EP2138615B1 - Verfahren zum Herstellen eines multiaxialen Fadengeleges, unidirektionale Faserlagen und Verfahren zu ihrer Herstellung, multiaxiales Fadengelege und Kompositteil mit einer Matrix - Google Patents
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- EP2138615B1 EP2138615B1 EP08158757.8A EP08158757A EP2138615B1 EP 2138615 B1 EP2138615 B1 EP 2138615B1 EP 08158757 A EP08158757 A EP 08158757A EP 2138615 B1 EP2138615 B1 EP 2138615B1
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Definitions
- the invention relates to methods for producing a multiaxial yarn layer according to the preambles of claims 1 and 4. Both methods of this kind are known from the EP 0 972 102 B1 known.
- the multiaxial fabric scrims to be produced by the process are used primarily for the production of fiber-reinforced parts made of plastic, wherein the scrim is embedded in a matrix of a plastic.
- fiber is used synonymously with cable, filament, filament cable or roving.
- a single fiber or thread is meant, which consists of a plurality of individual filaments and as a starting material has a cross-section of approximately circular or polygonal shape, but may also already have a flattened cross section in the manner of a rectangle with rounded corners ,
- fibers are required in the form of very thin layers or plies, they are made for cost reasons by widening or spreading thick cables, each consisting of 12,000 (K number 12) or much more filaments.
- the fibers of the starting material are withdrawn from supply spools, widened in a Sp Dahlaggregat and placed next to each other in the form of the resulting flat strips, so that a thin, flat layer is formed, which has a width of at least 5 cm and a basis weight of at most equal to 300 g / m 2 should have.
- This layer is used as unidirectional layer for the construction of the multi-axial thread layer, wherein several unidirectional fiber layers are stored with changing directions on top of each other.
- a transverse cohesion is awarded, which extends over the entire width of this layer and thus on all bands from which this layer is formed.
- the bands are thus held together by the transverse cohesion.
- the measures for providing the transverse cohesion are known; Matting by a jet of pressurized water, the needles, the application of a chemical binder or the application of a thermo-fusible thread laid transversely over the unidirectional layer.
- the methods mentioned influence the desirable planar and smooth formation of the unidirectional layers. This can have a disturbing effect on the formed multiaxial netting which, in view of the later loading in a fiber-reinforced component, should have as homogeneous a texture as possible and a smooth surface on the outside.
- the unidirectional sheets formed from the starting material and provided with cross-cohesion are first wound up on supply reels, which are later brought to the multiaxial machines for the construction of the multiaxial scrim. There, the layers are removed from the supply spools and brought over a transport device, where they are stored by means of a special installation device in individual cut segments on the transport device or an already existing unidirectional layer. To store the transport device can be stopped so that it can only be operated intermittently.
- the EP 0 972 102 B1 But also already describes a way to store the segments in continuously moving transport device.
- the cut segments are temporarily fixed by means of pliers to a carrier which moves a short distance far above the transport device and in the direction thereof, wherein the respective held segment is transferred from the carrier to the transport device.
- a carrier which moves a short distance far above the transport device and in the direction thereof, wherein the respective held segment is transferred from the carrier to the transport device.
- Leger clamping device for this purpose. Since according to the EP 0 972 102 B1 the individual bands within the segments are interconnected by the transverse cohesion, it is not possible to compensate for any difference in the length or the mechanical stress of the individual bands with each other. The quality of the resulting Multiaxialge privileges can be affected.
- a comparable procedure is also from the FR-A-2180606 known. After that, construction parts from aviation technology and aerospace are to be produced with a smooth surface and low weight; Examples include propeller blades and turbine blades.
- the starting material is carbon fibers with a K number of 10 and more, which are widened by calibration to a basis weight between 90.4 and 123 g / m 2 .
- the thickness of the resulting bands is given as 0.09 to 0.17 mm, and up to 282 of these bands should be arranged side by side.
- a simple recalculation shows that layers with a width of the order of 1000 mm are formed. Here, too, several of these layers are to be arranged one above the other in alternating directions to build up a multiaxial yarn layer, which then enters as reinforcement in a fiber-reinforced composite component such as a propeller blade.
- the fibers of the starting material are provided with a size (matière d'encollage) for better processing.
- a size matrix (matière d'encollage) for better processing.
- a sizing not only wraps the fiber from the outside, but also penetrates into the interior of the fiber, makes the filaments smoother and holds the fiber together by adhesion, which facilitates textile processing.
- a sizing also protects the fiber against corrosion and abrasion, improves the adhesion to the matrix and protects against mechanical damage.
- the widened bands placed next to one another are given transverse cohesion by means of a special measure, ie they are connected to one another.
- a special measure ie they are connected to one another.
- a cross-connection thus takes place with a material application and mutual fixing of the bands. This contradicts the requirement for a smooth surface and leads to the fact that length and tension differences between the individual adjacent bands can form.
- a widened band is first produced by spreading the fibers of the starting material, which is stored as an intermediate to several bands next to each other or as a single band on supply reels.
- This semi-finished product is then brought to the multi-axial machine and withdrawn there again and stored in the form of segments to unidirectional thread layers.
- offline spreading In operating jargon, such a procedure is referred to as "offline spreading".
- online spreading In contrast, the so-called “online spreading” is already known, in which the spreading unit is located directly next to the multi-axial machine and works in time with the laying device.
- From the DE 10 2005 008 705 B3 is an apparatus for feeding slivers to a knitting machine out, in which the fibers of the starting material on their way from a creel to the laying device, ie in the "online process" widened.
- the fibers of the starting material already have the form of ribbons and are further widened in the device.
- the slivers of the starting material are individually withdrawn from spools and performed on the way from the creel to the band-laying device at a distance from each other and gradually widened by means of heating and pressure rollers.
- a heating channel is arranged with the final spreading unit.
- This heating channel is preceded by a tape storage.
- the band-laying device for storing the unidirectional layers is in the DE 10 2005 008 705 B3 not treated further.
- the intermittent and periodically fluctuating decrease of the spread bands by the band-laying device is compensated by the band-memory controlled in time with the band-laying device.
- the slivers can be withdrawn from the spools at a constant speed.
- the belt speed must constantly change in accordance with the operation of the band-laying device, and it also phases of stoppage are required. This requires, inter alia, an adjustment of the heating power in the heating channel and is contrary to the requirement for a uniform as possible installation.
- the proposal according to the application 07 011 718.9 is another contribution to the ever-present goal of laying the unidirectional fiber layers as evenly as possible and thus creating a multiaxial filament covering with a homogeneous structure.
- the invention is also based on the object that in the method according to the preambles of claims 1 and 4, the unidirectional fiber layers are stored evenly.
- the first solution of the problem is based on the surprising finding that it is not necessary to give the fiber layer formed from the individual ribbons a transverse cohesion, which extends in summary over the entire layer width and also connects the individual bands together.
- a transverse cohesion which extends in summary over the entire layer width and also connects the individual bands together.
- the solution according to claim 4 is based on the recognition that the fibers which are important in practice, especially the carbon fibers, are only available in a commercial form in which they are provided with a size or another adhesive.
- the effect of the size can be reduced by targeted action. So it is e.g. It is known to lower the adhesion between the filaments of a fiber by heating, thereby reducing the effect of the size.
- targeted action on the size and a suitable guidance of the fibers in the spread area is achieved according to the second invention proposal, that although the broadening of the fibers is made into bands and stabilized, but that adjacent bands remain essentially unconnected laterally.
- the claims 5 to 8 relate to the assignment of the spreading process to the inventive method. These can be carried out in the method of offline spreading, but also of online spreading.
- offline spreading according to claim 5 the gripper must be operated with a defined slip of the bands, and the restoring force of the bands in the compensation of the different mechanical longitudinal stresses is applied by a clamping device, which is already present in the laying device.
- the coils should be designed as disc coils. It is particularly advantageous if the already spread as an intermediate product bands are provided on at least one common bobbin a disc coil, with several spread bands are wound side by side, but have no connection with each other, so are unconnected.
- the fibers of the starting material may be present on cheeses or on disc coils in the creel. In the arrangement on disc coils only one fiber should be wound on each disc coil.
- the gripper must grasp the adjacent belts firmly, ie without any slippage, and guide them over the transport device.
- the restoring force of the bands comes about in these cases by the coils of the creel and also by the spreader. Dienlich here is that the coils are usually equipped with drain brakes anyway.
- the targeted action can be carried out before, during or after spreading, wherein the method is performed so that the spreading process is successfully carried out and stabilized, while an adhesion effect is laterally avoided between the individual bands.
- the targeted action may be mechanical, e.g. By rolling a lateral vibration is applied to the bands. A thermal action takes place by heating, but also a chemical treatment or an activating irradiation is possible.
- a cohesive is applied, which initially remains latent, but is thermally activated after the laying of the segments and the deposited fiber layers together.
- the cohesion agent may e.g. be applied in the form of a powder before laying on the bevy of bands that together form a segment.
- a powder can also be applied to an unidirectional layer already laid down on the transport device in order to connect the next unidirectional layer to be applied as soon as the cohesive effect of the cohesive agent is activated.
- Activation can take place after all unidirectional fiber layers have been deposited, ie the multiaxial fabric is finished.
- the cohesion agent can also be activated occasionally during the laying process, if there is a risk that the support of the superimposed unidirectional layers on the transport device is not sufficient and thus the uniform storage is at risk.
- the invention also relates to an undirectional fiber layer according to claim 23, which is useful in carrying out the method according to claim 1. Further developments of this unidirectional fiber layer are specified in claims 24 to 27.
- Such a unidirectional fiber layer is also produced as an intermediate product by winding a number of strips side by side on a disk coil, the strips each having transverse cohesion but being unconnected laterally.
- the claim 28 relates to the corresponding unidirectional fiber layer, which is useful in carrying out the method according to claim 4, while the claims 29 to 32 relate to a multiaxial thread loom, as in the methods according to claims 1 and 4, optionally with one or several developments according to the dependent claims, can be made.
- Fig. 1 is shown in the partial view a very schematically a cross section through a single fiber 1, which may be a carbon fiber.
- the fiber for which the term thread, cable or filament cable is customary, is composed of a large number of filaments 2.
- the range of interest here may be carbon fibers 1 with K numbers of 12 to 50 and more, ie carbon fibers of 12000 to 50,000 filaments 2 and more.
- thin unidirectional yarn layers are produced by drawing the fibers 1 as a starting material according to the partial illustration a and broadening them into spreading devices.
- the fibers of the starting material need not have a cross section in the form of a polygon or approximately circular cross section, as shown here.
- the commercial form of sliver which already has a flattened cross-section of approximately rectangular shape, but for practical applications is still much too thick, so also has to be broadened.
- a grammage of the widened band 3 and the unidirectional layer formed thereby is set to 300 g / m 2 and less.
- a broadened fiber 1 would have a cross-section, as in the section in the partial view b of Fig. 1 is shown.
- the thickness of the band 3 would be about the
- Diameter of a single filament 2 correspond. In practice, it comes at most to an approximation to this condition.
- the sizing 4 not only envelopes the fiber 1 from the outside, but also penetrates into the interior of the fiber 1, makes the filaments 2 smoother and holds the fiber 1 together by adhesion, which facilitates textile processing.
- the size 4 also protects against corrosion and abrasion, improves the adhesion to the matrix and protects against mechanical damage.
