EP4028231A1 - Maschine und verfahren zur herstellung von bändern aus faser-kunststoff-verbundwerkstoffen - Google Patents

Maschine und verfahren zur herstellung von bändern aus faser-kunststoff-verbundwerkstoffen

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EP4028231A1
EP4028231A1 EP20780086.3A EP20780086A EP4028231A1 EP 4028231 A1 EP4028231 A1 EP 4028231A1 EP 20780086 A EP20780086 A EP 20780086A EP 4028231 A1 EP4028231 A1 EP 4028231A1
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EP
European Patent Office
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fibers
plastic
profile
machine according
machine
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Pending
Application number
EP20780086.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Brzeski
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP4028231A1 publication Critical patent/EP4028231A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
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    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
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    • B29C70/528—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2007/00—Flat articles, e.g. films or sheets
    • B29L2007/007—Narrow strips, e.g. ribbons, tapes, bands

Definitions

  • the invention relates to a machine and a method for the improved production of ribbons from a fiber-plastic composite material with a housing through which fibers pass, in which a plurality of profile rods are fixedly or rotatably mounted, which are perpendicular or vertical to the direction of passage of the fibers and via which forces can be acted alternately on the top and bottom of the fibers and on their coating with a plastic for impregnating the fibers and for consolidating the plastic between the fibers.
  • EP 3 192644 A1 describes a machine for producing fiber-reinforced plastic strips in which the fibers run through a container with liquid plastic for impregnation. Within this plastic bath, the fiber bundle loops alternately with its upper side and then with its lower side around some cylindrical rollers.
  • EP 3 192644 A1 mentions that as the speed of the fibers passing through increases, their impregnation deteriorates. Attempts are made to counteract this by exerting increased pressure on the plastic layer in an adjustable nozzle. Disadvantageously, however, the tensile load on the fibers increases significantly, as a result of which some fibers can tear undetected, so that an inferior tape is produced.
  • the invention has set itself the task of avoiding these disadvantages as far as possible and of developing a machine in which the impregnation of the fibers with plastic and the consolidation of the plastic layer is improved and, in particular, the maximum possible processing speed is increased.
  • the invention teaches that the ratio of the average total contact length of all profile rods used in the impregnation in millimeters to the number of profile rods between 2: 1 and 1: 400, preferably between 1: 1 and 1: 200 and particularly preferably between 1 : 10 and 1: 100.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the spacing of the profile bars from one another can be adjusted in both the vertical and horizontal directions.
  • the position of one or more profile bars can be changed within the housing when the machine is not in operation.
  • the profile bars can be swiveled on auxiliary bars, for example.
  • the housing consists of two opposing side walls which are connected to one another by a central part, profile rods can be slidably fastened in slots in the side walls.
  • the two side walls consist of several mutually adjustable supports.
  • a machine according to the invention can thus be adapted to a broader spectrum of different types and designs of fiber-reinforced tapes.
  • the side walls can contain grid patterns that show the different positions of the profile bars depending on the configuration. When changing over to a different fiber-plastic-composite material belt, the conversion process can be made easier.
  • the wrap angle is determined by the distance between the profile rod and its two adjacent profile rods. Therefore, the optimal values for the distances and thus for the wrap angles must be in a simple Embodiment can already be taken into account in the construction of a machine according to the invention.
  • the profile bars are each stored or fastened at a single, specific location within the housing of the machine. As a result, this version of the machine is specialized for certain dimensions, certain plastics, certain fibers and a certain range for the proportion of fibers to the plastic.
  • the frictional force on the belt can advantageously be reduced by reducing the distance between the profile bars in the machining direction of the belt.
  • a further embodiment of the invention consists in that, at least in the case of some of the profile bars, seen in cross section, the distance of their outer surface from their attachment point on the housing or from the axis of rotation changes over the circumference.
  • the profile bars therefore have a changing diameter over one revolution.
  • a cross-section in the form of an ellipse, a polygon with rounded or sharp corners or a circle with an attached rib is mentioned as an exemplary embodiment.
  • this shape not only is a uniform pressure exerted on the plastic layer when it is wrapped, but at least one additional pressure pulse is added within this path.
  • this does not increase the total mean tensile load on the fibers to the same extent, because the elasticity and inertia of the plastic layers in front of and behind the area of this force pulse slows down the transmission of the pulse within the fiber-plastic composite.
  • This advantageous effect can be reinforced by the fact that before and / or after the additional, convex outwardly protruding bulges on the outer surface of the profile bars, small trough-like concave valleys are incorporated into the profile. They briefly reduce the pressure that acts on the plastic layer, so that the entire layer expands outwards and thus the outer edge of the cavities is further removed from the next fiber. If shortly afterwards the pressure rises again and impulsively increases beyond the mean value, the change in pressure from the "valley" to the "tip" of the cross-section of a profile bar is even greater. The pressure pulse hits a cavity, the edge of which and therefore also the center of the cavity have already been removed from the fiber by the brief suction.
  • the bubble moves back a little at the beginning of the pressure pulse, but due to the inertia and high viscosity of the plastic only part of the path that was previously covered by suction. Then the pressure tip ensures that the movement is reversed again and moves the entire cavity further away from the fibers beyond its distance from the fibers that was already reached in the suction.
  • the previously described pulsation of the force acting on the plastic is an effective part of the production process. But a force that is relatively very high in absolute terms is also helpful in driving the air and gas bubbles out of the viscous plastic.
  • the invention therefore prefers that the diameter of at least one profile rod is smaller than that of the others, so that it exerts a relatively high force perpendicular to the direction of movement of the fibers.
  • Another embodiment of the machine consists in that at least one of the profile bars has a smaller diameter than the others.
  • the viscous plastic must be distributed evenly across the fibers.
  • the invention proposes that the diameter of at least one profile rod is larger than the others, whereby the plastic-wetted fibers rest on the profile rod for a longer distance, so that small wings or ribs on the plastic layer into the adjacent depressions and valleys be pressed.
  • the proportion of pores, voids and other cavities in the cross-section of the strip is typically 5 % to reduce. A further reduction to just 1% can be achieved under certain boundary conditions.
  • Another alternative for processing the fiber-plastic composite are two adjacent profile rods whose distance from one another is smaller than the material thickness of the fibers passing through and their coating with plastic. This configuration is also known as a calender.
