bildet, wenn dieses durch die Zuführvorrichtung gezogen wird.
Die winklige Nadel 18d ist so in Bezug auf die Röhren 17 angeordnet, daß das Garn im Bereich der winkligen Stücke 18 nicht in die Innenseite der Röhren eingreift.
Der Zuführkopf 13 ist ausführlicher in Fig. 3 dargestellt und in einem Gehäuse 19 untergebracht. Eine Führungsröhre 20 für das Fasergarn 11 befindet sich im Gehäuse 19. Die Führungsröhre 20 erstreckt sich in den Nip zwischen zwei Zylindern 21, 22 hinein, von denen Zylinder 21 verschiebbar befestigt ist und mit Hilfe einer Druckfeder 23 in Richtung des anderen Zylinders 22 gedrückt wird. Der Zylinder 22 wird durch einen nicht gezeigten An triebsmotor mit einer regulierbaren Geschwindigkeit V, angetrieben. Die Geschwindigkeitsregulierung wird durch Impulszählmittel 24 erreicht, die mit der Zentralsteuerung 14 verbunden sind.
Die Zylinder 21, 22 schieben das Fasergarn 15 durch eine Röhre 25, die im Winkel von ungefähr 90º angeordnet ist und sich in den Nip zwischen einem Messerzylinder 26 und einem Gegendruckzylinder 27 öffnet. Der Messerzylinder 26 ist mit drei Messerklingen 26a ausgerüstet, die in gleichmäßigen Abständen zueinander entlang des Umfangs des Zylinders angeordnet sind. Der Zylinder 26 ist durch einen nicht gezeigten Antriebsmotor mit einer regulierbaren Geschwindigkeit V&sub2; antreibbar. Die Geschwindigkeitsregulierung wird durch Impulszählmittel 28 erreicht, die mit der Zentralsteuerung 14 verbunden sind. Der Gegendruckzylinder 27 ist verschiebbar in einer senkrechten Führung 29 befestigt und wird mit Hilfe eines pneumatischen Kolbenzylinders 30 verschoben.
Der Zuführkopf 13 hat eine Auswerferröhre 31, die mit einem Anschluß 32 für Druckluft ausgerüstet ist. Dieses Druckmedium wird verwendet, um geschnittene Garnstücke 15a auszuwerfen. Außerdem hat die Auswerferröhre 31 einen Anschluß 33 (siehe Fig. 1) an eine Steuereinheit für die Zufuhr eines feinpulverigen Haftmittels aus einem Magazin 12. Die Röhre 31 ist elektrisch vom anderen Teil des Zuführkopfs 13 isoliert. Durch die Wahl eines geeigneten Materials ist das Fasergarn auf seinem Weg durch die Röhre auf elektrischem Wege statisch aufladbar. Bei dieser Anordnung haftet das feinpulverige Haftmittel an der ausgeworfenen Faser.
Eine Ablenkplatte 34 (siehe Fig. 1), die aus einer Betriebsposition in eine andere schwenkbar ist, wird mit Hilfe eines pneumatischen Kolbenzylinders 35 geschwenkt. Wenn sich die Ablenkplatte 34 in der inaktiven Position befindet, werden die geschnittenen Fasern 15a auf eine Oberfläche mit ungleichmäßiger Ausrichtung in Längsrichtung ausgeworfen. Wenn sich die Ablenkplatte 34 in der Betriebsposition befindet, werden die geschnittenen Fasern 15a auf eine Oberfläche mit gleichmäßiger Ausrichtung in Längsrichtung ausgeworfen.
Mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung ist das Fasergarn als ununterbrochene Faser, die mit einem Haftmittel beschichtet ist, auswertbar. Der Roboterarm kann dadurch den Zuführkopf 13 so steuern, daß die Endlosfaser auf vorteilhafte Art und Weise ausgerichtet ist, zum Beispiel in Wicklungen um ein Loch herum, das einen Bolzen aufnimmt. Die Fasern sind aber auch auf exakt gewünschte Längen zuschneidbar, indem der Messerzylinder 26 in Gang gesetzt und im Kontakt mit dem Gegendruckzylinder 27 mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, die eine geeignete Messerfrequenz im Verhältnis zur Fasergeschwindigkeit ergibt, die durch die Geschwindigkeit des Antriebszylinders 22 gesteuert wird.
In jedem Moment des Abschneidens wird das Fasergarn 15 stoßweise ein kleines Stück mit einer Geschwindigkeit nach vom gezogen; die größer als die normale Vorschubgeschwindigkeit des Garns ist. Um sicherzugehen, daß im Garn keine Verzerrungen auftreten, die zu Brüchen im Garn oder zu einer verstärkten Abnutzung der Antriebszylinder 21, 22 führen können, dient die gebogene Röhre 25 als Ausgleicher für diese Verzerrungen. Normalerweise drücken die Antriebszylinder 21, 22 das Garn 15 durch die Röhre 25, so daß das Garn dem Außenradius des Röhreninneren folgt. Wenn eine Messerklinge dann das Garn erfaßt, um es gegen den Gegendruckzylinder 27 abzuschneiden, ergibt sich für das Fasergarn im Vorschubbereich zwischen den Antriebszylindern 21, 22 und den Faserauswerfermitteln ein bestimmtes Spiel, das in Fig. 3 durch den Doppelpfeil 36 gekennzeichnet ist, der das Spiel zwischen dem Fasergarn 15 und dem Innenradius des Innern der Röhre 25 zeigt.
