EP1783252A1 - Device and Method for spreading a carbon fibres tow - Google Patents
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- EP1783252A1 EP1783252A1 EP06015960A EP06015960A EP1783252A1 EP 1783252 A1 EP1783252 A1 EP 1783252A1 EP 06015960 A EP06015960 A EP 06015960A EP 06015960 A EP06015960 A EP 06015960A EP 1783252 A1 EP1783252 A1 EP 1783252A1
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- carbon fiber
- fiber strand
- electrodes
- voltage source
- spreading
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- D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
- D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
- D02J1/18—Separating or spreading
Definitions
- the invention relates to a device for spreading a carbon fiber strand to a carbon fiber tape with a heating device and arranged in the direction of the carbon fiber strand behind the heater widening device. Furthermore, the invention relates to a method for spreading a carbon fiber strand to a carbon fiber tape, in which the carbon fiber strand is heated and then widened.
- Carbon fibers which may also be referred to as carbon fibers, are widely used to make fiber reinforced plastic materials. Carbon fibers have a relatively low mass at a relatively high tensile strength in their longitudinal direction. The carbon fibers are often embedded in a plastic matrix. If in such a matrix there are several layers of carbon fibers that are in different Directions, then the increased tensile strength and thus the improved load can be given in several directions.
- Carbon fibers are usually supplied by the manufacturer in the form of carbon fiber strands. These carbon fiber strands are often wound on spools. Occasionally, they are also stored in containers. The carbon fiber strands are usually far too thick to produce a composite material. In the production of a carbon fiber reinforced composite material one would usually like to have the individual carbon fibers next to one another and in a few layers one above the other.
- a carbon fiber strand is first widened and the carbon fiber strip thus obtained is fed to a machine with a weft insertion or laying device, for example a warp knitting machine with weft insertion or a multi-axial machine which forms a surface material from a plurality of adjacent carbon fiber ribbons .
- a machine with a weft insertion or laying device for example a warp knitting machine with weft insertion or a multi-axial machine which forms a surface material from a plurality of adjacent carbon fiber ribbons .
- several groups of carbon fiber ribbons are arranged one above the other in different orientations, for example in the form of a 0 ° layer, a 90 ° layer, a + 45 ° layer and a -45 ° layer.
- heating There are several possibilities for heating.
- One known possibility is to pressurize the carbon fiber strand with heated air.
- heating with heated air may cause the carbon fibers in the carbon fiber strand to become confused, which in turn hinders the spreading or spreading effect.
- Another possibility is to guide the carbon fiber strand over heated rolls. The heat is then transferred from the heated rollers to the carbon fiber strand.
- This embodiment has proven itself in principle. However, it requires a relatively large amount of energy because not only the carbon fiber strand, but also the entire heating rollers must be heated. Most of the heat radiates from the heating rollers unused into the environment. Moreover, due to the thermal inertia of the heat rollers, it is relatively difficult to respond quickly to changes, for example, to changes in the speed of movement of the carbon fiber strands. This can cause the carbon fiber strands to overheat or not heat sufficiently.
- the invention has for its object to enable a simple propagation of carbon fiber strands.
- the heating device has at least two spaced-apart electrodes against which the carbon fiber strand abuts in its movement to the widening device, wherein the electrodes are connected to a voltage source.
- the voltage source generates a potential difference between the electrodes.
- the carbon fiber strand contains electrically conductive carbon fibers.
- the electrical conductivity combined with the potential difference or voltage between the electrodes, leads to a flow of current through the carbon fibers.
- the electric current in turn causes due to the ohmic resistance of the carbon fibers electrical power loss in the carbon fibers, which in turn converts into heat and thus leads to the desired elevated temperature of the carbon fiber strand.
- the energy input is relatively low, because you only need to generate the necessary for the heating current flow. It is not necessary to heat other machine parts. By heating the carbon fibers, the sizing adhered to carbon fibers is also heated. This can be targeted counteracted a major obstacle to a carbon fiber strand spreading or spreading.
- a specific temperature level can be set relatively accurately. With changes in ambient or operating conditions, the current can be changed relatively quickly, so that you can respond quickly to changes.
- the thermal inertia is relatively low. Since the carbon fiber strand is continuously pulled off during normal operation, you can neglect the thermal inertia in practice. Since only a small portion of the carbon fiber ribbon is heated, only a relatively small mass needs to be heated. This in turn leads, as stated above, to a low energy consumption during operation.
- the electrodes are alternately arranged on different sides of the carbon fiber strand.
- This has several advantages. First, you can lead the carbon fiber strand S-shaped between the electrodes. This in turn means that the carbon fiber strand is applied to the electrodes with a certain mechanical stress, so that the contact resistance is improved and the flow of current is facilitated.
- the mechanical tension acting on the carbon fiber strand can contribute to initial spreading of the carbon fiber strand. This in turn means that a larger area of the carbon fiber strand is applied to the electrodes and thus the transition of the current is facilitated.
- At least one electrode is designed as a deflection device.
- a baffle is designed to change the direction of the carbon fiber strand. The deflection angle must not be great here. But it should be sufficient to allow the application of sufficient mechanical stress on the carbon fiber strand.
- the electrodes have a cylinder shell shape at least in a contact region with the carbon fiber strand.
- the mechanical stress of the carbon fiber strand and the carbon fibers contained therein remains small. The carbon fiber strand is therefore not kinked.
- the carbon fiber strand abuts more than two electrodes, wherein a first electrode in the direction of travel and a last electrode in the direction of travel are at the same electrical potential. This is an easy way to ensure that the carbon fiber strand outside the heater has the same electrical potential.
- the potential corresponds to an ambient potential. It is thus ensured that electrical current can flow only within the heater.
- the ambient potential is, for example, the potential on which the subsequent strip contacts lie, ie the contact points of the carbon fiber strip with the frame of a multi-axial machine or a warp knitting machine with weft insertion.
- the coil frame, from which the carbon fiber tape is peeled off has the same potential, namely usually the so-called "ground or ground” potential. If you make sure that the first and the last electrode is at the ground or ground potential, then there is no additional current flow to the outside.
- the carbon fiber strand is frictionally passed over the electrode.
- This has the advantage that the electrode is cleaned by the carbon fiber tape itself. Fluff formation is thus counteracted. This can be almost synonymous with a longer operation achieve unchanged contact resistance between the carbon fiber tape and the electrode.
- the electrode can stand still. She can also turn. In the latter case, however, it should be braked or driven in order to be able to generate a relative speed between the carbon fiber strand and the electrode.
- the voltage source is designed as a constant current source whose current is adjustable. It is thus ensured that always a constant current with a set strength flows through the carbon fibers of the carbon fiber strand.
- the registered in the carbon fiber strand heat and the consequent increase in temperature can be set with a relatively high accuracy. Smaller disturbances, which could occur due to different contact resistances between the carbon fiber strand and the electrode, are eliminated in a simple, yet effective way. For example, if there is an increased contact resistance, then the voltage source must increase its voltage for a short time to ensure constant current flow. Constant current sources are commercially available at reasonable cost.
- the voltage source is connected to a sensor arrangement which detects at least one predetermined actual parameter of the carbon fiber strand and / or the carbon fiber ribbon, wherein the voltage source is controlled so that this actual parameter coincides with a predetermined desired parameter.
- a sensor arrangement which detects at least one predetermined actual parameter of the carbon fiber strand and / or the carbon fiber ribbon, wherein the voltage source is controlled so that this actual parameter coincides with a predetermined desired parameter.
- the actual parameter is the width of the carbon fiber ribbon in the running direction behind the broadening device.
- the width of the carbon fiber tape depends on the temperature. The temperature in turn depends on the current flow and the electrical heat loss generated thereby.
