EP3132074B1 - Verfahren und vorrichtung zum spreizen eines faserstrangs - Google Patents

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EP3132074B1
EP3132074B1 EP15713143.4A EP15713143A EP3132074B1 EP 3132074 B1 EP3132074 B1 EP 3132074B1 EP 15713143 A EP15713143 A EP 15713143A EP 3132074 B1 EP3132074 B1 EP 3132074B1
Authority
EP
European Patent Office
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fibre
strand
splaying
station
accordance
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15713143.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3132074A1 (de
Inventor
Jürgen Keppel
Andy Rakovac
Thomas Holtmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Original Assignee
C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH filed Critical C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Publication of EP3132074A1 publication Critical patent/EP3132074A1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • 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 method and a device for spreading a fiber strand, which has an initial width and an initial thickness, to a band-shaped fiber strand having a larger end width and with a smaller final thickness, wherein the fiber strand consists of endless multifilament fibers.
  • fiber strands of polymer fibers have long been known and is used in fiber strands of polymer fibers to improve physical properties, since the spreading, for example, eliminates twists of the filaments in the fiber strand and a fiber strand is achieved with rectified filaments.
  • fiber strands made of carbon fibers striving in particular strives to achieve a lower basis weight of the fabrics or scrims produced from these fiber strands.
  • fabrics or scrims can be used in particular for composites.
  • such a composite material is formed by coating a fibrous web or scrim or other fabric of reinforcing filaments, such as carbon fibers, with a thermoplastic matrix and compressing such precursor (prepreg).
  • a spreading of a fiber strand is achieved in different ways.
  • One possibility is to charge the fiber strand in an electric field, whereby the filaments mutually repel and separate in this way.
  • Such a spreading method is energy-intensive and can only be applied to fiber strands which are electrically conductive and thus electrically rechargeable. Glass or textile fibers, for example, must be impregnated before such spreading process.
  • vibrations are introduced into the fiber strand for spreading.
  • US 5,042,111 and US 3,704,485 a method where sound waves are generated by a loudspeaker and a vibrating air cushion spreads a fiber strand.
  • Such a method is very difficult to control and leads to uneven end widths of the fiber strand.
  • Better transmission of the vibrations to a fiber strand is achieved when the sound is introduced into a liquid, such as water.
  • a disadvantage of this method is that the sizing surrounding the filaments changes in the water bath. This can also lead to a chemical change depending on the nature of the size.
  • the ratio of fiber to sizing is influenced in the fiber strand, which is not desirable.
  • a further disadvantage of the method is that the spread sliver emerging from the water must be dewatered and dried. Such a drying process is energy-intensive, so that a drying is preceded by a mechanical drainage.
  • the spread bands fed to a squeezing It has been shown that with such a squeezing process in addition to the drainage also an additional spreading takes place. Further developments were therefore concerned with the spreading of a dry fiber strand with similar arrangements, in particular a zig-zag guidance of the fiber strand over different rolls and optionally via vibration rods.
  • the fiber strand is heated before, during and after spreading by means of a heater to thermally or chemically break up the sizing existing on the fibers, which on the one hand affects the sizing and on the other hand causes energy costs.
  • a change in sizing is not desirable because the sizing in the fiber strand is needed for further processing operations.
  • the object of the present invention is therefore to provide a more cost-effective method of spreading fiber strands, which is applicable to fiber strands of different nature and in particular does not affect the ratio of sizing to fiber in the fiber strand.
  • the inventive method is used for spreading a fiber strand, which has an initial width (extension in the y direction) and initial thickness (expansion in the z direction), to a band-shaped fiber strand with a larger Endholee and with a lower final thickness, ie a broadening of the fiber strand transverse to his Longitudinal direction (x-direction).
  • the method is applicable to all fiber strands of endless multifilament fibers, ie on Ceramics fibers such as silicate, basalt, glass, silicon carbide, metals such as steel, aluminum, titanium, aramid such as Kevlar, but also for polymer fibers.
  • the aim of the spreading can be solely the improvement of the physical properties or in particular the lower basis weight.
  • Multifilament fibers having a different number of filaments can be used, from 1K fibers containing 1000 filaments, but also, for example, 50K filaments having 50,000 filaments.
  • the fiber strand to be spread is moved starting from a development in the fiber longitudinal direction, passed through a spreading station, where a spreading takes place and then the spread band-shaped fiber strand is wound or introduced immediately into the further manufacturing process.
  • the fiber strand is exposed to vibrations in the spreading station without the use of a fluid, such as air cushion or a liquid.
  • a fluid such as air cushion or a liquid.
  • ultrasonic waves are used, which are transmitted by a sonotrode.
  • the sonotrode contacts the fiber strand from above or below.
  • the mechanical vibrations are in z-direction, i. introduced perpendicular to the longitudinal direction (x-direction) of the fiber strand, whereby this widens in the transverse direction (y-direction).
  • the oscillations used here have a frequency of 15 to 80 kHz, preferably between 20 and 40 kHz. At frequencies less than 20 kHz, very large sonotrodes are to be used, which significantly increase the overall device and make it more expensive. Although the sonotrode decreases for the initiation of frequencies greater than 40 kHz, the process tolerance decreases to the same extent.
  • the ultrasound transducers are equipped with interchangeable sonotrodes, which initiate the high-frequency mechanical oscillations (ultrasound) into the fiber strand via their end faces.
  • one or more sonotrodes can be used.
  • the fiber strands may become sonotrodes wrap around, wherein the angle of attack is changeable to the contact surface of the sonotrode.
  • a fiber strand In a fiber strand, the individual filaments are surrounded by a size.
  • the composition of the size varies according to the manufacturer of the fibers. Adhesives are known on the epoxy.
  • Adhesives are known on the epoxy.
  • Such a sizing facilitates the processing of the fiber strands.
  • carbon fibers have a high tensile strength in the longitudinal direction, but can break very easily transversely to the fiber longitudinal direction.
  • the sizing causes the fibers to stick together, making it difficult to spread the fiber strand.