  • the two profile rods arranged in such close proximity to one another press the plastic layer into the fibers with a particularly high force. In this way, above all, very good impregnation of the fibers is achieved even with a very high proportion of the cross-sectional area of the tape.
  • the profile bars can be arranged within the housing of the machine in the surrounding atmosphere. Then the liquid plastic has already been applied to the fibers beforehand, e.g. in a nozzle that surrounds the entire fiber bundle. Alternatively, the fibers are partially or completely immersed in a bath made of liquid plastic. So that the plastic is sufficiently viscous during processing by the individual profile rods, the profile rods must be heated. Infrared or laser rays or flames or hot gas or steam or electrically heated resistors can be used for this purpose. The temperature of the heated profile bars can decrease in the processing direction of the strip in order to ensure gentle and controlled cooling of the plastic.
  • thicknesses of the fiber-plastic composite of 0.05 mm to 5 mm can be achieved. Thicknesses from 0.1 mm to 2 mm are particularly interesting.
  • the width of the tape is typically in the range of about 12 mm. According to the inventive principle, however, tapes can also be produced that are only 2 mm wide. The width can be expanded up to a range of 2000 mm so that fiber-reinforced plastic sheets can be produced.
  • the proportion of fibers in the cross section is typically not less than 15%. For even better resistance to tensile loads, it can be increased to around 85%.
  • a machine according to the invention should in principle be equipped with at least 5 profile bars. But with at least 20 profile bars, a significantly better impregnation and consolidation of the fiber-plastic composite material can be achieved.
  • the machine has at least 5 or 10 or 15 or 20 or 25 or 30 or 40 or 50 or 60 or 70 or 80 or 90 profile bars.
  • thermoplastic or thermosetting plastics such as polyolefins, polyamides, polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketones (PEKK), polyetherimide (PEI), polyoxymethylene (POM), or polyethylene terephthalate (PET) can be processed and processed.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEKK polyetherketones
  • PEI polyetherimide
  • POM polyoxymethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • LCP LCP, aramid, polyamide, polyester, UHMWPE or other plastic, carbon or glass fibers are embedded and worked into these plastics.
  • the machine is advantageously designed in such a way that, during the impregnation process, one or more profile bars can be set in rotation continuously or discontinuously and in the direction of the fiber movement or in the opposite direction.
  • the friction can be reduced (when rotating in the running direction) or increased (when rotating against the running direction), whereby the possible contact area per driven profile bar can be reduced or increased. If such a drive is present, this must be taken into account when calculating the average total contact length.
  • the machine is preferably designed in such a way that one or more profile bars can be set in vibration in order to support the impregnation of the fibers.
  • the machine is preferably designed in such a way that several strips can be produced on it at the same time next to one another or one above the other.
  • the machine is advantageously designed in such a way that the strips produced next to one another or one on top of the other can be brought together in a further consolidation unit to form a strip which is layered both vertically and horizontally.
  • the machine is advantageously designed in such a way that the fibers can be of one type or a combination of two or more different types of fibers.
  • the machine is preferably designed in such a way that the plastic used can be a mixture of different plastics and / or this can be applied in layers.
  • the machine is advantageously designed in such a way that the surface of the tape is coated after the impregnation, as a result of which the tape has better protection against environmental influences or can be further processed better.
  • the machine is preferably designed in such a way that the profile bars can have the shape of knives, doctor blades or scrapers in order to improve the quality and properties of the strip.
  • Grooves or millings are preferably embedded in the profile rods, which are designed in such a way as to shape the strip.
  • the grooves comprise edges that are parallel or non-parallel to one another.
  • edges of a groove are preferably rounded, angular or protruding.
  • the grooves advantageously comprise side walls, the side walls being designed in such a way that they are perpendicular or inclined to the respective profile bar.
  • the grooves preferably have a different width.
  • the groove advantageously comprises a base.
  • the bottom is arched like the profile bar, has a different curvature or comprises a flat surface.
  • the object is also achieved by a method for setting strips made of fiber-plastic composite materials with a machine according to the invention in that additives are added to the plastic used.
  • the machine is preferably designed in such a way that additives can be added to the plastic used, which changes the properties of the strips produced with regard to their appearance and chemical and physical properties.
  • the additives can also be used as flaft mediators in the machine.
  • further additives for protection or impregnation are applied to the fiber-plastic composite material during or after processing.
  • the fiber-plastic composite material can be sprayed with other additives for protection or impregnation during or after processing,
  • the additives are applied to the fiber-plastic composite material by spraying or smearing from a nozzle.
  • Figure 1a Part of the cross section of a fiber-plastic composite after impregnation.
  • Figure 1b Cross section of the fiber-plastic composite like. 1a, after additional consolidation.
  • Figure 2 Section through the part of a machine for impregnation
  • FIG. 3 Section of the machine for the impregnation and consolidation of strips made of fiber-plastic composite material from FIG. 2.
  • Figure 1a shows schematically a cross section through a fiber-plastic composite material.
  • the part of the cross section shown is so small that only six fibers F are visible.
  • These fibers F are all completely "impregnated", ie their entire outer surface is already wetted with at least one thin layer of the liquefied plastic K.
  • the interstices between the fibers F are also largely filled with plastic K and only interrupted at a few points by air-filled flea spaces Fl. Because the air is under increased pressure due to the processing of the heated material, it expands when it cools, whereby it damages the not yet fully solidified structure of the plastic and thus reduces its adhesive strength and tear resistance.
  • FIG. 1b shows that the machine according to the invention has pressed the cavities H out of the plastic K by processing the strip of fiber-plastic composite material with the profile rods 3, 4, 5, 6 according to the invention. This process is called consolidation.
  • the ideal state is achieved when all fibers F are surrounded by a homogeneous mass of plastic K.
  • the housing of a machine consists of two side walls 1, one of which has been removed in the drawing so that the connecting middle part 2 of the housing is visible.
  • a band of fibers F first passes through a nozzle 10, which applies plastic K to the band on all sides. Then the coated tape loops around several profile bars 3, 4, 5, 6.
  • the heating devices that heat the plastic K and thereby liquefy it, as well as the heaters for the profile bars 3, 4, 5, 6, are not shown.