- the determination of the width of the carbon fiber tape can be performed contactless and relatively easy. The width is ultimately the target size by which to align the process. If you can capture the width immediately and use it as a control parameter, then no further conversions are required.
- the voltage source is connected to a machine control, which is also connected to a tape insertion device, wherein the machine control controls the voltage source in dependence on the operation of the tape insertion device.
- a machine control controls the voltage source in dependence on the operation of the tape insertion device.
- the spread of the carbon fiber strand to a carbon fiber ribbon can be actively designed by taking over process data.
- a liner deposits a carbon fiber tape between two transport chains, the deposit taking place only in one movement direction of the liner. When returning the Leger no carbon fiber tape is consumed. You can now adjust the heating of the carbon fiber strand relatively easy to the activity of the Legers, because only generates a current flow when the carbon fiber ribbon is actually deducted.
- the carbon fiber strand is engaged with a belt tension control.
- the contact resistance between the carbon fiber strand and the electrode can be influenced and kept substantially constant.
- the electrodes are provided with a cleaning device.
- This cleaning device may additionally or alternatively be provided for cleaning the electrodes by the carbon fiber strand itself. It is thus ensured that the contact resistance between the electrodes and the carbon fiber strand can be kept substantially constant.
- the voltage source between two electrodes generates a DC voltage of at most 60V, in particular a voltage in the range of 12V to 20V.
- a DC voltage can be regulated relatively easily.
- a maximum voltage of 60V is a SELV (Safety Extra Low Voltage) or PELV (Protective Extra Low Voltage), which has a relatively low safety burden. There is no danger potential for operators.
- the problem is solved by a method of the type mentioned, one for heating a Current flow generated in a predetermined length of the carbon fiber strand.
- the carbon fibers in the carbon fiber strand are electrically conductive, because the carbon fibers simultaneously represent an ohmic resistance.
- a current flow through the carbon fibers is generated, then, at the same time, a loss of electrical energy is produced, resulting in an elevated temperature of the carbon fibers themselves and the surface coatings adhered thereto, for example, a sizing agent or an adhesive.
- the adhesion between adjacent carbon fibers is reduced, thus creating a condition that facilitates the spreading or spreading of the carbon fiber strand.
- the fact that the heat is generated in the carbon fibers themselves, only relatively small masses must be heated. The electric current can be changed relatively quickly. A thermal inertia is therefore relatively small or almost nonexistent.
- the method can therefore be adapted relatively quickly to changes in the operation of a machine connected to the spreading device, for example a multiaxial machine or a warp knitting machine with weft insertion. It is given relatively little heat in the environment, because you do not mitbetropicen additional machine elements. At best, there is a low power loss in the machine elements used for the supply of electrical energy to the carbon fiber strand. However, this power loss is much lower than that of a heat roller.
- current flow is generated to two positions distant in different directions from the position.
- one generates a current flow in the direction of travel and a current flow counter to the direction of travel of the carbon fiber strand.
- This can ensure that carbon fiber strand sections, which lie in the direction before or behind the last electrode, are electrically virtually free of stress. In these sections so no current flow is generated, so that the loading of the carbon fiber strand with electrical energy can be limited to clearly defined sections.
- the carbon fiber strand is mechanically stressed by at least two electrodes.
- This has the advantage that the contact resistance between the carbon fiber strand and the electrodes is improved.
- the mechanical stress already contributes to a certain spread, which in turn increases the contact area between the carbon fiber strand and the electrode. This, in turn, improves the electrical continuity between the electrodes and the carbon fiber strand, so that the electrical power dissipation is generated almost exclusively in the carbon fibers of the carbon fiber strand, but not in other machine elements.
- one generates an adjustable constant current flow.
- the electrical power loss and thus the temperature increase can be set relatively accurately.
- the width of the carbon fiber tape is determined after widening and adjusts the current intensity as a function of the width achieved.
- the current through the carbon fiber strand is thus regulated as a function of the width of the carbon fiber strip.
- Fig. 1 shows a device 1 for spreading a carbon fiber strand 2 to a carbon fiber tape 3.
- the carbon fiber strand 2 is wound on a coil 4 which is rotatably mounted in a gate frame 5 on a shaft 6 fixed there.
- the coil 4 may be braked in the gate frame 5.
- a carbon fiber strand contains several thousand individual carbon fibers, for example 12,000 (12 K) or 24,000 (24 K) carbon fibers, which are grouped together in the manner of a bundle.
- the carbon fibers are provided with a surface coating, such as a size. This surface coating leads to a sticking of the individual carbon fibers together.
- a broadening device 9 is provided, which is shown enlarged in Fig. 2.
- the widening device 9 has a plate 10 with an opening 11.
- the width of the opening 10 transversely to the running direction 8 basically defines the maximum later width of the carbon fiber tape 3.
- the opening 11 is bounded by a first deflecting device 12 and a second deflecting device 13.
- the carbon fiber strand 2 is now alternately guided once below the first deflecting device 12 and above the second deflecting device 13, wherein it by a train on the carbon fiber tape 3 under a certain tension is maintained.
- the two deflection devices 12, 13 have in the direction of 8 a relatively small distance, so that even with a comparatively small thickness of the plate 10 can achieve sufficient spreading or spreading of the carbon fiber strand 2 to the carbon fiber tape 3.
- the widening device 9 is preceded by a heater 14 in the running direction 8.
- the heater 14 has in the present embodiment, three electrodes 15-17 over which the carbon fiber strand 2 is guided S-shaped.
- the carbon fiber strand 2 is guided under the first electrode 15 in the running direction 8, then via the second electrode 16 and again under the third electrode 17.
- the carbon fiber strand 2 is kept under a certain tension.
- a strand tension control device 18 is shown schematically, which is part of an unwinding device 19, to which the gate frame 5 and the coil 4 belongs.
- the electrodes 15-17 are formed as cylinder rods. So they have a cylindrical peripheral surface on which the carbon fiber strand 2 rests in each case. However, the electrodes 15-17 are not made to rotate, so that the carbon fiber strand is passed over the electrodes 15-17 with some friction. It is also possible that the carbon fiber strand 2 is displaced during unwinding of the coil 4 perpendicular to the direction 8, so iridescent over the electrodes 15 to 17 runs.
- the electrodes 15-17 are, as shown in FIGS. 1 and 3, at different electrical potentials.
- the middle electrode 16 is at a positive potential and the two outer electrodes 16, 17 in the running direction 8 are at a negative potential, which may also be referred to as the ground or ground potential 20.
- On this ground potential 20 are electrically also the other components of Fig. 3 schematically illustrated means 21 for processing the carbon fiber tape 3, which are described in more detail below.
- a voltage source 22 is provided, which is connected on the one hand to the electrode 16 and on the other hand to the ground potential 20 is, so that it is connected via the ground potential 20 with the two electrodes 15, 17.
- the voltage source 22 generates an electrical voltage between the electrodes 16, 15 and 16, 17, which is in the range of 12V to 20V. It is preferred that this electrical voltage is a maximum of 42V, because it is then a safety extra-low voltage, mean in the more extensive protective measures against contact by an operator only a relatively small effort.
- first section 23 of the carbon fiber strand Between the electrodes 15, 16 is a first section 23 of the carbon fiber strand and between the electrodes 16, 17 is a second section 24 of the carbon fiber strand arranged. Both sections 23, 24 are traversed by an electric current when the carbon fiber strand 2 is applied to the electrodes 15-17. However, the current flow is actually limited to these sections 23, 24, because the two outer electrodes 15, 17 are at the same electrical potential as other contact points of the carbon fiber strand 2 or the carbon fiber strip 3.
- the flow of current between the electrodes 15, 16 and 16, 17 is possible because the carbon fibers of the carbon fiber strand 2 are electrically conductive per se. They also have an ohmic resistance, so that between the electrodes 15, 16; 16, 17 flowing current leads to an electrical power loss, which manifests itself in a heat generation.