  • the sizing does not change on the filaments of the fiber strand in the spreader station. On the one hand, there is no chemical change, since the sizing does not come into contact with any medium.
  • the ratio of fiber to sizing does not change throughout the process.
  • the vibrations induced by the sonotrode lead to friction in the fiber strand, which generates heat and softens the sizing and facilitates spreading of the fiber strand.
  • Conductive fibers such as carbon fibers, additionally contribute to heat conduction. Since this softening of the size takes place only in the region of the contact surface of the sonotrode and immediately thereafter a cooling of the fiber strand takes place again, the size / fiber ratio does not change.
  • the fiber strand As it passes through the spreading station, the fiber strand is kept under tension. This state of tension is adjustable and preferably the same over the entire process in order to achieve the most uniform possible spreading. The achievable spread width is dependent on this state of stress. The higher the tension, ie the firmer the fiber strand is held, the lower the spread width.
  • the voltage state is kept constant and the oscillation frequency is constant, the spread width can be changed with the change in the oscillation amplitude.
  • fiber strands can be moved at a high speed, preferably of at least 20 m / min, and spread apart uniformly.
  • a fiber strand can be spread reliably to a band-shaped fiber strand with at least twice the final width, preferably, the end width changes at least by 5 times.
  • a 12K carbon fiber strand with a width of 2 mm was spread at a frequency of 30 kHz to a uniform ribbon-shaped 12 mm wide fiber strand.
  • the final width can be set to a predetermined Endbreitenwert.
  • the process according to the invention represents a cost-effective process, since the fiber strand is processed dry, no energy for dewatering, heating or drying of the fiber strand is necessary.
  • the nature of the fiber strand in terms of its composition namely the ratio of multifilament fibers and size in the process does not change. It is intended, a band-shaped fiber strand with uniform and greater final width and achieved with lower final thickness, which is desirable to a low basis weight and in the application of the fiber strand for fabric or scrim to lighter composites with equally good mechanical properties, such as tensile strength leads.
  • a device which has an angling device for the fiber strand to be spread, a spreading station for spreading the inserted fiber strand into a band-shaped fiber strand, a controllable tensioning device for uniform tensioning of the fiber strand during its movement through the spreading station and a winding device of the spread band-shaped fiber strand includes.
  • the spreading station contains at least one sonotrode for contacting and spreading the fiber strand, wherein the sonotrode via their contact surface oscillations of a frequency between 15 kHz and 80 kHz from above and / or below (z-direction) in the fiber strand initiates, which leads to a spreading of the fiber strand in the y direction.
  • the ultrasonic vibrators are preferably equipped with interchangeable sonotrodes, which have contact surfaces for contacting the fiber strand on their front side. These contact surfaces can be flat, concave or curved in the direction of movement of the fiber strand, ie in the fiber longitudinal direction. The width of the contact surfaces, ie the extent of the contact surface transverse to the movement of the fiber strand is chosen so that it is greater in any case than the attainable by spreading end width of the band-shaped fiber strand.
  • two adjacent sonotrodes are arranged at a preset distance. This depends on the nature of the fiber strand material. Adjacent sonotrodes are furthermore preferably provided in different orientations with respect to each other so that a first sonotrode, for example, contacts the fiber strand from above and the second sonotrode contacts the fiber strand from below. This has led to more consistent process results.
  • the contact surfaces of the sonotrodes are preferably located in one plane. In tensile fiber strands, such as carbon fiber strands, however, a looping of the sonotrodes is desired.
  • the contact surfaces are preferably arranged at different heights in relation to the continuous fiber strand, so that this fiber strand is guided as possible in a zig-zag line through the spreading station.
  • deflection rollers can be provided in front of and behind the expansion station.
  • a bandwidth limiter may be installed behind the spreader station to provide a uniform end width of the spread ribbon fiber strand.
  • the outline sketch in Fig. 1 shows the basic passage of a fiber strand 2 to be spread, starting from the bending device 1, through the spreader 5 through to the winding device 8.
  • the fiber strand 2 is in this case a 12K fiber strand, ie the fiber strand consists of 12 000 filaments , which are arranged endlessly in the fiber strand 2 next to each other and are each surrounded by a size. This sizing prevents the fiber strand 2 from being damaged during its movement.
  • the inserted and delivered on a coil of the bending device 1 fiber strand 2 is unwound from this coil. Due to the development of the fiber strand 2 from the spool, different unwinding positions would result with each revolution.
  • this fiber strand 2 is always fed at the same position of the following dancer device 3, which forwards it to the spreading station 5 and thus the fiber strand 2 is moved in an unchanged plane starting from the bending device 1 towards the spreading station 5, the coil is in the unwinding device. 1 rotatable in the direction of movement and transversely to the direction of movement of the fiber strand 2, that is arranged displaceably in the y-direction.
  • the unwinding position of the fiber strand 2 can be determined by a sensor and the unwinding reel can be displaced correspondingly to the desired unwinding position.
  • the fiber strand 2 then passes into the front dancer unit 3, which serve together with the rear dancer unit 7 as tensioning devices, wherein the front dancer unit 3 in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 'in front of the spreading station 5 and the rear dancer unit 7 in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 'is provided behind the spreader 5.
  • the dancer units 3, 7 can counteract changed conditions which influence the tension of the fiber strand 2, 2'.
  • the dancer units 3, 7 each comprise three rollers. For a uniform tensioning of the fiber strand 2, 2 ', two rollers would be sufficient. Depending on the desired fiber strand guide towards the spreading station 5, a third roller of the dancer unit 3 can serve as an additional deflection roller for the fiber strand 2. Further deflection rollers 4 in front of the spreading device 5 and further deflection rollers 6 behind the spreading station 5 are used in particular for setting a desired angle of attack of the fiber strand 2 when entering the spreading station 5.
  • the spreading station 5 comprises in this example of Fig. 1
  • Each ultrasonic oscillator 51 has an exchangeable sonotrode 52 with a frontal contact surface 53.
  • the vibrations are generated by the sonotrodes 52 via their contact surface 53 from above or from below, ie in the z-direction, be introduced into the fiber strand 2.