  • the middle part 2 of the housing is arched upward in the shape of a trough at its ends, so that it catches dripping plastic K that is not required and diverts it with guides (not shown here).
  • the tape first runs around a cylindrical profile rod 3, which is mounted in the attachment point 31 on the side walls 1 of the machine.
  • the relatively large diameter of this profile rod 3 results in a relatively long running distance of the belt on the cylindrical outer surface.
  • the plastic K is evenly distributed on and between the fibers F of the tape.
  • the band runs over a ribbed profile rod 4.
  • the rib of this rod can be seen as a "nose” which is placed on a cylindrical base body.
  • the rib provides a force impulse which, in the fiber-plastic composite, acts on the still viscous plastic K on and between the fibers F and thereby pushes the flea spaces Fl still located therein further outwards.
  • the following, elliptical profile bar 5 exerts two additional force pulses per revolution with its two more pointed areas.
  • the angular profile bar 6 generates four pulses with its four, somewhat rounded corners.
  • two cylindrical profile bars 3 are not directly connected to the side wall 1, but are mounted so that they can move vertically.
  • auxiliary rods 8 which are guided up to the upper edge of the side wall 1 and are connected there in an articulated manner to pivotable dancer levers 9. Only the dancer levers 9 are pivotably connected to the side wall 1.
  • the two movably suspended profile bars 3 rise and fall.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a machine according to the invention with 7 profile rods 3, 4, 5, 6, each of which presses further air-filled flea spaces F1 out of the plastic K.
  • the ratio of the average contact length of all profile rods used in the impregnation in millimeters to the number of profile rods 3, 4, 5, 6 is between 2 and 1: 400, preferably between 1 and 1: 200 and particularly preferably between 1:10 and 1 : 100.
  • the tape is led out of the trough-shaped middle part 2 of the housing upwards. It then passes through two cylindrical profile bars 3, which are arranged very close to one another. The distance between the outer surfaces of these two profile bars 3 is smaller than the thickness of the fiber-plastic composite band then achieved, so that the profile bars 3 work as calenders 7. In this way, the plastic K is compressed one last time and the tape is brought to the required thickness.
  • FIG. 3 shows an enlarged section of the first profile rod 3 from FIG. 2 in the processing direction of the fibers F.
  • the relatively large diameter of this profile rod 3 results in a relatively long running distance of the tape on the cylindrical outer surface 11.
  • the sum of the running distances of the tape on all profile bars 3, 4, 5, 6 forms the total contact length of the strip with all profile rods 3, 4, 5, 6 used for impregnation.
  • the ratio of the average total contact length of all profile rods used for impregnation in millimeters to the number of profile rods 3, 4, 5 , 6 between 2 and 1: 400, preferably between 1 and 1: 200 and particularly preferably between 1:10 and 1: 100.
  • Profile bar angular, supported between side walls 1 and 2 61 Attachment point or axis of rotation of the profile bar 6

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Maschine und Verfahren zur verbesserten Herstellung von Bändern aus einem Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff mit einem von Fasern (F) durchlaufenen Gehäuse (1, 2), in dem mehrere Profilstäbe (3, 4, 5, 6) fest oder drehbar gelagert sind, die senkrecht zur Durchlaufrichtung der Fasern (F) ausgerichtet sind und über die abwechselnd auf die Oberseite und auf die Unterseite der Fasern sowie auf deren Beschichtung mit einem Kunststoff (K) zur Imprägnierung der Fasern (F) und zur Konsolidierung der Kunststoffes (K) zwischen den Fasern (F) Kräfte einwirkbar sind. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge aller bei der Imprägnierung genutzten Profilstäbe (3, 4, 5, 6) in Millimetern zu der Anzahl der Profilstäbe (3, 4, 5, 6) zwischen 2:1 und 1:400, vorzugsweise zwischen 1 und 1:200 und besonders bevorzugt zwischen 1:10 und 1:100 beträgt.

Description

BESCHREIBUNG
Maschine und Verfahren zur Herstellung von Bändern aus Faser-Kunststoff-
Verbundwerkstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine und ein Verfahren zur verbesserten Herstellung von Bändern aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff mit einem von Fasern durchlaufenen Gehäuse, in dem mehrere Profilstäbe fest oder drehbar gelagert sind, die senkrecht oder vertikal zur Durchlaufrichtung der Fasern ausgerichtet sind und über die abwechselnd auf die Oberseite und auf die Unterseite der Fasern sowie auf deren Beschichtung mit einem Kunststoff zur Imprägnierung der Fasern und zur Konsolidierung der Kunststoffes zwischen den Fasern Kräfte einwirkbar sind.
Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt die EP 3 192644 A1 eine Maschine zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbändern, in der die Fasern zur Imprägnierung einen Behälter mit flüssigem Kunststoff durchlaufen. Innerhalb dieses Kunststoffbades schlingt sich das Faserbündel abwechselnd mit seiner Oberseite und dann mit seiner Unterseite um einige zylindrische Walzen herum.
Als Nachteil räumt die Anmeldung ein, dass die damit erreichte Benetzung nur unvollständig ist. Ein weiterer Nachteil dieser Maschine ist, dass eine Konsolidierung des Kunststoffes überhaupt nicht einmal erwähnt wird. Es verbleiben also in der Kunststoffschicht zwischen den Fasern kleine Lunker, Poren und andere Hohlräume.
Im Bereich dieser Hohlräume entfällt nachteiliger Weise die Übertragung von Kräften zwischen benachbarten Fasern. Die zu übertragenden Kräfte konzentrieren sich stattdessen auf die Bereiche, in denen die Fasern durch flächig klebende Kunststoffschichten miteinander verbunden sind und erhöhen dadurch die Belastung dieser Bereiche. Damit steigt das Risiko von Faserbrüchen nahe zu den Kanten der Hohlräume. Aber gerade die Kraftübertragung von Faser zu Faser mittels der Kunststoffschicht ist die wesentliche Grundlage für die relativ sehr hohe Belastbarkeit von faserverstärkten Kunststoffbändern. Je geringer der Durchmesser der Fasern und je größer deren Anzahl ist, desto größer ist - bei gleichem Anteil von Fasern - die Belastbarkeit. Weil dabei auch die insgesamt zu verklebende Grenzschicht zwischen Fasern und Kunststoff größer wird, wird auch die möglichst vollständige Benetzung der Fasern mit Kunststoff noch wichtiger.
