EP3425092A1

EP3425092A1 - Vorrichtung und verfahren zum spreizen eines faserbündels

Info

Publication number: EP3425092A1
Application number: EP17180086.5A
Authority: EP
Inventors: Torsten BRECKNER; Martin ROSSNER; Peter Hartmann; Roland Schmidt; Stephan Fichtner; Rainer Seuss
Original assignee: Karl Meyer Technische Textilien GmbH; Karl Mayer Technische Textilien GmbH
Current assignee: Karl Meyer Technische Textilien GmbH; Karl Mayer Technische Textilien GmbH
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: US10876224B2; EP3425092B1; US20190010630A1; JP2019015015A; CN109208140B; JP7197293B2; CN109208140A

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spreizen eines Faserbündels beschrieben. Bei der Vorrichtung wird von einem Faserbündelvorrat das Faserbündel über einen Widerstand 3 mit einem mit diesem Widerstand 3 zusammenwirkenden ersten Impulsantrieb 4.1 einem diesem nachgeordneten Faserverbrauch 5 zugeführt. Mittels des Impulsantriebs 4.1 ist dem Faserbündel 1 in vorgebbaren Sequenzen alternierend eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in dessen Förderrichtung und/oder eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente entgegen der Förderrichtung während des Spreizens aufprägbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spreizen eines Faserbündels sowie ein diesbezügliches Verfahren.
Vorrichtungen und Verfahren zum Spreizen von Faserbündeln sind bekannt. In
EP 2 569 469 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verteilung von Faserbündeln für eine kontinuierliche Herstellung von sog. Prepregs beschrieben. Die Vorrichtung weist eine sog. Spannungsaufbaueinheit, welche aus einer Reihe von statisch angeordneten Rundstäben besteht, und eine Spannungsreduzierungseinheit auf, welche aus einer Reihe von angetriebenen Rollen besteht, wobei die statischen Stäbe und die angetriebenen Rollen senkrecht zur Richtung des hindurchlaufenden Faserbündels angeordnet sind, welches einen Umhüllungskontakt mit der Oberfläche der Reihe von statischen Stäben und angetriebenen Rollen bildet. Die angetriebenen Rollen werden mit einer höheren Differenzgeschwindigkeit bezüglich der Geschwindigkeit des laufenden Faserbündels betrieben, wodurch ein Spreizeffekt des Faserbündels erzielt wird. Bei dieser Vorrichtung bzw. bei diesem Verfahren bilden die Faserbündel zuerst einen direkten Umhüllungskontakt mit der Oberfläche der statischen Stangen, um anschließend einen direkten Umhüllungskontakt mit der Reihe von angetriebenen Rollen bzw. Laufrollen herzustellen. Um den nötigen Spreizeffekt zu erzielen, werden die angetriebenen Laufrollen mit einer Umfangsoberflächendrehzahl betrieben, welche mindestens das Dreifache der Geschwindigkeit des laufenden Faserbündels beträgt. Über diese Geschwindigkeitsdifferenz wird die Spannung des Faserbündels gesteuert.
In DE 2 125 711 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung von Strangbahnen beschrieben. Strangbahnen sind dabei Textilmaterialien, bei welchen die einzelnen Fäden in einer kontinuierlichen Fadenbahn, eben der Strangbahn, gleichmäßig in deren Querrichtung verteilt werden. Dies in der genannten Druckschrift als Ausrichtung bezeichnete Behandeln der Strangbahn entspricht dem eigentlichen Spreizen. Dabei wird die Strangbahn unter einer Spannung vorwärts bewegt, welche jedoch klein genug ist, damit die Fäden nicht brechen. Die Strangbahnen werden über Rollen und mehrere genutete, zusammengefasste und drehbar angetriebene Einheiten derart geleitet, dass die Strangbahn durch die zwischen den Nuten befindlichen Stegen getrennt und somit in Querrichtung verschoben wird, wobei ein Glätten der Strangbahn erfolgt, indem die Strangbahn nach ihrer Zerteilung über feststehende Stangen erneut unter Umlenken geführt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass Gassenbildung bei gespreizten Strangbahnen nicht vermieden wird, vor allem dann nicht, wenn geringere Flächengewichte angestrebt werden sollen. Die Tendenz zur Gassenbildung ist umso größer, je größer die Spreizung und damit je geringer das Flächengewicht des gespreizten Faserbündels ist.
In DE 10 2007 012 607 B4 ist eine Spreizvorrichtung zum Aufspreizen eines Faserfilamentbündels zu einem flachen Faserband beschrieben. Die bekannte Spreizvorrichtung weist eine konvex gebogene Spreizkannte auf, welche dem über die Spreizkannte geführten zu spreizenden Faserfilamentbündel eine Richtungskomponente senkrecht zur Längserstreckung des Faserfilamentbündels aufprägt. Das Faserfilamentbündel ist auf die konvex gebogene Spreizkante unter Spannung auflegbar und anschließend wieder mit wenigstens einer Richtungskomponente senkrecht von dem Filamentfaserbündel wegbewegbar. Diese bekannte Vorrichtung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass Drehwellen mit konvex gebogenen Stäben so in einer Vorrichtung zusammengefasst sind, dass die als Flügel dienenden konvex gebogenen Stangen durch die drehend angetriebenen Drehwellen so ineinander greifen, dass unter Zugspannung in die Spreizvorrichtung eingeführte Faserfilamentbündel zwischen den Kantenbereichen mit wechselnder Spannkraft aufspannbar sind. Durch die wechselnde Spannkraft soll erreicht werden, dass die Filamente nach und nach sich in Breitenrichtung verlagern, so dass bei Verlassen der Spreizvorrichtung ein gespreiztes Band vorhanden ist. Der Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass niedrige Flächengewichte kaum erreichbar sind, wenn Gassenbildung vermieden werden soll.