  • the three sonotrodes 52 are arranged one behind the other in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 ', with adjacent sonotrodes 52 being provided in different orientation in the spreading station 5 in such a way that the contact surfaces 53 of the first and third sonotrode 52 vibrate from above down into the fiber strand 2 and the second, arranged therebetween sonotrode 52, which initiates vibrations from the contact surface 53 from bottom to top in the fiber strand 2.
  • the sonotrodes 52 introduce mechanical vibrations at a frequency of 30 kHz into the fiber strand 2, 2 '.
  • the first sonotrode 52 there is a spreading of the inserted fiber strand 2, ie a spreading of the fiber strand in the lateral direction (y-direction).
  • This spreading increases during the passage of the fiber strand 2 in contact with the following sonotrodes 52.
  • the passage of the fiber strand 2, 2 'through the spreading station 5 takes place horizontally in the example shown, ie without deflection up or down.
  • Such a course is chosen in particular for sensitive or elastic fiber strands.
  • the spread strip-shaped fiber strand 2 'emerging from the spreading station 5 is fed via the rear dancer unit 7 to the winding device 8, where the spread fiber strand 2' is wound onto a spool with the appropriate winding tension.
  • the coil can be configured in the winding device 8 as a torque-driven take-up reel.
  • the Fig. 2a, 2b, 2c show different sonotrodes 52 ', 52 ", 52"'.
  • the respective contact surface 53 ', 53 ", 53” may have a radius in the direction of movement of the fiber strand 2, for example as the contact surface 53 "in FIG Fig. 2b be arched. This allows the easy looping of these sonotrodes 52 "during the spreading process without the fiber strand 2 can be damaged in such a looping, see Fig. 3b , Also the sonotrode 52 '"according to Fig.
  • FIG. 2a has a curved contact surface 53 "', which also has the advantage that such sonotrodes 52'" can be arranged in a spreader 5 nested, as in Fig. 3a shown.
  • the Fig. 2c further shows a sonotrode 52 ', which also has a radius at the outer edge 54 of the contact surface 53' and in the middle a recessed plane 55.
  • the fiber strand 2 is stretched over the edge 54 and has at the introduction of the vibrations by the low set back plane 55 a free space for swinging.
  • a possible arrangement of several such sonotrodes 52 ' shows Fig. 3c ,
  • a wrap around the sonotrodes 52, as in Fig. 3a, 3b, 3c shown is preferred in carbon fiber strands.
  • the fiber strand 2 is supplied at a steep angle of attack of the contact surface 53 ', 53 ", 53'" of the sonotrodes 52 ', 52 ", 52'". This is also possible if in the example of Fig. 1 the first and third sonotrode 52 is lowered relative to the second sonotrode 52, so that the contact surfaces 53 are no longer arranged at the same height, but the first and third contact surface 53 are positioned lower in comparison to the second contact surface 53.
  • FIG. 4 Another embodiment shows the Fig. 4 ,
  • a plurality of fiber strands 2 are simultaneously spread apart, ie several fiber strands 2 are guided side by side through the spreader 5 in the y direction and several spread fiber strands 2 ', ie widened in the y direction, leave the spreader 5.
  • the individual splayed fiber strands 2 ' are fed to a delivery 9, which combines the fiber strands 2' to a common fiber strand 2".
  • it may pass through another spreading device 5.
  • Such broad fiber strands 2 "produced in this way may advantageously be used for the production of knitted or laid fabrics.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spreizen eines Faserstrangs, welcher eine Anfangsbreite und eine Anfangsdicke besitzt, zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang aus endlosen Multifilamentfasern besteht.
  • Das Aufspreizen von Fasersträngen ist seit Längerem bekannt und wird bei Fasersträngen aus Polymerfasern zur Verbesserung physikalischer Eigenschaften eingesetzt, da durch das Aufspreizen beispielsweise Verdrehungen der Filamente im Faserstrang beseitigt und ein Faserstrang mit gleichgerichteten Filamenten erzielt wird. Bei Fasersträngen aus Carbonfasern wird durch ein Aufspreizen insbesondere die Erzielung eines geringeren Flächengewichts der aus diesen Fasersträngen erzeugten Gewebe oder Gelege angestrebt. Derartige Gewebe oder Gelege können insbesondere für Composite eingesetzt werden. Üblicherweise wird ein solcher Compositwerkstoff gebildet, indem ein Fasergewebe oder Fasergelege oder ein anderes textiles Flächengebilde aus Verstärkungsfäden, wie beispielsweise Carbonfasern, mit einer thermoplastischen Matrix beschichtet und ein solches Vorprodukt (Prepreg) verpresst wird. Um das Gewicht der entstehenden Composite möglichst gering zu halten, werden für die textilen Flächengebilde, insbesondere Faserstränge mit möglichst geringer Dicke und unverändert guten mechanischen Eigenschafen, wie beispielsweise Zugfestigkeit, eingesetzt. Eine Dickenreduzierung und Verbreiterung der Faserstränge wird durch Aufspreizen der Faserstränge erhalten.
  • Bei bekannten Vorrichtungen wird ein Aufspreizen eines Faserstrangs auf unterschiedliche Weise erzielt. Eine Möglichkeit ist es, den Faserstrang in einem elektrischen Feld aufzuladen, wodurch sich die Filamente gegenseitig abstoßen und auf diese Weise separieren. Ein solches Aufspreizverfahren ist energieintensiv und nur auf Faserstränge anwendbar, die elektrisch leitfähig und damit elektrisch aufladbar sind. Glas- oder Textilfasern müssen beispielsweise vor einem solchen Aufspreizverfahren imprägniert werden.
