DE102011102950A1 - Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent - Google Patents
Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011102950A1 DE102011102950A1 DE102011102950A DE102011102950A DE102011102950A1 DE 102011102950 A1 DE102011102950 A1 DE 102011102950A1 DE 102011102950 A DE102011102950 A DE 102011102950A DE 102011102950 A DE102011102950 A DE 102011102950A DE 102011102950 A1 DE102011102950 A1 DE 102011102950A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laying head
- fiber
- laying
- heating
- carbon fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- 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
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
- B29C70/384—Fiber placement heads, e.g. component parts, details or accessories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- 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
- B29B11/00—Making preforms
- B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
- B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
- B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
- B29K2105/10—Cords, strands or rovings, e.g. oriented cords, strands or rovings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
- B29K2307/04—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
- B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
- B29K2995/0005—Conductive
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Legekopf und ein entsprechendes Verfahren zum Ablegen von Faseranordnungen zur Herstellung von Textilvorformlingen, die zumindest teilweise aus Carbonfasern bestehen.The invention relates to a laying head and a corresponding method for depositing fiber arrangements for the production of textile preforms, which consist at least partially of carbon fibers.
Zur Herstellung von textilen Preforms werden nach Stand der Technik Gewebe beziehungsweise Gelege verwendet. Nachteilig entsteht hier häufig Verschnitt dieser relativ teuren Materialien. Zunehmend kommen daher Legeköpfe zum Ablegen der Fasern als Gelege zum Einsatz, die die kostengünstigeren Rohfasern auf ein Substrat ablegen und damit Verschnitt vermeiden sowie lastpfadgerechte Faserlagen erzeugen. Die Fasern werden mit einem thermisch aktivierbaren Binder versehen, oder es werden Prepregs verwendet, bei denen die Fasern bereits mit Bindemittel bereitgestellt sind, und mittels einer Wärmequelle wie etwa einem Infrarotstrahler, einem Laser oder einer geheizten Ablegerolle des Legekopfs erwärmt. Mit einer Ablegerolle wird die Faser auf einem Substrat fixiert. Der abgekühlte Binder fixiert die Spreizung der Faser und die Anhaftung an das Substrat.For the production of textile preforms tissue or scrims are used in the prior art. The disadvantage is often a result of cutting these relatively expensive materials. Laying heads are therefore increasingly being used for laying down the fibers as scrim, which deposit the lower-cost raw fibers on a substrate and thus avoid waste as well as load path-compatible fiber layers. The fibers are provided with a thermally activatable binder or prepregs in which the fibers are already provided with binder and heated by means of a heat source such as an infrared radiator, a laser or a heated deposition roller of the laying head. The fiber is fixed on a substrate with a depositing roller. The cooled binder fixes the spreading of the fiber and the adhesion to the substrate.
Eine technische Herausforderung besteht dabei immer noch darin, das Erwärmen zum Aufweichen bzw. Aktivieren des Binders zu kontrollieren und zu regulieren. Insbesondere durch Erwärmung der Andruck- beziehungsweise Ablegerolle kann es zu Verunreinigungen der Rolle kommen, indem sich Bindermaterial auf der Rolle ablagert; dies kann weiter zu Störungen des Prozesses führen und die Produktqualität kann beeinträchtigt werden. Um den Binder zu erwärmen und zu aktivierten, sind bis dato apparative weitere Einrichtungen von Nöten, etwa Infrarotstrahler, Laser, geheizte oder in die Ablegerolle integrierte Heizvorrichtungen.A technical challenge is still to control and regulate the heating to soften or activate the binder. In particular, by heating the pressure or Ablegerolle it can lead to contamination of the role by depositing binder material on the roll; this can further disrupt the process and affect product quality. In order to heat and activate the binder, additional equipment has been required so far, such as infrared radiators, lasers, or heating devices integrated in the depositing roller.
Auch die
Ferner ist aus der
Diese Aufgabe wird durch einen Legekopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a laying head with the features of claim 1.
Ferner wird diese Aufgabe durch eine Legeanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.Furthermore, this object is achieved by a laying system with the features of
Außerdem ist es wünschenswert, einen entsprechend optimierten, störungsfreien Ablegeprozess zu schaffen.In addition, it is desirable to provide a correspondingly optimized, trouble-free deposition process.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by the method having the features of claim 9.
Weiterbildungen des Legekopfes, der Legeanlage und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the laying head, the laying system and the method are carried out in the respective subclaims.