- the adhesion effect of the size 4 is hindering the spreading of the fibers 1 of the starting material.
- the thermal weakening of the adhesion is particularly well known in that the fibers are transported through a heating device in which the sizing also heats up and partially or completely loses its effect.
- Mechanical action may be to vibrate the fibers transversely.
- the chemical action is possible by a diluent or solvent in a certain concentration acts on the fibers and thus also on the sizing. In Fig. 2 the conditions are shown schematically.
- the advantageous for the spreading process reduction of the adhesion between the filaments 2 also affects the behavior of the bands 3, which is a segment 5 (see. Fig. 3 ) next to each other placed and stored to build a unidirectional position. Namely, between the adjacent bands 3 is no longer adhesion, if the effect of the size 4 has been reduced.
- the bands of a segment thus have no connection with each other.
- this supposed disadvantage is transformed into an advantage in that the bands 3 remain unconnected in the segment 5 and in this state undergo the deposition process.
- This procedure has the advantage that differences in the mechanical longitudinal stress, which inevitably exist between the individual bands of a segment 5, can be compensated shortly before the final transfer of the segment 5 to the laying device of the laying device.
- Fig. 3 the conditions are shown in a first embodiment. It is assumed that the already widened bands 3a, 3b are obtained from a supplier and brought as an intermediate product to the location of the multi-axial machine. In business jargon, this is called "offline spreading".
- the bands 3a, 3b are already formed by the method according to the invention by being laterally without significant adhesion or cohesion effect, so remain unconnected when juxtaposed.
- the bands 3a, 3b can each be deducted from disk coils of a creel and brought together until they are parallel to each other. According to FIG. 3 However, the bands 3a, 3b are provided on a common bobbin of a disc coil 12, wherein the bands 3a, 3b are unconnected laterally.
- FIG. 10 The representation of such a disk coil 12 in concrete form shows FIG. 10 , where cheeses 17 are shown there for the starting material.
- the respective front end of this parallel fiber bundle is pulled by a gripper 6 across the transport unit, transferred to the Leger clamping device, separated from the remaining parallel fiber bundle and finally attached to the transport device.
- This type of laying can be done with intermittent or continuously moving transport device.
- Fig. 3 shows only the parts needed to understand the principle.
- 6 of the gripper is designated, which pulls the consisting of two bands 3a, 3b segment 5 across the transport device, not shown, which extends below the segment 5 and consists for example of two conveyor chains.
- the pulling direction is indicated by the directional arrow 7.
- a clamping device 8 serves to hold the segment 5 until it is separated by means of the separator 9 from the parallel fiber bundle supplied.
- the single segment 5 is present as an independent part and is stored by a Leger clamping device 16 on the transport device, not shown.
- FIGS. 3a and 3b show the state of the segment 5 just before its laying by the Leger clamping device.
- the segment 5 is not stored homogeneously; because the upwardly facing bulge 10 on the upper band 3a in the illustration indicates a difference in length and thus a different mechanical longitudinal stress in the segment 5.
- the tapes 3a and 3b are not connected laterally because adhesion is not present and no measures are taken to achieve transverse cohesion between the tapes 3a and 3b.
- the gripper 6 allows slippage of the bands 3a and 3b during the pulling movement.
- the gripper 6 transmits a sufficient tensile force, but, on the other hand, allows a slippage movement of the bands 3a, 3b in the gripper 6 in a targeted manner.
- a compensating movement already comes about when the gripper 6 pulls the front ends of the bands 3a, 3b, which form the segment 5, across the transport means.
- the decisive factor is that the gripper 6 at the conclusion of its installation movement, when the clamping device 8 is closed, once again performs a brief tensioning movement and thereby unifies the mechanical longitudinal stress of the bands 3a, 3b. This may be a very short movement in the millimeter range, which the gripper 6 performs once again with respect to the clamping device 8 at the cutting end of the segment 5. Immediately thereafter, the segment is transferred to the Leger clamping device.
- the method according to the invention can also be carried out on multi-axial machines in which the fibers of the starting material are brought to the machine and widened on the machine itself.
- This procedure is also referred to in business jargon as "online spreading".
- Common are stationary arranged spreading units, which are located between the creel and the laying device. Although it is provided at the output of the creel, a compensation loop for the fibers, can not be prevented that the widened bands of the laying device are supplied with periodically changing running speed. For the possibility already described, to bring about a compensation of different mechanical longitudinal stresses between the individual bands of a segment when laying the segments, nothing changes.
- the restoring force of the belts which acts against the pulling force of the gripper, can not only be brought about in the case of on-line spreading, not only by the disk coils of the creel, but also by the spreading unit. This is all the more true, since the bands anyway do not pass through the stationarily arranged spreading units at a constant speed, insofar as there is no fundamentally new disadvantage due to the retroactive effect of the compensating movement. Under certain circumstances, the clamping device for the compensating movement, which is already present, can optionally also be used.
- a further tightening and equalizing of the segments 5 can be carried out by a conveyor in the form of conveyor chains these diverge slightly at the inlet to the final connection station, including the located on the conveyor chains fasteners for the ends of the segments 5 also a slip of the bands 3a, 3b must allow.
- the prerequisite is in any case that the individual bands within a segment 5 and thus also the segments 5 are largely free of adhesion and free of cohesion, ie laterally unconnected and can move against each other. This also applies if each band 3a, 3b has transverse cohesion per se.
- FIG. 4 is a schematic compilation that summarizes the details discussed so far and prepares the following illustrations.
- Denoted at 11 is a processing station in which all the facilities required for spreading and further treating the fibers and / or belts are summarized.
- the illustration shows a closed clamping device 8 and a gripper 6 in the end position. The voltage compensation is already done, with the required restoring force to the gripper 6 through the coil of the creel and / or a spreader is done.
- FIG. 5 is shown a way how the fibers 1 a, 1 b of the starting material initially widened together and then treated separately in pairs.
- the fibers 1a, 1b already have the starting shape of a relatively thick band and are therefore drawn off from disk coils 12. With a starting form of fibers which have approximately circular cross-section, cheeses are the standard solution.
- the fibers 1a, 1b are passed through the rollers 13 of a spreading unit and thereby undergo a widening to bands 3a, 3b.
- the widened bands 3a, 3b are separated in pairs by further treating a first group 3a in a first higher level and a second group of bands 3b in a second, lower level.
- the bands 3a, 3b in each floor are also laterally spaced from each other.
- an influencing station is designated, with the targeted on the bands 3a of the upper floor is acted upon.
- a corresponding processing station 15 may also be provided for the bands 3b of the lower floor.
- the influence may be that the bands 3a, 3b are heated, whereby the effect of the size and the mutual adhesion of the filaments 2 in the bands 3a, 3b is reduced. In this way, the broadening of the fibers 1a, 1b to ribbons 3a, 3b achieved by the spreading is stabilized.
- the lateral adhesiveness of the bands is reduced, so that the bands 3a, 3b remain virtually unconnected when they are brought together again after passing through the last deflection roller 14.
- the interference station 15 or a further adjunct station may serve to apply a transverse cohesive to each of the bands 3a, 3b separately.
- the type of tape guide causes also in this case, that after leaving the processing station 11, although each of the bands 3a, 3b additionally has a transverse cohesion, but that this transverse cohesion is not effective between the bands 3a, 3b.
- a cohesive agent can be applied to the bands 3a, 3b, which initially remains latent but can be activated at a desired time when two unidirectional layers are deposited on one another.
- the activation can be done for example by heat or irradiation.
- FIG. 6 shows a process guide in the event that the targeted influence is effective even with adjacent bands 3a, 3b. If the effect of the sizing is so far weakened that the spreading effect is maintained and the adhesion between the filaments is reduced, so are also in this case before bands 3a, 3b, which can be shifted in the longitudinal direction to compensate for length and voltage differences against each other.
- FIG. 6 schematically shown that the influencing station 15 in the running direction 7 of the bands 3a, 3b seen before, can be arranged exactly above or behind the rollers 13 of the Sp Dahlaggregates. It is always important to enable the spreading process by targeted action on the fibers 1a, 1b and / or bands 3a, 3b at all, but also to maintain the spreading result and to achieve that the spread bands 3a, 3b remain unconnected, too if they are parallel next to each other.
- the inventive method can be carried out with particular advantage in such multi-axial machines in which the spreading unit is not arranged stationary, but is moved together with the creel as a common structural unit controlled.
- the movement of this structural unit is carried out in accordance with the changing in unit time requirements of the laying device on tapes, in such a way that the fibers of the starting material are withdrawn at a constant speed of the bobbin creels and also go through the spreading unit at a constant speed.
- Such a multi-axial machine and its method are in the older, but not previously published European patent application of the applicant with the number 07 011 718.9 presented and described in detail. It can be referred in this respect to this earlier application.
- FIG. 7 is denoted by the reference numeral 21, a machine frame, which can form a lateral attachment of a multi-axial machine, see. this the FIG. 9 ,
- the machine frame 21 has a track in the form of guide rails 22.
- the common structural unit in the form of a carriage 23 by means of rollers 24 is movable.
- the carriage 23 carries a creel 25 and a spreading unit 26, which is designed as a continuous unit.
- the creel 25 consists of a plurality of coils 27 on which individual fibers 28, for example carbon fibers or aramid fibers, are wound up as the coil material.
- the individual fibers 28 are withdrawn via pulleys 29 of the coils 27 and guided by the spreading unit 26.
- the coils 27 are equipped with braking devices to allow the tension in the stripped fibers 28 to be adjusted and controlled.
- the pulleys 29, as well as any existing guide eyelets or similar guide members must have a smooth surfaces so that they do not damage the sensitive coil material.
- the individual coils 27 and guide roller 29 are not only offset in height but also laterally, cf. the FIG. 8 , For the execution of the spreading unit 26 numerous proposals are known.
- the fibers 28 may be widened by passing over rollers which vibrate or are heated in their axial direction.
- the treatment with rotating, curved rollers for the purpose of spreading or widening belongs to the prior art.
- the different methods can also be used together.
- the aim of this treatment is always to transform the thick individual fibers 28 of the starting material, especially carbon fibers, into flat bands 30 having a weight per unit area of at most 300 g / m 2 , which lie parallel next to one another.
- the bands 30 are shown lying close together.
- FIG. 9 It is shown how the arranged on a carriage 23 structural unit of creel 25 and spreading unit 26 of the multi-axial machine is spatially associated with and cooperates with this.
- the multi-axial machine only the two conventional conveyor chains 32a, b are indicated, the upper halves move in the transport device according to the directional arrows 38.
- An arrow 39 indicates the laying direction of the belts 30 provided on the carriage 23.
- the fiber bundle 30 provided by the carriage 23 is transferred to the conveyor chains 32a, b by means of a laying device 33. Their function is to take over a portion of the warp provided on the carriage 23 of the bands 30, to lead over the conveyor chains 32a, b, separate from the endless supply and finally pass to the fastening devices, which on the conveyor chains 32a, b are located.
- FIG. 9 shows the machine frame 21 is arranged for the carriage 23 in the laying direction 39 of the bands 30 laterally adjacent to the multi-axial machine. In other words, the carriage 23 with the creel 25 and the spreading unit 26 moves back and forth in the direction of laying 39 of the belts 30 in a controlled manner.