  • Bei einem anderen Verfahrensprinzip wird in einen Faserstrang in Längsrichtung Luft eingeblasen, um den Strang zu öffnen. Die Filamente in einem Faserstrang sind von einer Schlichte umgeben, die die Handhabung des Faserstrangs bei verschiedenen Verarbeitungsvorgängen, wie beispielsweise beim Weben, erleichtert. Diese Schlichte verklebt die Fasern und erschwert bei diesem Einblasverfahren ein gleichmäßiges Aufspreizen des Faserstrangs. Darüber hinaus ist eine Entfernung der Schlichte schwierig, da einerseits unterschiedlich beschaffene Schlichten verwendet werden und andererseits diese Schlichte die Beschädigung z.B. bruchgefährdeter Carbonfasern bei der Weiterverarbeitung verhindert.
  • Bei einer weiteren Verfahrensvariante werden zum Aufspreizen Schwingungen in den Faserstrang eingebracht. So beschreiben die beiden Dokumente US 5,042,111 und US 3,704,485 ein Verfahren, wo durch einen Lautsprecher Schallwellen erzeugt werden und ein schwingendes Luftpolster einen Faserstrang spreizt. Ein solches Verfahren ist sehr schlecht steuerbar und führt zu ungleichmäßigen Endbreiten des Faserstrangs. Eine bessere Übertragung der Schwingungen auf einen Faserstrang wird erzielt, wenn der Schall in eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, eingeleitet wird. Dies ist in den Dokumenten US 5,511,395 und EP 1 652 978 B1 beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass sich die Filamente umgebende Schlichte im Wasserbad verändert. Dies kann je nach Beschaffenheit der Schlichte auch zu einer chemischen Veränderung führen. In jedem Fall wird aber das Mengenverhältnis von Faser zur Schlichte im Faserstrang beeinflusst, was nicht gewünscht wird. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass das aus dem Wasser austretende gespreizte Faserband entwässert und getrocknet werden muss. Ein solcher Trocknungsprozess ist energieintensiv, so dass einer Trocknung eine mechanische Entwässerung vorgeschaltet wird. Zum Entwässern des Bandes werden bei der Vorrichtung gemäß EP 1 652 978 B1 die gespreizten Bänder einer Quetschanordnung zugeführt. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Quetschprozess neben der Entwässerung auch ein zusätzliches Aufspreizen erfolgt. Weitergehende Entwicklungen befassten sich daher mit dem Aufspreizen eines trockenen Faserstrangs mit ähnlichen Anordnungen, insbesondere einer Zick-Zack-Führung des Faserstrangs über verschiedene Walzen und ggf. über Vibrationsstäbe. Auch bei diesem Verfahren wird der Faserstrang vor, während und nach dem Spreizen mittels einer Heizeinrichtung erwärmt, um die auf den Fasern vorhandene Schlichte thermisch oder chemisch aufzubrechen, was zum einen die Schlichte beeinflusst und andererseits Energiekosten verursacht. Eine Veränderung der Schlichte ist jedoch nicht erwünscht, da die Schlichte im Faserstrang für weitere Verarbeitungsvorgänge benötigt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostengünstigeres Verfahren zum Aufspreizen von Fasersträngen zur Verfügung zu stellen, welches für Faserstränge unterschiedlicher Beschaffenheit anwendbar ist und insbesondere das Verhältnis von Schlichte zur Faser im Faserstrang nicht beeinflusst.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 eingesetzt werden.
  • Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Verfahrens- bzw. Vorrichtungsmerkmale.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Spreizen eines Faserstrangs, welcher eine Anfangsbreite (Ausdehnung in y-Richtung) und Anfangsdicke (Ausdehnung in z-Richtung) aufweist, zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbereite und mit geringerer Enddicke, also eine Verbreiterung des Faserstrangs quer zu seiner Längsrichtung (x-Richtung). Das Verfahren ist anwendbar auf alle Faserstränge aus endlosen Multifilamentfasern, d.h. auf Fasern aus Keramik, wie beispielsweise Silikat, aus Basalt, aus Glas, aus Siliziumcarbid, aus Metallen, wie Stahl, Aluminium, Titan, aus Aramid, wie beispielsweise Kevlar, aber auch für Polymerfasern. Ziel des Aufspreizens kann allein die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften sein oder insbesondere das geringere Flächengewicht. Es können Multifilamentfasern mit unterschiedlicher Anzahl von Filamenten eingesetzt werden, von 1K-Fasern, die 1000 Filamenten enthalten, aber beispielsweise auch 50K-Fasern mit 50 000 Filamenten.
  • Beim vorliegenden Verfahren wird der zu spreizende Faserstrang ausgehend von einer Abwicklung in Faserlängsrichtung bewegt, durch eine Spreizstation hindurchgeführt, wo ein Aufspreizen erfolgt und anschließend wird der gespreizte bandförmige Faserstrang aufgewickelt oder sofort in den weiteren Fertigungsprozess eingeschleust. In erfindungsgemäßer Weise wird der Faserstrang in der Spreizstation ohne Verwendung eines Fluids, wie beispielsweise Luftpolsters oder einer Flüssigkeit, Schwingungen ausgesetzt. In diesem Fall werden Ultraschallwellen verwendet, die von einer Sonotrode übertragen werden. Hierbei kontaktiert die Sonotrode den Faserstrang von oben oder unten. Die mechanischen Schwingungen werden in z-Richtung, d.h. senkrecht zur Längsrichtung (x-Richtung) des Faserstrangs eingeleitet, wodurch dieser sich in Querrichtung (y-Richtung) verbreitert. Die verwendeten Schwingungen haben hierbei eine Frequenz von 15 bis 80 kHz, vorzugsweise zwischen 20 und 40 kHz. Bei Frequenzen von weniger als 20 kHz sind sehr große Sonotroden zu verwenden, die die Gesamtvorrichtung wesentlich vergrößern und verteuern. Für die Einleitung von Frequenzen größer als 40 kHz verkleinert sich zwar die Sonotrode, die Prozesstoleranz verringert sich jedoch in gleichem Maße.
  • Die Ultraschallschwinger sind dabei mit auswechselbaren Sonotroden ausgestattet, die über ihre Stirnflächen die hochfrequent mechanischen Schwingen (Ultraschall) in den Faserstrang einleiten. In der Spreizstation können ein oder mehrere Sonotroden eingesetzt werden. Bei Durchlauf der Faserstränge durch die Spreizstation können die Faserstränge die Sonotroden umschlingen, wobei der Anstellwinkel zur Kontaktfläche der Sonotrode veränderbar ist.
