RU2632300C2

RU2632300C2 - Укладочное устройство для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон

Info

Publication number: RU2632300C2
Application number: RU2015114717A
Authority: RU
Inventors: Маркус ШНАЙДЕР; Бьерн ЛЕМХАУС
Original assignee: Тохо Тенакс Ойропе Гмбх
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2017-10-03
Also published as: ES2531331T3; AU2013339696A1; US20150298163A1; JP6195932B2; KR20150082255A; BR112015008236B1; CA2888948A1; RU2015114717A; CN104768724A; TW201424972A; JP2016501744A; EP2727694A1; EP2727694B1; AR093350A1; CA2888948C; KR102082632B1; CN104768724B; PL2727694T3; US10052654B2; BR112015008236A2

Abstract

Изобретение относится к устройству для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон. Техническим результатом является повышение объемной доли волокон в волокнистых заготовках. Технический результат достигается устройством для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность, которое включает укладочную головку и управляемый узел позиционирования, с которым соединена укладочная головка и посредством которого укладочная головка может двигаться относительно поверхности. При этом укладочное устройство также включает средства для предоставления по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, и расположенное на укладочной головке первое транспортировочное устройство для транспортировки по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, к укладочной головке. Причем на укладочной головке, если смотреть в направлении транспортировки, перед первым транспортировочным устройством расположены средства для расправления по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута. Укладочная головка имеет расположенное, если смотреть в направлении транспортировки, после первого транспортировочного устройства второе транспортировочное устройство. Укладочная головка имеет расположенное между первым и вторым транспортировочным устройством устройство продольного разделения, включающее по меньшей мере один разделительный элемент для разделения по меньшей мере одного жгута вдоль его продольной протяженности на два или более частей жгута. Расположенный в направлении транспортировки после второго транспортировочного устройства узел поперечного разделения для поперечного разделения двух или более частей жгутов на пучки волокон. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение касается устройства для укладки волокон для управляемой укладки упрочняющих волокон на поверхность.

В частности, в области авиационной и космической промышленности, а также, например, в области машиностроения или в автомобильной промышленности в возрастающей мере применяются конструктивные элементы из волокнистых композитных материалов. Волокнистые композитные материалы, по сравнению с металлом, часто обладают преимуществом более низкого веса и/или более высоких прочностей. Объемная доля упрочняющих волокон и, в частности, также ориентация упрочняющих волокон имеют решающее влияние на нагрузочную способность конструктивных элементов, прежде всего в отношении их жесткости и их прочности. Впрочем, такого рода высоко нагружаемые материал и конструктивные элементы все же должны обладать возможностью оптимального по стоимости изготовления, чтобы быть экономически привлекательными.

Для изготовления таких конструктивных элементов из композитного материала в промежуточном шаге сначала из упрочняющих волокон изготавливаются так называемые волокнистые заготовки («преформы»). При этом речь идет о текстильных полуфабрикатах в виде двух- или трехмерных образований из упрочняющих волокон, при этом форма может уже практически соответствовать форме окончательного конструктивного элемента. В вариантах осуществления таких волокнистых заготовок, которые по существу состоят только из упрочняющих волокон и у которых еще по меньшей мере в значительной степени отсутствует требуемый для изготовления конструктивных элементов компонент матрицы, в следующих шагах в волокнистую заготовку посредством вливания или впрыска вводится надлежащий матричный материал, также с применением вакуума. Затем происходит отверждение матричного материала, как правило, при повышенных температурах и давлениях, с получением готового конструктивного элемента. При этом известными способами вливания или впрыска матричного материала являются так называемый Liquid Molding (способ LM) - заливка жидкостью - или родственные ему способы, такие как, например, Resin Transfer Molding (RTM) - трансферное формование, Vakuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) - трансферное формование под вакуумом, Resin Film Infusion (RFI) - пропитка пленочными связующими, Liquid Resin Infusion (LRI) - пропитка жидкой смолой - или Resin Infusion Flexible Tooling (RIFT) - пропитка смолой с помощью мембраны. Применяемый для изготовления волокнистых заготовок волокнистый материал может быть также уже предварительно пропитан, например, небольшими количествами отверждаемого полимерного материала, т.е. связующего материала, для улучшения фиксации упрочняющих волокон в волокнистой заготовке. Такого рода предварительно пропитанные пряжи описываются, например, в WO 2005/095080.

Для изготовления волокнистых заготовок из пучков упрочняющих волокон часто применяются автоматизированные процессы, в которых пучки волокон посредством управляемых укладочных головок или устройств для укладки волокон укладываются на или, соответственно, в соответствующие формы, при этом укладка может также осуществляться посредством напыления пучков волокон на или, соответственно, в формы. Как правило, при этом к укладочным головкам подводится бесконечная пряжа упрочняющих волокон, которая затем в укладочной головке или, соответственно, в устройстве для укладки волокон посредством надлежащих режущих устройств подвергается поперечному разделению на желаемую длину пучка. Такого рода укладочные головки, снабженные устройством поперечного разделения жгутов волокон, описываются, например, в WO 2011/045171 или US-A 3 011 257.

Такие волокнистые заготовки, например, могут изготавливаться, когда коротко нарезанные упрочняющие волокна вместе со связующим материалом напыляются на адаптированный к конфигурации желаемой волокнистой заготовки, воздухопроницаемый экран и диспергируются, и с приложением вакуума удерживаются на экране, пока после охлаждения связующего материала не будет достигнута достаточная устойчивость заготовки. Такого рода способ описывается, например, в WO 98/22644. В способе WO 98/22644 упрочняющие волокна предпочтительно в виде коротко нарезанных волокон располагаются в случайном, изотропном порядке и ориентации. В соответствии с примерами WO 98/22644 достигаются объемные доли волокон только в пределах приблизительно до 15 объемных %, и при этом из-за низких объемных долей волокон только сравнительно небольшие прочности конструктивных элементов относительно толщины.

Чтобы достичь более высоких объемных долей волокон в преформах или, соответственно, изготовленных их них конструктивных элементах, в соответствии с вариантами осуществления WO 2012/072405 предпочтительно укладывать коротко нарезанные волокна в виде пучков упрочняющих волокон, причем эти пучки волокон предпочтительно имеют длину в пределах от 10 до 50 мм. Кроме того, с точки зрения достижимых механических свойств предпочтительно, когда пучки имеют наименьшее возможное количество филаментов упрочняющих волокон, при этом особенно предпочтительным является количество от 1000 до 3000 филаментов. Таким образом возникает практически изотропный материал, имеющий в направлениях своей протяженности практически изотропные механические свойства. Одновременно этот материал из-за относительно небольших разметов пучка не имеет или имеет только небольшие области с повышенной долей смолы и при этом сниженной долей упрочняющих волокон, которые могут приводить к слабым местам в конструктивном элементе. Легко можно понять, что применение пучков упрочняющих волокон, имеющих такие низкие титры, т.е. такие низкие количества филаментов, приводит к повышенным расходам, в частности также из-за применения относительно дорогостоящих исходных материалов. Но с другой стороны, применение пучков волокон, имеющих грубые титры, т.е. пучков волокон, имеющих большое количество филаментов упрочняющих волокон, хотя и является более дорогостоящим, однако, как указывалось, реализация высоких объемных долей волокон при этом невозможна или возможна только с трудом.

Поэтому существует потребность в автоматизируемых укладочных устройствах для укладки пучков упрочняющих волокон с получением волокнистой заготовки, посредством которых возможно оптимальное по стоимости изготовление волокнистых заготовок при достижении высоких объемных долей волокон в волокнистых заготовках или, соответственно, изготовленных из них конструктивных элементах из композитного материала.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставить такого рода устройство для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон.

Задача изобретения решается с помощью укладочного устройства для управляемой укладки упрочняющих волокон на поверхность, причем это укладочное устройство включает

- укладочную головку и управляемый узел позиционирования, с которым соединена укладочная головка и посредством которого укладочная головка может двигаться относительно поверхности,

- при этом укладочное устройство также включает

- средства для предоставления по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, и

- расположенное на укладочной головке первое транспортировочное устройство для транспортировки указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, к укладочной головке,

при этом укладочное устройство отличается тем, что

- на укладочной головке, если смотреть в направлении транспортировки, перед первым транспортировочным устройством расположены средства для расправления указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута,

- укладочная головка, если смотреть в направлении транспортировки, имеет расположенное после первого транспортировочного устройства втрое транспортировочное устройство,

- расположенное между первым и вторым транспортировочным устройством устройство продольного разделения, включающее разделительный элемент для разделения указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон по его продольной протяженности на две или более части жгута, и

- расположенный в направлении транспортировки после второго транспортировочного устройства узел поперечного разделения для поперечного разделения двух или более частей жгута на пучки волокон.

Посредством предлагаемого изобретением устройства возможно изготовление волокнистых заготовок из пучков упрочняющих волокон, имеющих низкое количество филаментов упрочняющих волокон, и при этом реализация высоких объемных долей волокон в волокнистой заготовке или, соответственно, изготовленном из нее конструктивном элементе из волокнистого композитного материала. При этом в качестве исходного материала могут применяться бесконечные, имеющие форму ленточек жгуты, например, в виде оптимальных по стоимости, имеющих грубые титры пряж из упрочняющих волокон. Такие имеющих грубые титры пряжи из упрочняющих волокон посредством устройства продольного разделения могут сначала разделяться на несколько частей жгута по протяженности составляющих пряжи филаментов упрочняющих пряж, причем тогда отдельные части жгута имеют более низкое количество филаментов по сравнению с исходной пряжей.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления устройство продольного разделения имеет несколько разделительных элементов, посредством которых указанный подведенный к укладочному устройству по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон может разделяться более чем на две части жгута. Благодаря этому может дополнительно уменьшаться количество филаментов в отдельных частях жгута, вследствие чего получаются пучки волокон с меньшей шириной. Применение таких пучков волокон с меньшей шириной, в свою очередь, благоприятно сказывается на объемной доле волокон в изготовленной с их помощью волокнистой заготовке или, соответственно, в результирующем конструктивном элементе из композитного материала.

Предлагаемое изобретением устройство пригодно, в частности, для изготовления и укладки пучков волокон из упрочняющих волокон, таких как, например, углеродные, стеклянные или арамидные волокна или смеси этих волокон между собой или с термопластичными волокнами.

В укладочном устройстве укладочная головка соединена с управляемым узлом позиционирования, посредством которого укладочная головка может двигаться относительно поверхности. В одном из вариантов осуществления управляемый узел позиционирования включает находящийся на цоколе машины робот с сочлененной рукой, посредством которого укладочная головка может позиционироваться по меньшей мере по двум осям относительно поверхности. В другом варианте осуществления управляемый узел позиционирования включает портальную стойку, в которой укладочная головка закреплена посредством шарнирной головки и посредством которой укладочная головка может позиционироваться по меньшей мере вокруг двух осей относительно поверхности. Предпочтительно укладочная головка может позиционироваться по меньшей мере по 6 и особенно предпочтительно по меньшей мере вокруг 9 осей.

Как указывалось, предлагаемое изобретением укладочное устройство имеет по меньшей мере один цоколь машины, находящуюся на цоколе машины руку и удерживаемый рукой и подвижный вокруг осей в нескольких пространственных направлениях шарнир робота, а также соединенную с шарниром робота укладочную головку, которая посредством шарнира робота может двигаться вокруг нескольких осей относительно поверхности. Устройства, имеющие такие элементы, известны из уровня техники и часто применяются для укладки продуктов из упрочняющих волокон на поверхности. Укладочное устройство, имеющее два вышеназванных элемента, описывается, например, в US-A-5 022 952 для укладки жгутов пряжи из упрочняющих волокон, например, для изготовления намотанных тел. Посредством такого рода устройств на базе робота возможны, например, движения укладочной головки по шести осям.

Предлагаемое изобретением укладочное устройство включает, как указывалось, средства для предоставления по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим. Эти средства могут представлять собой приемник или систему приемников для одной или, соответственно, нескольких катушек, с которых может разматываться жгут или, соответственно, несколько жгутов упрочняющих волокон с контролем натяжения или подаваться с контролем скорости. Эти средства для предоставления по меньшей мере одного бесконечного жгута упрочняющих волокон могут быть смонтированы на цоколе машины или руке укладочного устройства. Предпочтительно эти средства для предоставления указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон находятся в укладочной головке и соединены с ней. Благодаря этому при применении может реализовываться особенно равномерный и стабильный подвод указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон к средствам для расправления указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута и к первому транспортировочному устройству.

Для надежного позиционирования указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута, для увеличения его ширины и достижения хорошего результата устройства продольной резки, если смотреть в направлении транспортировки указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута через укладочное устройство, перед первым транспортировочным устройством расположены средства для расправления или, соответственно, для ширения указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута. Для этого пригодны отдельные неподвижные и/или опертые с возможностью вращения стержни или валики или системы из нескольких стержней или валиков, посредством которых может повышаться натяжение нитей в жгуте. Поверхность стержней должна предпочтительно обладать такими свойствами, чтобы истирание направляемых по ней жгутов оставалось низким. Для этого можно прибегнуть к известным поверхностям или материалам. Стержни предпочтительно расположены так, что указанный по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут направляется вокруг стержней с углом обвивания больше 20°.

Предлагаемое изобретением укладочное устройство в одном из предпочтительных вариантов осуществления имеет устройства для бокового направления указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, так чтобы он прямо и без боковых отклонений направлялся через отдельные транспортировочные и разделительные устройства. Благодаря этому в устройстве продольного разделения может достигаться чистый рез с чистыми кромками реза, так как рез может осуществляться по меньшей мере практически параллельно филаментам указанного по меньшей мере одного жгута. Предпочтительно для этого стержни, ролики, валики или другие направляющие устройства, а также при необходимости транспортировочные устройства ориентированы под прямым углом к направлению транспортировки указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута, а также параллельно друг другу. Кроме того, в одном из предпочтительных вариантов осуществления стержни, ролики, валики или другие направляющие элементы, посредством которых направляется указанный по меньшей мере один имеющий форму ленточки жгут, могут быть выполнены в соответствующих местах контакта со жгутом. Предпочтительно контур направляющих элементов в области бочкообразности имеет радиус в пределах от 50 до 600 мм.

В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства оно может быть рассчитано так, чтобы несколько бесконечных, имеющих форму ленточки жгутов упрочняющих волокон, снабженных плавким связующим, могли подаваться в устройство и обрабатываться в нем с получением пучков упрочняющих волокон. Для этого предлагаемое изобретением устройство включает предпочтительно несколько устройств для направления отдельных жгутов упрочняющих волокон, так что отдельные жгуты прямо и без боковых отклонений направляются через отдельные транспортировочные и разделительные устройства.

При применении предлагаемого изобретением укладочного устройства для изготовления пусков упрочняющих волокон и для укладки этих пучков на поверхность для процесса продольной и поперечной резки (процесса поперечного разделения) предпочтительно, если указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон с натяжением направляется через укладочное устройство и, в частности, между первым и вторым транспортировочным устройством происходит нарастание натяжения в указанном по меньшей мере одном жгуте упрочняющих волокон. Благодаря этому может достигаться надежное поддержание плоского состояния и хорошее ширение указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон и стабильный ход указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон, что, в частности, ведет к хорошему результату резания в устройстве продольного разделения. Поэтому предпочтительно, если скорости первого и второго транспортировочного устройства могут устанавливаться так, чтобы скорость второго транспортировочного устройства была выше, чем скорость первого транспортировочного устройства.

Первое и/или второе транспортировочное устройство в одном из предпочтительных вариантов осуществления укладочного устройства состоит из одного или нескольких снабженных приводом роликов или валиков, посредством которых может транспортироваться указанным по меньшей мере один жгут. При этом ролики или, соответственно, валики могут быть расположены друг относительно друга так, чтобы при применении указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон обвивал эти ролики или, соответственно, валики. В другом предпочтительном варианте осуществления первое и/или второе транспортировочное устройство включает приводную и управляемую по своей скорости пару валиков, имеющую между валиками пары валиков регулируемый зазор, через который при применении вследствие создаваемого парой валиков давления транспортируется указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон.

Кроме того, в одном из также предпочтительных вариантов осуществления первое и/или второе транспортировочное устройство может включать нагнетательное устройство, посредством которого может перемещаться указанный по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон, снабженных плавким связующим. При этом нагнетательное устройство связано с регулируемой подачей воздуха.

Устройство продольного разделения включает по меньшей мере один разделительный элемент для разделения указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон по его продольной протяженности. Указанный по меньшей мере один разделительный элемент устройства продольного разделения может представлять собой лазерно-лучевую, воздушно-струйную или водоструйную систему или механический разделительный элемент, например, в виде по меньшей мере одного неподвижного элемента, например, неподвижный нож, или же по меньшей мере один вращающийся разделительный диск, который снабжен приводом. При этом привод может быть регулируемым и рассчитан так, чтобы могла устанавливаться разность скоростей между окружной скоростью указанного по меньшей мере одного разделительного диска и скоростью транспортировки указанного проходящего через устройство продольного разделения по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон. Направление вращения указанного по меньшей мере одного вращающегося разделительного диска может быть в направлении транспортировки указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута или же противоположным ему. При этом для применения оказалось предпочтительным, если окружная скорость указанного по меньшей мере одного разделительного диска может устанавливаться на 2-15% выше, чем скорость транспортировки указанного по меньшей мере одного жгута, проходящего через устройство продольного разделения.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением укладочного устройства устройство продольного разделения в случае, когда указанный по меньшей мере один разделительный элемент представляет собой механический разделительный элемент, включает управляемое по усилию прижимное устройство, посредством которого указанный по меньшей мере один разделительный элемент и указанный разделяемый по своей продольной протяженности по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон с определенным усилием могут прижиматься друг к другу. При этом, например, указанный по меньшей мере один вращающийся разделительный диск может быть соединен с управляемым по усилию прижимным устройством, посредством которого вращающийся разделительный диск с определенным усилием прижимается к указанному разделяемому по своей продольной протяженности по меньшей мере одному жгуту упрочняющих волокон. Предпочтительно прижимное устройство установлено так, чтобы при применении устройства указанный по меньшей мере один жгут прижимался прижимным устройством к указанному по меньшей мере одному механическому разделительному элементу. Посредством такого прижимного устройства при применении в случаях, когда указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон имеет крутку, например, в случае, когда этот жгут представляет собой пряжу, предотвращаются крутка пряжи, разделение жгута в области крутки поперек к направлению волокон. Уже частичное разделение жгута поперек к направлению волокон может приводить к обрыву жгута и, как следствие, к прерыванию процесса резки и вместе с тем укладки.

Количество разделительных элементов устройства продольного разделения ориентируется на количество жгутов упрочняющих волокон, которые должны резаться посредством устройства продольного разделения по своей продольной протяженности, а также количество частей жгута, которые должны получаться. При наличии нескольких бесконечных, имеющих форму ленточек жгутов упрочняющих волокон, снабженных плавким связующим, т.е. нескольких жгутов упрочняющих волокон, эти жгуты посредством надлежащих направляющих устройств могут подводиться через первое транспортировочное устройство в устройство продольного разделения так, чтобы они были расположены друг над другом, т.е. лежали друг на друге. В этом случае имеющие форму ленточек жгуты вместе режутся в продольном направлении одними и тем же разделительными элементами. Например, в случае, когда два имеющих форму ленточек жгута пряжи должны резаться каждый на три части жгута, тогда устройство продольного разделения имеет два разделительных элемента.

Предпочтительно предлагаемое изобретением укладочное устройство, например, в отношении средств для предоставления, а также устройств для бокового направления рассчитано так, чтобы при подводе нескольких жгутов упрочняющих волокон они были расположены рядом друг с другом. Устройство продольного разделения включает тогда несколько разделительных элементов, количество которых ориентируется на количество частей жгута, которые должны изготавливаться из расположенных рядом друг с другом нескольких жгутов упрочняющих волокон. Например, устройство продольного разделения имеет четыре разделительных эта, если два расположенных рядом друг с другом, имеющих форму ленточек жгута пряжи должны резаться каждый на три части жгута.

Указанный по меньшей мере один разделительный элемент относительно устройств для бокового направления указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута может быть расположен так, чтобы указанный по меньшей мере один жгут делился на части жгута по центру или внецентренно. Также в случае одного отдельного жгута упрочняющих волокон, который должен делиться на три или более частей жгута, или даже в случае предпочтительно расположенных рядом друг с другом нескольких жгутов упрочняющих волокон эти несколько разделительных элементов располагаются друг относительно друга и/или относительно устройств для бокового направления так, чтобы в результате применения предлагаемого изобретением укладочного устройства получались части жгута различной ширины.

Посредством узла поперечного разделения части жгута, полученные в устройстве продольного разделения, режутся поперек к направлению их протяженности на пучки волокон определенной длины. В одном из предпочтительных вариантов осуществления укладочного устройства узел поперечного разделения связан с транспортировочными устройствами так, чтобы при изменении скорости транспортировки частота поперечной резки изменялась так, чтобы длина результирующих пучков упрочняющих волокон оставалась постоянной. В другом предпочтительном варианте осуществления частота поперечной резки может регулироваться независимо от скорости транспортировки, так что при постоянной скорости транспортировки могут изготавливаться пучки упрочняющих волокон различной длины. Конечно, в изобретение включена также комбинация возможностей установки, при которой, с одной стороны, скорость транспортировки служит регулирующей величиной для частоты поперечной резки, однако при установленной скорости транспортировки частота поперечной резки может варьироваться.

В отношении узла поперечного разделения можно прибегнуть к известным агрегатам для резки упрочняющих волокон поперек к направлению их протяженности. В качестве таких агрегатов возможны, например, агрегаты для водо- или для воздушно-струйной резки волокон, для резки волокон посредством лазерных лучей, агрегаты, имеющие, например, пневматически продвигаемые отбойные ножи поперек к направлению транспортировки, ротационные поперечные резаки, имеющие ножевой валик и встречный валик, или же ротационные ножи, ось вращения которых распространяется в направлении транспортировки частей жгута или под углом до 60°, предпочтительно до 20° к ним. Последние ротационные ножи описываются, например, в DE 20 2010 017 556 или U1 EP-A-3 351 880 A1. В одном из предпочтительно вариантов осуществления применяется ротационный поперечный резак, у которого ножи прижимаются к разрезаемому жгуту упрочняющих волокон без создания существенного противодавления на другой стороне жгута. Этот метод при хрупких упрочняющих волокнах, таких как, например, углеродные волокна или стекловолокна, приводит к хрупкому разрушению в месте нагрузки и вместе с тем к чистому поперечному разделению жгута упрочняющих волокон. Такого рода агрегаты описываются, например, в EP-A-1 144 738, EP-A-1 394 295, EP-A-1 723 272 или WO 02/055770, на соответствующее содержание описания которых непосредственно делается ссылка.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления укладочное устройство в направлении транспортировки после узла поперечного разделения имеет устройство для отвода пучков волокон. Это может быть, например, короткий ленточный транспортер. Особенно предпочтительно устройство для отвода пучков волокон имеет сопловую головку, в которую может подаваться сжатый воздух, имеющую сопловой канал, по которому пучки волокон посредством сжатого воздуха могут забираться из узла поперечного разделения и выноситься из сопловой головки. Благодаря этому пучки волокон с повышенной скоростью могут выноситься на поверхность для изготовления волокнистой заготовки, т.е. напыляться. Предпочтительно для этого в сопловом канале сопловой головки расположено сопло Вентури для ввода сжатого воздуха в сопловой канал.

В другом предпочтительном варианте осуществления сопловая головка имеет средства для ввода матричного материала в сопловой канал. При таком варианте осуществления предлагаемого изобретением укладочного устройства разделенные поперечно пучки волокон вместе с матричным материалом через сопловую головку могут выноситься или, соответственно, напыляться на поверхность. Средства для ввода матричного материала могут, например, представлять собой сопло Вентури, которое вдается в сопловой канал и через которое в сопловой канал вносятся частицы матрицы. Однако речь может также идти о расположенном в сопловом канале распылительном сопле, посредством которого может впрыскиваться жидкий матричный материал. Подача матричного материала может быть предпочтительной, чтобы при укладке изготовленных посредством укладочного устройства пучков волокон на поверхность с помощью матричного материала осуществлять лучшее прилипание друг к другу и вместе с тем лучшую фиксацию пучков волокон между собой и на поверхности.

Также в отношении лучшего прилипания друг к другу и вместе с тем лучшей фиксации пучков волокон между собой и на поверхности может быть предпочтительным, нагревать пучки волокон, чтобы таким образом активировать находящееся на пучках плавкое связующее, т.е. приводить в состояние расплава. После попадания пучков волокон на поверхность изготавливаемой волокнистой заготовки и после охлаждения пучки волокон фиксируются посредством снова затвердевшего после этого связующего. Для этой цели предлагаемое изобретением устройство в одном из предпочтительных вариантов осуществления, если смотреть в направлении транспортировки, после узла поперечного разделения, имеет средства для нагрева пучков волокон. В качестве средств для нагрева пучков волокон возможны, например, горячие газовые потоки, нагретый окружающий воздух, лазерное излучение, инфракрасное излучение и т.п.

Далее следует пояснить предлагаемое изобретением укладочное устройство с помощью схематичных изображений на фигурах. Показано:

фиг.1: вид сбоку сегмента укладочного устройства, снабженного укладочной головкой;

фиг.2: изометрическое изображение сегмента укладочного устройства с фиг.1;

фиг.3: укладочное устройство, снабженное роботом с сочлененной рукой.

На фиг.1 показано схематичное изображение сегмента укладочного устройства, у которого укладочная головка 1 посредством шарнира 2 соединена с управляемым узлом 3 позиционирования. С укладочной головкой 1 в настоящем случае соединены два питателя 4 для катушек 5, в качестве средств для предоставления имеющих форму ленточек жгутов 6 упрочняющих волокон, снабженных связующим, привод которых предпочтительно может осуществляться посредством серводвигателей. Соединение между укладочной головкой 1 и питателями может осуществляться посредством надлежащих держателей (здесь не изображены).

С находящихся на питателях катушек 5 разматываются имеющие форму ленточек жгуты 6 упрочняющих волокон, снабженных связующим, и направляются вокруг расправленного валика 7, который предпочтительно выполнен бочкообразно. Посредством расправленного валика 7 жгуты расправляются и при необходимости растягиваются в ширину. При бочкообразном исполнении расправленного валика 7 может одновременно осуществляться боковое направление жгутов 6.

От расправленного валика 7 жгуты 6 подводятся к первому транспортировочному устройству 8, которое в направлении укладки на фиг.1 состоит из пары приводных валиков. При этом нижний валик 9 посредством натяжного устройства 10 прижимается к снабженному резиновым покрытием верхнему валику 11, так чтобы транспортировка жгутов 6 могла осуществляться без проскальзывания.

После прохождения через первое транспортировочное устройство 8 жгуты 6 подводятся к устройству 12 продольного разделения, в котором жгуты 6 разрезаются в направлении их протяженности на части 13 жгутов. Для этого служит система из нескольких вращающихся разделительных дисков 14, к которым разделяемые жгуты 6 прижимаются с определенным усилием посредством двух управляемых по усилию прижимных устройств 15. Полученные в устройстве 12 продольного разделения части 13 жгута подводятся к также выполненному в виде пары приводных валиков второму транспортировочному устройству 16. Путе установки разности скоростей между вторым транспортировочным устройством 16 и первым транспортировочным устройством 8, при которой скорость транспортировки второго транспортировочного устройства 16 устанавливается несколько выше, чем скорость первого транспортировочного устройства 8, может создаваться определенное натяжение жгутов 6 и частей 13 жгута, благодаря чему получается улучшенный результат резания в устройстве 12 продольного разделения.

Нижний валик 17 второго транспортировочного устройства 16 одновременно служит встречным валиком узла 18 поперечного разделения, выполненного в настоящем примере в виде ротационного поперечного резака, включающего ножевой валик 19 и встречный валик 17. В узле 18 поперечного разделения части 13 жгута режутся на пучки упрочняющих волокон или, соответственно, пучки волокон с определенной длиной. Поперечно разделенные пучки 20 волокон забираются с узла поперечного разделения сопловой головкой 21 и по сопловому каналу сопловой головки 21, в который подается сжатый воздух, с повышенной скоростью напыляются на поверхность для изготовления волокнистой заготовки.

На фиг.2 для пояснения пространственного расположения, в частности, элементов укладочной головки, изображенный на фиг.1 сегмент укладочного устройства показан на изображении в перспективе, при этом одинаковые ссылочные обозначения на фигурах относятся к одинаковым элементам устройства.

На фиг.3 показан один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства, снабженного находящимся на цоколе 22 машины роботом 23 с сочлененной рукой, на конце которого посредством шарнира 24 смонтирована укладочная головка 1, и посредством которого укладочная головка может двигаться по нескольким осям относительно поверхности 25 фасонного тела, используемого для изготовления волокнистой заготовки. При этом пучки 20 волокон, полученные на укладочной головке 1 посредством устройства 12 продольного разделения и узла 18 поперечного разделения и вынесенные через сопловую головку 21, соответственно требованиям структуры изготавливаемой волокнистой заготовки или, соответственно, изготавливаемого из нее конструктивного элемента из композитного материала напыляются на поверхность 25 по определенным траекториям.

Claims

1. Устройство для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность (25), включающее:

- укладочную головку (1) и управляемый узел позиционирования, с которым соединена укладочная головка и посредством которого укладочная головка может двигаться относительно поверхности,

- расположенное на укладочной головке первое транспортировочное устройство для транспортировки по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, к укладочной головке,

отличающееся тем, что

- на укладочной головке, если смотреть в направлении транспортировки, перед первым транспортировочным устройством расположены средства для расправления по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута,

- укладочная головка имеет расположенное, если смотреть в направлении транспортировки, после первого транспортировочного устройства второе транспортировочное устройство,

- укладочная головка имеет расположенное между первым и вторым транспортировочным устройством устройство продольного разделения, включающее по меньшей мере один разделительный элемент для разделения по меньшей мере одного жгута вдоль его продольной протяженности на два или более частей жгута, и

- расположенный в направлении транспортировки после второго транспортировочного устройства узел поперечного разделения для поперечного разделения двух или более частей жгутов на пучки волокон.

2. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство продольного разделения имеет несколько разделительных элементов, посредством которых по меньшей мере один жгут

упрочняющих волокон может разрезаться более чем на две части жгута.

3. Укладочное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первое и/или второе транспортировочное устройство состоит из множества роликов, посредством которых может транспортироваться по меньшей мере один жгут.

4. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первое и/или второе транспортировочное устройство включает нагнетательное устройство, посредством которого может перемещаться по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим.

5. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере один разделительный элемент устройства продольного разделения представляет собой вращающийся разделительный диск.

6. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство продольного разделения включает управляемое по усилию прижимное устройство, посредством которого по меньшей мере один разделительный элемент и разделяемый вдоль своей продольной протяженности по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон могут с определенным усилием прижиматься друг к другу.

7. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в направлении транспортировки после узла поперечного разделения оно имеет средства для нагрева пучков волокон.

8. Укладочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в направлении транспортировки после узла поперечного разделения оно имеет устройство для отвода пучков волокон.

9. Укладочное устройство по п. 8, отличающееся тем, что устройство для отвода пучков волокон представляет собой сопловую головку, в которую может подаваться сжатый воздух, имеющую сопловой канал, по которому пучки волокон посредством сжатого воздуха могут выноситься из сопловой головки.

10. Укладочное устройство по п. 9, отличающееся тем, что в сопловом канале расположено сопло Вентури для ввода сжатого воздуха в сопловой канал.

11. Укладочное устройство по п. 9 или 10, отличающееся тем,

что сопловая головка имеет средства для ввода частиц матрицы в сопловой канал.