- the reference numeral 31 is in FIG. 9 denotes a releasable clamping device which serves as a holding and detecting means and the front free end of the spreading unit 26 leaving belts 30 holds until it is passed over the conveyor chains 32a, b.
- a gripper 35 which is driven along a guide track 34 transversely to the conveying direction 38 of the conveyor chains 32a, b reciprocatingly movable.
- the guideway 34 therefore also runs in the laying direction 39 of the belts 30.
- the band-shaped section of the fiber bundle 30 located above the two conveyor chains 32a, b is then separated from a separating device, not shown, which is located in the region of the clamping device 11, and thus becomes a separate segment 30a.
- the newly formed free ends of the still on the carriage located bands 30 are then held by the clamping device 31 again.
- the cut-to-length segment 30a located above the conveyor chains 32a, b is gripped at its two ends by a laying device 36, which likewise belongs to the laying device 33, which is driven in the direction of the conveyor chains 32a, b to move back and forth.
- the leger clamping device 36 finally transfers the segment 30a to clamping devices, not shown, which are located on the conveyor chains 32a, b.
- the segment 30a has thus finally become part of the laid unidirectional fiber layer 37.
- FIG. 9 a movement phase is shown in which the clamping device 31 is closed and the gripper 35 has indeed already detected the free ends of the bands 30, but is still at rest.
- the carriage 23, the clamping device 31, the gripper 35 and the Leger clamping device 36 cooperate intermittently, the carriage 23 by the length L ( FIG. 9 ) is reciprocated in accordance with the movement of the gripper 35.
- the compensation of differences in the longitudinal tension of the bands 30 also takes place in the multi-axial machine according to the FIGS. 7 to 9 in cooperation between the bobbins 27 of the creel 25, the spreading unit 26, the clamping device 31 and the gripper 35.
- the gripper 35 performs its transport or laying stroke and a group of bands 30 across the conveyor chains 32a, 32b pulls, the restoring force the bands 30 applied by the coil 27 and the spreading unit 26.
- the gripper 35 must in this case, the bands 30 clamped firmly, so grab and pull without any slippage.
- the front end of the group of bands 30 is severed and the carriage 23 moves back, the storage end of the bands 30 in the clamping device 31 is held slip-free.
- the carriage 23 exerts a pulling action on the newly arising stock end, wherein the required tensile force, which must act on the bands 30, comes about through the coils 27 and the spreading unit 26.
- FIGS. 1 to 6 are identical to FIGS. 1 to 6:
- FIGS. 7 to 9 are identical to FIGS. 7 to 9:
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Description
- Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen eines multiaxialen Fadengeleges gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4. Beide Verfahren dieser Art sind aus der
EP 0 972 102 B1 bekannt. Die nach dem Verfahren herzustellenden multiaxialen Fadengelege dienen vor allem zur Herstellung von faserverstärkten Teilen aus Kunststoff, wobei das Fadengelege in eine Matrix aus einem Kunststoff eingebettet wird. - In dieser Anmeldung wird der Begriff "Faser" gleichbedeutend mit Kabel, Faden, Filamentkabel oder Roving verwendet. Gemeint ist in jedem Fall eine einzelne Faser oder ein Faden, der aus einer Vielzahl von einzelnen Filamenten besteht und als Ausgangsmaterial einen Querschnitt von annähernd Kreis- oder Polygon-Form hat, aber auch schon einen abgeflachten Querschnitt nach Art eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken aufweisen kann. Wenn derartige Fasern in Form von sehr dünnen Schichten oder Lagen benötigt werden, so werden diese aus Kostengründen durch Verbreitern oder Spreizen von dicken Kabeln hergestellt, von denen jedes aus 12.000 (K-Zahl 12) oder sehr viel mehr Filamenten besteht.
- Gemäß der
EP 0 972 102 B1 werden die Fasern des Ausgangsmaterials von Vorratsspulen abgezogen, in einem Spreizaggregat verbreitert und in Form der entstandenen flachen Bänder nebeneinander gelegt, so dass eine dünne, flache Lage gebildet wird, die eine Breite von wenigstens gleich 5 cm und eine flächenbezogene Masse von höchstens gleich 300 g/m2 aufweisen soll. Diese Lage wird als unidirektionale Lage zum Aufbau des multiaxialen Fadengeleges verwendet, wobei mehrere unidirektionale Faserlagen mit wechselnden Richtungen übereinander abgelegt werden. - Zur besseren Handhabung ist dabei vorgeschrieben, dass den entstandenen unidirektionalen Lagen durch eine zusätzliche Maßnahme eine Querkohäsion verliehen wird, die sich über die gesamte Breite dieser Lage und damit über alle Bänder erstreckt, aus denen diese Lage gebildet ist. Die Bänder werden somit durch die Querkohäsion zusammengehalten. Die Maßnahmen zum Erteilen der Querkohäsion sind bekannt; erwähnt sei das Mattieren durch einen Druckwasserstrahl, das Nadeln, das Auftragen eines chemischen Bindemittels oder das Aufbringen eines wärmeschmelzbaren Fadens, der in Querrichtung über die unidirektionale Lage gelegt wird. Die genannten Methoden beeinflussen die erstrebenswerte ebene und glatte Ausbildung der unidirektionalen Lagen. Das kann sich störend auf das gebildete multiaxiale Fadengelege auswirken, das im Hinblick auf die spätere Belastung in einem faserverstärkten Bauteil eine möglichst homogene Beschaffenheit und nach außen eine glatte Oberfläche haben soll.
- Gemäß der
EP 0 972 102 B1 werden die aus dem Ausgangsmaterial gebildeten und mit Querkohäsion versehenen unidirektionalen Lagen zunächst auf Vorratsspulen aufgewickelt, die später an die Multiaxialmaschinen zum Aufbau der multiaxialen Fadengelege herangebracht werden. Dort werden die Lagen von den Vorratsspulen abgezogen und über eine Transporteinrichtung gebracht, wo sie mittels einer besonderen Verlegeeinrichtung in einzelnen abgelängten Segmenten auf der Transporteinrichtung oder einer schon vorhandenen unidirektionalen Lage abgelegt werden. Zum Ablegen kann die Transporteinrichtung angehalten werden, so dass diese nur intermittierend betrieben werden kann. DieEP 0 972 102 B1 beschreibt aber auch schon eine Möglichkeit, die Segmente bei kontinuierlich bewegter Transporteinrichtung abzulegen. Hierbei werden die abgelängten Segmente mittels Zangen vorübergehend an einem Träger befestigt, der sich ein kurzes Stück weit über der Transporteinrichtung und in deren Richtung bewegt, wobei das jeweils gehaltene Segment von dem Träger an die Transporteinrichtung übergeben wird. Hierfür gibt es auch die Bezeichnung "Leger-Klemmeinrichtung". Da gemäß derEP 0 972 102 B1 die einzelnen Bänder innerhalb der Segmente durch die Querkohäsion miteinander verbunden sind, ist es nicht möglich, einen etwa entstandenen Unterschied in der Länge oder der mechanischen Spannung der einzelnen Bänder untereinander auszugleichen. Die Qualität des entstehenden Multiaxialgeleges kann dadurch beeinträchtigt werden. - Ein vergleichbares Verfahren ist auch aus der
FR-A-21 80 606 - In der
FR-A-21 80 606 - Im Übrigen sollen auch gemäß der
FR-A-21 80 606 - Bei den beiden genannten bekannten Verfahren wird zunächst durch Spreizen der Fasern des Ausgangsmaterials ein verbreitertes Band hergestellt, das als Zwischenprodukt zu mehreren Bändern nebeneinander oder als einzelnes Band auf Vorratsspulen zwischengelagert wird. Dieses Halbfabrikat wird sodann zu der Multiaxialmaschine gebracht und dort wieder abgezogen und in Form von Segmenten zu unidirektionalen Fadenlagen abgelegt. Im Betriebsjargon wird eine derartige Vorgehensweise als "Offline-Spreizen" bezeichnet. Im Gegensatz dazu ist auch schon das so genannte "Online-Spreizen" bekannt, bei dem sich das Spreizaggregat direkt neben der Multiaxialmaschine befindet und im Takt der Verlegeeinrichtung arbeitet.
- Aus der
DE 10 2005 008 705 B3 geht eine Vorrichtung zum Zuführen von Faserbändern zu einer Wirkmaschine hervor, bei der die Fasern des Ausgangsmaterials auf ihrem Weg von einem Spulengatter zu der Verlegeeinrichtung, also im "Online-Verfahren", verbreitert werden. Die Fasern des Ausgangsmaterials haben bereits die Form von Bändern und werden in der Vorrichtung noch weiter verbreitert. Hierzu werden die Faserbänder des Ausgangsmaterials einzeln von Spulen abgezogen und auf dem Weg vom Spulengatter zur Band-Legeeinrichtung im Abstand voneinander geführt und mittels Erwärmung und Andrückwalzen schrittweise verbreitert. Am Ausgang der Vorrichtung ist ein Heizkanal mit dem endgültigen Spreizaggregat angeordnet. - Diesem Heizkanal ist ein Bandspeicher vorgeschaltet. Die Band-Legeeinrichtung zur Ablage der unidirektionalen Lagen ist in der
DE 10 2005 008 705 B3 nicht weiter behandelt. Die intermittierende und periodisch schwankende Abnahme der gespreizten Bänder durch die Band-Legeeinrichtung wird durch den im Takt der Band-Legeeinrichtung gesteuerten Bandspeicher ausgeglichen. Dadurch können die Faserbänder zumindest auf ihrem Weg von den Spulen des Spulengatters bis zum Bandspeicher mit konstanter Geschwindigkeit von den Spulen abgezogen werden. In dem Heizkanal mit dem endgültigen Spreizaggregat muss sich jedoch die Bandgeschwindigkeit entsprechend dem Arbeiten der Band-Legeeinrichtung ständig verändern, und es sind auch Phasen des Stillstandes erforderlich. Das erfordert unter anderem ein Anpassen der Heizleistung im Heizkanal und steht der Forderung nach einer möglichst gleichmäßigen Verlegung entgegen. - Schließlich betrifft die ältere, nicht vorveröffentlichte europäische Patentanmeldung der Anmelderin mit der Nummer
07 011 718.9 Figuren 7 bis 9 erläutert. Der Vorschlag gemäß der Anmeldung07 011 718.9 - Der Erfindung liegt gleichfalls die Aufgabe zugrunde, dass bei den Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4 die unidirektionalen Faserlagen noch gleichmäßiger abgelegt werden.
- Die erste Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1; die zweite Lösung ist durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 4 angegeben.
- Die erste Lösung der Aufgabe beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass es nicht erforderlich ist, der aus den einzelnen Bändern gebildeten Faserlage eine Querkohäsion zu erteilen, die sich zusammenfassend über die gesamte Lagenbreite erstreckt und auch die einzelnen Bänder miteinander verbindet. Mit den inzwischen zur Verfügung stehenden Techniken zur Bildung der Segmente und ihrer Verlegung ist es möglich, die Bänder auch im seitlich unverbundenen Zustand parallel nebeneinander liegend gleichmäßig zu verlegen. Zusätzlich ist durch die Ausbildung gemäß Anspruch 1 aber erreicht, dass Unterschiede in der Länge und in der mechanischen Längsspannung zwischen den einzelnen Bändern im Zuge der Verlegung ausgeglichen werden können. Es bereitet auch keine Schwierigkeiten, den verbreiterten Bändern eine Querkohäsion zu erteilen, die sich nur jeweils über die Breite eines einzelnen Bandes erstreckt. Dazu ist lediglich eine getrennte Bandführung erforderlich, beispielsweise eine Bandführung in mehreren Ebenen oder Etagen, wobei benachbarte Bänder sich seitlich im Abstand voneinander befinden und somit seitlich frei liegen.