Ein erfindungemäßer Legekopf zum Ablegen von Faseranordnungen mit Carbonfasern, um daraus mit einem thermisch aktivierbaren Bindemittel Textilvorformlinge herzustellen, umfasst eine Faserzufuhreinrichtung, um die Fasern einer Ablegerolle zuzuführen, und zwei Kontaktflächen, die von der durch die Faserzufuhreinrichtung zugeführte, durch den Legekopf zu der Ablegerolle geführte Faseranordnung kontaktiert werden. Diese zwei Kontaktflächen sind elektrisch leitend als Elektrodenpaar ausgeführt und mit einer Stromquelle verbunden. Die in der Faseranordnung enthaltenen elektrisch leitfähigen Carbonfasern, die zwischen den Kontaktflächen geführt werden und diese kontaktieren, können zwischen dem so geschaffenen Elektrodenpaar eine Heizstrecke der Vorrichtung ausbilden, also eine Strecke, entlang der ein durch das Elektrodenpaar an die Carbonfasern angelegter Stromfluss infolge des inneren Widerstands der Carbonfasern zur Erwärmung derselben führt. Die erwärmten Carbonfasern stellen damit die notwendige Erwärmung für das thermisch aktivierbare Bindemittel bereit, wobei der Energieeintrag vorteilhaft auf das die Faser unmittelbar umgebende Bindemittel konzentriert ist, und umliegende Bereiche des Substrats, auf dem die Fasern abgelegt werden, nicht beeinflusst werden. Damit wird vorteilhaft eine intrinsische Heizvorrichtung in der abzulegenden Faseranordnung geschaffen, die auf einfache Weise realisierbar ist und die es ermöglicht, dass die Faseranordnung durch das durch den Stromfluss gezielte und schnelle Erwärmen der elektrisch leitenden Carbonfasern selbst schnell auf einem Substrat gelegt werden kann. Die Heizvorrichtung ist denkbar einfach aufzubauen und nimmt relativ wenig Stellraum in Anspruch; die Einrichtung zusätzlicher Heizvorrichtungen entfällt.An inventive laying head for depositing fiber assemblies with carbon fibers to produce textile preforms therefrom with a thermally activatable binder comprises fiber feeding means for feeding the fibers to a depositing roller and two contact surfaces leading from the feeding means fed through the fiber feeding means to the depositing roller through the laying head Fiber arrangement can be contacted. These two contact surfaces are designed to be electrically conductive as a pair of electrodes and connected to a power source. The electrically conductive carbon fibers contained in the fiber arrangement, which are guided between the contact surfaces and contact them, can form a heating path of the device between the pair of electrodes thus created, ie a distance along which a current flow applied to the carbon fibers by the electrode pair as a result of the internal resistance the carbon fibers leads to the heating of the same. The heated carbon fibers thus provide the necessary heating for the thermally activated binder, wherein the energy input is advantageously concentrated on the binder immediately surrounding the fiber, and surrounding areas of the substrate on which the fibers are deposited, are not affected. This is advantageous an intrinsic heater in the abzulegenden Fiber arrangement created that can be realized in a simple manner and which allows the fiber array can be quickly placed on a substrate by the targeted by the current flow and rapid heating of the electrically conductive carbon fibers themselves. The heater is very easy to build and takes up relatively little space to complete; the establishment of additional heaters deleted.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Legekopf eine in Faserzuführrichtung stromaufwärts der Ablegerolle angeordnete Umlenkrolle auf. Anstelle statischer Kontaktflächen bilden hier vorteilhaft einfach sowie Platz und Komponenten sparend die Umlenkrolle und die Ablegerolle die beiden Kontaktflächen und sind elektrisch leitend als Elektrodenpaar ausgeführt und mit der Stromquelle verbunden. Hier wird also die Heizstrecke der Vorrichtung durch die in der Faseranordnung enthaltenen elektrisch leitfähigen Carbonfasern, die zwischen der Umlenkrolle und der Ablegerolle geführt werden und diese kontaktieren, ausgebildet.In a preferred embodiment, the laying head has a deflection roller arranged in the fiber feed direction upstream of the laying roller. Instead of static contact surfaces form here advantageously easy and space and components sparingly, the guide roller and the Ablegerolle the two contact surfaces and are electrically conductive designed as a pair of electrodes and connected to the power source. Here, therefore, the heating of the device by the contained in the fiber assembly electrically conductive carbon fibers, which are guided between the guide roller and the Ablegerolle and contact them formed.
Alternativ dazu kann das Elektrodenpaar auch durch lediglich eine der Rollen, sei es eine Umlenkrolle oder die Ablegerolle, und eine statische Kontaktfläche gebildet werden. Auch kann die Heizstrecke zwischen zwei Umlenkrollen, die beide stromaufwärts der Ablegerolle angeordnet sind, realisiert werden. Die zweite dieses als Elektroden ausgeführten Umlenkrollenpaars kann dann unmittelbar vor bzw. stromaufwärts der Ablegerolle im Legekopf angeordnet sein.Alternatively, the electrode pair may be formed by only one of the rollers, be it a pulley or the depositing roller, and a static contact surface. Also, the heating section between two pulleys, which are both arranged upstream of the depositing roller can be realized. The second pair of deflection rollers designed as electrodes can then be arranged directly in front of or upstream of the depositing roller in the laying head.