- the heat generation leads to an elevated temperature of the carbon fiber strand, which affects the surface coating of the carbon or carbon fibers and thus favors the spreading of the carbon fiber strand 2.
- the electrical properties, in particular the ohmic resistance of the carbon fibers in the carbon fiber strand is known or can be previously determined by measurement. About the amount of current flow can thus be relatively easily calculate the amount of electrical power loss and thus the temperature increase, which results at a certain current. By controlling the amperage can thus very targeted also achieve an adjustment of the carbon fiber strand 2 to a predetermined temperature. This temperature setting can be virtually inertia-free done because the voltage source 22 can be set very quickly to predetermined currents.
- the voltage source 22 is formed as a constant current source with an adjustable current. As the contact resistances increase, the voltage source 22 must increase its output voltage to ensure constant current flow.
- a cleaning device 25-27 shown schematically in FIG. 3, can be provided for each electrode 15-17, which cleans the surface of the electrodes 15-17, for example, by means of a targeted air flow.
- Fig. 3 shows schematically the embedding of the device 1 in a device 21 for processing carbon fiber ribbons 3.
- the device comprises, for example, a separator 28, which may also be referred to as a belt insertion device, a multiaxial machine or a warp knitting machine with weft insertion.
- a multiaxial machine a plurality of carbon fiber ribbons 3 are placed side by side in one layer. Several layers are superimposed. In each layer, the carbon fiber ribbons have a predetermined orientation to the longitudinal extent of the path formed by the depositing. For example, the orientations of the carbon fiber ribbons 3 in the individual layers can be 0 °, 90 °, + 45 ° and -45 °.
- the Leger 28 is controlled by a machine control 29 shown schematically.
- the Leger 28 detects a portion of a carbon fiber tape 3 and places it between two transport chains. When returning the Legers 28 no carbon fiber ribbon 3 is promoted. During these rest periods, the heating of the carbon fiber strand 2 can be omitted or reduced.
- the machine controller 29 is thus connected to the voltage source 22 in order to control the voltage source 22 as a function of the operation of the jig 28. Tape marks or "stand rows" that currently occur when using heat rollers can be reduced.
- a sensor 30 can be provided which, for example, determines the width of the carbon fiber tape 3 perpendicular to the running direction 8. It is possible to regulate the current flow generated by the voltage source 22 as a function of the width achieved, so that the determined actual width corresponds to a predetermined desired width.
- the width achieved with the widening device 9 depends on the magnitude of the current flowing through the sections 23, 24.
- the heating device 14 with the electrodes 15-17 allows in a simple manner a rapid adaptation to different operating conditions, for example, different machine speeds of the leger 28 of a multi-axial machine.
- the spreading process can On the one hand passively controlled, for example, by detecting a measured variable such as the width of the carbon fiber tape 3 or the temperature of the carbon fiber tape 3.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs zu einem Karbonfaserband mit einer Heizeinrichtung und einer in Laufrichtung des Karbonfaserstrangs hinter der Heizeinrichtung angeordneten Verbreiterungseinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs zu einem Karbonfaserband, bei dem der Karbonfaserstrang erwärmt und dann verbreitert wird.The invention relates to a device for spreading a carbon fiber strand to a carbon fiber tape with a heating device and arranged in the direction of the carbon fiber strand behind the heater widening device. Furthermore, the invention relates to a method for spreading a carbon fiber strand to a carbon fiber tape, in which the carbon fiber strand is heated and then widened.
Karbonfasern, die auch als Kohlefasern bezeichnet werden können, werden vielfach zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffmaterialien verwendet. Karbonfasern haben bei einer relativ hohen Zugfestigkeit in ihrer Längsrichtung eine vergleichsweise geringe Masse. Die Karbonfasern werden vielfach in eine Kunststoffmatrix eingebettet. Wenn es in einer derartigen Matrix mehrere Schichten von Karbonfasern gibt, die in unterschiedliche Richtungen verlaufen, dann kann die erhöhte Zugfestigkeit und damit die verbesserte Belastung auch in mehreren Richtungen gegeben sein.Carbon fibers, which may also be referred to as carbon fibers, are widely used to make fiber reinforced plastic materials. Carbon fibers have a relatively low mass at a relatively high tensile strength in their longitudinal direction. The carbon fibers are often embedded in a plastic matrix. If in such a matrix there are several layers of carbon fibers that are in different Directions, then the increased tensile strength and thus the improved load can be given in several directions.
Karbonfasern werden vom Hersteller in der Regel in der Form von Karbonfasersträngen ausgeliefert. Diese Karbonfaserstränge sind vielfach auf Spulen aufgewickelt. Gelegentlich werden sie auch in Behältern abgelegt. Die Karbonfaserstränge sind für die Herstellung eines Verbundmaterials in der Regel viel zu dick. Bei der Herstellung eines kohlefaserverstärkten Verbundmaterials möchte man in der Regel die einzelnen Kohlefasern hauptsächlich nebeneinander und in wenigen Lagen übereinander liegen haben. Man geht also so vor, daß man einen Karbonfaserstrang zunächst verbreitert und das dadurch gewonnene Karbonfaserband mit einer Schußeintrag- oder Legevorrichtung einer Maschine zuführt, beispielsweise einer Kettenwirkmaschine mit Schußeintrag oder einer Multiaxial-Maschine, die aus jeweils einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Karbonfaserbändern ein Flächenmaterial bildet. In der Regel werden dabei mehrere Gruppen von Karbonfaserbändern in unterschiedlichen Orientierungen übereinander angeordnet, beispielsweise in Form einer 0°-Lage, einer 90°-Lage, einer +45°-Lage und einer -45°-Lage. Das Ausbreiten und das Ablegen der Karbonfaserbänder ist an sich bekannt.Carbon fibers are usually supplied by the manufacturer in the form of carbon fiber strands. These carbon fiber strands are often wound on spools. Occasionally, they are also stored in containers. The carbon fiber strands are usually far too thick to produce a composite material. In the production of a carbon fiber reinforced composite material one would usually like to have the individual carbon fibers next to one another and in a few layers one above the other. Thus, a carbon fiber strand is first widened and the carbon fiber strip thus obtained is fed to a machine with a weft insertion or laying device, for example a warp knitting machine with weft insertion or a multi-axial machine which forms a surface material from a plurality of adjacent carbon fiber ribbons , As a rule, several groups of carbon fiber ribbons are arranged one above the other in different orientations, for example in the form of a 0 ° layer, a 90 ° layer, a + 45 ° layer and a -45 ° layer. Spreading and depositing the carbon fiber ribbons is known per se.
Es ist auch bekannt, daß das Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs zu einem Karbonfaserband wesentlich besser gelingt, wenn man den Karbonfaserstrang vor dem Ausbreiten erwärmt. Bei Karbonfasern, die bereits mit einer Schlichte oder einem Haftmittel versehen sind, führt die Erwärmung der Karbonfasern ebenfalls zu einer Erwärmung der Schlichte oder des Haftmittels, so daß die seitliche Haftung der einzelnen Karbonfasern geschwächt wird und sich die Karbonfasern unter einem Druck, der auf den Karbonfaserstrang wirkt, besser spreizen lassen.It is also known that the spreading of a carbon fiber strand to a carbon fiber ribbon is much better accomplished by heating the carbon fiber strand prior to spreading. For carbon fibers, which are already provided with a size or an adhesive, the heating of the carbon fibers also leads to a Heating the sizing or adhesive so that the lateral adhesion of the individual carbon fibers is weakened and the carbon fibers are better spread under pressure acting on the carbon fiber strand.