- Es reicht dann aus, dass ein Zusammenhalt zwischen den Bändern einer undirektionalen Faserlage und zwischen den Segmenten der verschiedenen unidirektionalen Faserlagen durch das übliche vorübergehende Fixieren an der Transporteinrichtung erfolgt.
- Die Lösung gemäß Anspruch 4 setzt bei der Erkenntnis ein, dass die in der Praxis wichtigen Fasern, vor allen Dingen die Karbonfasern, lediglich in einer Handelsform zur Verfügung stehen, in der sie mit einer Schlichte oder einem anderen Haftmittel versehen sind. Die Wirkung der Schlichte kann durch gezieltes Einwirken herabgesetzt werden. So ist es z.B. bekannt, die Adhäsion zwischen den Filamenten einer Faser durch Erwärmung herabzusetzen, weil dabei die Wirkung der Schlichte verringert wird. Durch gezielte Einwirkung auf die Schlichte und eine geeignete Führung der Fasern im Spreizbereich wird gemäß dem zweiten Erfindungsvorschlag erreicht, dass zwar die Verbreiterung der Fasern zu Bändern durchgeführt und stabilisiert wird, dass dabei aber nebeneinander liegende Bänder im Wesentlichen seitlich unverbunden bleiben. Indem die Bänder in diesem Zustand den gesamten Verlegevorgang durchlaufen, ist im Zusammenwirken zwischen der Zugkraft des Greifers der Verlegeeinrichtung mit der Rückstellkraft der Bänder ein Ausgleich unterschiedlicher mechanischer Längsspannungen möglich. Es reicht auch in diesem Fall aus, dass der Zusammenhalt zwischen den Bändern und Segmenten innerhalb der unidirektionalen Lage durch das vorübergehende Fixieren an der Transporteinrichtung erfolgt.
- Der vollständige Verzicht auf Maßnahmen zum Erzielen einer Querkohäsion bei der Verfahrensweise gemäß Anspruch 4 bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass die ebene und glatte Anordnung der unidirektionalen Faserlage nicht gestört wird und dass auch keine Verzerrungen oder unterschiedliche mechanische Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern zu befürchten sind, wie das leicht eintritt, wenn z.B. gemäß dem Stand der Technik wärmeschmelzbare Fäden in regelmäßigen Abständen quer zur Längsrichtung der nebeneinander liegenden Bänder aufgebracht werden.
- Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den Ansprüchen 2, 3 und 5 bis 22 angegeben.
- Dabei beziehen sich die Ansprüche 5 bis 8 auf die Zuordnung des Spreizvorganges zu den erfindungsgemäßen Verfahren. Diese können in der Verfahrensweise des Offline-Spreizens, aber auch des Online-Spreizens durchgeführt werden. Beim Offline-Spreizen gemäß Anspruch 5 muss der Greifer mit einem definierten Schlupf der Bänder betrieben werden, und die Rückstellkraft der Bänder beim Ausgleich der unterschiedlichen mechanischen Längsspannungen wird von einer Klemmeinrichtung aufgebracht, die bei der Verlegeeinrichtung ohnehin vorhanden ist. Die Spulen sollen dabei als Scheibenspulen ausgebildet sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die als Zwischenprodukt bereits gespreizten Bänder auf mindestens einem gemeinsamen Spulenkörper einer Scheibenspule bereitgestellt werden, wobei mehrere gespreizte Bänder nebeneinander aufgewickelt sind, dabei aber untereinander keine Verbindung haben, also unverbunden sind.
- Wenn das Verfahren nach dem Prinzip des Online-Spreizens betrieben wird, vgl. die Ansprüche 7 und 8, können die Fasern des Ausgangsmaterials auf Kreuzspulen oder auch auf Scheibenspulen im Spulengatter vorhanden sein. Bei der Anordnung auf Scheibenspulen soll jeweils nur eine Faser auf jeder Scheibenspule aufgewickelt sein. Der Greifer muss in diesem Fall die nebeneinander liegenden Bänder fest, also ohne jeden Schlupf, ergreifen und über die Transporteinrichtung führen. Die Rückstellkraft der Bänder kommt in diesen Fällen durch die Spulen des Spulengatters und auch durch die Spreizeinrichtung zustande. Dienlich ist hierbei, dass die Spulen ohnehin meistens mit Ablaufbremsen ausgestattet sind. Indem der Greifer ohne jeden Schlupf die Bänder des entstehenden Segments entgegen der Rückstellkraft von Spulen und Spreizaggregat über die Transporteinrichtung zieht, wird auch in diesem Fall ein Ausgleich der mechanischen Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern durchgeführt.
- Das zu den Ansprüchen 7 und 8 Gesagte gilt für das Online-Spreizen mit stationärem oder zusammen mit dem Spulengatter bewegtem Spreizaggregat. Jedoch gibt es eine Besonderheit im Falle des Anspruchs 8, wenn die gemeinsame bauliche Einheit aus Spulengatter und Spreizaggregat ihre Rückbewegung ausführt, also während des Verlegevorgangs. In diesem Fall hält die schon erwähnte Klemmeinrichtung die Vorratsenden der Bänder an der Verlegeeinrichtung fest. Die Klemmeinrichtung ersetzt jetzt gewissermaßen den Greifer, und auf diese Weise kommt wieder ein Ausgleich der mechanischen Längsspannungen durch die Zugwirkung der gemeinsamen baulichen Einheit aus Spreizeinrichtung und Spulengatter zustande.
- Die Verfahrensweise nach dem Online-Spreizen gemäß Anspruch 8, bei der das Spulengatter zusammen mit dem Spreizaggregat als gemeinsame Baueinheit entsprechend dem in der Zeiteinheit wechselnden Bedarf der Verlegeeinrichtung an Bändern hin und her bewegt wird, ist besonders vorteilhaft, weil dann die Fasern des Ausgangsmaterials das Spreizaggregat mit konstanter Geschwindigkeit durchlaufen. Die Verfahrensweise gemäß der älteren europäischen Patentanmeldung
07 011 718.9 - Besonders hervorzuheben sind weiter die unterschiedlichen Möglichkeiten, gemäß den Ansprüchen 10 und 11 in gezielter Weise auf die mit einer Schlichte versehenen Fasern und/oder Bänder einzuwirken. Das gezielte Einwirken kann vor, während oder nach dem Spreizen vorgenommen werden, wobei das Verfahren so geführt wird, dass der Spreizvorgang erfolgreich durchgeführt und stabilisiert wird, dabei aber eine Adhäsionswirkung seitlich zwischen den einzelnen Bändern vermieden wird. Das gezielte Einwirken kann mechanisch erfolgen, indem z.B. durch Walzen eine seitliche Vibration auf die Bänder aufgebracht wird. Eine thermische Einwirkung erfolgt durch Heizen, aber auch eine chemische Behandlung oder eine aktivierende Bestrahlung ist möglich.
- Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit gemäß Anspruch 12, dass vor dem Ablegen der Segmente auf eine der Faserlagen ein Kohäsionsmittel aufgebracht wird, das zunächst latent bleibt, aber nach dem Ablegen der Segmente thermisch aktiviert wird und die abgelegten Faserlagen miteinander verbindet. Das Kohäsionsmittel kann z.B. in Form eines Pulvers vor dem Verlegen auf die Schar der Bänder aufgetragen werden, die zusammen ein Segment bilden sollen. Ebenso kann man ein derartiges Pulver aber auch auf eine bereits abgelegte, auf der Transporteinrichtung befindliche unidirektionale Lage auftragen, um damit die nächste aufzubringende unidirektionale Lage zu verbinden, sobald die Kohäsionswirkung des Kohäsionsmittels aktiviert wird.
- Das Aktivieren kann erfolgen, nachdem alle unidirektionalen Faserlagen abgelegt sind, das Multiaxialgelege also fertiggestellt ist. Das Kohäsionsmittel kann aber auch während des Verlegevorgangs vereinzelt aktiviert werden, wenn die Gefahr besteht, dass die Halterung der übereinander liegenden unidirektionalen Lagen an der Transporteinrichtung nicht ausreicht und somit die gleichmäßige Ablage gefährdet ist.
- Die Erfindung betrifft auch eine undirektionale Faserlage gemäß Anspruch 23, die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 dienlich ist. Weiterbildungen dieser unidirektionalen Faserlage sind in den Ansprüchen 24 bis 27 angegeben. Eine derartige unidirektionale Faserlage wird auch als Zwischenprodukt hergestellt, indem eine Anzahl von Bändern nebeneinander auf einer Scheibenspule aufgewickelt wird, wobei die Bänder jeweils für sich Querkohäsion aufweisen, dabei aber seitlich unverbunden sind.
- Der Anspruch 28 betrifft die entsprechende unidirektionale Faserlage, die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 4 dienlich ist, während sich die Ansprüche 29 bis 32 auf ein multiaxiales Fadengelege beziehen, wie es gemäß den Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, gegebenenfalls mit einer oder mehreren Weiterbildungen gemäß den darauf gerichteten Unteransprüchen, hergestellt werden kann.