Und schließlich sind aus EP 1 172 191 B1 eine Produktionsvorrichtung und eine Produktionsmethode für geöffnete Faserbündel sowie eine Prepreg-Produktionsmethode bekannt. Die Spreizvorrichtung weist zwei Walzen auf, welche in Kontakt mit einem laufenden Faserbündel gehalten werden, sowie einen Basiskörper, welcher sich hin- und herbewegt, um wiederholend und periodisch wiederholt in Kontakt mit dem laufenden Faserbündel gebracht und von diesem weggebracht zu werden. Die Anordnung ist nun derart ausgebildet, dass das laufende Faserbündel zwischen den Walzen keinen Druck empfängt, wenn es nicht in Kontakt mit den Walzen ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Umfangsoberflächengeschwindigkeit zumindest einer der Walzen geringer gehalten als die Laufgeschwindigkeit des laufenden Faserbündels. Dadurch wird eine Zugspannung auf das zu spreizende Material ausgeübt. Gemäß dem bekannten Verfahren wird der Basiskörper mit einer Schwingfrequenz und einer definierten Amplitude so hin- und hergeschwenkt, dass das Faserbündel sich an die Walzen anlegt.
Allen diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist gemein, dass durch verschiedene Prinzipien zwar ein relativ gleichmäßiges und gutes Spreizen der Faserbündel bereits erreicht wird, bei Vermeidung von Gassenbildungen kann jedoch das anzustrebende niedrige Flächengewicht nicht oder allenfalls nur sehr bedingt erreicht werden.
Gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spreizen eines Faserbündels zu schaffen, mittels welcher bzw. welchem eine hohe Qualität und Gleichmäßigkeit des ausgespreizten Faserbündels, und zwar bei gleichzeitig zu erreichendem extrem niedrigen Flächengewicht, und eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Vorrichtung zum Spreizen eines Faserbündels weist im Allgemeinen einen Faserbündelvorrat auf, von welchem das zu spreizende Faserbündel gefördert wird und über einen Widerstand und zumindest einen mit dem Widerstand zusammenwirkenden ersten Impulsantrieb einem Faserverbrauch zuführbar ist. Insbesondere ist der Faserbündelvorrat auf einer Spule aufgewickelt, von welcher nach Durchlaufen der eigentlichen Vorrichtung zum Spreizen das dann gespreizte Faserbündel einem Faserverbrauch zuführbar ist, wobei der Faserverbrauch entweder eine entsprechend der Spreizung breit ausgebildete Aufwickelwalze oder eine direkte beispielsweise segmentartige Ablage auf einem Multiaxialgelege darstellt. Der Faserverbrauch ist jedenfalls so aufgebaut, dass er dazu in der Lage ist, eine entsprechende Abzugsspannung auf das fertig gespreizte Faserbündel auszuüben. Gemäß der Erfindung wird nun mittels des Impulsantriebs dem Faserbündel in vorgebbaren Frequenzen alternierend eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in dessen Förderrichtung und eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente entgegen der Förderrichtung während des Spreizens aufgeprägt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in vorgegebenen Sequenzen nur in der Förderrichtung des Faserbündels oder in vorgebbaren Sequenzen nur entgegen der Förderrichtung des Faserbündels während des Spreizens dem Faserbündel aufprägbar ist.
Bei den bekannten Spreizvorrichtungen ist dieser Aspekt des Vorsehens eines Impulsantriebs nirgendwo beschrieben. Das erfindungsgemäße Prinzip besteht darin, dass zum Zwecke eines effektiven Spreizens von Faserbündeln unterschiedlichen Materials in Richtung der Durchlaufrichtung des Faserbündels und/oder entgegen dieser Durchlaufrichtung des Faserbündels eine entsprechend gerichtete Geschwindigkeitskomponente dem Faserbündel aufgeprägt wird. Die den Spreizvorgang sequenzartig bzw. impulsartig vorzugsweise in der Art einer Sinuskurve der Fördergeschwindigkeit bzw. Durchlaufgeschwindigkeit zusätzlich aufgeprägte derartig variierende Geschwindigkeit führt dazu, dass sequenziell während des gesamten Spreizvorganges das Faserbündel einem Wechsel zwischen Zugspannungsaufbau und Zugentlastung unterzogen wird und dadurch die einzelnen Filamente des Faserbündels leichter und effektiver gespreizt werden können. Die aufgeprägten Geschwindigkeitskomponenten, welche zusätzlich zur Durchlaufgeschwindigkeit dem die Vorrichtung durchlaufenden Faserbündel aufgeprägt werden, sind jedoch nur so groß, dass die zu spreizenden Filamente des Faserbündels keinen Schaden beim Spreizen nehmen, das heißt keinen maßgeblich auftretenden Schaden nehmen.
Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung, das heißt nur unter Einsatz dieses Impulsspreizens, ist es möglich, Spreizergebnisse zu erzielen, welche ein extrem niedriges Flächengewicht erreichen. Es hat sich gezeigt, dass Flächengewichte von sogar ca. 16 g/m² erreichbar sind. Die Spreizvorrichtung arbeitet stets im Zusammenspiel von Impulsantrieb und Widerlager bzw. Widerstand. Bezüglich des Widerlagers ist festzustellen, dass es in seiner einfachsten Form aus einem einzigen Umlenkstab bestehen kann, über welchen das Faserbündel von dem Faserbündelvorrat, welcher vorzugsweise eine angetriebene Spule ist, über einen definierten Umschlingungswinkel umlenkbar und dann an dem eigentlichen Impulsantrieb zuführbar ist. Durch die Wirkung des Impulsantriebs wird bereits an einem einzigen Spreizstab eine relativ große Spreizung nach dem Abwickeln von der Spule realisiert. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass sämtliche spreizfähigen Materialien einschließlich Stahl mit hoher Qualität und gassenfrei auf sehr niedrige Flächengewichte gespreizt werden können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass zwischen dem Faserbündelvorrat und dem ersten Widerstand bereits eine sehr große Spreizung erfolgen kann, wenn der Faserbündelvorrat vorzugsweise bereits als zusätzlicher Impulsantrieb ausgebildet ist. Damit können an bzw. nach dem ersten Widerstand Spreizgrade von 25 ° bis 30 ° erreicht werden, was dem 8- bis 10-Fachen entspricht, was bei bekannten Vorrichtungen bei normaler Spreizung realisierbar ist. Darin wird bereits der extrem große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich, und darin liegt auch eine wesentliche Ursache dafür, dass sehr hohe Spreizgrade und damit sehr niedrige Flächengewichte erreichbar sind, welche mit Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik nicht einmal ansatzweise erreichbar sind.
Vorzugsweise sind die vorgebbaren Sequenzen der zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten mittels einer Steuereinrichtung für den Impulsantrieb bezüglich ihrer Frequenzen und/oder Amplituden zur Erzielung eines vorgebbaren Flächengewichts variierbar. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem zu spreizenden Material und dem zu erzielenden Flächengewicht die Impulsantriebe entsprechend gesteuert werden hinsichtlich ihrer Frequenzen und ihrer Amplituden bzw. hinsichtlich ihrer Frequenzen oder ihrer Amplituden. Dadurch ergibt sich eine extrem hohe Flexibilität der Vorrichtung hinsichtlich des zu erzielenden gewünschten Spreizergebnisses unterschiedlichster zu spreizender Materialen der Faserbündel.
Hinsichtlich des zur Vorrichtung erforderlichen Widerstandes ist vorgesehen, dass dieser zumindest einen zur Förderrichtung des Faserbündels quer ausgelenkt angeordneten Spreizstab aufweist, über welchen das Faserbündel mit einem definierten Umschlingungswinkel führbar ist. Der definierte Umschlingungswinkel wird dabei entsprechend dem Querversatz des Spreizstabes zur durch das gespreizte Faserbündel aufgespannten Förderebene gebildet. Vorzugsweise kann der Widerstand auch eine Blas- oder Saugeinrichtung sein, kann als Klemmeinrichtung mechanischer Art oder elektromagnetischer Art oder als eine elektromagnetische Faserbündel-Auslenkvorrichtung ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass erfindungsgemäß der Widerstand auf das durch die Spreizvorrichtung laufende gespreizte Faserbündel dergestalt ausgeübt wird, dass die einzelnen Filamente des Faserbündels gezwungen werden, sich mehr und mehr nebeneinander anzuordnen, so dass eine Spreizung des von dem Faserbündelvorrat abgezogenen oder abgeförderten Faserbündels erfolgt.
Weiter vorzugsweise ist für die Vorrichtung vorgesehen, dass der Faserbündelvorrat auf einer nicht freidrehenden Spule angeordnet ist und von dieser abziehbar ist. Die Spule ist in Förderrichtung des Faserbündels vor dem Widerstand angeordnet, nach welchem der erste Impulsantrieb angeordnet ist. Diese Reihenfolge gewährleistet, dass über den Widerstand das Faserbündel gegen die Bremswirkung der Spule abgezogen wird, so dass dem Faserbündel stets eine Spannung aufgeprägt wird. Der Durchlaufgeschwindigkeit des Faserbündelvorrats durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch den Impulsantrieb zusätzlich eine entsprechende Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt, welche im Wesentlichen in Richtung der beim Durchlaufen des Förderbündels durch die Spreizvorrichtung gebildeten Ebene aufgeprägt wird, und zwar in Richtung des Durchlaufs des Faserbündels bzw. auch entgegen der Richtung des Faserbündels durch die Spreizvorrichtung. Das Fördern in Förderrichtung und das Fördern gegen Förderrichtung erfolgen dabei sequenziell alternierend. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass nur Geschwindigkeitskomponenten in Förderrichtung aufgeprägt werden, welche sinusförmig von einem Wert null auf einen Maximalwert ansteigen, um anschließend wieder auf den Wert null zu fallen, eine negative Geschwindigkeitskomponente im Sinne einer Geschwindigkeitskomponente, welche gegen die Förderrichtung des gespreizten Faserbündels gerichtet ist, wäre in diesem Fall nicht vorgesehen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die nicht freidrehende Spule vorzugsweise als angetriebene Spule ausgebildet, welche insbesondere eine in vorgebbaren Sequenzen in Drehrichtung pulsierend angetriebene Spule in der Art eines zweiten Impulsantriebs ist. Die vorgebbaren Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten dieses zweiten Impulsantriebs sind phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs. Damit kann eine doppelte Impulsbeeinflussung des zu spreizenden Faserbündels erreicht werden, weil das zu spreizende Faserbündel sowohl bereits vor dem Widerstand als auch nach dem Widerstand mit den in vorgebbaren Sequenzen alternierend auf das Faserbündel aufbringbaren zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten beaufschlagt werden. Damit kann das Spreizergebnis noch weiter verbessert werden hinsichtlich Genauigkeit und Qualität des Spreizens, das heißt der Vermeidung von Fadengassen nach erfolgter Spreizung, wie auch hinsichtlich der Erzielung eines sehr niedrigen Flächengewichts.