Zum Erwärmen gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine bekannte Möglichkeit liegt darin, den Karbonfaserstrang mit erwärmter Luft zu beaufschlagen. Wenn hierbei die Strömungsverhältnisse ungünstig sind, kann die Beheizung mit erwärmter Luft allerdings dazu führen, daß sich die Karbonfasern im Karbonfaserstrang verwirren, was wiederum den Ausbreit- oder Spreizeffekt behindert.There are several possibilities for heating. One known possibility is to pressurize the carbon fiber strand with heated air. However, if the flow conditions are unfavorable, heating with heated air may cause the carbon fibers in the carbon fiber strand to become confused, which in turn hinders the spreading or spreading effect.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Karbonfaserstrang über beheizte Walzen zu führen. Die Wärme wird dann von den erwärmten Walzen auf den Karbonfaserstrang übertragen. Diese Ausgestaltung hat sich zwar prinzipiell bewährt. Sie erfordert jedoch einen relativ großen Energieeinsatz, weil nicht nur der Karbonfaserstrang, sondern auch die kompletten Heizwalzen beheizt werden müssen. Von den Heizwalzen strahlt ein Großteil der Wärme ungenutzt in die Umgebung ab. Darüber hinaus ist es aufgrund der thermischen Trägheit der Heizwalzen relativ schwierig, rasch auf Änderungen zu reagieren, beispielsweise auf Änderungen in der Bewegungsgeschwindigkeit der Karbonfaserstränge. Dies kann dazu führen, daß die Karbonfaserstränge überhitzt oder nicht genügend erwärmt werden.Another possibility is to guide the carbon fiber strand over heated rolls. The heat is then transferred from the heated rollers to the carbon fiber strand. This embodiment has proven itself in principle. However, it requires a relatively large amount of energy because not only the carbon fiber strand, but also the entire heating rollers must be heated. Most of the heat radiates from the heating rollers unused into the environment. Moreover, due to the thermal inertia of the heat rollers, it is relatively difficult to respond quickly to changes, for example, to changes in the speed of movement of the carbon fiber strands. This can cause the carbon fiber strands to overheat or not heat sufficiently.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Ausbreiten von Karbonfasersträngen zu ermöglichen.The invention has for its object to enable a simple propagation of carbon fiber strands.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Elektroden aufweist, an denen der Karbonfaserstrang bei seiner Bewegung zur Verbreiterungseinrichtung anliegt, wobei die Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden sind.This object is achieved in a device of the type mentioned above in that the heating device has at least two spaced-apart electrodes against which the carbon fiber strand abuts in its movement to the widening device, wherein the electrodes are connected to a voltage source.
Die Spannungsquelle erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden. Der Karbonfaserstrang enthält elektrisch leitende Karbonfasern. Die elektrische Leitfähigkeit führt, verbunden mit der Potentialdifferenz oder Spannung zwischen den Elektroden, zu einem Stromfluß durch die Karbonfasern. Der elektrische Strom wiederum bewirkt aufgrund des ohmschen Widerstandes der Karbonfasern eine elektrische Verlustleistung in den Karbonfasern, die sich wiederum in Wärme umsetzt und damit zu der gewünschen erhöhten Temperatur des Karbonfaserstrangs führt. Der Energieeinsatz ist dabei relativ gering, weil man nur den für die Erwärmung notwendigen Stromfluß erzeugen muß. Es ist nicht notwendig, weitere Maschinenteile zu beheizen. Durch das Erwärmen der Karbonfasern wird auch die an Karbonfasern anhaftende Schlichte erwärmt. Damit kann einem wesentlichen Hemmnis für eine Karbonfaserstrangausbreitung oder -spreizung gezielt begegnet werden. Durch die Wahl der Stromstärke im Karbonfaserstrang läßt sich ein bestimmtes Temperaturniveau relativ genau einstellen. Bei Änderungen von Umgebungs- oder Betriebsbedingungen läßt sich die Stromstärke relativ schnell ändern, so daß man rasch auf Änderungen reagieren kann. Die thermische Trägheit ist relativ gering. Da der Karbonfaserstrang bei einem normalen Betrieb fortlaufend abgezogen wird, kann man die thermische Trägheit in der Praxis vernachlässigen. Da nur ein kleiner Abschnitt des Karbonfaserbandes erwärmt wird, muß nur eine relativ kleine Masse erwärmt werden. Dies wiederum führt, wie oben angegeben, zu einem geringen Energieaufwand im Betrieb.The voltage source generates a potential difference between the electrodes. The carbon fiber strand contains electrically conductive carbon fibers. The electrical conductivity, combined with the potential difference or voltage between the electrodes, leads to a flow of current through the carbon fibers. The electric current in turn causes due to the ohmic resistance of the carbon fibers electrical power loss in the carbon fibers, which in turn converts into heat and thus leads to the desired elevated temperature of the carbon fiber strand. The energy input is relatively low, because you only need to generate the necessary for the heating current flow. It is not necessary to heat other machine parts. By heating the carbon fibers, the sizing adhered to carbon fibers is also heated. This can be targeted counteracted a major obstacle to a carbon fiber strand spreading or spreading. By choosing the current in the carbon fiber strand, a specific temperature level can be set relatively accurately. With changes in ambient or operating conditions, the current can be changed relatively quickly, so that you can respond quickly to changes. The thermal inertia is relatively low. Since the carbon fiber strand is continuously pulled off during normal operation, you can neglect the thermal inertia in practice. Since only a small portion of the carbon fiber ribbon is heated, only a relatively small mass needs to be heated. This in turn leads, as stated above, to a low energy consumption during operation.
Bevorzugterweise sind die Elektroden abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten des Karbonfaserstrangs angeordnet. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen kann man den Karbonfaserstrang S-förmig zwischen den Elektroden führen. Dies wiederum führt dazu, daß der Karbonfaserstrang mit einer gewissen mechanischen Spannung an den Elektroden anliegt, so daß der Kontaktwiderstand verbessert und der Stromfluß erleichtert wird. Zum anderen kann man durch den mechanischen Zug, der auf den Karbonfaserstrang wirkt, zu einer anfänglichen Spreizung des Karbonfaserstrangs beitragen. Dies wiederum führt dazu, daß eine größere Fläche des Karbonfaserstrangs an den Elektroden anliegt und somit der Übergang des Stromes erleichtert wird.Preferably, the electrodes are alternately arranged on different sides of the carbon fiber strand. This has several advantages. First, you can lead the carbon fiber strand S-shaped between the electrodes. This in turn means that the carbon fiber strand is applied to the electrodes with a certain mechanical stress, so that the contact resistance is improved and the flow of current is facilitated. On the other hand, the mechanical tension acting on the carbon fiber strand can contribute to initial spreading of the carbon fiber strand. This in turn means that a larger area of the carbon fiber strand is applied to the electrodes and thus the transition of the current is facilitated.
Vorzugsweise ist mindestens eine Elektrode als Umlenkeinrichtung ausgebildet. Eine Umlenkeinrichtung ist dafür vorgesehen, die Richtung des Karbonfaserstrangs zu verändern. Der Umlenkwinkel muß hierbei nicht groß sein. Er sollte aber ausreichen, um das Aufbringen einer ausreichenden mechanischen Spannung auf den Karbonfaserstrang zu ermöglichen.Preferably, at least one electrode is designed as a deflection device. A baffle is designed to change the direction of the carbon fiber strand. The deflection angle must not be great here. But it should be sufficient to allow the application of sufficient mechanical stress on the carbon fiber strand.