- Die Erfindung wird anschließend anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Figuren ist das Folgende dargestellt:
-
Fig. 1 zeigt schematisch in zwei Teildarstellungen 1a und 1 b, wie beim Spreizen einer Faser die Filamente in die flache Form des Bandes übergehen. -
Fig. 2 stellt in stark vereinfachter Form drei unterschiedliche Phasen beim Zusammenwirken der Schlichte mit zwei Filamenten innerhalb einer Faser beim Spreizen dar. -
Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung und verdeutlicht in zwei Teildarstellungen gemäß denFig. 3a und 3b anhand einer ersten Ausführungsform, wie dank des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Ablage einer unidirektionalen Faserlage unterschiedliche mechanische Spannungen und Längen zwischen den Bändern eines abzulegenden Segments ausgeglichen werden können. -
Fig. 4 erläutert die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer zweiten Ausführungsform. -
Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, wie im Zuge der Verbreiterung den einzelnen Bändern eine Querkohäsion erteilt werden kann, ohne dass Querkohäsion zwischen den Bändern zustande kommt. -
Fig. 6 zeigt verschiedene Möglichkeiten, wie die Station zur Einwirkung auf die Fasern und/oder Bänder angeordnet sein kann, wenn Maßnahmen zum Aufbringen von Querkohäsion nicht beabsichtigt sind. -
Figur 7 ist die Seitenansicht einer Multiaxialmaschine, bei der Spulengatter und Spreizaggregat auf einem gemeinsamen Laufwagen angeordnet sind. -
Figur 8 zeigt eine Ansicht von oben auf das Innere des Laufwagens gemäßFigur 7 . -
Figur 9 verdeutlicht im Sinne einer Prinzipskizze das Zusammenwirken aller Funktionsteile der Multiaxialmaschine gemäß denFiguren 7 und 8 . -
Figur 10 zeit die Verwendung einzelner Kreuzspulen für das Ausgangsmaterial und einer Scheibenspule mit mehreren Bändern, die seitlich unverbunden sind, als Vorrat für die Segmente. - In
Fig. 1 ist in der Teildarstellung a stark schematisch ein Querschnitt durch eine einzelne Faser dargestellt 1, wobei es sich um eine Karbonfaser handeln kann. Die Faser, für die auch die Bezeichnung Faden, Kabel oder Filamentkabel üblich ist, setzt sich aus einer großen Zahl von Filamenten 2 zusammen. In dem hier interessierenden Bereich kann es sich um Karbonfasern 1 mit K-Zahlen von 12 bis 50 und mehr, also Karbonfasern von 12000 bis 50000 Filamenten 2 und mehr handeln. Aus ökonomischen Gründen werden dünne unidirektionale Fadenlagen hergestellt, indem man die Fasern 1 gemäß der Teildarstellung a als Ausgangsmaterial heranzieht und in Spreizvorrichtungen verbreitert. Die Fasern des Ausgangsmaterials müssen nicht wie hier dargestellt einen Querschnitt in Form eines Polygons oder annähernd Kreisquerschnitt haben. Üblich ist auch die Handelsform als Faserband, das schon einen abgeflachten Querschnitt von annähernd Rechteckform hat, aber für praktische Anwendungen noch immer viel zu dick ist, also ebenfalls verbreitert werden muss. - Wünschenswert ist eine Verbreiterung, bei der sich ein Flächengewicht des verbreiterten Bandes 3 und der dadurch gebildeten unidirektionalen Lage von 300 g/m2 und weniger einstellt. Im Idealfall hätte eine derartige verbreiterte Faser 1 einen Querschnitt, wie er im Ausschnitt in der Teildarstellung b der
Fig. 1 dargestellt ist. Die Dicke des Bandes 3 würde dabei etwa dem - Durchmesser eines einzigen Filaments 2 entsprechen. In der Praxis kommt es höchstens zu einer Annäherung an diesen Zustand.
- Beim Vorgang des Verbreiterns ist das Verhalten der Schlichte 4 von Bedeutung. Die gängigen Fasern 1 des Ausgangsmaterials, also vor allem Karbonfasern, werden überhaupt nur mit Auftrag einer Schlichte hergestellt und vertrieben. Wie
Fig. 1 erkennen lässt, umhüllt die Schlichte 4 nicht nur die Faser 1 von außen, sondern dringt auch in das Innere der Faser 1 ein, macht die Filamente 2 glatter und hält die Faser 1 durch Adhäsion zusammen, wodurch die textile Weiterverarbeitung erleichtert wird. Die Schlichte 4 schützt zudem gegen Korrosion und Abrieb, verbessert die Haftfähigkeit zur Matrix und schützt gegen mechanische Beschädigung. - Die Adhäsionswirkung der Schlichte 4 ist beim Spreizen der Fasern 1 des Ausgangsmaterials hinderlich. Durch gezieltes thermisches, mechanisches oder chemisches Einwirken auf die Fasern 1 und/oder Bänder 3 kann die Wirkung der Schlichte 4 und damit die Adhäsion zwischen den Filamenten 2 geschwächt werden, wodurch ein Spreizen erleichtert und der gespreizte Zustand stabilisiert wird. Besonders bekannt ist das thermische Schwächen der Adhäsion, indem die Fasern durch eine Heizeinrichtung transportiert werden, in der sich auch die Schlichte erwärmt und ihre Wirkung teilweise oder vollständig verliert. Ein mechanisches Einwirken kann darin bestehen, dass die Fasern in Querrichtung in Vibration versetzt werden. Schließlich ist auch das chemische Einwirken möglich, indem ein Verdünnungs- oder Lösemittel in bestimmter Konzentration auf die Fasern und damit auch auf die Schlichte einwirkt. In
Fig. 2 sind die Verhältnisse schematisch dargestellt. - Zwischen zwei Filamenten 2 besteht eine membranartige Verbindung durch die Schlichte 4, die beim Verbreitern der Faser 1 zunächst gedehnt wird, vgl.
Fig. 2a . In der Darstellung gemäßFig. 2b wird die verbindende Schlichte 4 bereits überdehnt; es wird erkennbar, dass das verbreiterte Band 3 das Bestreben hat, wieder elastisch zumindest teilweise in den Ausgangszustand zurückzukehren. GemäßFig. 3b ist die verbindende Schlichte 4 aufgebrochen; es besteht also keine Verbindung mehr zwischen den Filamenten 2. - Indem zum Beispiel durch Erwärmung der Einfluss der Schlichte 4 auf die Adhäsion zwischen den Filamenten 2 geschwächt wird, lassen sich Zwischenzustände einstellen, in denen eine dauernde Verbreiterung der Kabel 1 erzielt wird, im Übrigen aber die vorteilhafte Wirkung der Schlichte 4 nach Möglichkeit erhalten bleibt.
- Die für den Spreizvorgang vorteilhafte Verringerung der Adhäsion zwischen den Filamenten 2 wirkt sich auch auf das Verhalten der Bänder 3 aus, die zu einem Segment 5 (vgl.
Fig. 3 ) nebeneinander gelegt und zum Aufbau einer unidirektionalen Lage abgelegt werden. Auch zwischen den nebeneinander liegenden Bändern 3 besteht nämlich keine Adhäsion mehr, wenn die Wirkung der Schlichte 4 verringert worden ist. Die Bänder eines Segments haben somit untereinander keine Verbindung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser vermeintliche Nachteil in einen Vorteil verwandelt, indem die Bänder 3 im Segment 5 unverbunden bleiben und in diesem Zustand den Ablegevorgang durchlaufen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass Unterschiede in der mechanischen Längsspannung, die zwischen den einzelnen Bändern eines Segments 5 unvermeidlich bestehen, noch kurz vor der endgültigen Übergabe des Segments 5 an die Leger-Klemmeinrichtung der Verlegeeinrichtung ausgeglichen werden können. - In
Fig. 3 sind die Verhältnisse an einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist angenommen, dass die bereits verbreiterten Bänder 3a, 3b von einem Lieferanten bezogen und als Zwischenprodukt an den Standort der Multiaxialmaschine gebracht werden. Im Betriebsjargon spricht man hier vom "Offline-Spreizen". Die Bänder 3a, 3b sind bereits nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet, indem sie seitlich ohne merkliche Adhäsions- oder Kohäsionswirkung sind, also beim Nebeneinanderliegen unverbunden bleiben. Die Bänder 3a, 3b können jeweils für sich von Scheibenspulen eines Spulengatters abgezogen und zusammengeführt werden, bis sie parallel nebeneinander liegen. GemäßFigur 3 werden die Bänder 3a, 3b jedoch auf einem gemeinsamen Spulenkörper einer Scheibenspule 12 bereitgestellt, wobei die Bänder 3a, 3b seitlich unverbunden sind. Die Darstellung einer solchen Scheibenspule 12 in konkreter Form zeigtFigur 10 , wobei dort Kreuzspulen 17 für das Ausgangsmaterial dargestellt sind. Das jeweils vordere Ende dieser parallelen Faserschar wird von einem Greifer 6 quer über die Transporteinheit gezogen, an die Leger-Klemmeinrichtung übergeben, von der verbleibenden parallelen Faserschar abgetrennt und schließlich an der Transporteinrichtung befestigt. Diese Art des Verlegens kann bei intermittierend oder kontinuierlich bewegter Transporteinrichtung erfolgen. -
Fig. 3 zeigt nur die zum Verständnis des Prinzips erforderlichen Teile. Mit 6 ist der Greifer bezeichnet, der das aus zwei Bändern 3a, 3b bestehende Segment 5 quer über die nicht dargestellte Transporteinrichtung zieht, die unterhalb des Segments 5 verläuft und beispielsweise aus zwei Förderketten besteht. Die Zugrichtung ist durch den Richtungspfeil 7 angegeben. Eine Klemmeinrichtung 8 dient dazu, das Segment 5 festzuhalten, bis es mittels der Trenneinrichtung 9 von der parallelen zugeführten Faserschar abgetrennt wird. Damit liegt das einzelne Segment 5 als selbstständiges Teil vor und wird von einer Leger-Klemmeinrichtung 16 auf der nicht dargestellten Transporteinrichtung abgelegt. - Die
Figuren 3a und 3b zeigen den Zustand des Segments 5 kurz vor seiner Verlegung durch die Leger-Klemmeinrichtung. GemäßFig. 3a ist das Segment 5 nicht homogen abgelegt; denn die nach oben weisende Auswölbung 10 an dem in der Darstellung oberen Band 3a deutet einen Längenunterschied und damit eine unterschiedliche mechanische Längsspannung in dem Segment 5 an. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Bänder 3a und 3b seitlich nicht verbunden, weil Adhäsion nicht vorliegt und Maßnahmen zum Erzielen einer Querkohäsion zwischen den Bändern 3a und 3b nicht vorgenommen werden. - Ferner lässt der Greifer 6 trotz ausreichender Zugkraft einen Schlupf der Bänder 3a und 3b bei der Zugbewegung zu. Durch gezielte Werkstoff-Auswahl bei den die Bänder 3a, 3b ergreifenden Teilen des Greifers 6 lässt sich erreichen, dass der Greifer 6 einerseits eine ausreichende Zugkraft überträgt, andererseits aber eine Schlupfbewegung der Bänder 3a, 3b in dem Greifer 6 in gezielter Weise zulässt. Eine Ausgleichsbewegung kommt schon zustande, wenn der Greifer 6 die vorderen Enden der Bänder 3a, 3b, welche das Segment 5 bilden, quer über die Transporteinrichtung zieht. Ausschlaggebend ist aber, dass der Greifer 6 bei Abschluss seiner Verlegebewegung, wenn die Klemmeinrichtung 8 geschlossen ist, noch einmal eine kurze Spannbewegung durchführt und dabei die mechanische Längsspannung der Bänder 3a, 3b vereinheitlicht. Es kann sich dabei um eine sehr kurze Bewegung im Millimeter-Bereich handeln, die der Greifer 6 noch einmal gegenüber der Klemmeinrichtung 8 am Ablängende des Segmentes 5 durchführt. Sofort danach wird das Segment an die Leger-Klemmeinrichtung übergeben.
- Das straffer gespannte Band 3b gleitet somit zuletzt bei der Zugbewegung in dem Greifer 6, während das schlaffere Band 3a straff gezogen wird und zuletzt in dem Bereich zwischen dem Greifer 6 und der Klemmeinrichtung 8 dieselbe mechanische Längsspannung hat wie das Band 3b. Dieser Endzustand ist in
Fig. 3b gezeigt, in der die Änderung auch an dem Überstand des Bandes 3a gegenüber dem Band 3b außerhalb des Greifers 6 zu erkennen ist. - Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch an Multiaxialmaschinen durchführen, bei denen die Fasern des Ausgangsmaterials an die Maschine gebracht und an dieser selbst verbreitert werden. Diese Vorgehensweise wird im Betriebsjargon auch als "Online-Spreizen" bezeichnet. Üblich sind dabei stationär angeordnete Spreizaggregate, die sich zwischen dem Spulengatter und der Verlegeeinrichtung befinden. Auch wenn dabei am Ausgang des Spulengatters eine Ausgleichsschleife für die Fasern vorgesehen ist, kann nicht verhindert werden, dass die verbreiterten Bänder der Verlegeeinrichtung mit periodisch wechselnder Laufgeschwindigkeit zugeführt werden. Für die schon beschriebene Möglichkeit, beim Verlegen der Segmente einen Ausgleich unterschiedlicher mechanischer Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern eines Segmentes herbeizuführen, ändert sich dabei nichts.