  • In einem Faserstrang sind die einzelnen Filamente von einer Schlichte umgeben. Die Zusammensetzung der Schlichte ist je nach Hersteller der Fasern unterschiedlich. Bekannt sind Schlichten auf der Epoxidbasis. Eine solche Schlichte erleichtert die Verarbeitung der Faserstränge. So besitzen beispielsweise Carbonfasern in Längsrichtung eine hohe Zugfestigkeit, können jedoch quer zu Faserlängsrichtung sehr leicht brechen. In nachteiliger Weise bewirkt die Schlichte, dass die Fasern aneinander kleben, was ein Aufspreizen des Faserstrangs erschwert. In vorteilhafterweise verändert sich die Schlichte auf den Filamenten des Faserstrangs in der Spreizstation nicht. Zum einen erfolgt keine chemische Änderung, da die Schlichte mit keinem Medium in Kontakt kommt. Andererseits verändert sich das Mengenverhältnis von Faser zur Schlichte im gesamten Prozess nicht. Die von der Sonotrode ausgelösten Schwingungen führen zu Reibungen im Faserstrang, was Wärme erzeugt und ein Erweichen der Schlichte bewirkt und ein Aufspreizen des Faserstrangs erleichtert. Leitfähige Fasern, wie beispielsweise Carbonfasern, tragen zusätzlich zur Wärmeleitung bei. Da nur im Bereich der Kontaktfläche der Sonotrode diese Erweichung der Schlichte stattfindet und unmittelbar danach bereits wieder eine Abkühlung des Faserstrangs erfolgt, verändert sich das Schlichte/Faser-Mengenverhältnis nicht.
  • Beim Durchlauf durch die Spreizstation wird der Faserstrang unter einem Spannungszustand gehalten. Dieser Spannungszustand ist einstellbar und vorzugsweise über das gesamte Verfahren gleich, um eine möglichst gleichmäßige Aufspreizung zu erzielen. Die erzielbare Spreizbreite ist dabei abhängig von diesem Spannungszustand. Je höher die Spannung ist, d.h. je fester der Faserstrang gehalten wird, umso geringer ist die Spreizbreite. Bei konstant gehaltenem Spannungszustand und bei konstanter Schwingungsfrequenz kann die Spreizbreite mit der Änderung der Schwingungsamplitude verändert werden.
  • Mittels des vorbeschriebenen Verfahrens können Faserstränge mit einer hohen Geschwindigkeit, vorzugsweise von mindestens 20 m/min, bewegt und gleichmäßig aufgespreizt werden. Durch dieses Verfahren kann ein Faserstrang zu einem bandförmigen Faserstrang mit mindestens doppelter Endbreite prozesssicher aufgespreizt werden, vorzugsweise verändert sich die Endbreite mindestens um das 5-fache. So wurde beispielsweise ein 12K-Carbonfaserstrang mit einer Breite von 2 mm bei einer Frequenz von 30 kHz zu einem gleichmäßigen bandförmigen 12 mm breiten Faserstrang aufgespreizt. Durch entsprechende Bandbreitenbegrenzer kann die Endbreite auf einen vorgegebenen Endbreitenwert eingestellt werden.
  • In vorteilhafterweise stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein kostengünstiges Verfahren dar, da der Faserstrang trocken verarbeitet wird, keine Energie zum Entwässern, Aufheizen oder Trocknen des Faserstrangs notwendig ist. Darüber hinaus verändert sich die Beschaffenheit des Faserstrangs hinsichtlich seiner Zusammensetzung, nämlich des Mengenverhältnisses von Multifilamentfasern und Schlichte im Verfahren nicht. Es wird bestimmungsgemäß ein bandförmiger Faserstrang mit einheitlicher und größerer Endbreite sowie mit geringerer Enddicke erzielt, was wunschgemäß zu einem geringen Flächengewicht und bei der Anwendung des Faserstrangs für Gewebe oder Gelege zu leichteren Compositen mit gleich guten mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Zugfestigkeit, führt.
  • Für dieses Verfahren wird eine Vorrichtung eingesetzt, die eine Abwinklungseinrichtung für den zu spreizenden Faserstrang, eine Spreizstation zum Aufspreizen des eingesetzten Faserstrangs in einen bandförmigen Faserstrang, eine steuerbare Spanneinrichtung zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs bei seiner Bewegung durch die Spreizstation und eine Aufwicklungseinrichtung des gespreizten bandförmigen Faserstrangs umfasst. In erfindungsgemäßer Weise enthält die Spreizstation mindestens eine Sonotrode zur Kontaktierung und Spreizung des Faserstrangs, wobei die Sonotrode über ihre Kontaktfläche Schwingungen einer Frequenz zwischen 15 kHz und 80 kHz von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang einleitet, was zu einer Aufspreizung des Faserstrangs in y-Richtung führt. Hierbei wirken vorzugsweise zwei oder drei Sonotroden nacheinander auf den Faserstrang ein. Je mehr Sonotroden die Spreizstation enthält, umso besser ist das Spreizergebnis, aber umso teurer wird auch die Vorrichtung. Aus diesem Grunde werden Spreizstationen mit zwei bis drei Sonotroden bevorzugt. Die Ultraschallschwinger sind vorzugsweise mit auswechselbaren Sonotroden ausgestattet, die an ihrer Stirnseite Kontaktflächen zur Kontaktierung des Faserstrangs besitzen. Diese Kontaktflächen können in Bewegungsrichtung des Faserstrangs, d.h. in Faserlängsrichtung, eben, konkav oder gewölbt sein. Die Breite der Kontaktflächen, d.h. die Ausdehnung der Kontaktfläche quer zur Bewegung des Faserstrangs wird so gewählt, dass sie in jedem Fall größer ist als die durch Spreizen erzielbare Endbreite des bandförmigen Faserstrangs.