Vorzugsweise weisen die Elektroden zumindest in einem Kontaktbereich mit dem Karbonfaserstrang eine Zylindermantelform auf. In Abhängigkeit von dem Radius des entsprechenden Zylinders wird auf einfache Weise dafür gesorgt, daß die mechanische Belastung des Karbonfaserstrangs und der darin enthaltenen Karbonfasern klein bleibt. Der Karbonfaserstrang wird also nicht geknickt.Preferably, the electrodes have a cylinder shell shape at least in a contact region with the carbon fiber strand. Depending on the radius of the corresponding cylinder is ensured in a simple manner, that the mechanical stress of the carbon fiber strand and the carbon fibers contained therein remains small. The carbon fiber strand is therefore not kinked.
Vorzugsweise liegt der Karbonfaserstrang an mehr als zwei Elektroden an, wobei eine in Laufrichtung erste Elektrode und eine in Laufrichtung letzte Elektrode auf dem gleichen elektrischen Potential liegen. Dies ist eine einfache Möglichkeit, dafür zu sorgen, daß der Karbonfaserstrang außerhalb der Heizeinrichtung das gleiche elektrische Potential aufweist.Preferably, the carbon fiber strand abuts more than two electrodes, wherein a first electrode in the direction of travel and a last electrode in the direction of travel are at the same electrical potential. This is an easy way to ensure that the carbon fiber strand outside the heater has the same electrical potential.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Potential einem Umgebungspotential entspricht. Man sorgt also dafür, daß elektrischer Strom nur innerhalb der Heizeinrichtung fließen kann. Das Umgebungspotential ist beispielsweise das Potential, auf dem auch die nachfolgenden Bandkontakte liegen, also die Berührungsstellen des Karbonfaserbandes mit dem Gestell einer Multiaxial-Maschine oder einer Kettenwirkmaschine mit Schußeintrag. Auch das Spulengestell, von dem das Karbonfaserband abgezogen wird, hat das gleiche Potential, nämlich in der Regel das sogenannte "Erd- oder Masse-" Potential. Wenn man dafür sorgt, daß die erste und die letzte Elektrode auf dem Masse- oder Erd-Potential liegt, dann erfolgt kein zusätzlicher Stromfluß nach außen.This is particularly advantageous if the potential corresponds to an ambient potential. It is thus ensured that electrical current can flow only within the heater. The ambient potential is, for example, the potential on which the subsequent strip contacts lie, ie the contact points of the carbon fiber strip with the frame of a multi-axial machine or a warp knitting machine with weft insertion. Also, the coil frame, from which the carbon fiber tape is peeled off, has the same potential, namely usually the so-called "ground or ground" potential. If you make sure that the first and the last electrode is at the ground or ground potential, then there is no additional current flow to the outside.
Vorzugsweise ist der Karbonfaserstrang mit Reibung über die Elektrode geführt. Dies hat den Vorteil, daß die Elektrode durch das Karbonfaserband selbst gereinigt wird. Einer Flusenbildung wird also entgegengewirkt. Damit läßt sich auch bei einem längeren Betrieb ein nahezu unveränderter Kontaktwiderstand zwischen dem Karbonfaserband und der Elektrode erreichen. Die Elektrode kann stillstehen. Sie kann sich auch drehen. Im letzten Fall sollte sie allerdings gebremst oder angetrieben sein, um eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Karbonfaserstrang und der Elektrode erzeugen zu können.Preferably, the carbon fiber strand is frictionally passed over the electrode. This has the advantage that the electrode is cleaned by the carbon fiber tape itself. Fluff formation is thus counteracted. This can be almost synonymous with a longer operation achieve unchanged contact resistance between the carbon fiber tape and the electrode. The electrode can stand still. She can also turn. In the latter case, however, it should be braked or driven in order to be able to generate a relative speed between the carbon fiber strand and the electrode.
Bevorzugterweise ist die Spannungsquelle als Konstantstromquelle ausgebildet, deren Stromstärke einstellbar ist. Man sorgt also dafür, daß immer ein konstanter Strom mit einer eingestellten Stärke durch die Karbonfasern des Karbonfaserstrangs fließt. Damit läßt sich die in den Karbonfaserstrang eingetragene Wärme und die daraus folgende Temperaturerhöhung mit einer relativ hohen Genauigkeit einstellen. Kleinere Störungen, die durch unterschiedliche Kontaktwiderstände zwischen dem Karbonfaserstrang und der Elektrode auftreten könnten, werden auf einfache Weise, aber dennoch wirksam, eliminiert. Wenn sich beispielsweise ein erhöhter Kontaktwiderstand ergibt, dann muß die Spannungsquelle ihre Spannung kurzzeitig erhöhen, um den konstanten Stromfluß zu gewährleisten. Konstantstromquellen sind zu vertretbaren Kosten im Handel erhältlich.Preferably, the voltage source is designed as a constant current source whose current is adjustable. It is thus ensured that always a constant current with a set strength flows through the carbon fibers of the carbon fiber strand. Thus, the registered in the carbon fiber strand heat and the consequent increase in temperature can be set with a relatively high accuracy. Smaller disturbances, which could occur due to different contact resistances between the carbon fiber strand and the electrode, are eliminated in a simple, yet effective way. For example, if there is an increased contact resistance, then the voltage source must increase its voltage for a short time to ensure constant current flow. Constant current sources are commercially available at reasonable cost.
Vorzugsweise ist die Spannungsquelle mit einer Sensoranordnung verbunden, die mindestens einen vorbestimmten Ist-Parameter des Karbonfaserstrangs und/oder des Karbonfaserbandes erfaßt, wobei die Spannungsquelle so geregelt ist, daß dieser Ist-Parameter mit einem vorbestimmten Soll-Parameter übereinstimmt. Damit ist eine passive Regelung des Ausspreizvorgangs möglich.Preferably, the voltage source is connected to a sensor arrangement which detects at least one predetermined actual parameter of the carbon fiber strand and / or the carbon fiber ribbon, wherein the voltage source is controlled so that this actual parameter coincides with a predetermined desired parameter. For a passive control of the spreading process is possible.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Ist-Parameter die Breite des Karbonfaserbandes in Laufrichtung hinter der Verbreiterungseinrichtung ist. Die Breite des Karbonfaserbandes ist abhängig von der Temperatur. Die Temperatur wiederum ist abhängig von dem Stromfluß und der dadurch erzeugten elektrischen Verlustwärme. Die Ermittlung der Breite des Karbonfaserbandes läßt sich berührungslos und relativ einfach durchführen. Die Breite ist letztendlich die Zielgröße, nach der man das Verfahren ausrichtet. Wenn man die Breite unmittelbar erfassen und als Regelparameter verwenden kann, dann sind keine weiteren Umrechnungen mehr erforderlich.It is preferred that the actual parameter is the width of the carbon fiber ribbon in the running direction behind the broadening device. The width of the carbon fiber tape depends on the temperature. The temperature in turn depends on the current flow and the electrical heat loss generated thereby. The determination of the width of the carbon fiber tape can be performed contactless and relatively easy. The width is ultimately the target size by which to align the process. If you can capture the width immediately and use it as a control parameter, then no further conversions are required.