Gemäß einer Weiterbildung ist es vorzugsweise auch vorgesehen, dass der Widerstand dem ersten Impulsantrieb nachgeordnet ist. In einem solchen Fall ist vorzugsweise nur der erste Impulsantrieb für die Spreizvorrichtung vorgesehen.
Wenn der Widerstand dem ersten Impulsantrieb gemäß der vorstehend genannten Weiterbildung der Erfindung nachgeordnet ist, dann ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass das gespreizte Faserbündel auf einem dem Widerstand nachgeordneten, als Wickler ausgebildeten Verbraucher aufgenommen ist. Die Vorrichtung besteht daher dem Grunde nach aus Faserbündelvorrat, erstem Impulsantrieb, Widerstand und Verbraucher beispielsweise in Form eines Wicklers. Dabei ist es vorzugsweise auch möglich und denkbar, dass der Faserbündelvorrat insbesondere in Form einer angetriebenen Spule als erster Impulsantrieb ausgebildet ist.
Weiter vorzugsweise ist der Wickler mit konstanter Aufwickelgeschwindigkeit angetrieben. Die konstante Aufwickelgeschwindigkeit soll sicherstellen, dass während des Spreizens das Faserbündel mit einer Zugkraft beaufschlagt wird. Die Zugkraft kann dabei eine solche Größe vorzugsweise aufweisen, dass selbst bei gegen die Durchlaufrichtung des gespreizten Faserbündels im Sinne einer negativen Geschwindigkeitskomponente gerichteten zusätzlichen Geschwindigkeitskomponente die resultierende Geschwindigkeit aus Durchlaufgeschwindigkeit des Faserbündels und entgegen der Durchlaufrichtung gerichteter zusätzlicher Geschwindigkeitskomponente positiv ist. Es ist aber auch möglich, dass die zusätzliche Geschwindigkeitskomponente eine derartige Größe aufweist, dass zumindest kurzzeitig die resultierende Geschwindigkeit aus Durchlaufgeschwindigkeit des Faserbündels und entgegen der Durchlaufrichtung gerichteten zusätzlichen Geschwindigkeitskomponente null ist.
Gemäß noch einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Wickler der Vorrichtung vorzugsweise in der Art eines zweiten, zusätzlichen Impulsantriebs angetrieben ausgebildet ist, dessen vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs sind. Die vorgebbaren Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten, welche dem Faserbündel beim Durchlauf durch die Vorrichtung während des Spreizvorganges aufgeprägt werden, walken sozusagen das Faserbündel durch zum Beispiel eine solche in vorgebbaren Sequenzen in Drehrichtung pulsierend angetriebene Spule in der Art eines zweiten Impulsantriebs, wodurch die einzelnen Filamente in ihrem Bestreben, sich nebeneinander anzuordnen, unterstützt werden. Idealerweise kann mit dem erfindungsgemäßen Impulsantrieb bzw. der Vorrichtung mit derartigen Impulsantrieben erreicht werden, dass eine nahezu ideale Spreizung erreicht wird, bei welcher die gewünschten extrem niedrigen Flächengewichte erzielbar sind und bei denen sozusagen idealerweise die Spreizung derart erfolgt, dass gerade noch keine Gassenbildung auftritt, aber Filament neben Filament angeordnet ist. Dabei ist es allerdings prinzipiell auch möglich, die Spreizung derart weit zu treiben, dass die einzelnen Filamente sogar in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sind. Derartige später in Multiaxialgelegen zu erzeugende Lagen können je nach Anwendungsfall durchaus sinnvoll sein. Die Flächengewichte derartiger Lagen können noch geringer sein als zuvor angegeben.
Gemäß noch einer Weiterbildung ist vorzugsweise vorgesehen, dass anstelle der Ausbildung des Wicklers bzw. Fadenverbrauchs in Form eines zweiten, zusätzlichen Impulsantriebs dem Widerstand ein zusätzlicher, zweiter Impulsantrieb nachgeordnet ist, welcher nicht der Wickler ist, welcher aber dennoch wie die prinzipielle Wirkungsweise der Impulsantriebe ist, nämlich vorgebare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponente phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs erzeugt.
Gemäß noch einer Weiterbildung kann bei Vorhandensein eines ersten Impulsantriebs und eines zweiten, zusätzlichen Impulsantriebs die Steuerung nun so vorgenommen werden, dass entweder der erste oder der zweite zusätzliche Impulsantrieb als Impulsantrieb arbeitet und der nicht dem Faserbündel vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten während des Spreizens aufprägende Impulsantrieb sozusagen neutralisiert wird. Unter Neutralisieren wird hier verstanden, dass die vorgebbaren Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten bei dem nicht wirksamen Impulsantrieb dem Faserbündel nicht aufgeprägt werden, sondern das Faserbündel lediglich ohne eine derartige Wirkung den Impulsantrieb durchläuft.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zum Spreizen eines Faserbündels gemäß der Erfindung bei definierten Fördergeschwindigkeiten einen ersten erfindungsgemäßen Schritt auf, bei welchem der Fördergeschwindigkeit des Faserbündels während des Spreizvorganges eine pulsierende Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt wird. Diese pulsierende Geschwindigkeitskomponente ist in vorgebbaren Sequenzen alternierend in Richtung der Fördergeschwindigkeit und entgegen dieser Richtung oder nur in der Förderrichtung oder nur entgegen der Förderrichtung des Faserbündels während des Spreizens gerichtet.