  • Werden beispielsweise mindestens zwei Sonotroden in der Spreizstation vorgesehen, so werden zwei benachbarte Sonotroden in einem voreingestellten Abstand angeordnet. Dieser richtet sich nach der Beschaffenheit des Faserstrangmaterials. Benachbarte Sonotroden werden des Weiteren vorzugsweise in unterschiedlicher Ausrichtung zueinander vorgesehen, so dass eine erste Sonotrode beispielsweise den Faserstrang von oben und die zweite Sonotrode den Faserstrang von unten kontaktiert. Dies hat zu gleichmäßigeren Prozessergebnissen geführt. Die Kontaktflächen der Sonotroden befinden sich hierbei vorzugsweise in einer Ebene. Bei zugfesten Fasersträngen, wie beispielsweise Carbonfasersträngen, wird dagegen eine Umschlingung der Sonotroden gewünscht. Für das Aufspreizen solcher Faserstränge werden die Kontaktflächen vorzugsweise in unterschiedlichen Höhen in Bezug zum durchlaufenden Faserstrang angeordnet, so dass dieser Faserstrang möglichst in einer Zick-Zack-Linie durch die Spreizstation geführt wird. Um hierzu einen gewünschten Anstellwinkel des Faserstrangs zur Kontaktfläche der Sonotrode zu erzielen, können vor und hinter der Spreizstation Umlenkrollen vorgesehen werden. Darüber hinaus kann zusätzlich ein Bandbreitenbegrenzer hinter der Spreizstation eingebaut sein, um eine einheitliche Endbreite des gespreizten bandförmigen Faserstrangs zu erhalten.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung ist ein dargestellt. Es zeigen:
    • Fig.1
    Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 2a, 2b, 2c
    unterschiedliche Formen von Sonotroden,
    Fig. 3a, 3b, 3c
    unterschiedliche Anornungen von Sonotroden,
    Fig. 4
    Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Prinzipskizze in Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Durchlauf eines zu spreizenden Faserstrangs 2 ausgehend von der Abwinklungseinrichtung 1, durch die Spreizstation 5 hindurch, bis zur Aufwicklungseinrichtung 8. Bei dem Faserstrang 2 handelt es sich in diesem Fall um ein 12K-Faserstrang, d.h. der Faserstrang besteht aus 12 000 Filamenten, die endlos im Faserstrang 2 nebeneinander angeordnet sind und jeweils von einer Schlichte umgeben sind. Diese Schlichte verhindert, dass der Faserstrang 2 bei seiner Bewegung beschädigt wird. Der eingesetzte und auf einer Spule der Abwinklungseinrichtung 1 angelieferte Faserstrang 2 wird von dieser Spule abgewickelt. Durch die Abwicklung des Faserstrangs 2 von der Spule würden sich mit jeder Umdrehung unterschiedliche Abwickelpositionen ergeben. Damit dieser Faserstrang 2 immer an der gleichen Position der nachfolgenden Tänzervorrichtung 3 zugeführt wird, die ihn zur Spreizstation 5 weiterleitet und somit der Faserstrang 2 in einer unveränderten Ebene ausgehend von der Abwinklungseinrichtung 1 hin zur Spreizstation 5 bewegt wird, ist die Spule in der Abwicklungseinrichtung 1 in Bewegungsrichtung drehbar und quer zur Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, d.h. in y-Richtung, verschiebbar angeordnet. So kann beispielsweise durch einen Sensor die Abwickelpostion des Faserstrangs 2 ermittelt und die Abwickelspule entsprechend zur gewünschten Abwickelposition verschoben werden.
  • Der Faserstrang 2 gelangt dann in die vordere Tänzereinheit 3, welche zusammen mit der hinteren Tänzereinheit 7 als Spanneinrichtungen dienen, wobei die vordere Tänzereinheit 3 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' vor der Spreizstation 5 und die hintere Tänzereinheit 7 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' hinter der Spreizstation 5 vorgesehen ist. Dies bewirkt, dass der Faserstrang 2, 2' in der Spreizstation 5 während des gesamten Prozesses gleichmäßig gespannt ist. Entsprechend dem Abwickelvorgang des Faserstrangs 2 von der Abwickelungseinrichtung 1 und dem Aufwickelvorgang des gespreizten Faserstrangs 2' auf die Aufwickeleinrichtung 8 können die Tänzereinheiten 3, 7 veränderten Bedingungen, welche die Spannung des Faserstrang 2, 2' beeinflussen, entgegensteuern. Bei der gezeigten Vorrichtung umfassen die Tänzereinheiten 3, 7 jeweils drei Rollen. Für ein gleichmäßiges Spannen des Faserstrangs 2, 2' wären auch zwei Rollen ausreichend. Abhängig von der gewünschten Faserstrangführung hin zur Spreizstation 5 kann eine dritte Rolle der Tänzereinheit 3 als zusätzliche Umlenkrolle für den Faserstrang 2 dienen. Weitere Umlenkrollen 4 vor der Spreizeinrichtung 5 bzw. weitere Umlenkrollen 6 hinter der Spreizstation 5 werden insbesondere zur Einstellung eines gewünschten Anstellwinkels des Faserstrangs 2 beim Einlaufen in die Spreizstation 5 verwendet.