Vorzugsweise ist die Spannungsquelle mit einer Maschinensteuerung verbunden, die auch mit einer Bandeintragseinrichtung verbunden ist, wobei die Maschinensteuerung die Spannungsquelle in Abhängigkeit von der Tätigkeit der Bandeintragseinrichtung steuert. Damit kann die Ausbreitung des Karbonfaserstrangs zu einem Karbonfaserband auch durch Übernahme von Prozeßdaten aktiv gestaltet werden. Beispielsweise bieten sich bei Legern, die für einen diskontinuierlichen Bahneintrag sorgen, deutliche Vorteile an. Ein Leger legt beispielsweise ein Karbonfaserband zwischen zwei Transportketten ab, wobei die Ablage nur bei einer Bewegungsrichtung des Legers erfolgt. Beim Rückweg des Legers wird kein Karbonfaserband verbraucht. Man kann nun die Beheizung des Karbonfaserstrangs relativ einfach auf die Tätigkeit des Legers abstimmen, weil man nur dann einen Stromfluß erzeugt, wenn das Karbonfaserband tatsächlich abgezogen wird. "Standreihen" oder Bandmarkierungen können zumindest reduziert werden. Natürlich wird man in einem derartigen Fall die Beheizung unter Berücksichtigung der Führung der Karbonfaserbänder vornehmen und insbesondere die Karbonfaserband-Strecken zwischen der Heizeinrichtung und dem Leger bei der Beheizung des Karbonfaserstrangs berücksichtigen.Preferably, the voltage source is connected to a machine control, which is also connected to a tape insertion device, wherein the machine control controls the voltage source in dependence on the operation of the tape insertion device. Thus, the spread of the carbon fiber strand to a carbon fiber ribbon can be actively designed by taking over process data. For example, offer significant advantages in legers, which provide for a discontinuous web entry. For example, a liner deposits a carbon fiber tape between two transport chains, the deposit taking place only in one movement direction of the liner. When returning the Leger no carbon fiber tape is consumed. You can now adjust the heating of the carbon fiber strand relatively easy to the activity of the Legers, because only generates a current flow when the carbon fiber ribbon is actually deducted. "Stand rows" or band marks can at least be reduced. Of course you will in such a case, the heating under Take into account the guidance of the carbon fiber tapes and, in particular, take into account the carbon fiber tape runs between the heater and the leger when heating the carbon fiber strand.
Vorzugsweise steht der Karbonfaserstrang mit einer Bandspannungsregelung in Eingriff. Damit läßt sich der Übergangswiderstand zwischen dem Karbonfaserstrang und der Elektrode beeinflussen und im wesentlichen konstant halten.Preferably, the carbon fiber strand is engaged with a belt tension control. Thus, the contact resistance between the carbon fiber strand and the electrode can be influenced and kept substantially constant.
Vorzugsweise sind die Elektroden mit einer Reinigungseinrichtung versehen. Diese Reinigungseinrichtung kann zusätzlich oder alternativ zu der Reinigung der Elektroden durch den Karbonfaserstrang selbst vorgesehen sein. Man stellt auf diese Weise sicher, daß der Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden und dem Karbonfaserstrang im wesentlichen konstant gehalten werden kann.Preferably, the electrodes are provided with a cleaning device. This cleaning device may additionally or alternatively be provided for cleaning the electrodes by the carbon fiber strand itself. It is thus ensured that the contact resistance between the electrodes and the carbon fiber strand can be kept substantially constant.
Vorzugsweise erzeugt die Spannungsquelle zwischen zwei Elektroden eine Gleichspannung von maximal 60V, insbesondere eine Spannung im Bereich von 12V bis 20V. Eine Gleichspannung läßt sich relativ einfach regeln. Wenn man eine Spannung von maximal 60V verwendet, dann handelt es sich um eine SELV (Safety extra low voltage) oder eine PELV (Protective extra low voltage), bei der der Sicherheitsaufwand relativ gering ist. Es besteht kein Gefährdungspotential für Bedienungspersonen.Preferably, the voltage source between two electrodes generates a DC voltage of at most 60V, in particular a voltage in the range of 12V to 20V. A DC voltage can be regulated relatively easily. Using a maximum voltage of 60V is a SELV (Safety Extra Low Voltage) or PELV (Protective Extra Low Voltage), which has a relatively low safety burden. There is no danger potential for operators.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, man zum Erwärmen einen Stromfluß in einer vorbestimmten Länge des Karbonfaserstrangs erzeugt.The problem is solved by a method of the type mentioned, one for heating a Current flow generated in a predetermined length of the carbon fiber strand.
Man nutzt also aus, daß die Karbonfasern im Karbonfaserstrang elektrisch leitfähig sind, weil die Karbonfasern gleichzeitig einen ohmschen Widerstand darstellen. Wenn man einen Stromfluß durch die Karbonfasern erzeugt, dann erzeugt man gleichzeitig eine elektrische Verlustwärme, die zu einer erhöhten Temperatur der Karbonfasern selbst und der daran anhaftenden Oberflächenbeschichtungen, beispielsweise eine Schlichte oder eines Haftmittels, führt. Mit dieser Erwärmung wird die Adhäsion zwischen benachbarten Karbonfasern verringert und damit eine Voraussetzung geschaffen, die das Verbreitern oder Spreizen des Karbonfaserstrangs erleichtert. Dadurch, daß die Wärme in den Karbonfasern selbst erzeugt wird, müssen nur relativ geringe Massen erwärmt werden. Der elektrische Strom kann relativ schnell verändert werden. Eine thermische Trägheit ist also relativ klein oder fast gar nicht vorhanden. Das Verfahren läßt sich also relativ schnell an Änderungen im Betrieb einer an die Ausbreitvorrichtung angeschlossene Maschine, beispielsweise einer Multiaxial-Maschine oder einer Kettenwirkmaschine mit Schußeintrag, anpassen. Es wird vergleichsweise wenig Wärme in die Umgebung abgegeben, weil man keine zusätzlichen Maschinenelemente mitbeheizen muß. Es entsteht allenfalls eine geringe Verlustleistung in den für die Zufuhr der elektrischen Energie zu dem Karbonfaserstrang verwendeten Maschinenelemente. Diese Verlustleistung ist allerdings wesentlich geringer als die einer Heizwalze.It is therefore used that the carbon fibers in the carbon fiber strand are electrically conductive, because the carbon fibers simultaneously represent an ohmic resistance. When a current flow through the carbon fibers is generated, then, at the same time, a loss of electrical energy is produced, resulting in an elevated temperature of the carbon fibers themselves and the surface coatings adhered thereto, for example, a sizing agent or an adhesive. With this heating, the adhesion between adjacent carbon fibers is reduced, thus creating a condition that facilitates the spreading or spreading of the carbon fiber strand. The fact that the heat is generated in the carbon fibers themselves, only relatively small masses must be heated. The electric current can be changed relatively quickly. A thermal inertia is therefore relatively small or almost nonexistent. The method can therefore be adapted relatively quickly to changes in the operation of a machine connected to the spreading device, for example a multiaxial machine or a warp knitting machine with weft insertion. It is given relatively little heat in the environment, because you do not mitbeheizen additional machine elements. At best, there is a low power loss in the machine elements used for the supply of electrical energy to the carbon fiber strand. However, this power loss is much lower than that of a heat roller.
Vorzugsweise erzeugt man von einer Position ausgehend einen Stromfluß zu zwei in unterschiedlichen Richtungen von der Position entfernten Positionen. Von der "speisenden" Position aus erzeugt man also einen Stromfluß in Laufrichtung und einen Stromfluß entgegen der Laufrichtung des Karbonfaserstrangs. Damit kann man dafür sorgen, daß Karbonfaserstrang-Abschnitte, die in Laufrichtung vor oder hinter der jeweils letzten Elektrode liegen, elektrisch praktisch spannungsfrei sind. In diesen Abschnitten wird also kein Stromfluß erzeugt, so daß die Beaufschlagung des Karbonfaserstrangs mit elektrischer Energie auf klar definierte Abschnitte begrenzt werden kann.Preferably, starting from one position, current flow is generated to two positions distant in different directions from the position. Thus, from the "feeding" position, one generates a current flow in the direction of travel and a current flow counter to the direction of travel of the carbon fiber strand. This can ensure that carbon fiber strand sections, which lie in the direction before or behind the last electrode, are electrically virtually free of stress. In these sections so no current flow is generated, so that the loading of the carbon fiber strand with electrical energy can be limited to clearly defined sections.