In einer weiteren Ausführungsform des Legekopfes kann die Stromquelle mit einer Regelungsvorrichtung operativ gekoppelt sein. Dadurch wird erreicht, dass die durch die elektrisch leitfähigen Carbonfasern erzeugte Wärmemenge gezielt einstellbar ist, so dass ein definiertes Schmelzen und infolgedessen eine definierte Haftung auf dem Substrat, auf dem die Faser abgelegt werden soll, erreicht wird.In a further embodiment of the laying head, the power source can be operatively coupled to a control device. This ensures that the amount of heat generated by the electrically conductive carbon fibers is selectively adjustable, so that a defined melting and consequently a defined adhesion to the substrate on which the fiber is to be stored, is achieved.
Aufgrund der definierten Anschmelzung und dadurch der Verhinderung eines Wärmeübergriffs auf andere Bereiche des Substrats werden zwar die Carbonfasern ausreichend fixiert, jedoch bleibt die Preform so biegeschlaff, dass sie leicht in eine gewünschte Form gepresst werden kann.Due to the defined melting and thus the prevention of heat transfer to other areas of the substrate, the carbon fibers are sufficiently fixed, however, the preform remains so limp that it can be easily pressed into a desired shape.
Die Faseranordnung kann ein Faserband oder ein Faserbündel, ein sogenanntes Roving sein, das entweder mehrere Carbonfasern enthält oder vollständig daraus besteht.The fiber assembly may be a sliver or a fiber bundle, a so-called roving, which either contains or consists entirely of carbon fibers.
Das thermisch aktivierbare Bindemittel kann ein pulverförmiges oder flüssiges Bindemittel sein, das auf die Faseranordnung appliziert wurde. Entsprechend ist es günstig, wenn in einer weiteren Ausführungsform des Legekopfes dieser eine Applikationseinrichtung für das pulverförmige oder flüssige Bindemittel umfasst.The thermally activatable binder may be a powdered or liquid binder that has been applied to the fiber assembly. Accordingly, it is favorable if, in a further embodiment of the laying head, this comprises an application device for the pulverulent or liquid binder.
Alternativ oder zusätzlich kann das Bindemittel auch durch Bindemittelfilamente bereitgestellt werden, die in der Faseranordnung enthalten sind.Alternatively or additionally, the binder may also be provided by binder filaments contained in the fiber assembly.
Vorzugsweise jedoch wird die Faseranordnung aber unbehindert durch den Legekopf geführt, dort erhitzt und auf dem Substrat abgelegt, welches das thermisch aktivierbare Bindemittel umfasst oder daraus besteht. Ein solches Substrat kann ein thermoplastisches Bindervlies sein. Die in dem erfindungsgemäßen Legekopf erwärmte Faseranordnung wird durch die Ablegerolle auf das Thermoplastsubstrat gedrückt und damit fixiert. Das thermoplastische Material des Substrats wird lediglich unmittelbar und lokal begrenzt um die Fasern erwärmt, so dass eine Verschmutzung der Ablegerolle minimiert wird.Preferably, however, the fiber assembly is passed unhindered through the laying head where it is heated and deposited on the substrate, which comprises or consists of the thermally activatable binder. Such a substrate may be a thermoplastic binder fleece. The heated in the laying head of the invention fiber assembly is pressed by the depositing roller on the thermoplastic substrate and thus fixed. The thermoplastic material of the substrate is heated only immediately and locally around the fibers, so that contamination of the deposition roller is minimized.
Eine erfindungsgemäße Legeanlage zum Ablegen und Fixieren von Faseranordnungen, die zumindest teilweise aus Carbonfasern bestehen, mit der automatisiert die Fasern auf einem Substrat zur Herstellung von Textilvorformlingen abgelegt werden können, umfasst einen erfindungsgemäßen Legekopf und Mittel zum Bewegen des Legekopfes relativ zu dem Substrat, auf dem die Fasern abgelegt werden. Die Legeanlage eignet sich zur verschnittfreien Herstellung von ebenen Textilvorformlingen, kann aber auch zur lastpfadgerechten Verstärkung fertiger 3D-Preformen eingesetzt werden.A laying system according to the invention for depositing and fixing fiber arrangements, which consist at least partly of carbon fibers, with which the fibers can be automatically deposited on a substrate for the production of textile preforms, comprises a laying head according to the invention and means for moving the laying head relative to the substrate on which the fibers are deposited. The laying system is suitable for the production of flat textile preforms without cutting, but can also be used to reinforce finished 3D preforms on the load path.