- Die entgegen der Zugkraft des Greifers wirkende Rückstellkraft der Bänder kann im Falle des Online-Spreizens nämlich nicht nur durch die Scheibenspulen des Spulengatters herbeigeführt werden, sondern auch durch das Spreizaggregat. Das gilt umso mehr, als die Bänder die stationär angeordneten Spreizaggregate ohnehin nicht mit gleich bleibender Geschwindigkeit durchlaufen, insoweit durch die Rückwirkung der Ausgleichsbewegung kein grundsätzlich neuer Nachteil entsteht. Unter bestimmten Umständen kann auch hier wahlweise die ohnehin vorhandene Klemmeinrichtung für die Ausgleichsbewegung zu Hilfe genommen werden.
- Ein weiteres Straffen und Vergleichmäßigen der Segmente 5 kann dadurch vorgenommen werden, dass bei einer Transporteinrichtung in der Form von Förderketten diese beim Zulauf auf die endgültige Verbindungsstation leicht divergieren, wozu die an den Förderketten befindlichen Befestigungselemente für die Enden der Segmente 5 ebenfalls einen Schlupf der Bänder 3a, 3b zulassen müssen. Voraussetzung ist in jedem Fall, dass die einzelnen Bänder innerhalb eines Segments 5 und damit auch die Segmente 5 weitgehend adhäsionsfrei und kohäsionsfrei, also seitlich unverbunden sind und sich gegeneinander verschieben können. Das gilt auch dann, wenn jedes Band 3a, 3b für sich Querkohäsion aufweist.
-
Figur 4 ist eine schematische Zusammenstellung, welche die bisher besprochenen Einzelheiten zusammenfasst und die folgenden Darstellungen vorbereitet. Mit 11 ist eine Bearbeitungsstation bezeichnet, in der alle zum Spreizen und zum weiteren Behandeln der Fasern und/oder Bänder erforderlichen Einrichtungen zusammengefasst sind. Die Darstellung zeigt eine geschlossene Klemmeinrichtung 8 und einen Greifer 6 in Endposition. Der Spannungsausgleich ist dabei bereits erfolgt, wobei die erforderliche Rückstellkraft zum Greifer 6 durch die Spule des Spulengatters und/oder eine Spreizeinrichtung erfolgt ist. - In
Figur 5 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie die Fasern 1 a, 1 b des Ausgangsmaterials zunächst gemeinsam verbreitert und danach paarweise getrennt nachbehandelt werden. Die Fasern 1a, 1 b haben bereits die Ausgangsform eines verhältnismäßig dicken Bandes und werden deshalb von Scheibenspulen 12 abgezogen. Bei einer Ausgangsform von Fasern, die annähernd Kreisquerschnitt haben, sind Kreuzspulen die Standard-Lösung. Die Fasern 1a, 1 b werden durch die Walzen 13 eines Spreizaggregats geleitet und erfahren dadurch eine Verbreiterung zu Bändern 3a, 3b. Mittels Umlenkwalzen 14 werden die verbreiterten Bänder 3a, 3b paarweise getrennt, indem eine erste Gruppe 3a in einer ersten höher gelegenen Etage und eine zweite Gruppe der Bänder 3b in einer zweiten, tiefer gelegenen Etage weiter behandelt wird. Dabei sind die Bänder 3a, 3b in jeder Etage auch seitlich voneinander beabstandet. Mit 15 ist eine Beeinflussungsstation bezeichnet, mit der gezielt auf die Bänder 3a der oberen Etage eingewirkt wird. Eine entsprechende Bearbeitungsstation 15 kann auch für die Bänder 3b der unteren Etage vorgesehen sein. Die Beeinflussung kann darin bestehen, dass die Bänder 3a, 3b beheizt werden, wodurch die Wirkung der Schlichte und die gegenseitige Adhäsion der Filamente 2 in den Bändern 3a, 3b herabgesetzt wird. Auf diese Weise wird die durch das Spreizen erzielte Verbreiterung der Fasern 1a, 1 b zu Bändern 3a, 3b stabilisiert. Außerdem wird das seitliche Adhäsionsvermögen der Bänder herabgesetzt, so dass die Bänder 3a, 3b praktisch unverbunden bleiben, wenn sie nach Durchlaufen der letzten Umlenkrolle 14 wieder zusammengeführt werden. In ähnlicher Weise kann die Beeinflussungsstation 15 oder eine weiter daneben angeordnete Beeinflussungsstation dazu dienen, ein Querkohäsionsmittel auf jedes der Bänder 3a, 3b für sich getrennt aufzubringen. Die Art der Bandführung bewirkt auch in diesem Fall, dass nach Verlassen der Bearbeitungsstation 11 zwar jedes der Bänder 3a, 3b für sich zusätzlich eine Querkohäsion aufweist, dass diese Querkohäsion aber nicht zwischen den Bändern 3a, 3b wirksam ist. - Ferner kann in einer derartigen Beeinflussungsstation 15 ein Kohäsionsmittel auf die Bänder 3a, 3b aufgebracht werden, das zunächst latent bleibt, aber zu einem gewünschten Zeitpunkt aktiviert werden kann, wenn zwei unidirektionale Lagen aufeinander abgelegt sind. Das Aktivieren kann beispielsweise durch Wärmeeinwirkung oder Bestrahlung erfolgen.
- Je nach Art der zu verlegenden Faser ist es nicht in jedem Fall erforderlich, die Bänder 3a, 3b zur gezielten Beeinflussung ihres Adhäsionsverhaltens in verschiedenen Etagen zu behandeln.
Figur 6 zeigt eine Verfahrensführung für den Fall, dass die gezielte Beeinflussung auch bei nebeneinander liegenden Bändern 3a, 3b wirksam ist. Wenn die Wirkung der Schlichte so weit abgeschwächt ist, dass die Spreizwirkung erhalten bleibt und die Adhäsion zwischen den Filamenten herabgesetzt ist, so liegen auch hierbei Bänder 3a, 3b vor, die in Längsrichtung zum Ausgleich von Längen- und Spannungsunterschieden gegeneinander verschoben werden können. - Zudem ist in
Figur 6 schematisch aufgezeigt, dass die Beeinflussungsstation 15 in der Laufrichtung 7 der Bänder 3a, 3b gesehen vor, genau über oder hinter den Walzen 13 des Spreizaggregates angeordnet sein kann. Es kommt stets darauf an, den Spreizprozess durch gezieltes Einwirken auf die Fasern 1a, 1 b und/oder Bänder 3a, 3b überhaupt zu ermöglichen, dabei aber auch das Spreizergebnis beizubehalten und zu erreichen, dass die gespreizten Bänder 3a, 3b unverbunden bleiben, auch wenn sie parallel nebeneinander liegen. - Die erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mit besonderem Vorteil bei solchen multiaxialen Maschinen durchführen, bei denen das Spreizaggregat nicht stationär angeordnet, sondern zusammen mit dem Spulengatter als eine gemeinsame bauliche Einheit gesteuert bewegt wird. Die Bewegung dieser baulichen Einheit erfolgt dabei nach Maßgabe des in der Zeiteinheit wechselnden Bedarfs der Verlegeeinrichtung an Bändern, und zwar in der Weise, dass die Fasern des Ausgangsmaterials mit konstanter Geschwindigkeit von den Spulen des Spulengatters abgezogen werden und auch mit konstanter Geschwindigkeit das Spreizaggregat durchlaufen. Eine derartige Multiaxialmaschine und ihre Verfahrensweise sind in der älteren, aber nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung der Anmelderin mit der Nummer
07 011 718.9 - Zum bessern Verständnis der vorliegenden Anmeldung werden aber die wichtigsten Einzelheiten der älteren Anmeldung im Folgenden anhand der
Figuren 7 bis 9 beschrieben. Im Unterschied zu der vorangegangenen Beschreibung mit denFiguren 1 bis 6 beginnen die Bezugsziffern in denFiguren 7 bis 9 mit der Ziffer 21. - In
Figur 7 ist mit der Bezugsziffer 21 ein Maschinengestell bezeichnet, das einen seitlichen Anbau einer Multiaxialmaschine bilden kann, vgl. hierzu dieFigur 9 . Das Maschinengestell 21 weist eine Laufbahn in Form von Führungsschienen 22 auf. Auf diesen ist die gemeinsame bauliche Einheit in der Form eines Laufwagens 23 mittels Laufrollen 24 verfahrbar. Der Laufwagen 23 trägt ein Spulengatter 25 und ein Spreizaggregat 26, das als Durchlaufeinheit ausgebildet ist. Das Spulengatter 25 besteht aus einer Vielzahl von Spulen 27, auf denen als Spulenmaterial einzelne Fasern 28, beispielsweise Karbonfasern oder Aramidfasern, aufgewickelt sind. - Die einzelnen Fasern 28 werden über Umlenkrollen 29 von den Spulen 27 abgezogen und durch das Spreizaggregat 26 geführt. Für die Anordnung der Spulen 27 und der Umlenkrolle 29 ist es maßgeblich, dass die abgezogenen einzelnen Fasern 28 vor Eintritt in das Spreizaggregat 26 sich gegenseitig nicht berühren. Die Spulen 27 sind mit Bremsvorrichtungen ausgestattet, damit die mechanische Spannung in den abgezogenen Fasern 28 eingestellt und kontrolliert werden kann. Die Umlenkrollen 29 müssen ebenso wie etwa vorhandene Führungsösen oder ähnliche Führungsglieder eine glatte Oberflächen haben, damit sie das empfindliche Spulenmaterial nicht beschädigen. Um eine gegenseitige Berührung der abgezogenen Fasern 28 auszuschließen, sind die einzelnen Spulen 27 und Umlenkrolle 29 nicht nur in der Höhe, sondern auch seitlich versetzt, vgl. die
Figur 8 . Für die Ausführung des Spreizaggregates 26 sind zahlreiche Vorschläge bekannt. Beispielsweise können die Fasern 28 verbreitert werden, indem sie über Walzen geleitet werden, die in ihrer Achsrichtung vibrieren oder beheizt sind. Auch die Behandlung mit rotierenden, gekrümmten Walzen zum Zwecke des Spreizens oder Verbreiterns gehört zum Stand der Technik. Dabei können die verschiedenen Methoden auch gemeinsam angewandt werden. Ziel dieser Behandlung ist es immer, die dicken einzelnen Fasern 28 des Ausgangsmaterials, vor allem Karbonfasern, zu flachen Bändern 30 mit einem Flächengewicht von höchstens 300 g/m2 umzuformen, die parallel verlaufend nebeneinander liegen. In denFiguren 8 und9 sind die Bänder 30 dicht aneinander liegend dargestellt. Es ist jedoch auch eine andere Anordnungsweise möglich, wie das anhand derFiguren 1 bis 6 schon ausgeführt worden ist. - In