Bevorzugterweise spannt man den Karbonfaserstrang mechanisch über mindestens zwei Elektroden. Dies hat den Vorteil, daß der Kontaktwiderstand zwischen dem Karbonfaserstrang und den Elektroden verbessert wird. Gleichzeitig trägt die mechanische Spannung bereits zu einer gewissen Ausbreitung bei, die wiederum den Kontaktbereich zwischen dem Karbonfaserstrang und der Elektrode vergrößert. Dies wiederum verbessert den elektrischen Übergang zwischen den Elektroden und dem Karbonfaserstrang, so daß die elektrische Verlustleistung praktisch ausschließlich in den Karbonfasern des Karbonfaserstrangs erzeugt wird, nicht jedoch in sonstigen Maschinenelementen.Preferably, the carbon fiber strand is mechanically stressed by at least two electrodes. This has the advantage that the contact resistance between the carbon fiber strand and the electrodes is improved. At the same time, the mechanical stress already contributes to a certain spread, which in turn increases the contact area between the carbon fiber strand and the electrode. This, in turn, improves the electrical continuity between the electrodes and the carbon fiber strand, so that the electrical power dissipation is generated almost exclusively in the carbon fibers of the carbon fiber strand, but not in other machine elements.
Vorzugsweise erzeugt man einen einstellbaren konstanten Stromfluß. Über den Stromfluß läßt sich die elektrische Verlustleistung und damit die Temperaturerhöhung relativ genau einstellen.Preferably, one generates an adjustable constant current flow. About the current flow, the electrical power loss and thus the temperature increase can be set relatively accurately.
Vorzugsweise ermittelt man die Breite des Karbonfaserbandes nach dem Verbreitern und stellt die Stromstärke in Abhängigkeit von der erzielten Breite ein. Der Strom durch den Karbonfaserstrang wird also in Abhängigkeit von der Breite des Karbonfaserbandes geregelt.Preferably, the width of the carbon fiber tape is determined after widening and adjusts the current intensity as a function of the width achieved. The current through the carbon fiber strand is thus regulated as a function of the width of the carbon fiber strip.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs,
- Fig. 2
- eine vergrößerte Darstellung einer Verbreiterungseinrichtung und
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung der Einbettung der Ausbreitvorrichtung in eine Verarbeitungsmaschine.
- Fig. 1
- a schematic perspective view of an apparatus for spreading a carbon fiber strand,
- Fig. 2
- an enlarged view of a broadening device and
- Fig. 3
- a schematic representation of the embedding of the spreading device in a processing machine.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs 2 zu einem Karbonfaserband 3. Der Karbonfaserstrang 2 ist auf einer Spule 4 aufgewickelt, die in einem Gattergestell 5 drehbar auf einer dort befestigten Welle 6 gelagert ist. In nicht näher dargestellter, aber an sich bekannter Weise kann die Spule 4 im Gattergestell 5 gebremst sein. Auf die Spule 4 wirkt eine Andrückeinrichtung 7, die zusätzlich die Funktion eines "Füllstandsanzeigers" erfüllen kann.Fig. 1 shows a
Ein Karbonfaserstrang enthält mehrere Tausend einzelne Karbonfasern, beispielsweise 12000 (12 K) oder 24000 (24 K) Karbonfasern, die nach Art eines Bündels zusammengefaßt sind. In der Regel sind die Karbonfasern mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, beispielsweise einer Schlichte. Diese Oberflächenbeschichtung führt zu einem Haften der einzelnen Karbonfasern aneinander.A carbon fiber strand contains several thousand individual carbon fibers, for example 12,000 (12 K) or 24,000 (24 K) carbon fibers, which are grouped together in the manner of a bundle. In general, the carbon fibers are provided with a surface coating, such as a size. This surface coating leads to a sticking of the individual carbon fibers together.
Für die weitere Verarbeitung möchte man nun einen Karbonfaserstrang 2 quer zu seiner Laufrichtung 8 ausbreiten. Hierzu ist eine Verbreiterungseinrichtung 9 vorgesehen, die in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist.For further processing, one would now like to spread a
Die Verbreiterungseinrichtung 9 weist eine Platte 10 mit einer Öffnung 11 auf. Die Breite der Öffnung 10 quer zur Laufrichtung 8 definiert im Grunde die maximale spätere Breite des Karbonfaserbandes 3.The widening
In Laufrichtung 8 ist die Öffnung 11 begrenzt durch eine erste Umlenkeinrichtung 12 und eine zweite Umlenkeinrichtung 13. Der Karbonfaserstrang 2 wird nun abwechselnd einmal unterhalb der ersten Umlenkeinrichtung 12 und oberhalb der zweiten Umlenkeinrichtung 13 geführt, wobei er durch einen Zug auf das Karbonfaserband 3 unter einer gewissen Spannung gehalten wird. Die beiden Umlenkeinrichtungen 12, 13 weisen in Laufrichtung 8 einen relativ geringen Abstand auf, so daß man auch bei einer vergleichsweise geringen Dicke der Platte 10 eine ausreichende Ausbreitung oder Spreizung des Karbonfaserstrangs 2 zum Karbonfaserband 3 erreichen kann.In the running
Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß in nicht näher dargestellter Weise eine Mehrzahl von Karbonfasersträngen 2 verarbeitet werden kann, die von einer entsprechenden Anzahl von Spulen 4 abgezogen werden. Für jeden Karbonfaserstrang 2 ist dann eine entsprechende Verbreiterungseinrichtung 9 vorgesehen, wobei benachbarte Verbreiterungseinrichtungen 9 so nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Öffnungen 11 aneinander anschließen.It should be noted at this point that in a manner not shown a plurality of
Um das Ausbreiten oder Spreizen des Karbonfaserstrangs 2 zu erleichtern, ist der Verbreiterungseinrichtung 9 in Laufrichtung 8 eine Heizeinrichtung 14 vorgeschaltet. Die Heizeinrichtung 14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Elektroden 15-17 auf, über die der Karbonfaserstrang 2 S-förmig geführt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Karbonfaserstrang 2 unter der in Laufrichtung 8 ersten Elektrode 15, dann über die zweite Elektrode 16 und wiederum unter die dritte Elektrode 17 geführt. Der Karbonfaserstrang 2 wird dabei unter einer gewissen Spannung gehalten. In Fig. 3 ist hierzu eine Strangspannungsregeleinrichtung 18 schematisch dargestellt, die Bestandteil einer Abwickeleinrichtung 19 ist, zu der das Gattergestell 5 und die Spule 4 gehört.In order to facilitate the spreading or spreading of the
Die Elektroden 15-17 sind als Zylinderstäbe ausgebildet. Sie weisen also eine zylinderförmige Umfangsfläche auf, an der jeweils der Karbonfaserstrang 2 anliegt. Allerdings sind die Elektroden 15-17 nicht drehend ausgebildet, so daß der Karbonfaserstrang mit einer gewissen Reibung über die Elektroden 15-17 geführt wird. Es ist auch möglich, daß der Karbonfaserstrang 2 beim Abwickeln von der Spule 4 senkrecht zur Laufrichtung 8 verlagert wird, also changierend über die Elektroden 15 bis 17 läuft.The electrodes 15-17 are formed as cylinder rods. So they have a cylindrical peripheral surface on which the