Erfindungsgemäß ist es zumindest erforderlich, dass neben dem Liefern eines zu spreizenden Faserbündels von einem Faserbündelvorrat und dem nach dem Spreizen vorhandenen Faserbündelverbrauch zumindest ein Widerstand und ein Impulsantrieb vorgesehen sind, durch deren Zusammenwirken das eigentliche Spreizen des Faserbündels realisiert wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Weiterbildung die pulsierende Geschwindigkeitskomponente mittels eines ersten Impulsantriebs dem Faserbündel aufgeprägt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird die pulsierende Geschwindigkeitskomponente mittels des ersten und mittels eines zweiten Impulsantriebs dem Faserbündel aufgeprägt, wobei die jeweiligen Geschwindigkeitskomponenten vom ersten Impulsantrieb und vom zweiten Impulsantrieb phasenversetzt zueinander in das Faserbündel eingebracht werden. Die phasenversetzen jeweiligen Geschwindigkeitskomponenten von dem ersten und von dem zweiten Impulsantrieb dienen sozusagen dem Durchwalken des zu spreizenden Faserbündels durch die in Drehrichtung vorgebbaren Sequenzen des jeweiligen Impulsantriebs wie zum Beispiel einer derart antreibbaren Spule, um das Spreizergebnis weiter zu verbessern.
Zusätzlich zu dem sog. Walken des zu spreizenden Faserbündels während des Spreizvorganges kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass zusätzlich quer zur Förderrichtung des Faserbündels durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Schwingungskomponente dem zu spreizenden Faserbündel aufprägt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Spreizergebnis weiter verbessert werden kann, weil insoweit ein weiteres physikalisches Spreizprinzip, nämlich das Aufbringen einer im Wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung des Faserbündels durch die Vorrichtung eine Schwingungskomponente angewendet wird. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Impulsspreizen beziehungsweise eine das Impulsspreizen realisierende Vorrichtung mit den bekannten Spreiztechniken für Faserbündel kombiniert werden kann.
Die Produktionsgeschwindigkeit, welche auch als Liniengeschwindigkeit bezeichnet wird, liegt vorzugsweise bei 8m/min, und die Amplitude der Geschwindigkeit, welche auf die Produktionsgeschwindigkeit addiert oder von dieser substraiert wird, liegt vorzugsweise bei 3m/min und wird mit einer vorzugsweisen Frequenz von 2 Hz der Produktionsgeschwindigkeit aufgeprägt. Weitere Vorteile, Details und konkrete Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: eine Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung mit zumindest zwei Impulsantrieben und jeweils davor und danach angeordnetem Widerstand, welcher auf das durch die Vorrichtung laufende Faserbündel wirken;
Figur 2: eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welche lediglich aus nicht angetriebener Spule, Widerstand und erstem Impulsantrieb sowie nicht dargestelltem Faserbündelverbrauch ausgebildet ist;
Figur 3: ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem die Vorrichtung einen Faserbündelvorrat (nicht dargestellt) einen ersten Impulsantrieb, gefolgt von einem Widerstand und dieser gefolgt von einem Faserbündelverbrauch aufweist;
Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches zwei Impulsantriebe aufweist, zwischen denen ein Widerstand vorgesehen ist, wobei der Faserbündelvorrat und der Faserbündelverbrauch nicht dargestellt sind;
Figur 5a): einen ersten Impulsantrieb, durch welchen das zu spreizende Faserbündel geführt ist;
Figur 5b): die Darstellung gemäß Figur 5a) in Draufsicht, aus welcher ersichtlich ist, dass Verwindungen bzw. Verschlingungen beim Spreizen an dem ersten Impulsantrieb an diesem verbleiben und das gespreizte Faserbündel vollkommen unverschlungen dem weiteren Teil der Spreizvorrichtung zu dessen weiterem Spreizen zugeführt wird; und
Figur 6: in prinzipieller Darstellung die in Art einer Sinuskurve schwankend auf das zu spreizende Faserbündel bzw. auf dessen Durchlaufgeschwindigkeit aufgeprägte zusätzliche Geschwindigkeitskomponente eines ersten Impulsantriebs sowie phasenversetzt dazu die zusätzliche Geschwindigkeitskomponente des zweiten Impulsantriebs.

In Figur 1 ist eine Spreizanlage dargestellt, welche zumindest zwei Impulsantriebe und die mit diesen zusammenwirkenden jeweils vor- und nachgeordneten Widerstände aufweisen, wobei das zu spreizende Faserbündel von einem Faserbündelvorrat 2 über einen Widerstand 3 durch einen ersten Impulsantrieb 4.1 und wiederum über einen weiteren Widerstand 3 und einen zweiten Impulsantrieb 4.2 und wiederum über einen Widerstand 3 einem Faserverbrauch 5 in der Art eines Wicklers 8 zugeführt wird. Das Faserbündel 1 wird am Faserbündelvorrat 2, welcher in der Art einer nicht freidrehbaren Spule abgezogen bzw. abgefördert wird, mittels einer Gegendruckrolle 9 angedrückt. Gleichermaßen ist eine derartige Gegendruckrolle 9 am Faserverbrauch 5 bzw. Wickler 8 vorgesehen, um dort ein sauberes Aufwickeln des gespreizten Faserbündels 1 zu gewährleisten. Im Übrigen ist die nicht freidrehbare Gegendruckrolle 9 zur gezielten Förderung des Faserbündels 1 sinnvoll beziehungsweise erforderlich. Bei einer Kombination von derartiger Spule und Gegendruckrolle 9 beziehungsweise von Wickler 8 und Gegendruckrolle 9 kann die Steuerung jeweils derart vorgenommen werden, dass diese Kombinationen selbst einen Impulsantrieb darstellen.