Figur 9 ist gezeigt, wie die auf einem Laufwagen 23 angeordnete bauliche Einheit aus Spulengatter 25 und Spreizaggregat 26 der Multiaxialmaschine räumlich zugeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt. Von der Multiaxialmaschine sind nur die beiden üblichen Förderketten 32a, b angedeutet, deren obere Hälften sich in der Transporteinrichtung gemäß den Richtungspfeilen 38 bewegen. Ein Pfeil 39 zeigt die Verlegerichtung der auf dem Laufwagen 23 bereitgestellten Bänder 30 an. - Die von dem Laufwagen 23 bereitgestellte Faserschar 30 wird mittels einer Verlegeeinrichtung 33 an die Förderketten 32a, b übergeben. Ihre Funktion besteht darin, einen Abschnitt der auf dem Laufwagen 23 bereitgestellten Schar der Bänder 30 zu übernehmen, über die Förderketten 32a, b zu führen, von dem endlosen Vorrat abzutrennen und schließlich an die Befestigungseinrichtungen zu übergeben, die sich an den Förderketten 32a, b befinden. Wie die
Figur 9 zeigt, ist das Maschinengestell 21 für den Laufwagen 23 in der Verlegerichtung 39 der Bänder 30 seitlich anschließend an die Multiaxialmaschine angeordnet. Oder anders ausgedrückt, der Laufwagen 23 mit dem Spulengatter 25 und dem Spreizaggregat 26 bewegt sich in der Verlegerichtung 39 der Bänder 30 gesteuert angetrieben hin und her. - In der
DE 102 14 140 B1 der Anmelderin ist bereits eine Verlegeeinrichtung beschrieben und dargestellt, mit der eine Faserschar von einem endlosen Vorrat bereitgestellt, in abzutrennenden, abgelängten Abschnitten über die Förderketten 32a, b einer Multiaxialmaschine überführt und schließlich in Klemmeinrichtungen befestigt wird, die sich an den Förderketten befinden. Eine derartige Verlegeeinrichtung kann auch für die in der vorliegenden Anmeldung vorausgesetzten verbreiterten Bänder 30 mit einem Flächengewicht von höchstens 300 g/m2 in Betracht kommen. - Mit der Bezugsziffer 31 ist in
Figur 9 eine lösbare Klemmeinrichtung bezeichnet, die als Halte-und Erfassungseinrichtung dient und das vordere freie Ende der das Spreizaggregat 26 verlassenden Bänder 30 so lange festhält, bis es über die Förderketten 32a, b geführt wird. Hierzu dient ein Greifer 35, der entlang einer Führungsbahn 34 quer zu der Förderrichtung 38 der Förderketten 32a, b hin und her beweglich gesteuert angetrieben ist. Die Führungsbahn 34 verläuft daher ebenfalls in der Verlegerichtung 39 der Bänder 30. Bei gelöster Klemmeinrichtung 31 übernimmt der Greifer 35 die freien Enden der Bänder 30 und führt sie quer über die Förderketten 32a, b. Der über den beiden Förderketten 32a, b befindliche bandförmige Abschnitt der Faserschar 30 wird sodann von einer nicht dargestellten Trenneinrichtung abgetrennt, die sich im Bereich der Klemmeinrichtung 11 befindet, und wird damit zu einem getrennten Segment 30a. Die neu entstandenen freien Enden der noch auf dem Laufwagen befindlichen Bänder 30 sind dann wieder von der Klemmeinrichtung 31 gehalten. Das über den Förderketten 32a, b befindliche abgelängte Segment 30a hingegen wird an seinen beiden Enden von einer ebenfalls zur Verlegeeinrichtung 33 gehörenden Leger-Klemmeinrichtung 36 erfasst, die in der Richtung der Förderketten 32a, b hin und her beweglich gesteuert angetrieben ist. Die Leger-Klemmeinrichtung 36 übergibt schließlich das Segment 30a an nicht dargestellte Klemmeinrichtungen, die sich an den Förderketten 32a, b befinden. Das Segment 30a ist damit endgültig ein Teil der verlegten unidirektionalen Faserlage 37 geworden. - In
Figur 9 ist eine Bewegungsphase dargestellt, bei der die Klemmeinrichtung 31 geschlossen ist und der Greifer 35 zwar bereits die freien Enden der Bänder 30 erfasst hat, sich aber noch in Ruhe befindet. In der Folge arbeiten der Laufwagen 23, die Klemmeinrichtung 31, der Greifer 35 sowie die Leger-Klemmeinrichtung 36 taktweise zusammen, wobei der Laufwagen 23 um die Länge L (Figur 9 ) nach Maßgabe der Bewegung des Greifers 35 hin- und herbewegt wird. - Der Ausgleich von Unterschieden in der Längsspannung der Bänder 30 erfolgt auch bei der Multiaxialmaschine gemäß den
Figuren 7 bis 9 im Zusammenwirken zwischen den Spulen 27 des Spulengatters 25, dem Spreizaggregat 26, der Klemmeinrichtung 31 und dem Greifer 35. Wenn der Greifer 35 seinen Transport- oder Verlegehub durchführt und eine Gruppe von Bändern 30 quer über die Förderketten 32a, 32b zieht, wird die Rückstellkraft der Bänder 30 durch die Spulen 27 und das Spreizaggregat 26 aufgebracht. Der Greifer 35 muss in diesem Fall die Bänder 30 klemmend fest, also ohne jeden Schlupf ergreifen und ziehen. Wenn das vordere Ende der Gruppe der Bänder 30 abgetrennt ist, und der Laufwagen 23 sich zurückbewegt, ist das Vorratsende der Bänder 30 in der Klemmeinrichtung 31 schlupffrei gehalten. Der Laufwagen 23 übt eine Zugwirkung auf das neu entstehende Vorratsende aus, wobei die erforderliche Zugkraft, die auf die Bänder 30 einwirken muss, durch die Spulen 27 und das Spreizaggregat 26 zustande kommt. - Das Ergebnis der Verfahrensweise nach den
Figuren 7 bis 9 ist eine sehr gleichmäßig verlegte unidirektionale Lage 37. Es beruht auf den folgenden Maßnahmen, dass die zu Segmenten 30a zusammengefassten Bänder 30 besonders eben und regelmäßig nebeneinander liegen: - die Fasern 28 des Ausgangsmaterials werden mit gleich bleibender Geschwindigkeit von den Spulen des Spulengatters 25 abgezogen;
- die Fasern 28 und Bänder 30 durchlaufen das Spreizaggregat 26 ebenfalls mit gleich bleibender Geschwindigkeit;
- im Zusammenwirken des Greifers 6, 35 mit der Rückstellkraft der Bänder 3, 3a, 3b, 30 kann ein Ausgleich von Spannungsunterschieden zwischen den einzelnen Bändern erfolgen, und
- (bei der Vorgehensweise nach Anspruch 4 der Anmeldung:) die ebene Anordnung und glatte Oberfläche der Segmente wird nicht durch von außen aufgeprägte Maßnahmen zur Bildung einer Querkohäsion gestört.
-
- 1, 1a, 1b
- Faser (Ausgangsmaterial)
- 2
- Filament
- 3, 3a, b
- Band (gespreiztes Ausgangsmaterial)
- 4
- Schlichte
- 5
- Segment
- 6
- Greifer
- 7
- Verlegerichtung
- 8
- Klemmeinrichtung
- 9
- Trenneinrichtung
- 10
- Auswölbung
- 11
- Bearbeitungsstation
- 12
- Scheibenspulen
- 13
- Walzen des Spreizaggregates
- 14
- Umlenkwalzen
- 15
- Beeinflussungsstation
- 16
- Leger-Klemmeinrichtung
- 17
- Kreuzspule
-
- 21
- Maschinengestell, seitlicher Anbau
- 22
- Führungsschienen
- 23
- gemeinsame bauliche Einheit, Laufwagen
- 24
- Laufrollen
- 25
- Spulengatter
- 26
- Spreizaggregat
- 27
- Spule
- 28
- Fasern (Ausgangsmaterial)
- 29
- Umlenkrollen
- 30
- Bänder
- 30a
- Segment
- 31
- Klemmeinrichtung (Halte- und Erfassungseinrichtung)
- 32a, b
- Förderketten
- 33
- Verlegeeinrichtung
- 34
- Führungsbahn
- 35
- Greifer
- 36
- Leger-Klemmeinrichtung
- 37
- unidirektionale Lage
- 38
- Richtungspfeil für die Förderrichtung der Förderketten
- 39
- Pfeil für die Verlegerichtung der Bänder
- 40
- Bewegungspfeil (Greifer)
- 41
- Bewegungspfeil (Leger-Klemmeinrichtung)
- 42
- Bewegungspfeil (Laufwagen)
- L
- veränderlicher Abstand
Claims (32)
- Verfahren zum Herstellen eines multiaxialen Fadengeleges in der Form einer endlosen Bahn, die sich auf einer Transporteinrichtung befindet und sich mit dieser in ihrer Längsrichtung bewegt, wobei nacheinander unidirektionale Faserlagen mit wechselnder Längsrichtung ihrer Fasern aufeinander abgelegt und vorübergehend an der Transporteinrichtung fixiert werden, mit den folgenden Verfahrensschritten:a) das Ausgangsmaterial der unidirektionalen Faserlagen sind aus Filamenten bestehende Fasern, die mit einer Schlichte versehen sind;b) vor dem Verlegen zu einem multiaxialen Fadengelege werden die Fasern in einem Spreizprozess verbreitert, wobei jede Faser zu einem Band verformt wird, dessen Flächengewicht höchstens 300 g/m2 beträgt;c) die unidirektionalen Faserlagen werden in Form von nebeneinander liegenden einzelnen Segmenten abgelegt, von denen jedes aus mindestens zwei Bändern besteht, wobei die Längsrichtung der Bänder und damit auch der Segmente unter einem Winkel zur Längs- und Bewegungsrichtung des entstehenden bahnförmigen Fadengeleges verläuft;
dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden weiteren Verfahrenschritte vorgesehen sind:d) den einzelnen Bändern (3, 3a, 3b, 30) wird vor dem Zusammenfügen zu den Segmenten (5, 30a) eine Querkohäsion in der Weise erteilt, dass die nebeneinander liegenden Bänder (3, 3a, 3b, 30) innerhalb des Segments (5, 30a) im Wesentlichen unverbunden bleiben;e) in diesem Zustand durchlaufen die Segmente (5, 30a) den gesamten Ablegevorgang, wobei ein Zusammenhalt zwischen den Bändern (3, 3a, 3b, 30) und zwischen den Segmenten (5, 30a) der verschiedenen unidirektionalen Faserlagen durch das vorübergehende Fixieren an der Transporteinrichtung erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ablegevorgang ein Greifer (6, 35) die Bänder (3, 3a, 3b, 30) zur Bildung der Segmente (5, 30a) quer über die Transporteinrichtung zieht, wobei im Zusammenwirken zwischen der Zugkraft des Greifers (6, 35) und der Rückstellkraft der Bänder (3, 3a, 3b, 30) ein Ausgleich unterschiedlicher mechanischer Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern (3, 3a, 3b, 30) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen der Querkohäsion benachbarte Bänder (3, 3a, 3b, 30) sich seitlich in einem Abstand voneinander befinden.