Die Elektroden 15-17 liegen, wie dies aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Die mittlere Elektrode 16 liegt auf einem Plus-Potential und die beiden in Laufrichtung 8 äußeren Elektroden 16, 17 liegen auf einem Minus-Potential, das auch als Masse- oder Erd-Potential 20 bezeichnet werden kann. Auf diesem Masse-Potential 20 liegen elektrisch auch die übrigen Bestandteile der Fig. 3 schematisch dargestellten Einrichtung 21 zum Verarbeiten des Karbonfaserbandes 3, die im folgenden näher beschrieben werden.The electrodes 15-17 are, as shown in FIGS. 1 and 3, at different electrical potentials. The
Zur Erzeugung der einzelnen elektrischen Potentiale und damit der Potentialdifferenz zwischen der Elektrode 16 und der Elektrode 15 einerseits und der Elektrode 16 und der Elektrode 17 andererseits ist eine Spannungsquelle 22 vorgesehen, die einerseits mit der Elektrode 16 und andererseits mit der dem Masse-Potential 20 verbunden ist, so daß sie über das Masse-Potential 20 auch mit den beiden Elektroden 15, 17 verbunden ist. Die Spannungsquelle 22 erzeugt eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden 16, 15 bzw. 16, 17, die im Bereich von 12V bis 20 V liegt. Es ist bevorzugt, wenn diese elektrische Spannung maximal 42V beträgt, weil es sich dann um eine Schutzkleinspannung handelt, bei der weitergehende Schutzmaßnahmen gegen Berührung durch eine Bedienungsperson nur einen relativ geringen Aufwand bedeuten.To generate the individual electrical potentials and thus the potential difference between the
Zwischen den Elektroden 15, 16 ist ein erster Abschnitt 23 des Karbonfaserstrangs und zwischen den Elektroden 16, 17 ist ein zweiter Abschnitt 24 des Karbonfaserstrangs angeordnet. Beide Abschnitte 23, 24 werden von einem elektrischen Strom durchflossen, wenn der Karbonfaserstrang 2 an den Elektroden 15-17 anliegt. Allerdings ist der Stromfluß tatsächlich auf diese Abschnitte 23, 24 beschränkt, weil die beiden in Laufrichtung 8 äußeren Elektroden 15, 17 auf dem gleichen elektrischen Potential liegen, wie andere Kontaktpunkte des Karbonfaserstrangs 2 beziehungsweise des Karbonfaserbandes 3.Between the
Der Stromfluß zwischen den Elektroden 15, 16 bzw. 16, 17 ist möglich, weil die Karbonfasern des Karbonfaserstrangs 2 an sich elektrisch leitfähig sind. Sie weisen zudem einen ohmschen Widerstand auf, so daß der zwischen den Elektroden 15, 16; 16, 17 fließende Strom zu einer elektrischen Verlustleistung führt, die sich in einer Wärmeerzeugung äußert. Die Wärmeerzeugung führt zu einer erhöhten Temperatur des Karbonfaserstrangs, die sich auf die Oberflächenbeschichtung der Kohle- oder Karbonfasern auswirkt und damit das Spreizen des Karbonfaserstrangs 2 begünstigt.The flow of current between the
Die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der ohmsche Widerstand der Karbonfasern in dem Karbonfaserstrang ist bekannt oder kann zuvor meßtechnisch ermittelt werden. Über die Höhe des Stromflusses läßt sich also relativ einfach auch die Höhe der elektrischen Verlustleistung und damit die Temperaturerhöhung berechnen, die sich bei einer bestimmten Stromstärke ergibt. Durch die Steuerung der Stromstärke läßt sich also sehr gezielt auch eine Einstellung des Karbonfaserstrangs 2 auf eine vorbestimmte Temperatur erreichen. Diese Temperatureinstellung kann praktisch trägheitslos erfolgen, weil die Spannungsquelle 22 sehr schnell auf vorbestimmte Stromstärken eingestellt werden kann. Um einen negativen Einfluß von elektrischen Übergangswiderständen zwischen den Elektroden 15-17 und dem Karbonfaserstrang 2 zu vermindern, ist die Spannungsquelle 22 als Konstantstromquelle mit einem einstellbaren Strom ausgebildet. Wenn sich die Übergangswiderstände erhöhten, dann muß die Spannungsquelle 22 ihre Ausgangsspannung erhöhen, um den konstanten Stromfluß zu gewährleisten.The electrical properties, in particular the ohmic resistance of the carbon fibers in the carbon fiber strand is known or can be previously determined by measurement. About the amount of current flow can thus be relatively easily calculate the amount of electrical power loss and thus the temperature increase, which results at a certain current. By controlling the amperage can thus very targeted also achieve an adjustment of the
Dadurch, daß der Karbonfaserstrang 2 mit einer gewissen Reibung über die Elektroden 15-17 geführt wird, kann man dafür sorgen, daß der elektrische Übergangswiderstand im Betrieb weitgehend konstant bleibt. Das Absetzen von Flusen wird also gezielt verhindert beziehungsweise anhaftende Flusen werden entfernt. Zusätzlich kann für jede Elektrode 15-17 eine in Fig. 3 schematisch dargestellte Reinigungseinrichtung 25-27 vorgesehen sein, die beispielsweise mit Hilfe einer gezielten Luftströmung die Oberfläche der Elektroden 15-17 abreinigt.The fact that the
Fig. 3 zeigt schematisch die Einbettung der Vorrichtung 1 in eine Einrichtung 21 zur Verarbeitung von Karbonfaserbändern 3. Die Einrichtung weist beispielsweise einen Leger 28, der auch als Bandeintrag-Einrichtung bezeichnet werden kann, einer Multiaxial-Maschine oder einer Kettenwirkmaschine mit Schußeintrag auf. Bei einer Multiaxial-Maschine wird eine Vielzahl von Karbonfaserbändern 3 nebeneinander in einer Lage abgelegt. Mehrere Lagen werden übereinander gelegt. In jeder Lage haben die Karbonfaserbänder eine vorbestimmte Ausrichtung zur Längserstreckung der durch das Ablegen gebildeten Bahn. Beispielsweise können die Orientierungen der Karbonfaserbänder 3 in den einzelnen Lagen 0°, 90°, +45° und -45° betragen. Der Leger 28 wird von einer schematisch dargestellten Maschinensteuerung 29 gesteuert. Der Leger 28 erfaßt einen Abschnitt eines Karbonfaserbandes 3 und legt ihn zwischen zwei Transportketten ab. Beim Rückweg des Legers 28 wird kein Karbonfaserband 3 gefördert. Während dieser Ruhepausen kann auch die Beheizung des Karbonfaserstrangs 2 entfallen oder vermindert werden. Die Maschinensteuerung 29 ist also mit der Spannungsquelle 22 verbunden, um die Spannungsquelle 22 in Abhängigkeit von der Arbeitsweise des Legers 28 zu steuern. Bandmarkierungen oder "Standreihen", die derzeit bei der Verwendung von Heizwalzen auftreten, können reduziert werden.Fig. 3 shows schematically the embedding of the
Zusätzlich oder alternativ dazu kann man hinter der Verbreiterungseinrichtung 9 einen Sensor 30 vorsehen, der beispielsweise die Breite des Karbonfaserbandes 3 senkrecht zur Laufrichtung 8 ermittelt. Man kann in Abhängigkeit von der erzielten Breite den von der Spannungsquelle 22 erzeugten Stromfluß regeln, so daß die ermittelte Ist-Breite einer vorgegebenen Soll-Breite entspricht. Die mit der Verbreiterungseinrichtung 9 erzielte Breite hängt von der Stärke des Stroms ab, der durch die Abschnitte 23, 24 fließt.Additionally or alternatively, behind the
Die Heizeinrichtung 14 mit den Elektroden 15-17 erlaubt auf einfache Weise eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen, beispielsweise unterschiedliche Maschinengeschwindigkeiten des Legers 28 einer Multiaxial-Maschine. Der Ausspreizvorgang kann einerseits passiv geregelt werden, beispielsweise durch Erfassen einer Meßgröße wie der Breite des Karbonfaserbandes 3 oder der Temperatur des Karbonfaserbandes 3. Andererseits kann man den Ausspreizvorgang durch Übernahme von Prozeßdaten aus der Multiaxial-Maschine oder einer anderen nachgeschalteten Maschine aktiv gestalten.The
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