In einer Ausführungsform kann die Legeanlage mehrere Legeköpfe aufweisen, die parallel und/oder in Serie und/oder versetzt zueinander angeordnet sind. Somit können schnell auch großflächige Textilvorformlinge geschaffen werden.In one embodiment, the laying installation can have a plurality of laying heads which are arranged parallel and / or in series and / or offset from one another. Thus, large-area textile preforms can be created quickly.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Legeanlage eine oder auch mehrere Andruckvorrichtungen umfasst, die mit dem oder den Legeköpfen gekoppelt sind. Dabei ist die Andruckvorrichtung dem Legekopf nachlaufend angeordnet und weist Mittel auf, um auf die von dem Legekopf auf das Substrat abgelegte Faseranordnung(en) einen vorbestimmten Druck auszuüben. So muss vorteilhaft dieser Anpressdruck, der die Fasern auf dem Substrat fixiert und verdichtet, nicht durch die Ablegerolle des Legekopfes ausgeübt werden. Dies ist insbesondere in der Variante vorteilhaft, in der die erhitzten Fasern auf ein Bindervlies abgelegt werden, da nun die Ablegerolle weniger oder gar nicht verschmutzt und somit auch kein Rindermaterial ins Innere des Legekopfes gelangt. Die dem Legekopf nachgeordnete Andruckvorrichtung presst die abgelegten heißen Fasern in das Bindervlies, so dass dieses lokal anschmilzt und die Fasern fixiert.Furthermore, it can be provided that the laying system according to the invention comprises one or more pressure devices which are coupled to the laying head (s). In this case, the pressure device is arranged trailing the laying head and has means for exerting on the deposited from the laying head on the substrate fiber assembly (s) a predetermined pressure. Thus, advantageously, this contact pressure, which fixes and compacts the fibers on the substrate, need not be exerted by the depositing roller of the laying head. This is particularly advantageous in the variant in which the heated fibers are deposited on a binder fleece, since now the Ablegerolle less dirty or not at all and thus no bovine material gets into the interior of the laying head. The pressing device arranged downstream of the laying head presses the deposited hot fibers into the binding fleece so that it locally melts and fixes the fibers.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ablegen von Faseranordnungen die zumindest teilweise aus Carbonfasern bestehen, um Textilvorformlinge, auch als textile Preforms bezeichnet, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Legekopfes herzustellen, umfasst daher die Schritte:
- – des Zuführens der Faseranordnung mittels der Faserzufuhreinrichtung in den Legekopf, sodann
- – Strom an das Elektrodenpaar anlegen, das durch die zwei von der Faseranordnung kontaktierten Kontaktflächen in dem Legekopf gebildet wird, mittels einer Stromquelle, die entsprechend mit den beiden Kontaktflächen verbunden ist, und
- – Bereitstellen der von den Carbonfasern der Faseranordnung gebildeten Heizstrecke zwischen den Kontaktflächen, dadurch
- – Erwärmen der Faseranordnung infolge des inneren Widerstands der Carbonfasern, und dadurch thermisches Aktivieren des Bindemittels, das von der abzulegenden Faseranordnung umfasst ist,
- – Ablegen der Faseranordnung mittels der Ablegerolle und Fixieren auf einem Substrat durch thermisches Aktivieren des Bindemittels, wobei der Textilvorformling gebildet wird.
- - The feeding of the fiber assembly by means of the fiber feeder in the laying head, then
- - Apply current to the electrode pair, which is formed by the two contacted by the fiber array contact surfaces in the laying head, by means of a power source which is connected to the corresponding two contact surfaces, and
- - Providing the heating line formed by the carbon fibers of the fiber assembly between the contact surfaces, characterized
- Heating the fiber assembly due to the internal resistance of the carbon fibers, and thereby thermally activating the binder comprised by the fiber assembly to be deposited,
- - Laying the fiber assembly by means of the Ablegerolle and fixing on a substrate by thermally activating the binder, wherein the textile preform is formed.
Das thermische Aktivieren des Bindemittels kann in dem Fall, in dem das Bindemittel von der Faseranordnung umfasst ist, schon in dem Legekopf ab der Heizstrecke erfolgen, wenn die Carbonfasern auf eine dafür ausreichende Temperatur erwärmt sind. Andernfalls, bei Verwendung eines Substrat, welches das Bindemittels dar- oder bereitstellt, erfolgt das thermische Aktivieren erst durch das Ablegen der erwärmten Faseranordnung auf dem Substrat.The thermal activation of the binder may, in the case where the binder is included in the fiber assembly, take place already in the laying head from the heating section, when the carbon fibers are heated to a temperature sufficient therefor. Otherwise, when using a substrate, which dar- or provides the binder, the thermal activation takes place only by the deposition of the heated fiber assembly on the substrate.