Die EP 3 192644 A1 erwähnt, dass mit steigender Geschwindigkeit der durchlaufenden Fasern deren Imprägnierung schlechter wird. Es wird versucht, dem entgegen zu wirken, indem in einer einstellbaren Düse ein erhöhter Druck auf die Kunststoffschicht ausgeübt wird. Nachteiliger Weise steigt dadurch jedoch die Zugbelastung der Fasern stark an, wodurch einige Fasern unerkannt reißen können, so dass ein minderwertiges Band produziert wird.
Vor diesem Flintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, diese Nachteile möglichst zu vermeiden und eine Maschine zu entwickeln, bei der die Imprägnierung der Fasern mit Kunststoff und die Konsolidierung der Kunststoffschicht verbessert und insbesondere die maximal mögliche Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Als Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge aller bei der Imprägnierung genutzten Profilstäbe in Millimetern zu der Anzahl der Profilstäbe zwischen 2:1 und 1:400, vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:200 und besonders bevorzugt zwischen 1:10 und 1 : 100 beträgt.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass bei einem derartigen Verhältnis der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge in Millimetern, welche während des Imprägnierungsvorgangs zwischen den beschichteten Fasern und den Profilstäben vorliegt, zu der Anzahl der Profilstäbe exzellente Imprägnierungsergebnisse erzielt werden. Bei der Ermittlung der Gesamtontaktlänge wird nur der Teil der Profilstäbe, der während der Imprägnierung von den beschichteten Fasern berührt wird, berücksichtigt. Zur Berechnung der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge wird der erhaltene Wert durch die Anzahl der am Imprägniervorgang beteiligten Profilstäbe geteilt.
Durch die Umschlingung der Profilstäbe durch das Band aus einem Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff wird ein gleichmäßiger Druck auf die Kunststoffschicht ausgeübt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Abstand der Profilstäbe untereinander in vertikaler wie in horizontaler Richtung verstellbar ist.
Die Position eines oder mehrerer Profilstäbe kann innerhalb des Gehäuses in Betriebspausen der Maschine verändert werden. Dazu können die Profilstäbe z.B. an Flilfsstangen schwenkbar gelagert werden. Wenn das Gehäuse aus zwei gegenüberliegenden Seitenwänden besteht, die durch ein Mittelteil miteinander verbunden sind, so können Profilstäbe in Schlitzen in den Seitenwänden verschiebbar befestigt werden. Es ist auch möglich, dass die beiden Seitenwände aus mehreren, gegeneinander verstellbaren Stützen bestehen. Damit kann eine erfindungsgemäße Maschine an ein breiteres Spektrum von verschiedenen Typen und Ausführungen der faserverstärkten Bänder angepasst werden. Dabei können die Seitenwände Rastermuster enthalten, die die verschiedenen Positionen der Profilstäbe je nach Konfiguration anzeigen. Beim Umstellen auf ein anderes Faser- Kunststoff-Verbundwerkstoff-Band kann dadurch der Umrüstvorgang erleichtert werden.
Dabei ist zweckmäßig, dass der Abstand der Profilstäbe untereinander in vertikaler wie in horizontaler Richtung von einem zum nächsten Profilstab einen anderen Wert annimmt.
Der Umschlingungswinkel wird durch den Abstand des Profilstabes zu seinen beiden benachbarten Profilstäben bestimmt. Deshalb müssen die optimalen Werte für die Abstände und damit für die Umschlingungswinkel in einer einfachen Ausführungsform schon bei der Konstruktion einer erfindungsgemäßen Maschine berücksichtigt werden. Die Profilstäbe sind jeweils an einem einzigen, bestimmten Ort innerhalb des Gehäuses der Maschine gelagert oder befestigt. Dadurch ist diese Ausführung der Maschine auf bestimmte Abmessungen, bestimmte Kunststoffe, bestimmte Fasern und einen bestimmten Bereich für den Anteil der Fasern zum Kunststoff spezialisiert.
Dabei kann vorteilhaft die Reibkraft auf das Band reduziert werden, indem der Abstand der Profilstäbe in Bearbeitungsrichtung des Bandes abnimmt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zumindest bei einem Teil der Profilstäbe im Querschnitt gesehen, der Abstand ihrer Außenfläche von ihrem Befestigungspunkt am Gehäuse oder von der Drehachse über den Umfang hinweg wechselt.
Die Profilstäbe haben also über eine Umdrehung hinweg einen wechselnden Durchmesser. Als Ausführungsbeispiel wird ein Querschnitt in Form einer Ellipse, eines Polygons mit gerundeten oder scharfen Ecken oder eines Kreises mit einer aufgesetzten Rippe genannt.
Dank dieser Formgebung wird bei einer Umschlingung nicht nur ein jeweils gleichmäßiger Druck auf die Kunststoffschicht ausgeübt, sondern innerhalb dieses Weges noch wenigstens ein zusätzlicher Druck-Impuls hinzugefügt. Vorteilhafter Weise steigt dadurch die gesamte mittlere Zugbelastung der Fasern jedoch nicht im gleichen Maße an, denn die Elastizität und die Massenträgheit der Kunststoffschichten vor und hinter dem Bereich dieses Kraftimpulses bremst die Weitergabe des Impulses innerhalb des Faser-Kunststoff-Verbundes.
Weil diese zusätzliche Kraft nur als kurzzeitiger Impuls ansteht, konzentriert sich ihre Wirkung auf einen kleineren Bereich der Kunststoffschicht. Die dort noch vorhandenen Gasbläschen werden also zusammen- und nach außen hin gedrückt. An den Fasern haftende Blasen lösen sich ab und wandern in die Kunststoffschicht hinein. Die wiederholte Druckbelastung und weitere Druckspitzen auf die Kunststoffschicht schieben die kleinen Hohlräume in der Schicht immer weiter nach außen und entlassen sie schließlich nach außen.