Von dem Faserbündelvorrat 2 wird das Faserbündel mittels der Zuführgeschwindigkeit dem Widerstand 3 und von dort im ersten Impulsantrieb 4.1 zugeführt. Aufgrund des Aufprägens einer zusätzlichen Geschwindigkeitskomponente in die Förderrichtung des Faserbündels durch die Vorrichtung bzw. entgegen dieser kann die Zuführgeschwindigkeit 10 in ihrem Betrag geändert sein und läuft als Fördergeschwindigkeit 11 von dem ersten Impulsantrieb 4.1 über den Widerstand 3 zu dem zweiten Impulsantrieb 4.2. Der zweite Impulsantrieb 4.2 prägt ebenfalls eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in Förderrichtung des Faserbündels durch die Spreizvorrichtung und/oder entgegen der Förderrichtung durch die Spreizvorrichtung dem zu spreizenden Faserbündel auf. Von dem zweiten Impulsantrieb 4.2 gelangt das Faserbündel 1 über einen weiteren Widerstand 3 zu dem Faserverbrauch 5 bzw. Wickler 8. Mittels des Faserverbrauchs 5 bzw. Wicklers 8 wird das gespreizte Faserbündel mit Produktionsgeschwindigkeit 12 auf den Faserverbrauch 5 aufgewickelt unter gleichzeitigem Andrücken mittels einer Gegendruckrolle 9.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel ist für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem in Figur 1 beschriebenen umfassenden Ausführungsbeispiel eine reduzierte Anzahl von Komponenten vorhanden. Als Faserbündelvorrat bzw. Fadenbereitstellung 1 dient eine nicht angetriebene Spule, von welcher das Faserbündelmaterial abgezogen und einem Widerstand 3 mit der von der Spule bereitgestellten Zuführgeschwindigkeit 10 zugeführt wird. Der Widerstand ist vor einem Impulsantrieb angeordnet. Dieser Impulsantrieb stellt den ersten und einzigen Impulsantrieb bei dieser Ausführungsform dar. Nach dem Impulsantrieb 4.1 verlässt das durch die Wirkung des Impulsantriebs 4.1 gespreizte Faserbündel mit von dem Impulsantrieb 4.1 austretender Fördergeschwindigkeit 11, um anschließend mit der Produktionsgeschwindigkeit 12 einem Verbraucher, welcher hier nicht näher spezifiziert ist, zugeführt zu werden. Wenn dem Impulsantrieb 4.1 kein weiteres Element der Vorrichtung nachgeordnet ist, dann ist davon auszugehen, dass in einer gewissen Entfernung nach dem Impulsantrieb 4.1 die Fördergeschwindigkeit 11 etwa der Produktionsgeschwindigkeit 12 entspricht. Die Anordnung gemäß Figur 2 entspricht dem Abzug beziehungsweise der Förderung des Faserbündels aus einem Karton. Dafür ist eine Gegenspannung beispielsweise in Form einer Bremse (nicht gezeigt) vor dem Widerstand 3 erforderlich.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Impulsantrieb 4.1 vorgesehen ist, dessen zusätzliche Geschwindigkeitskomponente dem den Impulsantrieb 4.1 durchlaufenden Faserbündel 1 aufgeprägt wird, wobei ein Faserbündelvorrat nicht gezeichnet ist, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel es offenbleibt, von wo und in welcher Form das Faserbündel 1 dem ersten Impulsantrieb 4.1 zugeführt wird. Eine Zuführung kann beispielsweise auch aus Kartonagen erfolgen, in welchen das ungespreizte Faserbündel in Form eines Kabels in Schlingen abgelegt ist. Dem ersten Impulsantrieb 4.1 wird das Faserbündel jedenfalls mit Zuführgeschwindigkeit 10 zugeführt, welche bei diesem Ausführungsbeispiel etwa der Fördergeschwindigkeit 11 entspricht, mit welcher das Faserbündel in den ersten Impulsantrieb 4.1 eintritt. Im ersten Impulsantrieb 4.1 wird dem Faserbündel eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Fördereinrichtung des Faserbündels durch die Vorrichtung und/oder entgegen dieser Fördereinrichtung aufgeprägt, so dass das Faserbündel sozusagen gewalkt wird. Von dem Impulsantrieb 4.1 gelangt das bereits gespreizte Faserbündel über einen nachgeschalteten Widerstand 3 zu einem Faserbündelverbrauch 5, welcher in Form eines Wicklers vorgesehen ist. An dem Wickler an der Aufwickelstelle ist eine Gegendruckrolle 9 oder Andruckrolle vorgesehen, um ein gleichmäßiges Aufwickeln des gespreizten Faserbündels 1 zu gewährleisten. Der Wickler ist angetrieben ausgebildet, so dass das Zusammenwirken von Impulsantrieb 4.1 und nachgeschaltetem Widerstand 3 über die vom angetriebenen Wickler 8 aufrechterhaltene Spannung im Faserbündel 1 bzw. im gespreizten Band gewährleistet ist. Der angetriebene Wickler 8 kann einerseits mit einer konstanten Aufwickelgeschwindigkeit betrieben werden, das heißt er arbeitet immer mit der Fördergeschwindigkeit. Es ist jedoch auch möglich, dass der Wickler 8 als zusätzlicher Impulsantrieb 4.2 ausgebildet ist, wobei der Wickler 8 bzw. zusätzliche Impulsantrieb 4.2 und der erste Impulsantrieb, welcher vor dem Widerstand 3 angeordnet ist, so gesteuert sein müssen, dass die aufgeprägten in der Art einer Sinusfunktion variierenden Geschwindigkeitskomponenten des zusätzlichen, zweiten Impulsantriebs und des ersten Impulsantriebs zeitversetzt, das heißt phasenversetzt zueinander sein müssen, wobei dieser Zeitversatz verschieden von 0 ° sein muss, das heißt im Bereich von 1 ° bis 359° liegen muss.