  • Die Spreizstation 5 umfasst in diesem Beispiel von Fig. 1 drei Ultraschallschwinger 51. Jeder Ultraschallschwinger 51 besitzt eine auswechselbare Sonotrode 52 mit einer stirnseitigen Kontaktfläche 53. In einem nicht dargestellten Ultraschallgenerator werden die Schwingungen erzeugt, die von den Sonotroden 52 über deren Kontaktfläche 53 von oben bzw. von unten, d.h. in z-Richtung, in den Faserstrang 2 eingeleitet werden. In diesem Beispiel sind die drei Sonotroden 52 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' hintereinander angeordnet, wobei benachbarte Sonotroden 52 in unterschiedlicher Ausrichtung in der Spreizstation 5 vorgesehen sind und zwar so, dass die Kontaktflächen 53 der ersten und dritten Sonotrode 52 ihre Schwingungen von oben nach unten in den Faserstrang 2 einleiten und die zweite, dazwischen angeordnete Sonotrode 52, die Schwingungen von der Kontaktfläche 53 von unten nach oben in den Faserstrang 2 einleitet. Bei diesem Beispiel werden von den Sonotroden 52 mechanische Schwingungen mit einer Frequenz von 30 kHz in den Faserstrang 2, 2' eingeleitet. Bereits an der ersten Sonotrode 52 erfolgt eine Aufspreizung des eingesetzten Faserstrangs 2, d.h. eine Aufspreizung des Faserstrangs in seitlicher Richtung (y-Richtung). Diese Aufspreizung verstärkt sich beim Durchlauf des Faserstrangs 2 beim Kontakt mit den nachfolgenden Sonotroden 52. Der Durchlauf des Faserstrangs 2, 2' durch die Spreizstation 5 erfolgt in dem gezeigten Beispiel horizontal, d.h. ohne Auslenkung nach oben oder unten. Ein solcher Verlauf wird insbesondere für empfindliche oder elastische Faserstränge gewählt.
  • Der aus der Spreizstation 5 austretende gespreizte bandförmige Faserstrang 2' wird über die hintere Tänzereinheit 7 der Aufwicklungseinrichtung 8 zugeführt, wo der gespreizte Faserstrang 2' mit entsprechender Wickelspannung auf eine Spule gewickelt wird. Hierzu kann die Spule in der Aufwicklungseinrichtung 8 als drehmomentangetriebene Aufwickelspule ausgestaltet sein.
  • Die Fig. 2a, 2b, 2c zeigen unterschiedliche Sonotroden 52', 52", 52"'. Um Beschädigungen eines Faserstrangs 2 bei der Kontaktierung der Sonotroden 52', 52", 52"' zu verhindern, kann die jeweilige Kontaktfläche 53', 53", 53" in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2 einen Radius aufweisen, z.B. wie die Kontaktfläche 53" in Fig. 2b gewölbt sein. Dies ermöglicht das leichte Umschlingen dieser Sonotroden 52" beim Spreizvorgang ohne dass der Faserstrang 2 bei einem solchen Umschlingen beschädigt werden kann, siehe Fig. 3b. Auch die Sonotrode 52'" gemäß Fig. 2a besitzt eine gewölbte Kontaktfläche 53"', was zudem den Vorteil hat, dass solche Sonotroden 52'" in einer Spreizeinrichtung 5 ineinander gestellt angeordnet werden können, wie in Fig. 3a gezeigt. Die Fig. 2c zeigt des Weiteren eine Sonotrode 52', welche am äußeren Rand 54 der Kontaktfläche 53' ebenfalls einen Radius besitzt und in der Mitte eine zurückversetzte Ebene 55. Bei Verwendung einer solchen Sonotrode 52' in einer Spreizvorrichtung ist der Faserstrang 2 über den Rand 54 gespannt und hat beim Einbringen der Schwingungen durch die gering zurückversetzte Ebene 55 einen Freiraum zum Schwingen. Eine mögliche Anordnung von mehreren solcher Sonotroden 52' zeigt Fig. 3c.
  • Eine Umschlingung der Sonotroden 52, wie in Fig. 3a, 3b, 3c gezeigt, wird bevorzugt bei Carbonfasersträngen. Der Faserstrang 2 wird in einem steilen Anstellwinkel der Kontaktfläche 53', 53", 53'" der Sonotroden 52', 52", 52'" zugeführt. Dies ist auch möglich, wenn in dem Beispiel von Fig. 1 die erste und dritte Sonotrode 52 gegenüber der zweiten Sonotrode 52 abgesenkt wird, so dass die Kontaktflächen 53 nicht mehr in gleicher Höhe angeordnet sind, sondern die erste und dritte Kontaktfläche 53 im Vergleich zur zweiten Kontaktfläche 53 tiefer positioniert sind.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 4. In diesem Beispiel werden mehrere Faserstränge 2 gleichzeitig aufgespreizt, d.h. in y-Richtung werden mehrere Faserstränge 2 nebeneinander durch die Spreizeinrichtung 5 geführt und mehrere gespreizte, d.h. in y-Richtung verbreiterte Faserstränge 2' verlassen die Spreizeinrichtung 5. Um aus diesen mehreren gespreizten Fasersträngen 2' einen einzigen breiten Faserstrang 2'" zu erzeugen, werden die einzelnen gespreizten Faserstränge 2' einem Lieferwerk 9 zugeführt, welches die Faserstränge 2' zu einem gemeinsamen Faserstrang 2" zusammenführt. Zusätzlich kann zur Vereinheitlichung und/oder weiteren Verbreiterung des zusammengeführten Faserstrangs 2" dieser eine weitere Spreizeinrichtung 5' durchlaufen. Derartig erzeugte breite Faserstränge 2'" können in vorteilhafter Weise zur Herstellung von Gewirken oder Gelegen eingesetzt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abwicklungseinrichtung
    2
    Faserstrang, ungespreizt
    2'
    Faserstrang, gespreizt
    2"
    Faserstrang, aus mehreren gespreizten, zusammengeführten Einzelsträngen
    2"'
    Faserstrang, aus Einzelsträngen vereinheitlicht
    3
    vordere Tänzereinheit
    4, 4'
    Umlenkrolle
    5, 5'
    Spreizstation
    51
    Ultraschallschwinger
    52, 52', 52", 52"'
    Sonotrode
    53, 53', 53", 53'"
    Kontaktfläche
    54
    Rand
    55
    Ebene
    6, 6'
    Umlenkrolle
    7
    hintere Tänzereinheit
    8
    Aufwickeleinrichtung
    9
    Lieferwerk

Claims (16)

  1. Verfahren zum Spreizen eines Faserstrangs mit einer Anfangsbreite und mit einer Anfangsdicke zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang aus endlosen Multifilamentfasern besteht,
    - bei dem der Faserstrang ausgehend von einer Abwicklung hin zu einer Aufwicklung in Längsrichtung (x-Richtung) bewegt wird,
    - wobei der Faserstrang zwischen der Abwicklung und der Aufwicklung eine Spreizstation durchläuft und bei diesem Durchlauf unter einem einstellbaren Spannungszustand gehalten wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Faserstrang in der Spreizstation während des Durchlaufs gleichmäßig gespannt ist,