Das Magazin 12 hat Zuführmittel 37 zur exakten Dosierung des Haftmittelpulvers. Diese Mittel 37 sind mit der Zentralsteuerung 14 verbunden. Das Magazin 10 für das Fasergarn 15 ist außerdem als elektronische Waage gestaltet, die ebenfalls mit der Zentralsteuerung 14 verbunden ist. Das bedeutet, daß die Faser- und Pulverzufuhr exakt steuerbar ist, so daß ein Vorformling für das Gießen eines in Wärme aushärtbaren Kunstharzprodukts mit einer korrekten Faser- und Haftmittelmenge herstellbar ist.
Die Erfindung ist auch zur Herstellung von glasfaserverstärkten thermoplastischen Materialien in einem einzigen Schritt ohne Vorformung einsetzbar.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist im selben Gehäuse 19 in doppelter Ausführung installierbar, um zwei Fasergarne auszuwerfen. Gleichzeitig ist der Roboterarm problemlos mit zwei derartigen Zuführköpfen ausrüstbar, wodurch der Roboter vier Garne parallel zueinander bearbeiten kann.
Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind verschiedene Varianten innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche denkbar. Der Zuführkopf 13 ist zum Beispiel an Kanäle für die Zufuhr flüssiger Haftmittel oder eines Kunststoffs, zum Beispiel Polyurethan, anschließbar. Die Auswerferröhre 31 ist durch eine gleitende Platte, einen Kanal oder eine Rinne auswechselbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Zuführung von Verstärkungsfasern bei der Herstellung von in Wärme aushärtbaren Kunstharzprodukten, wobei die Vorrichtung mindestens eine Magazinspule (11) für ein Fasergarn (15) und Führungsmittel (17, 18, 19) zur Herausführung des Fasergarns zu einem Faserzuführkopf (13) einschließt, wobei der Zuführkopf Zuführmittel (21, 22, 31, 32) zur Zuführung des Fasergarns von der Magazinspule über die Führungsmittel sowie Schneidmittel (26, 26a, 27) zum Schneiden des Fasergarns hat, wobei die Zuführmittel des Zuführkopfs (13) einerseits angetriebene Zuführzylinder (21, 22), die mindestens einen Nip für das Fasergarn (15) bilden, und andererseits Faserauswerfermittel (31, 32) einschließen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schneidmittel (26, 26a, 27) getrennt von den Zuführzylindem (21, 22) angetrieben werden und sich zwischen den Zylindern und den Faserauswerfermitteln (31, 32) befinden, und

daß die Schneidmittel einen angetriebenen Messerzylinder (26) mit nach außen vorstehenden Messerklingen (26a) und einen Gegendruckzylinder (27), der auf Positionen im Eingriff mit oder nicht im Eingriff mit dem Messerzylinder einstellbar ist, einschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Meßmittel zum fortlaufenden Abwiegen der Fasermenge, die aus dem Magazin (10) zugeführt wird, und Steuermittel (14) zur Steuerung des Antriebs der Zuführzylinder (21, 22) im Verhältnis zu einer gewünschten Fasermenge.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (14) Mittel (30) zur Steuerung der Position des Gegendruckzylinders (27) und zur Regulierung des Antriebs des Messerzylinders (26) einschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faserablenkplatte (34) so schwenkbar im Anschluß an die Faserauswerfermittel (31, 32) montiert ist, daß sie zwischen einer Betriebsposition und einer inaktiven Position hin- und herschwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fasergarn (15) bogenförmig zwischen den Zuführzylindem (21, 22) und den Faserauswerfermitteln (31, 32) bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fasergarn (15) durch eine gebogene Röhre (25) bewegt, deren Durchmesser ein bestimmtes Spiel für das Fasergarn im Vorschubbereich zwischen den Zuführzylindem (21, 22) und den Faserauswerfermitteln (31, 32) zuläßt, wobei das Ende des Fasergarns durch dieses Spiel stoßweise ein kleines Stück mit einer Geschwindigkeit, die größer als die normale Vorschubgeschwindigkeit des Garns ist, nach vom bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel zur Führung des Fasergarns (15) zum Zuführkopf (13) gerade Röhren (17) und winklige Abschnitte (18), die die Röhren miteinander verbinden, einschließen, wobei die winkligen Abschnitte an der Innenseite des Winkels Stützmittel (18d) für das Fasergarn mit einer kleinen Garnberührungsfläche haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserauswerfermittel (31, 32) pneumatisch angetrieben werden und Mittel einschließen, die dem Fasergarn (15) eine Ladung statischer Elektrizität verleihen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserauswerfermittel (31, 32) einen Anschluß (33) für eine gesteuerte Zufuhr eines feinpulverigen Haftmittels haben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (14) Mittel (37) zur Regulierung der Zufuhr eines feinpulverigen Haftmittels einschließen.