Und schließlich ist in Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem ein erster Impulsantrieb 4.1 und ein zweiter Impulsantrieb 4.2 vorgesehen sind, zwischen denen ein Widerstand 3 angeordnet ist. Der erste Impulsantrieb 4.1 und der Widerstand 3 sowie der zweite Impulsantrieb 4.2 interagieren miteinander und bewirken das sogenannte Walken des Faserbündels 1 beim Durchlaufen der Spreizvorrichtung. Dieses aus zwei Impulsantrieben 4.1 und 4.2 und einem dazwischen angeordneten Widerstand 3 bestehende vereinfachte Grundsystem einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt offen, von welchem Faserbündelvorrat das Faserbündel 1 mit Zuführgeschwindigkeit 10 dem ersten Impulsantrieb 4.1 zugeführt wird, und wie das den zweiten Impulsantrieb 4.2 mit Produktionsgeschwindigkeit 12 verlassende Faserbündel 1 welchem Faserbündelverbrauch zugeführt wird. Diese Anordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet sich im Grunde genommen wieder in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, bei welcher als zusätzlicher Impulsantrieb eine angetriebene Spule vorhanden ist, wie auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, bei dem als zusätzlicher Impulsantrieb ein Wickler 8 vorgesehen ist.
Als Widerstand kommen zahlreiche mögliche Abwandlungen in Frage. Dazu gehören beispielsweise Walzen mit elastischen Vorsprüngen, welche nur bei aufeinander abrollenden Vorsprüngen das Faserbündel klemmen, welche zwischen den Vorsprüngen die Filamente aber hindurchgleiten lassen, so dass permanent eine Spannungsvariation auf dem Faserbündel erzeugt wird. Ebenso ist als weiteres Beispiel ein Walzenpaar denkbar, welches keine in der Rotation auf das Faserbündel ausgeübte Geschwindigkeitsvariationskomponente dem Faserbündel aufprägt, sondern welche eine in Richtung der Durchlaufrichtung des Faserbündels erfolgende schwankende hin- und hergehende Bewegungskomponente dem Faserbündel aufprägt. Außerdem können als Widerstand eine klemmende Transportkette eingesetzt werden wie auch eine von Hydraulik oder Pneumatik oder Ähnlichem beaufschlagte Breitschlitzdüse bzw. eine Mehrzahl derartiger Breitschlitzdüsen sowie auch eine elektromagnetische Ausbildung für ein wechselnd klemmendes und das Faserbündel freigebendes Organ vorgesehen sein.
In Figur 5 ist ein als Walzenpaar dargestellter erster Impulsantrieb in Seitenansicht gemäß Figur 5a) und in Draufsicht gemäß Figur 5b) dargestellt. Es sei herausgestellt, dass aufgrund der Wirkungsweise des Impulsantrieb 4.1, indem in vorgebbaren Sequenzen alternierend eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in Förderrichtung und/oder entgegen dieser Förderrichtung in Faserbündel 1 aufgeprägt wird, erreicht wird, dass Verschlingungen des Faserbündels von dem Ort der Spreizung in dem Impulsantrieb 4.1 oder aber an dem ersten Organ, an welchem die Spreizung erfolgt, nämlich einem Spreizstab, verbleiben und nicht in die Vorrichtung weitergeleitet werden. Vielmehr wird in die Vorrichtung lediglich das gleichmäßig bereits gespreizte Faserbündel weitergeleitet, so dass ein gleichmäßiges und keine Unregelmäßigkeiten in der Dichteverteilung der Filamente vorhandenes Produkt erzeugt werden kann. Diese Verschlingungen werden auch als Dreher bezeichnet und müssen unter allen Umständen vermieden werden. Diese Dreher sind bei Faserbändern vor allen Dingen vorhanden, die bei Kreuzspulen den Richtungswechsel am äußeren rechten und linken Rand bilden und im Abwicklungsvorgang dazu neigen zu kippen. Bei bekannten Spreizvorrichtungen konnten derartige Dreher im Spreizprozess nicht ausgeschlossen werden. Bei Lagen mit hohem Flächengewicht spielen die Dreher nur eine untergeordnete Rolle, weil sie insoweit nicht wesentlich auffallen und daher geduldet werden können. Bei niedrigen Flächengewichten sind Dreher ein sog. K. o.-Kriterium. Interessant ist, dass bei der erfindungsgemäßen Spreizvorrichtung die Dreher bis zum ersten Impulsantrieb zurückgedrängt werden, weil idealerweise durch Dreher mit entgegengesetzter Drehung diese kompensiert werden. Ein Impulsantrieb kann auch als Quetschwalze angesehen beziehungsweise bezeichnet werden. In der Summe ergeben sich daher neue wirtschaftliche Möglichkeiten, faserverstärkte Bauteile zu kreieren, da gezielt unidirektionale Lagen bzw. multiaxiale Gelege mit sehr niedrigem Flächengewicht auf Basis der tatsächlich nötigen gewünschten Festigkeit eingesetzt werden können.
Und schließlich ist in Figur 6 ein Beispiel des durch die Spreizvorrichtung geförderten Faserbündels dargestellt. Bezogen auf die Fördergeschwindigkeit des Faserbündels 1 erfährt dieses alternierend über definierte Sequenzen eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente entgegen der Förderrichtung und gefolgt in Richtung der Fördereinrichtung. Bei vorhandenen zwei Impulsantrieben sind die zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten phasenversetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist bezogen auf die Geschwindigkeit null auch bei der entgegen der Förderrichtung gerichteten zusätzlichen Geschwindigkeitskomponente der resultierende Betrag der Geschwindigkeitskomponente aus dieser zusätzlichen Geschwindigkeitskomponente und der Fördergeschwindigkeit in jedem Fall positiv, so dass stets eine entsprechende Zugkraft auf das Faserbündel 1 ausgeübt wird.

Bezugszeichenliste

1: Faserbündel
2: Faserbündelvorrat
3: Widerstand
4.1: erster Impulsantrieb
4.2: zweiter Impulsantrieb
5: Faserverbrauch
6: Spreizstäbe
7: Spule
8: Wickler
9: Gegendruckrolle/Andruckrolle
10: Zuführgeschwindigkeit
11: Fördergeschwindigkeit
12: Produktionsgeschwindigkeit

Claims

Vorrichtung zum Spreizen eines Faserbündels (1), welches von einem Faserbündelvorrat (2) über einen Widerstand (3) und zumindest einen mit dem Widerstand (3) zusammenwirkenden ersten Impulsantrieb (4.1) einem Faserverbrauch (5) zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Impulsantriebs (4.1) dem Faserbündel (1) in vorgebbaren Sequenzen alternierend eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in dessen Förderrichtung und eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente entgegen der Förderrichtung während des Spreizens aufprägbar ist oder eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in vorgegebenen Sequenzen nur in der Förderrichtung des Faserbündels (1) oder in vorgebbaren Sequenzen nur entgegen der Förderrichtung des Faserbündels (1) während des Spreizens dem Faserbündel (1) aufprägbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Sequenzen der zusätzlichen Geschwindigkeitskomponenten mittels einer Steuereinrichtung für den Impulsantrieb (4.1) bezüglich ihrer Frequenzen und/oder Amplituden zur Erzielung eines vorgebbaren Flächengewichts variierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (3) zumindest einen zur Förderrichtung des Faserbündels (1) quer ausgelenkt angeordneten Spreizstab (6) aufweist, über welchen das Faserbündel (1) mit einem definierten Umschlingungswinkel führbar ist, oder eine Blas- oder Saugeinrichtung, eine Klemmeinrichtung oder eine elektromagnetische Faserbündel-Auslenkvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserbündelvorrat (2) von einer nicht freidrehenden Spule (7) abziehbar ist, welche in Förderrichtung des Faserbündels (1) vor dem Widerstand (3) angeordnet ist, nach welchem der erste Impulsantrieb (4.1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht freidrehende Spule (7) angetrieben ist, insbesondere eine in vorgebbaren Sequenzen in Drehrichtung pulsierend angetriebene Spule in der Art eines zweiten Impulsantriebs (4.2) ist, deren vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (3) dem ersten Impulsantrieb (4.1) nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gespreizte Faserbündel (1) auf einen dem Widerstand (3) nachgeordneten, als Wickler (8) ausgebildeten Verbraucher aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickler (8) mit konstanter Aufwickelgeschwindigkeit angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickler (8) in der Art eines zweiten, zusätzlichen Impulsantriebs (4.2) angetrieben ist, dessen vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs (4.1) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerstand (3) ein zusätzlicher, zweiter Impulsantrieb (4.2) nachgeordnet ist, dessen vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten phasenversetzt zu denen des ersten Impulsantriebs (4.1) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Impulsantriebe (4.1, 4.2) aus der Gruppe erster Impulsantrieb (4.1) und zweiter, zusätzlicher Impulsantrieb (4.2) so steuerbar ist, dass dem Faserbündel (1) vorgebbare Sequenzen der Geschwindigkeitskomponenten während des Spreizens aufprägbar sind.
Verfahren zum Spreizen eines Faserbündels (1) bei definierter Fördergeschwindigkeit, bei welchem der Fördergeschwindigkeit des Faserbündels (1) während des Spreizvorganges eine pulsierende Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt wird, welche in vorgebbaren Sequenzen alternierend in Richtung der Fördergeschwindigkeit und entgegen dieser Richtung oder nur in der Förderrichtung oder nur entgegen der Förderrichtung des Faserbündels (1) während des Spreizens gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die pulsierenden Geschwindigkeitskomponenten mittels eines ersten Impulsantriebs (4.1) dem Faserbündel (1) aufgeprägt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die pulsierenden Geschwindigkeitskomponenten mittels des ersten und eines zweiten Impulsantriebes (4.2) dem Faserbündel (1) aufgeprägt werden, deren jeweilige Geschwindigkeitskomponente phasenversetzt zueinander in das Faserbündel (1) eingebracht werden.