    - dass in der Spreizstation der Faserstrang mindestens eine Sonotrode kontaktiert und mittels der durch die stirnseitigen Kontaktflächen der Sonotrode von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang eingeleiteten Schwingungen dieser Faserstrang quer zur Längsrichtung, nämlich in seitlicher Richtung (y-Richtung), gleichmäßig verbreitert wird,
    - wobei diese Schwingungen eine Frequenz haben, die zwischen 15 kHz und 80 kHz liegen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multifilamentfasern des Faserstrangs von einer Schlichte umgeben sind und sich das Mengenverhältnis von Multifilamentfasern zur Schlichte in dem entstehenden bandförmigen Faserstrang gegenüber dem ungespreizten Faserstrang nicht ändert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spreizen von Fasersträngen aus zugfesten Fasern diese Fasern in einem Anstellwinkel einer Kontaktfläche der Sonotrode bzw. der Sonotroden zugeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang ausgehend von der Abwicklung hin zur Aufwicklung in Faserlängsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/min bewegt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang ausgehend von der Abwicklung hin zur Spreizstation und vorzugsweise bis zur Aufwicklung, kontinuierlich in einer unveränderten Ebene (x-z-Ebene) bewegt wird, zwar in Faserlängsrichtung nach oben oder unten ausgelenkt wird, aber abgesehen von der Spreizung keine seitliche Ablenkung quer (y-Richtung) zur Faserlängsrichtung erfährt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Spreizung entstehende bandförmige Faserstrang eine im Vergleich zur Anfangsbreite um das mindestens 2-fache, vorzugsweise mindestens 5-fache, größerer Endbreite erhält, wobei vorzugsweise die Endbreite des bandförmigen Faserstrangs auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrere Faserstränge gleichzeitig gespreizt und zu einem gemeinsamen besonders breiten gespreizten Faserstrang zusammengeführt werden.
  8. Vorrichtung zum Spreizen eines Faserstrangs (2) mit einer Anfangsbreite und mit einer Anfangsdicke zu einem bandförmigen Faserstrang (2') mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang (2, 2') aus endlosen Multifilamentfasern besteht, umfassend
    - eine Abwicklungseinrichtung (1) für den eingesetzten Faserstrang (2) zur Abwicklung in Faserlängsrichtung (x-Richtung),
    - eine Spreizstation (5) zum seitlichen (y-Richtung) Aufspreizen des eingesetzten Faserstrangs (2) in einen bandförmigen Faserstrang (2'),
    - eine steuerbare Spanneinrichtung (3, 7) zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs (2, 2') in Faserlängsrichtung bei seiner gesamten Bewegung durch die Spreizstation (5) und
    - eine Aufwicklungseinrichtung (8) des gespreizten bandförmigen Faserstrangs (2'),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Spreizstation (5) mindestens eine Sonotrode (52) zur Kontaktierung und Spreizung des Faserstrangs (2) enthält,
    - wobei die Sonotrode (52) über ihre stirnseitige Kontaktfläche (53) Schwingungen einer Frequenz zwischen 15 kHz und 80 kHz von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang (2, 2') einleiten kann.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (53) der Sonotrode (52) eine Breite besitzt, die größer als die durch Spreizen erzielbare Endbreite des bandförmigen Faserstrangs (2') ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 2 Sonotroden (52, 52', 52", 52"') in der Spreizstation (5) vorgesehen werden, wobei zwei benachbarte Sonotroden (52, 52', 52", 52'") in einem voreingestelltem Abstand und in einer voreingestellten, unterschiedlichen Ausrichtung zueinander angeordnet sind, so dass Faserstränge (2) unterschiedlicher Beschaffenheit mit einer anpassbaren Umschlingung die Sonotroden (52, 52', 52", 52'") kontaktieren können.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Anstellwinkels des Faserstrangs (2, 2') zur Kontaktfläche (53) der Sonotrode (52) zusätzliche Umlenkrollen (4, 6) vor und hinter der Spreizstation (5) vorgesehen sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Spanneinrichtung zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs (2, 2') aus zwei Tänzereinheiten (3, 7) mit mindestens zwei Rollen besteht, wobei eine vordere Tänzereinheit (3) in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2') vor der Spreizstation (5) und eine hintere Tänzereinheit (7) in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2') hinter der Spreizstation (5) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung und Einstellung einer einheitlichen Endbreite des gespreizten bandförmigen Faserstrangs (2') ein Bandbreitenbegrenzer vorgesehen ist, der in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2') hinter der Spreizstation (5) angeordnet wird.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Bewegung des Faserstrangs (2) in einer unveränderten Ebene (x-z-Ebene) ausgehend von der Abwicklungseinrichtung (1) hin zur Spreizstation (5) die Abwicklungseinrichtung (1) als drehbare und als quer (y-Richtung) zur Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2) verschiebbare Abwickelspule ausgestaltet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Tänzereinheit (3) die Drehgeschwindigkeit der Abwickelspule regelt und die Aufwickeleinrichtung (8) als drehmomentangetriebene Aufwickelspule ausgestaltet ist..
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinrichtung (5) so ausgelegt ist, dass mehrere Faserstränge (2) nebeneinander die Spreizeinrichtung (5) durchlaufen können und zum Zusammenführen der einzelnen gespreizten Faserstränge (2') zu einem breiten Faserstrangs (2") ein in Bewegungsrichtung der Faserstränge (2, 2') hinter der Spreizeinrichtung (5) angeordnetes Lieferwerk (9) und bedarfsweise eine weitere Spreizvorrichtung (5') zur Vereinheitlichung dieses breiten Faserstrangs (2") vorgesehen ist.
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