Bei reinen Carbonfaserpreforms wird ferner vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine maximale Homogenität erreicht, was für die Weiterverarbeitung vorteilhaft ist und auch definierte Aussagen an die Materialqualität zulässt.In the case of pure carbon fiber preforms, maximum homogeneity is advantageously achieved with the method according to the invention, which is advantageous for further processing and also permits defined statements regarding the material quality.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Es zeigtThese and other advantages will be set forth by the following description with reference to the accompanying figure. The reference to the figure in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figure is merely a schematic representation of an embodiment of the invention. It shows
Die Erfindung betrifft einen Legekopf zur Herstellung von textilen Preforms, die zumindest teilweise aus Carbonfasern bestehen. Um solche Preforms zu schaffen werden Legeköpfe zum Einsatz gebracht, bei denen mit einem Bindemittel versehene Faseranordnungen, auch als Faserbündel oder Rovings bezeichnet, Schicht für Schicht aufeinander aufgebracht werden, wodurch ein Vorformling geschaffen wird. Das Bindemittel muss erwärmt und dadurch aktiviert werden, dann können die Rovings mit Druck ausübenden Ablegerollen in eine Form abgelegt und angedrückt werden, so dass sie aneinander fixiert werden. Das Ablegen der Faseranordnungen kann dabei belastungsgerecht, auch an komplizierte Kraftflussverläufe angepasst erfolgen. Bei den durch das Ablegen der Faseranordnung geschaffenen Textilvorformlingen kann es sich so je nach Lastverlauf um unidirektionale Gelege oder um Multiaxialgelege handeln. Die verwendeten Faseranordnungen müssen dabei zumindest teilweise aus Carbonfasern gebildet sein, es können aber auch weitere Verstärkungsfasern etwa aus Glas, Aramid oder einem Polyester in der Faseranordnung enthalten sein.The invention relates to a laying head for the production of textile preforms, which consist at least partially of carbon fibers. In order to provide such preforms, laying heads are used in which binder-provided fiber arrangements, also referred to as fiber bundles or rovings, are applied to each other layer by layer, whereby a preform is created. The binder must be heated and thereby activated, then the rovings can be placed in a form with pressure applying Ablegerollen and pressed so that they are fixed to each other. The laying down of the fiber arrangements can be done in accordance with load, even adapted to complicated Kraftflussverläufe. Depending on the load profile, the textile preforms created by laying down the fiber arrangement may thus be unidirectional scrim or multiaxial scrim. The fiber arrangements used must be at least partially formed of carbon fibers, but it may also contain other reinforcing fibers such as glass, aramid or a polyester in the fiber assembly.
Ferner ist es denkbar, dass das thermisch aktivierbare Bindemittel beispielsweise in Form von Thermoplastfasern, die einen Teil der Faseranordnung ausmachen, vorliegt. Alternativ oder zusätzlich zu solchen Bindemittelfasern kann es sich bei dem Bindemittel um einen pulverförmigen Schmelzbinder handeln, der staubförmig beispielsweise durch elektrostatische Aufladung der Faseranordnung oder des Binderstaubs auf die trockenen Faserrovings aufgebracht werden kann. Auch kann vorgesehen sein, ein flüssiges Bindemittel zu verwenden, in das die die trockenen Faseranordnungen eingetaucht werden oder das auf die trockenen Faseranordnungen aufgesprüht, -gerollt oder -gestrichen wird. Zum Zweck der Applikation des Bindemittels kann der erfindungsgemäße Legekopf eine entsprechende Vorrichtung umfassen, das Bindemittel kann aber auch vorab, bevor die Faseranordnung dem Legekopf zugeführt wird, in der Faseranordnung enthalten sein.Furthermore, it is conceivable for the thermally activatable binder to be present, for example, in the form of thermoplastic fibers which form part of the fiber arrangement. Alternatively or in addition to such binder fibers, the binder may be a powdery melt binder which may be applied to the dry fiber rovings in dust form, for example, by electrostatic charging of the fiber assembly or binder dust. It may also be contemplated to use a liquid binder in which the dry fiber assemblies are dipped or sprayed, rolled or painted onto the dry fiber assemblies. For the purpose of application of the binder, the laying head according to the invention may comprise a corresponding device, but the binder may also be included in the fiber arrangement in advance, before the fiber assembly is fed to the laying head.