- Verfahren zum Herstellen eines multiaxialen Fadengeleges in der Form einer endlosen Bahn, die sich auf einer Transporteinrichtung befindet und sich mit dieser in ihrer Längsrichtung bewegt, wobei eine Verlegeeinrichtung nacheinander zumindest zwei unidirektionale Faserlagen mit wechselnder Längsrichtung ihrer Fasern aufeinander ablegt und diese Faserlagen vorübergehend an der Transporteinrichtung fixiert werden, mit den folgenden Verfahrensschritten:a) das Ausgangsmaterial der unidirektionalen Faserlagen sind aus Filamenten bestehende Fasern, die mit einer Schlichte versehen sind;b) vor dem Verlegen zu einem multiaxialen Fadengelege werden die Fasern in einem Spreizprozess verbreitert, wobei jede Faser zu einem Band verformt wird, dessen Flächengewicht höchstens 300 g/m2 beträgt;c) die unidirektionalen Faserlagen werden in der Form von nebeneinander liegenden einzelnen Segmenten abgelegt, von denen jedes aus mindestens einem Band besteht, wobei die Längsrichtung der Bänder und damit auch der Segmente unter einem Winkel zur Längsrichtung des entstehenden bahnförmigen Fadengeleges verläuft und ein Greifer der Verlegeeinrichtung die Bänder zur Bildung der Segmente quer über die Transporteinrichtung zieht;
dadurch gekennzeichnet,
dass durch gezieltes Einwirken auf die Fasern (1, 1a, 1b, 28) und/oder Bänder (3, 3a, 3b, 30) vor dem Verlegen die Adhäsionswirkung der Schlichte (4) zwischen den Filamenten (2) der Fasern (1, 1a, 1b, 28) und/oder Bänder (3, 3a, 3b, 30) herabgesetzt wird und die Verfahrensführung derart erfolgt, dass auch dicht nebeneinander liegende Bänder (3, 3a, 3b, 30) im Wesentlichen unverbunden bleiben, und dass die Bänder (3, 3a, 3b, 30) in diesem Zustand den gesamten Verlegevorgang durchlaufen, wobei im Zusammenwirken zwischen der Zugkraft des Greifers (5, 30a) und der Rückstellkraft der Bänder (3, 3a, 3b, 30) ein Ausgleich unterschiedlicher mechanischer Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern (3, 3a, 3b, 30) erfolgt und der Zusammenhalt zwischen den Bändern (3, 3a, 3b, 30) und Segmenten (5, 30a) innerhalb der unidirektionalen Lage durch das vorübergehende Fixieren an der Transporteinrichtung erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bereits gespreizten Bänder (3a, 3b) als fertiges Zwischenprodukt auf Scheibenspulen (12) bereitgestellt, von einem Spulengatter abgezogen und dem Greifer (6) zugeführt werden, wobei ein definierter Schlupf der Bänder (3a, 3b) im Greifer (6) vorgesehen ist und beim Ausgleich der unterschiedlichen mechanischen Längsspannungen alle Bänder (3a, 3b) an dem dem Greifer (6) abgewandten Ende des Segments (5) in einer Klemmeinrichtung (8) fixiert sind.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bereits gespreizten Bänder (3a, 3b) des Zwischenprodukts auf mindestens einem gemeinsamen Spulenkörper einer Scheibenspule (12) bereitgestellt werden, auf dem mindestens zwei gespreizte Bänder (3a, 3b) nebeneinander, aber unverbunden aufgewickelt sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbreitern der Fasern (3a, 3b) an der Multiaxialmaschine zur Herstellung des multiaxialen Fadengeleges erfolgt, wobei die von einem Spulengatter abgezogenen Fasern (1, 1a, 1b) des Ausgangsmaterials ein stationär angeordnetes Spreizaggregat durchlaufen und in der Form der verbreiterten Bänder (3a, 3b) dem Greifer (6) zugeführt werden, wobei beim Ausgleich der unterschiedlichen mechanischen Längsspannungen alle Bänder (3a, 3b) in dem Greifer (6) fixiert sind und die Rückstellkraft der Bänder (3a, 3b) von den Spulen des Spulengatters und der Spreizeinrichtung aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sind:a) das Verbreitern der Fasern (28) erfolgt an der Multiaxialmaschine zur Herstellung des multiaxialen Fadengeleges, wobei die von einem Spulengatter (25) abgezogenen Fasern (28) ein Spreizaggregat (26) durchlaufen;b) das Spulengatter (25) wird zusammen mit dem Spreizaggregat (26) als eine gemeinsame bauliche Einheit (23) in der Weise gesteuert bewegt, dass der Abstand L zwischen der gemeinsamen baulichen Einheit (23) und der Verlegeeinrichtung (33) gezielt verändert wird;c) die Bewegung der gemeinsamen baulichen Einheit (23) erfolgt nach Maßgabe des in der Zeiteinheit wechselnden Bedarfs der Verlegeeinrichtung an Bändern (30) derart, dass die Fasern (28) des Ausgangsmaterials das Spreizaggregat (26) mit konstanter Geschwindigkeit durchlaufen,d) dabei sind zum Ausgleich unterschiedlicher mechanischer Längsspannungen zwischen den einzelnen Bändern (30) eines Segments (30a) dessen Enden im Greifer (35) fixiert, und die Rückstellkraft der Bänder (30) wird von den Spulen (27) des Spulengatters (25) und dem Spreizaggregat (26) aufgebracht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 30a) gassenfrei nebeneinander oder mit einer Überlappung oder mit einem Abstand zueinander abgelegt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Einwirken vor, während oder nach dem Spreizen vorgenommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Einwirken mechanisch, thermisch oder chemisch vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ablegen der Segmente (5, 30a) auf eine der Faserlagen ein Kohäsionsmittel aufgebracht wird, welches nach dem Ablegen der Segmente (5, 30a) thermisch aktiviert wird und die Faserlagen miteinander verbindet.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Bänder gassenfrei, mit Überlappung oder beabstandet voneinander abgelegt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung ein bewegter Träger ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass der Träger eine textile Lage des multiaxialen Fadengeleges selbst ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablage aller unidirektionalen Faserlagen das multiaxiale Fadengelege einer Verbindungsstation zugeführt wird, in der alle Faserlagen miteinander vernäht, verwirkt oder kalandriert werden.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung aus Transportketten besteht, welche kurz vor dem Fixieren der Lagen quer zu ihrer Transportrichtung leicht divergieren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Faser (1, 1a, 1b, 28) separat gespreizt wird.
- Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (1, 1a, 1b, 28) beim Spreizen in unterschiedlichen Ebenen geführt werden, so dass alle Fasern (1, 1a, 1 b, 28) seitlich frei liegen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (1, 1a, 1 b, 28) zumindest einer unidirektionalen Faserlage aus diskontinuierlichen Filamenten bestehen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Fasern (1, 1a, 1b, 30a) Kohlenstoff, Keramik, Glas, Aramid, eine Mischung davon ist oder aus deren Vor oder Zwischenprodukten besteht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei welchem die Filamentzahl der Fasern (1, 1a, 1b, 30a) zumindest 12K ist.
- Unidirektionale Faserlage mit einem Flächengewicht von höchstens 300 g/m2, bestehend aus einer Lage von parallel nebeneinander angeordneten Bändern, die durch Verbreitern von Fasern entstanden sind, die ihrerseits aus einer Vielzahl von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Filamenten bestehen und als Ausgangsmaterial mit einer Schlichte versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Band (3, 3a, 3b, 30) mit einem Mittel zum Erzielen einer Querkohäsion versehen ist, dass aber die nebeneinander liegenden Bänder (3, 3a, 3b, 30) im Wesentlichen unverbunden sind.
- Unidirektionale Faserlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Querkohäsionsmittel ein Klebemittel ist, welches vor dem Ablegen der unidirektionalen Lage aufgebracht wird und nach dem Ablegen aktiviert wird.
- Unidirektionale Faserlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Querkohäsionsmittel ein durch Wärme aktivierbares Mittel ist.
- Unidirektionale Faserlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Querkohäsionsmittel ein chemisches Bindemittel ist.
- Unidirektionale Faserlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkohäsion durch mechanisch oder hydraulisch wirkende Mittel aufgebracht wird.
- Unidirektionale Faserlage mit einem Flächengewicht von höchstens 300 g/m2, bestehend aus einer Lage von parallel nebeneinander angeordneten Bändern, die durch Verbreitern von Fasern entstanden sind, die ihrerseits aus einer Vielzahl von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Filamenten bestehen und als Ausgangsmaterial mit einer Schlichte versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Grenzflächen zwischen den einzelnen Bändern (3, 3a, 3b, 30) die Adhäsionswirkung der Schlichte herabgesetzt ist und die Bänder (3, 3a, 3b, 30) im Wesentlichen unverbunden sind.
- Multiaxiales Fadengelege, mit den folgenden Merkmalen:a) das Fadengelege besteht aus übereinander abgelegten unidirektionalen Faserlagen;b) mindestens eine Faserlage hat ein Flächengewicht von höchstens 300 g/m2 und besteht aus parallel nebeneinander angeordneten Bändern, die durch Verbreitern von Fasern entstanden sind, die ihrerseits aus einer Vielzahl von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Filamenten bestehen und als Ausgangsmaterial mit einer Schlichte versehen sind;c) die übereinander angeordneten unidirektionalen Faserlagen sind miteinander verbunden,
dadurch gekennzeichnet,d) dass die zu einer unidirektionalen Faserlage gehörenden Bänder (3, 3a, 3b, 30) überwiegend durch die benachbarten unidirektionalen Faserlagen miteinander verbunden sind,e) dass die seitlichen Berührungsbereiche der Bänder (3, 3a, 3b, 30) innerhalb einer unidirektionalen Faserlage im Wesentlichen adhäsionsfrei sind,f) und dass die einzelnen Bänder (3, 3a, 3b, 30) jeweils für sich mit einem Querkohäsionsmittel versehen sind. - Multiaxiales Fadengelege, mit den folgenden Merkmalen:a) das Fadengelege besteht aus übereinander abgelegten unidirektionalen Faserlagen;b) mindestens eine Faserlage hat ein Flächengewicht von höchstens 300 g/m2 und besteht aus parallel nebeneinander angeordneten Bändern, die durch Verbreitern von Fasern entstanden sind, die ihrerseits aus einer Vielzahl von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Filamenten bestehen und als Ausgangsmaterial mit einer Schlichte versehen sind;c) die übereinander angeordneten unidirektionalen Faserlagen sind miteinander verbunden,
dadurch gekennzeichnet,d) dass die zu einer unidirektionalen Faserlage gehörenden Bänder (3, 3a, 3b, 30) überwiegend durch die benachbarten unidirektionalen Faserlagen miteinander verbunden sind, währende) die seitlichen Berührungsbereiche der Bänder (3, 3a, 3b, 30) innerhalb einer unidirektionalen Faserlage im Wesentlichen adhäsionsfrei sind, indem die Adhäsionswirkung der Schlichte herabgesetzt ist. - Multiaxiales Fadengelege nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Fasern (1, 1a, 1b, 30a) Kohlenstoff, Keramik, Glas, Aramid, eine Mischung davon ist oder aus deren Vor- und Zwischenprodukten besteht.
- Multiaxiales Fadengelege nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukt Fasern (1, 1a, 1b, 30a) mit einer Filamentzahl von zumindest 12K dienen.
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