Dieser vorteilhafte Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, dass vor und/oder nach den zusätzlichen, konvex nach außen hin aufragenden Aufwölbungen auf der Außenfläche der Profilstäbe kleine Täler muldenartig konkav ins Profil eingearbeitet werden. Sie reduzieren kurzzeitig den Druck, der auf die Kunststoffschicht wirkt, so dass sich die gesamte Schicht nach außen hin ausdehnt und sich damit auch der äußere Rand der Hohlräume weiter von der jeweils nächsten Faser entfernt. Wenn kurz danach der Druck wieder ansteigt und sich impulsartig über den Mittelwert hinaus erhöht, ist die Änderung des Druckes vom „Tal“ bis in die „Spitze“ des Querschnittes eines Profilstabes noch größer. Der Druckimpuls trifft auf einen Hohlraum, dessen Rand und damit auch dessen Mittelpunkt sich zuvor schon durch den kurzzeitigen Sog von der Faser entfernt haben. Durch die Richtungsumkehr von Sog auf Druck bewegt sich die Blase zwar zu Beginn des Druckimpulses wieder etwas zurück, aber wegen der Trägheit und hohen Viskosität des Kunststoffes nur um einen Teil des zuvor im Sog bereits nach außen hin absolvierten Weges. Danach sorgt die Druckspitze dafür, dass sich die Bewegung wieder umkehrt und den gesamten Hohlraum über seine bereits zuvor im Sog erreichte Entfernung von den Fasern hinaus noch weiter von den Fasern hinweg bewegt.
Das zuvor beschriebene Pulsieren der auf den Kunststoff einwirkenden Kraft ist ein wirkungsvoller Teil des Produktionsprozesses. Aber auch eine absolut gesehen relativ sehr hohe Kraft ist hilfreich beim Austreiben der Luft- und Gas-Blasen aus dem viskosen Kunststoff. Deshalb bevorzugt die Erfindung, dass der Durchmesser zumindest eines Profilstabes kleiner ist als bei den anderen, so dass er eine relativ hohe Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fasern ausübt.
Durch den kleinen Durchmesser kann die Kraft, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fasern ausgeübt wird, erhöht werden. Eine weitere Ausgestaltung der Maschine besteht darin, dass von den Profilstäben zumindest einer einen kleineren Durchmesser als die anderen aufweist.
Durch den kleineren Durchmesser der Profilstäbe wird eine relativ hohe Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fasern ausgeübt, wodurch Blasen aus dem viskosen Kunststoff ausgetrieben werden können.
Ein anderer, für die Qualität des Bandes wichtiger Parameter ist eine gleichmäßige Stärke. Dazu muss der viskose Kunststoff in der Breite gleichmäßig über die Fasern hinweg verteilt werden. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, dass der Durchmesser zumindest eines Profilstabes größer ist als bei den anderen, wodurch die kunststoffbenetzten Fasern auf einer längeren Wegstrecke auf dem Profilstab aufliegen, so dass kleine Flügel oder Rippen auf der Kunststoffschicht in die benachbarten Vertiefungen und Täler hinein gedrückt werden.
In der Praxis gelingt es mit dem erfinderischen Prinzip auch bei Produktionsgeschwindigkeiten von mehr als 6 m/min bis hinauf zu 50 m/min und einem sehr hohen Anteil von Fasern dennoch den Anteil der Poren, Lunker und anderen Hohlräume im Querschnitt des Bandes auf typisch 5 % zu reduzieren. Eine weitere Reduktion auf nur 1 % ist unter bestimmten Randbedingungen erreichbar.
Die zuvor geschilderten Wirkungen verstärken sich, wenn der Umschlingungswinkel um den jeweiligen Profilstab größer wird. Andererseits sinkt dabei die maximal erreichbare Durchlaufgeschwindigkeit. In Abhängigkeit vom Anteil der Fasern im Kunststoff, von der Viskosität des Kunststoffmaterials, von der Stärke und Breite des zu produzierenden Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffes, von der gewünschten Durchlaufgeschwindigkeit und von anderen Parametern sind größere oder kleinere Werte für diesen Winkel optimal.
Eine weitere Alternative zur Bearbeitung des Faser-Kunststoff-Verbundes sind zwei benachbarte Profilstäbe, deren Abstand zueinander kleiner als die Materialstärke der durchlaufenden Fasern und ihrer Beschichtung mit Kunststoff ist. Diese Konfiguration wird auch als Kalander bezeichnet. Die beiden derartig nahe zueinander angeordneten Profilstäbe drücken die Kunststoffschicht mit einer ganz besonders hohen Kraft in die Fasern hinein. Dadurch wird vor allem eine sehr gute Imprägnierung der Fasern auch bei einem sehr hohen Anteil an der Querschnittsfläche des Bandes erreicht.
Die Profilstäbe können innerhalb des Gehäuses der Maschine in der umgebenden Atmosphäre angeordnet sein. Dann ist der flüssige Kunststoff schon zuvor auf die Fasern aufgebracht worden, z.B. in einer Düse, die das ganze Faserbündel umschließt. Alternativ tauchen die Fasern teilweise oder vollständig in ein Bad aus flüssigem Kunststoff ein. Damit der Kunststoff während der Bearbeitung durch die einzelnen Profilstäbe ausreichend viskos ist, müssen die Profilstäbe beheizt werden. Dazu können Infrarot- oder Laser-Strahlen oder Flammen oder heißes Gas oder heißer Dampf oder elektrisch erhitzte Widerstände eingesetzt werden. Dabei kann die Temperatur der beheizten Profilstäbe in Bearbeitungsrichtung des Bandes abnehmen, um ein schonendes und kontrolliertes Abkühlen des Kunststoffs zu gewährleisten.
In der Praxis sind Dicken des Faser-Kunststoff-Verbundes von 0,05 mm bis 5 mm erreichbar. Besonders interessant sind Dicken von 0,1 mm bis 2 mm. Die Breite des Bandes liegt typischerweise im Bereich von etwa 12 mm. Nach dem erfinderischen Prinzip lassen sich jedoch auch Bänder hersteilen, die nur 2 mm schmal sind. Die Breite kann bis in Bereiche von 2000 mm erweitert werden, sodass faserverstärkte Kunststoffbahnen produziert werden können.
Der Anteil der Fasern im Querschnitt beträgt typischerweise nicht weniger als 15 %. Für eine noch bessere Beständigkeit gegen Zugbelastungen kann er bis auf etwa 85 % gesteigert werden.