Bevorzugt wird jedoch ein Substrat zur Ablage der Faseranordnung verwendet, das aus dem Bindemittel besteht oder dieses enthält, so dass die in dem erfindungsgemäßen Legekopf erwärmten Fasern beim Ablegen auf dem Substrat durch lokales Erwärmen des Bindemittels dort unmittelbar fixiert werden. Vorteilhaft bleibt dabei der Legekopf bindemittelfrei, Verschmutzungen im Legekopf werden vermieden. Bei dem Bindemittelsubstrat kann es sich um ein thermoplastisches Bindervlies handeln; aber auch die Verwendung duroplastischer Harzsysteme, insbesondere in trockener Pulverform, ist dabei nicht ausgeschlossen.Preferably, however, a substrate is used for depositing the fiber assembly, which consists of or contains the binder, so that the fibers heated in the laying head according to the invention are fixed directly there when deposited on the substrate by locally heating the binder. The laying head advantageously remains binder-free, soiling in the laying head is avoided. The binder substrate may be a thermoplastic binder web; but also the use of thermosetting resin systems, especially in dry powder form, is not excluded.
Um das schwer zu kontrollierende Schmelzen des Binders sowie Verunreinigungen durch Binderreste auf der Ablege- oder Druckrolle zu vermeiden und gleichzeitig die Heizeinrichtung zu vereinfachen, wurde erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, wie sie in der einzigen Figur skizziert ist:
Der dort gezeigte Legekopf weist eine Umlenkrolle
The laying head shown there has a
Die so erwärmte Faseranordnung
Alternativ kann aber die Erwärmung eines thermisch aktivierbaren Bindemittels, das in der Faseranordnung
Durch die begrenzte Heizstrecke
Die Temperatur, die durch die Bestromung der Heizstrecke
Eine Legeanlage zur verschnittfreien Herstellung von Textilvorformlingen oder auch zur lastpfadgerechten Verstärkung fertiger 3D Preformen umfasst einen oder vorzugsweise mehrere Erfindungsgemäße Legeköpfe, wobei die Legeanlage Mittel zum Bewegen des bzw. der Legeköpfe relativ zu einem Substrat, auf dem die Faseranordnungen abzulegen sind, aufweist. Das Substrat, beispielsweise ein Bindervlies, liegt auf einer Trägerstruktur, die etwa aus Aluminium oder ein Schleifpapier ist, auf. Die Relativbewegung zwischen Legekopf und Substrat kann durch einen über ein statisches Substrat geführten Legekopf oder umgekehrt durch das unter dem Legekopf vorbeigeführte Substrat erzeugt werden.A laying installation for the production of fabric preforms without waste or also for load path-compliant reinforcement of finished 3D preforms comprises one or preferably several laying heads according to the invention, the laying installation having means for moving the laying head (s) relative to a substrate on which the fiber arrangements are to be deposited. The substrate, for example a binder fleece, rests on a support structure which is made of aluminum or an abrasive paper, for example. The relative movement between the laying head and the substrate can be produced by a laying head guided over a static substrate or vice versa by the substrate guided past below the laying head.
So kann beispielsweise eine Substratbahn unter einer Mehrzahl von parallel und/oder in Serie und/oder versetzt zueinander angeordneten Legeköpfen einer Legeanlage durchgeführt werden, die die Faseranordnungen auf dem Substrat ablegen, wo sie infolge des thermisch aktivierten Binders fixiert werden. Generell können aber auch die Legeköpfe an ansteuerbaren mobilen Armen vorliegen, so dass sie über das Substrat geführt werden können.Thus, for example, a substrate web under a plurality of parallel and / or staggered and / or staggered laying heads of a laying plant are performed, which deposit the fiber assemblies on the substrate, where they are fixed due to the thermally activated binder. In general, however, the laying heads can also be present on controllable mobile arms, so that they can be guided over the substrate.
Eine Legeanlage mit mehreren Legeköpfen kann auch modular aufgebaut sein. Ferner kann eine Legeanlage mit Schneideinheiten ausgestattet sein, die den gebildeten Textilvorformling in gewünschter Weise ablängen.A laying system with several laying heads can also be modular. Furthermore, a laying installation can be equipped with cutting units which cut the formed textile preform in the desired manner.
In
Die Relativbewegung zwischen dem Legekopf und dem Substrat
Das Formpressen der Preform bleibt dennoch möglich, da wegen der definierten Anschmelzung und dem so verhinderten oder reduzierten Wärmeübergang auf andere Bereiche des Substrats
Die beste Homogenität und Qualität der Preform wird bei reinen Carbonfaseranordnungen erreicht, die sich daher bei der weiteren Verarbeitung besonders gut handhaben lassen, insbesondere da auf Grund der Homogenität allgemeinere Aussagen über die Materialcharakteristik getroffen werden können.The best homogeneity and quality of the preform is achieved with pure carbon fiber arrangements, which can therefore be handled particularly well during further processing, in particular since more general statements about the material characteristics can be made on account of the homogeneity.
So ermöglicht der erfindungsgemäße Legekopf und das damit ausführbare Verfahren zum Ablegen von Faseranordnungen zur Herstellung von Textilvorformlingen eine verbesserte Produktqualität bei gleichzeitig vereinfachter Fertigungsvorrichtung und bei verbesserter Prozesssicherheit, da etwa der Ausfall der Ablegerolle wegen Verunreinigung durch Binder nicht mehr auftritt. Die Temperatur zur Aktivierung des Bindemittels kann durch den angelegten Stromfluss schnell und direkt geregelt werden, wobei die Erwärmung direkt an der Stelle, an der sie benötigt wird, nämlich in der Faser selbst, erfolgt. Der Einsatz zusätzlicher Aufbauten zur Erwärmung des Bindemittels entfällt.Thus, the laying head according to the invention and the method that can be carried out for depositing fiber arrangements for the production of textile preforms enables improved product quality while at the same time simplifying the manufacturing apparatus and with improved process reliability, since, for example, the failure of the depositing roller no longer occurs due to contamination by binders. The temperature for activation of the binder can be controlled quickly and directly by the applied current flow, wherein the heating takes place directly at the point where it is needed, namely in the fiber itself. The use of additional structures for heating the binder is eliminated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007012608 B4 [0004] DE 102007012608 B4 [0004]
- DE 102008019147 A1 [0005] DE 102008019147 A1 [0005]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011102950A DE102011102950A1 (en) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011102950A DE102011102950A1 (en) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011102950A1 true DE102011102950A1 (en) | 2012-02-16 |
Family
ID=45528588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011102950A Withdrawn DE102011102950A1 (en) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011102950A1 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2999973A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-27 | Coriolis Composites | PROCESS FOR MAKING PREFORMS FROM FIBERS WITH BINDER AND CORRESPONDING MACHINE |
EP2821198A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Depositing head for semi-finished fibre products |
EP2821201A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Tempering device for semi-finished fibre products |
WO2015170016A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Coriolis Composites | Method and machine for creating preforms by compactionless application of oriented fibers |
DE102014018801A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Airbus Defence and Space GmbH | Method and device for producing a fiber preform |
WO2016096008A1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Semi-finished fiber product lay-up head |
DE102015109864A1 (en) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Plant and method for producing a curved, multi-layer preform made of fibers of a fiber composite material |
DE102016110323A1 (en) | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fiber tempering device, Faserappliziervorrichtung, fiber plant and methods for tempering |
GB2561914A (en) * | 2017-04-28 | 2018-10-31 | Hexcel Reinforcements Uk Ltd | Apparatus for and method of fibre placement for the formation of fibre preforms |
US10189214B2 (en) | 2014-03-28 | 2019-01-29 | Composite Cluster Singapore Pte. Ltd. | Freespace composite manufacturing process and device |
WO2020011639A1 (en) | 2018-07-10 | 2020-01-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fibre laying installation and method for depositing fibre material |
EP3666501A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for impregnating fibrous material |
DE102019203383A1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | Zf Friedrichshafen Ag | Method and system for producing a fiber preform |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008019147A1 (en) | 2008-04-16 | 2009-10-22 | Airbus Deutschland Gmbh | Process for the production of fiber preforms |
DE102007012608B4 (en) | 2007-03-13 | 2009-12-24 | Eads Deutschland Gmbh | Method and device for producing a preform for a force flow compatible fiber composite structure |
-
2011
- 2011-05-31 DE DE102011102950A patent/DE102011102950A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007012608B4 (en) | 2007-03-13 | 2009-12-24 | Eads Deutschland Gmbh | Method and device for producing a preform for a force flow compatible fiber composite structure |
DE102008019147A1 (en) | 2008-04-16 | 2009-10-22 | Airbus Deutschland Gmbh | Process for the production of fiber preforms |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2999973A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-27 | Coriolis Composites | PROCESS FOR MAKING PREFORMS FROM FIBERS WITH BINDER AND CORRESPONDING MACHINE |
WO2014096562A3 (en) * | 2012-12-21 | 2014-09-12 | Coriolis Composites | Method for producing preforms from fibers provided with a binder, and corresponding machine |
EP2821198A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Depositing head for semi-finished fibre products |
EP2821201A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Tempering device for semi-finished fibre products |
DE102013107103B4 (en) * | 2013-07-05 | 2021-05-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Semi-finished fiber laying head and fiber laying device |
US10189214B2 (en) | 2014-03-28 | 2019-01-29 | Composite Cluster Singapore Pte. Ltd. | Freespace composite manufacturing process and device |