Es ist eine wichtige Erkenntnis für das erfinderische Prinzip, dass sich die positive Wirkung eines einzelnen Profilstabes auf das Herausdrängen der Gasblasen aus dem Kunststoff und auf die gleichmäßige Verteilung des Kunststoffes auf alle Fasern, zwar durch eine Verbesserung der Profilgestaltung und eine Optimierung des Umschlingungswinkels insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten steigern lässt, aber nicht über ein gewisses Maß hinaus. Um dennoch die gewünschte Produktionsgeschwindigkeit erreichen zu können, konnte mit zahlreichen Versuchsaufbauten und produzierenden Maschinen nachgewiesen werden, dass sich die Wirkung einer größeren Anzahl von Profilstäben in der Summe addiert. Deshalb sollte eine erfindungsgemäße Maschine grundsätzlich mit wenigstens 5 Profilstäben ausgerüstet werden. Aber mit wenigstens 20 Profilstäben ist eine signifikant bessere Imprägnierung und Konsolidierung des Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoffes erreichbar. Für eine noch weitere Verbesserung bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ist es sinnvoll, die Anzahl der Profilstäbe bis auf etwa 100 zu steigern, insbesondere, wenn der Anteil der Fasern in Richtung auf 85% erhöht wird, Geschwindigkeiten bis 50 m/min erreicht werden sollen und dabei die Luftblasen nur noch rund 1% des Querschnittes einnehmen. Die Maschine weist in einer bevorzugten Ausgestaltung wenigstens 5 oder 10 oder 15 oder 20 oder 25 oder 30 oder 40 oder 50 oder 60 oder 70 oder 80 oder 90 Profilstäbe auf.
Mit einer erfindungsgemäßen Maschine sind thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe wie z.B. Polyolefine, Polyamide, Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonen (PEKK), Polyetherimid (PEI), Polyoxymethylen (POM), oder Polyethylenterephtalat (PET) ver- und bearbeitbar.
In diese Kunststoffe werden LCP-, Aramid-, Polyamid-, Polyester- UHMWPE- oder andere Kunststoff-, oder Carbon-, oder Glasfasern eingebettet und eingearbeitet.
Vorteilhafterweise ist die Maschine derart ausgebildet, dass während des Imprägniervorgangs ein oder mehrere Profilstäbe kontinuierlich oder diskontinuierlich und in Richtung der Faserbewegung oder entgegenlaufend in Rotation versetzbar sind. Durch das Antreiben der an dem Imprägniervorgang beteiligten Profilstäbe kann die Reibung reduziert (bei Drehung in Laufrichtung) oder erhöht (bei Drehung entgegen der Laufrichtung) werden, wodurch die mögliche Kontaktfläche pro angetriebenen Profilstab reduziert bzw. erhöht werden kann. Falls ein derartiger Antrieb vorliegt, ist dies bei der Berechnung der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge zu berücksichtigen.
Bevorzugt ist die Maschine derart ausgebildet, dass einer oder mehrere Profilstäbe in Vibration versetzt werden können, um die Imprägnierung der Fasern zu unterstützen.
Bevorzugt ist die Maschine derart ausgebildet, dass darauf mehrere Bänder gleichzeitig nebeneinander oder übereinander hergestellt werden können.
Vorteilhafterweise ist die Maschine derart ausgebildet, dass die nebeneinander oder übereinander hergestellten Bänder in einerweiteren Konsolidierungseinheit zu einem Band zusammengeführt werden können, die sowohl vertikal als auch horizontal geschichtet sind.
Vorteilhafterweise ist die Maschine derart ausgebildet, dass die Fasern einer Art sein können oder eine Kombination von zwei oder mehr verschiedenartigen Fasern.
Bevorzugt ist die Maschine derart ausgebildet, dass der eingesetzte Kunststoff ein Gemisch aus verschiedenen Kunststoffen sein kann und / oder dieser in Schichten aufgetragen werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Maschine derart ausgebildet, dass die Oberfläche des Bandes nach dem Imprägnieren beschichtet wird, wodurch das Band einen besseren Schutz gegenüber Umgebungseinflüssen hat oder besser weiterverarbeitet werden kann. Bevorzugt ist die Maschine derart ausgebildet, dass die Profilstäbe die Form von Messern, Rakeln oder Schabern haben können, um die Qualität und Eigenschaften des Bandes zu verbessern.
Bevorzugt sind in die Profilstäbe Nuten bzw. Fräsungen eingelassen sind, die derart ausgebildet sind, um das Band zu formen.
Vorteilhafterweise umfassen die Nuten Kanten, die parallel oder nicht parallel zueinander sind.
Bevorzugt sind die Kanten einer Nut abgerundet, eckig oder überstehend ausgebildet.
Vorteilhafterweise umfassen die Nuten Seitenwände, wobei die Seitenwände derart ausgebildet sind, um senkrecht oder schräg zum jeweiligen Profilstab zu stehen.
Bevorzugt haben die Nuten eine unterschiedliche Breite.
Vorteilhafterweise umfasst die Nut einen Boden. Der Boden ist wie der Profilstab gewölbt, weist eine andere Wölbung auf oder umfasst eine ebene Fläche.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Fierstellung von Bändern aus Faser- Kunststoff-Verbundwerkstoffen mit einer erfindungsgemäßen Maschine dadurch gelöst, dass dem eingesetzten Kunststoff Additive zugesetzt werden.
Bevorzugt ist die Maschine derart ausgebildet, dass dem eingesetzten Kunststoff Additive zugesetzt werden können, wodurch die Eigenschaften der produzierten Bänder bezüglich der Optik sowie chemischen und physikalischen Eigenschaften verändert werden. Die Additive können auch als Flaftvermittler in der Maschine eingesetzt werden. Schließlich ist es erfindungsgemäß, dass auf den Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff während oder nach der Bearbeitung weitere Additive zum Schutz oder Imprägnierung aufgetragen werden.
Der Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff kann während oder nach der Bearbeitung mit weiteren Additiven zum Schutz oder Imprägnierung eingesprüht werden,
Die Additive werden durch Sprühen oder Schmieren aus einer Düse auf den Faser- Kunststoff-Verbundwerkstoff aufgebracht.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1a: Teil des Querschnitts eines Faser-Kunststoff-Verbundes nach dem Imprägnieren.
Figur 1b: Querschnitt des Faser-Kunststoff-Verbundes gern. Fig 1a, nach zusätzlichem Konsolidieren.
Figur 2: Schnitt durch den Teil einer Maschine zur Imprägnierung und
Konsolidierung von Bändern aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff.
Figur 3: Ausschnitt der Maschine zur Imprägnierung und Konsolidierung von Bändern aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff aus Figur 2.
Figur 1a zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff. Der dargestellte Teil des Querschnitts ist so klein, dass nur sechs Fasern F sichtbar sind. Diese Fasern F sind bereits alle vollständig "imprägniert", d.h. ihre gesamte Außenfläche ist bereits mit wenigstens einer dünnen Schicht des verflüssigten Kunststoffs K benetzt. Auch die Zwischenräume zwischen den Fasern F sind bereits zum größten Teil mit Kunststoff K verfüllt und nur an einigen Stellen durch luftgefüllte Flohlräume Fl unterbrochen. Weil die Luft durch die Bearbeitung des erhitzten Werkstoffes unter erhöhtem Druck steht, expandiert sie beim Abkühlen, wodurch sie die noch nicht endverfestigte Struktur des Kunststoffes beschädigt und damit dessen Klebkraft und Reißfestigkeit vermindert.
Figur 1b zeigt, dass die erfindungsgemäße Maschine die Hohlräume H aus dem Kunststoff K herausgedrückt hat, indem sie das Band aus Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff mit den erfindungsgemäßen Profilstäben 3, 4, 5, 6 bearbeitet hat. Dieser Vorgang wird Konsolidierung genannt. Der Idealzustand ist erreicht, wenn alle Fasern F von einer homogenen Masse aus Kunststoff K umgeben sind.
In Figur 2 besteht das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Maschine aus zwei Seitenwänden 1, von denen eine zeichnerisch abgenommen ist, sodass das verbindende Mittelteil 2 des Gehäuses sichtbar wird. Eingangs der Maschine durchläuft ein Band aus den Fasern F zuerst eine Düse 10, die allseitig Kunststoff K auf das Band aufträgt. Dann schlingt sich das beschichtete Band um mehrere Profilstäbe 3, 4, 5, 6 herum. Nicht dargestellt sind die Heizeinrichtungen, die den Kunststoff K erhitzen und dadurch verflüssigen sowie die Heizungen für die Profilstäbe 3, 4, 5, 6.
Das Mittelteil 2 des Gehäuses ist in der dargestellten Ausführungsvariante an seinen Enden wannenförmig nach oben gewölbt, sodass es nicht benötigten, abtropfenden Kunststoff K auffängt und mit - hier nicht gezeichneten - Führungen ableitet.
In Figur 2 läuft das Band zuerst um einen zylindrischen Profilstab 3, der im Befestigungspunkt 31 auf den Seitenwänden 1 der Maschine gelagert ist. Der relativ große Durchmesser dieses Profilstabs 3 ergibt eine relativ lange Laufstrecke des Bandes auf der zylindrischen Außenfläche. Dadurch wird der Kunststoff K auf und zwischen den Fasern F des Bandes gleichmäßig verteilt.
Als nächstes läuft das Band über einen gerippten Profilstab 4. Dessen Rippe ist als eine "Nase" erkennbar, die auf einen zylindrischen Grundkörper aufgesetzt ist. Diese Rippe sorgt für einen Kraftimpuls, der im Faser-Kunststoff-Verbund auf den noch zähflüssigen Kunststoff K auf und zwischen den Fasern F einwirkt und dadurch die darin noch befindlichen Flohlräume Fl weiter nach außen drückt.
Der folgende, elliptische Profilstab 5 übt mit seinen beiden spitzeren Bereichen zwei zusätzliche Kraftimpulse pro Umdrehung aus. Der eckige Profilstab 6 erzeugt mit seinen vier, etwas abgerundeten Ecken vier Impulse.
In Figur 2 ist auf den ersten Blick deutlich zu erkennen, dass bei den Profilstäben 4,5 und 6 der wirksame Durchmesser in Bezug auf die Befestigungspunkte 41,51 und 61 über eine Umdrehung hinweg deutlich schwankt. Dadurch werden - in willkommener Weise - Druckimpulse auf die Imprägnierung der Fasern F ausgeübt.
Jedoch würde sich als Folge dieser Geometrie der in der Maschine befindliche Teil des Bandes verlängern oder verkürzen. Dadurch könnten an den benachbarten Profilstäben zusätzliche, nicht gut kontrollierbare Kräfte auf das Band ausgeübt werden. Oder das Band würde kurzzeitig von den benachbarten Profilstäben abheben. Um diese Effekte zu vermeiden, sind bei der in Figur 2 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Maschine zwei zylindrische Profilstäbe 3 nicht direkt mit der Seitenwand 1 verbunden, sondern vertikal beweglich gelagert. Dazu sind sie an Flilfsstangen 8 befestigt, die bis zur Oberkante der Seitenwand 1 geführt und dort mit schwenkbaren Tänzerhebeln 9 gelenkig verbunden sind. Erst die Tänzerhebel 9 sind verschwenkbar mit der Seitenwand 1 verbunden. Abhängig von der jeweiligen Winkelposition der Profilstäbe 4,5 und 6 heben und senken sich die beiden, beweglich aufgehängten Profilstäbe 3. Auf diese Weise kompensieren sie die geometrischen Längenänderungen, die sich aus dem nicht kreisförmigen Profil der Profilstäbe 4,5 und 6 ergeben.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine mit 7 Profilstäben 3, 4, 5, 6, von denen jeder weitere mit Luft gefüllte Flohlräume Fl aus dem Kunststoff K herausdrückt. Je nach gewünschter Bearbeitungsgeschwindigkeit und dem noch zulässigen Maß an verbleibenden Flohlräumen Fl sind Ausführungen mit bis zu 100 Profilstäben 3, 4, 5, 6 sinnvoll. Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis der durchschnittlichen Kontaktlänge aller bei der Imprägnierung genutzten Profilstäbe in Millimetern zu der Anzahl der Profilstäbe 3, 4, 5, 6 zwischen 2 und 1 :400, vorzugsweise zwischen 1 und 1:200 und besonders bevorzugt zwischen 1:10 und 1:100.
Am rechts gezeichneten Ende der Maschine wird das Band nach oben hin aus dem wannenförmigen Mittelteil 2 des Gehäuses herausgeführt. Es durchläuft dann zwei sehr nah zueinander angeordnete zylindrische Profilstäbe 3. Der Abstand zwischen den Außenflächen dieser beiden Profilstäbe 3 ist kleiner als die dann erreichte Stärke des Bandes aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, so dass die Profilstäbe 3 als Kalander 7 arbeiten. Auf diese Weise wird der Kunststoff K ein letztes Mal komprimiert und das Band auf die geforderte Stärke gebracht.
In Figur 2 sind die Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Maschine zum Abwickeln des Bandes, zum Verflüssigen des Kunststoffes, die Fleiz-Einrichtungen und Kühlungen sowie der Aufwickler für das fertige Band nicht eingezeichnet, weil sie auf aktuellem Stand der Technik in vielen Varianten hinlänglich bekannt sind.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Bearbeitungsrichtung der Fasern F ersten Profilstabs 3 aus Figur 2. Der relativ große Durchmesser dieses Profilstabs 3 ergibt eine relativ lange Laufstrecke des Bandes auf der zylindrischen Außenfläche 11. Die Summe der Laufstrecken des Bandes auf allen Profilstäben 3, 4, 5, 6 bildet die Gesamtkontaktlänge des Bandes mit allen bei der Imprägnierung genutzten Profilstäben 3, 4, 5, 6. Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge aller bei der Imprägnierung genutzten Profilstäbe in Millimetern zu der Anzahl der Profilstäbe 3, 4, 5, 6 zwischen 2 und 1:400, vorzugsweise zwischen 1 und 1:200 und besonders bevorzugt zwischen 1:10 und 1:100. Bezugszeichenliste
F Fasern
Fl Flohlräume im Kunststoff K K Kunststoff zur Imprägnierung der Fasern F
1 Seitenwand des Gehäuses der Maschine
2 Mittelteil des Gehäuses der Maschine
3 Profilstab, zylindrisch, zwischen den Seitenwänden 1 u 2 gelagert
31 Befestigungspunkt oder Drehachse des Profilstabs 3 4 Profilstab, gerippt, zwischen Seitenwänden 1 u 2 gelagert
41 Befestigungspunkt oder Drehachse des Profilstabs 4
5 Profilstab, elliptisch, zwischen Seitenwänden 1 u 2 gelagert
51 Befestigungspunkt oder Drehachse des Profilstabs 5
6 Profilstab, eckig, zwischen Seitenwänden 1 u 2 gelagert 61 Befestigungspunkt oder Drehachse des Profilstabs 6
7 Profilstäbe 3, die als Kalander angeordnet sind
8 Flilfsstangen zur beweglichen Lagerung von Profilstäben 3
9 Tänzerhebel zur Führung eines Profilstabs 3 über die Flilfsstangen 8
10 Düse zum Aufträgen des Kunststoffs K auf die Faser F 11 Laufstrecke des Bandes auf der zylindrischen Außenfläche des
Profilstabs

Claims

ANSPRÜCHE
1. Maschine zur Herstellung von Bändern aus einem Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff, bestehend aus einem von Fasern (F) durchlaufenen Gehäuse (1 ,2) in dem mehrere Profilstäbe (3, 4, 5, 6) fest oder drehbar gelagert sind, die senkrecht und / oder vertikal zur Durchlaufrichtung der Fasern (F) ausgerichtet sind und über die abwechselnd auf die Oberseite und auf die Unterseite der Fasern (F) sowie auf deren Beschichtung mit einem Kunststoff (K) zur Imprägnierung der Fasern (F) und zur Konsolidierung der Kunststoffes (K) zwischen den Fasern (F) Kräfte einwirkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Gesamtkontaktlänge aller bei der Imprägnierung genutzten Profilstäbe (3, 4, 5, 6) in Millimetern zu der Anzahl der Profilstäbe (3, 4, 5, 6) zwischen 2:1 und 1:400, vorzugsweise zwischen 1 :1 und 1:200 und besonders bevorzugt zwischen 1:10 und 1:100 beträgt.
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Profilstäbe (3, 4, 5, 6) untereinander in vertikaler wie in horizontaler Richtung verstellbar ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Profilstäbe (3, 4, 5, 6) untereinander in vertikaler wie in horizontaler Richtung von einem zum nächsten Profilstab (3, 4, 5, 6) einen anderen Wert annimmt.
4. Maschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Profilstäbe (3, 4, 5, 6) über eine Umdrehung hinweg einen wechselnden Durchmesser hat.
5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Profilstäben (3, 4, 5, 6) zumindest einer einen kleineren Durchmesser als die anderen aufweist.
6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Profilstäben (3, 4, 5, 6) zumindest einer einen größeren Durchmesser als die anderen aufweist.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zweier benachbarter Profilstäbe (3, 4, 5, 6) kleiner als die Materialstärke der durchlaufenden Fasern (F) und ihrer Beschichtung mit Kunststoff (K) ist.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstäbe (3, 4, 5, 6) einzeln oder in Gruppen mittelbar oder unmittelbar beheizbar sind.
9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine derart ausgebildet ist, dass einer oder mehrere Profilstäbe kontinuierlich oder diskontinuierlich und in Richtung der Faserbewegung oder entgegenlaufend rotierbar ist bzw. sind.
10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine derart ausgebildet ist, dass darauf mehrere Bänder gleichzeitig nebeneinander oder übereinander herstellbar sind.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine derart ausgebildet ist, dass die nebeneinander oder übereinander hergestellten Bänder in einerweiteren Konsolidierungseinheit zu einem vertikal oder auch horizontal geschichteten Band zusammenführbar sind.
12. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilstäbe (3, 4, 5, 6) Fräsungen aufweisen, die derart ausgebildet sind, um das Band zu formen.
13. Verfahren zur Herstellung von Bändern aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff mit einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem eingesetzten Kunststoff (K) Additive zugesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Faser- Kunststoff-Verbundwerkstoff während oder nach der Bearbeitung weitere Additive zum Schutz oder Imprägnierung aufgetragen werden.
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