WO2015170016A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Coriolis Composites | Method and machine for creating preforms by compactionless application of oriented fibers |
FR3020778A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-13 | Coriolis Composites | METHOD AND MACHINE FOR MAKING PREFORMS BY NON-COMPACTING APPLICATION OF ORIENTED FIBERS |
WO2016096008A1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Semi-finished fiber product lay-up head |
US20170348874A1 (en) * | 2014-12-18 | 2017-12-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Semi-finished fiber product lay-up head |
DE102014018801A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Airbus Defence and Space GmbH | Method and device for producing a fiber preform |
DE102014018801B4 (en) | 2014-12-19 | 2019-06-19 | Airbus Defence and Space GmbH | Method and device for producing a fiber preform |
DE102015109864A1 (en) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Plant and method for producing a curved, multi-layer preform made of fibers of a fiber composite material |
DE102015109864B4 (en) | 2015-06-19 | 2018-10-18 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Plant and method for producing a curved, multi-layer preform made of fibers of a fiber composite material |
DE102016110323A1 (en) | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fiber tempering device, Faserappliziervorrichtung, fiber plant and methods for tempering |
DE102016110323B4 (en) * | 2016-06-03 | 2020-02-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fiber temperature control device, fiber application device, fiber laying system and method for temperature control |
GB2561914A (en) * | 2017-04-28 | 2018-10-31 | Hexcel Reinforcements Uk Ltd | Apparatus for and method of fibre placement for the formation of fibre preforms |
GB2561914B (en) * | 2017-04-28 | 2022-04-27 | Hexcel Reinforcements Uk Ltd | Apparatus for and method of fibre placement for the formation of fibre preforms |
DE102018116662A1 (en) | 2018-07-10 | 2020-01-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fiber laying plant and method for depositing fiber material |
WO2020011639A1 (en) | 2018-07-10 | 2020-01-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Fibre laying installation and method for depositing fibre material |
EP3666501A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for impregnating fibrous material |
DE102018132030A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for impregnating fiber material |
DE102019203383A1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | Zf Friedrichshafen Ag | Method and system for producing a fiber preform |
US11981092B2 (en) | 2019-03-13 | 2024-05-14 | Zf Friedrichshafen Ag | Method and system for producing a fiber preform |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011102950A1 (en) | Laying head, useful for the deposition of fiber assemblies for the manufacture of textile preforms, comprises at least fiber supply device, placing roller and heating device for heating of thermally activatable bonding agent | |
EP2521640B1 (en) | Method and device for producing a composite fibre material in the form of a fibre strip impregnated with a polymer | |
EP2797729B1 (en) | Method and device for producing a fibre composite material in the form of at least one wide fibre strip impregnated with a polymer | |
AT514721B1 (en) | Shaping plant for producing a fiber-plastic composite | |
EP2821198B1 (en) | Depositing head for semi-finished fibre products | |
DE102012007439A1 (en) | Laying head and apparatus and method for building a three-dimensional preform for a component made of a fiber composite material | |
DE102008011410A1 (en) | Process for producing a profiled preform and a profiled FRP component, pultrusion plant and pressing device for carrying out the process | |
DE102006025280A1 (en) | Production of high-strength, fibre-reinforced components, e.g. for car bodies, involves impregnating a continuous fibre bundle, placing the hank into a tempered device with a die using handling gear and then consolidating | |
DE102016200522A1 (en) | Method for producing three-dimensional objects and apparatus for carrying out said method | |
DE102018127931A1 (en) | Process and plant for producing a three-dimensional structure | |
DE102011056686B4 (en) | A process for producing a fiber composite material, a fiber composite produced by the process and an apparatus for carrying out the process | |
EP2447401B1 (en) | Partially fixed textile semi finished product | |
WO2016096008A1 (en) | Semi-finished fiber product lay-up head | |
EP3037234B1 (en) | A device for consolidating a preform | |
DE202020102523U1 (en) | Laminating line | |
DE102015208111A1 (en) | DOUBLE BAND PRESS DEVICE | |
DE202016001601U1 (en) | Device for producing a roving strip and / or for producing a fiber-reinforced composite material | |
EP3722082A1 (en) | Fibre laying head, fibre laying installation and method for depositing fibrous material | |
DE202014100514U1 (en) | Tape laying device for building a laminate | |
EP2821211A1 (en) | Conveyor device for semi-finished fibre products | |
DE102016208687B4 (en) | Process for producing a fiber semi-finished product and a fiber composite component, fiber composite component and tool | |
DE102018126704A1 (en) | Method and device for producing a fiber composite component by means of a 3D printing method | |
DE102014104416A1 (en) | Fiber laying head | |
EP3257663A1 (en) | Method for producing semifinished products for fibre-plastic composite components | |
DE102017124417A1 (en) | Device and method for depositing a fiber material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140117 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |