DE102020111297A1 - Process for the production of a reinforcing fiber wadding for the production of fiber reinforced composite materials and fiber wadding device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsfaser-Watte für die Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe, mit wenigstens folgenden Schritten:a) Aufgeben einer Menge von losen Verstärkungsfasern und/oder von abgeschlagenen Rovingabschnitten von Verstärkungsfasern in einen Trichter (10), der an seiner Unterseite eine Trichteröffnung (11) besitzt;b) Bildung einer Verstärkungsfaser-Watte durch:- Vereinzelung der aus der Trichteröffnung (11) austretenden losen Verstärkungsfasern und/oder der Rovingabschnitte;- und/oder Verbindung von Verstärkungsfaserndurch Verwirbelung mittels eines Messerelements (22) und/oder eines rotierenden Verwirbelungselements, das unterhalb der Trichteröffnung (10) in einem Wattierungsraum (26) rotiert.Method for producing a reinforcing fiber wadding for the production of fiber-reinforced composite materials, with at least the following steps: a) Feeding a quantity of loose reinforcing fibers and / or chopped off roving sections of reinforcing fibers into a funnel (10) which has a funnel opening (11) on its underside. b) formation of a reinforcing fiber wadding by: - separation of the loose reinforcing fibers and / or the roving sections emerging from the funnel opening (11); - and / or connection of reinforcing fibers by swirling by means of a knife element (22) and / or a rotating swirling element, which rotates below the funnel opening (10) in a wadding space (26).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsfaser-Watte für die Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Faserwattierungsvorrichtung dafür.The invention relates to a method for producing a reinforcing fiber wadding for the production of fiber-reinforced composite materials with the features of the preamble of claim 1 and a fiber wadding device therefor.
In einem faserverstärkten Verbundwerkstoff werden Zugspannungen durch geeignete Verstärkungsfasern aufgenommen, um den Matrixwerkstoff, in den die Verstärkungsfasern eingebettet sind, zu entlasten. Dadurch sind wesentlich größere mechanische Festigkeiten erzielbar als bei unverstärkten Werkstoffen gleicher Art. Die Verstärkungsfasern, die meist aus Glas oder Carbon bestehen, werden in ein Fluid eingemischt, bei dem es sich entweder um den aufgeschmolzen thermoplastischen Matrixwerkstoff handelt oder wenigstens eine von mehreren Reaktionskomponenten, die durch chemische Reaktion aushärtbar ist.In a fiber-reinforced composite material, tensile stresses are absorbed by suitable reinforcing fibers in order to relieve the matrix material in which the reinforcing fibers are embedded. As a result, significantly greater mechanical strengths can be achieved than with unreinforced materials of the same type. The reinforcing fibers, which usually consist of glass or carbon, are mixed into a fluid that is either the melted thermoplastic matrix material or at least one of several reaction components that can be hardened by chemical reaction.
Für eine wirksame Verbesserung der mechanischen Festigkeit ist eine homogene Verteilung der Verstärkungsfasern notwendig, und die Verstärkungsfasern müssen möglichst lang ausgebildet sein. Es müssen sowohl Inhomogenitäten mit zu geringem Faseranteil wie auch Agglomerate von Fasern vermieden werden. Während bei Reaktionsharzen lange Faserbündel, -gewebe oder -matten ausgelegt werden können, bevor die Matrix gebildet wird, ist dies bei thermoplastischen Werkstoffen nicht möglich. Bei diesen bestehen große Schwierigkeiten, die Verstärkungsfasern in die thermoplastische Matrix einzubetten, weil einerseits eine homogene Verteilung nur durch Druck und/oder starkes Durchmischen und Kneten der Schmelze möglich ist, wodurch andererseits aber hohe Scherkräfte entstehen, die die eingemischten Verstärkungsfasern erheblich verkürzen und ggf. auch den Matrixwerkstoff schädigen. Somit besteht zwischen Homogenisierung und Materialschonung ein klassischer Zielkonflikt.For an effective improvement in the mechanical strength, a homogeneous distribution of the reinforcing fibers is necessary, and the reinforcing fibers must be made as long as possible. Both inhomogeneities with insufficient fiber content and agglomerates of fibers must be avoided. While long fiber bundles, fabrics or mats can be laid out with reactive resins before the matrix is formed, this is not possible with thermoplastic materials. With these, there are great difficulties embedding the reinforcing fibers in the thermoplastic matrix because, on the one hand, homogeneous distribution is only possible through pressure and / or vigorous mixing and kneading of the melt, which on the other hand results in high shear forces that considerably shorten the mixed-in reinforcing fibers and possibly also damage the matrix material. Thus there is a classic conflict of objectives between homogenization and material protection.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, Verstärkungsfasern so aufzubereiten, dass damit eine einfachere Herstellung von Faserverbundwerkstoffen möglich ist und/oder die Festigkeit des Faserverbundwerkstoffe durch eine größere Länge der eingebetteten Fasern erhöht ist.The object of the invention is thus to prepare reinforcing fibers in such a way that a simpler production of fiber composite materials is possible and / or the strength of the fiber composite materials is increased by a greater length of the embedded fibers.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsfaser-Watte für die Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for producing a reinforcing fiber wadding for the production of fiber-reinforced composite materials with the features of claim 1.
Erfindungswesentlich ist der Ansatz, zur Einmischung in einen Matrixwerkstoff bestimmte Verstärkungsfasern, nicht in einer losen Schüttung bereitzustellen, sondern daraus eine watteartige, gespinstförmige Konfiguration zu bilden.Essential to the invention is the approach of not providing certain reinforcing fibers for mixing into a matrix material in a loose bed, but rather to form a cotton-wool-like, spin-shaped configuration therefrom.
Die Verstärkungsfasern werden durch das erfindungsgemäße Verfahren stark vereinzelt, wenn sie dem Verfahren als Bündel zugeführt werden, und/oder sie werden miteinander verfilzt, wenn sie lose in den Prozess gelangt sind, so dass sie am Ende eine lockere, watteartige Konfiguration einnehmen, welche eine sehr geringe Schüttdichte besitzt. Dabei besitzen die Fasern untereinander eine leichte Verbindung, so dass die watteartige Konfiguration bei der weiteren Verarbeitung erhalten bleibt. Andererseits ist die Bindung untereinander nicht so stark, dass große Kräfte aufgebracht werden müssen, um Watteflocken aufzuteilen oder mehre Flocken untereinander zu trennen.The reinforcing fibers are severely separated by the method according to the invention when they are fed to the method as a bundle, and / or they are felted together when they have entered the process loosely, so that at the end they assume a loose, cotton-wool-like configuration which has a has a very low bulk density. The fibers have a slight connection to one another, so that the cotton-wool-like configuration is retained during further processing. On the other hand, the bond between each other is not so strong that great forces have to be applied in order to divide the wadding flakes or to separate several flakes from one another.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Verstärkungsfasern wie insbesondere Glasfasern als Bündel zugeführt. Diese werden entweder vorher oder online zu Verfahrensbeginn auf eine bestimmte Länge gekürzt. Insbesondere liegen die Verstärkungsfasern in Bündeln vor, in Form sogenannter Rovings. Vorzugsweise werden die Rovings bereits vor dem Beginn der Wattierung gekürzt, so dass für die Durchführung des Verfahrens abgeschlagene Rovingstücke, sogenannte Chopped Stands, eingesetzt werden.Reinforcing fibers, such as in particular glass fibers, are fed to the method according to the invention as bundles. These are shortened to a certain length either beforehand or online at the beginning of the procedure. In particular, the reinforcing fibers are in bundles, in the form of so-called rovings. The rovings are preferably already shortened before the beginning of the wadding, so that chopped off pieces of roving, so-called chopped stands, are used to carry out the process.
Charakteristisch für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verstärkungsfaser-Watte sind folgende beispielhafte Eigenschaften; diese sind im Vergleich mit den bevorzugt dem Verfahren zugeführten Faserbündeln, insbesondere in Form der Chopped Stands, zu sehen:
- - Die Schüttdichte ist um den Faktor 5 bis 20 erhöht;
- - Die volumenspezifische Oberfläche ist um den Faktor 5 bis 50 erhöht;
- - Die Faserlänge am Ende des Wattierungsprozesses ist lediglich um 0,5 bis 1,0 mm gegenüber der Faserlänge bei Aufgabe in den Prozess reduziert.
- - The bulk density is increased by a factor of 5 to 20;
- - The volume-specific surface is increased by a factor of 5 to 50;
- - The fiber length at the end of the wadding process is only reduced by 0.5 to 1.0 mm compared to the fiber length when fed into the process.
Die mit der Erfindung erzielbare watteartige Konfiguration zeichnet sich außerdem dadurch aus, wie am Merkmal der Vergrößerung der volumenspezifischen Oberfläche zu sehen, dass die Öffnungen zwischen den Verstärkungsfasern so groß sind, dass sie nicht nur von niedrigviskosen Fluiden wie Wasser durchdrungen werden können. Sie können vielmehr auch von mittel- bis hochviskosen Fluiden wie einer thermoplastischen Kunststoffschmelze oder einem gelartig eingestellten Reaktionsharz drucklos, ggf. durch Kapillarwirkung, durchdrungen werden.The cotton-wool-like configuration that can be achieved with the invention is also characterized, as can be seen from the feature of enlarging the volume-specific surface, that the openings between the reinforcing fibers are so large that they cannot only be penetrated by low-viscosity fluids such as water. Rather, they can also be penetrated without pressure by medium to high viscosity fluids such as a thermoplastic plastic melt or a gel-like reaction resin, possibly by capillary action.
Die Faserlänge bei Aufgabe in den Wattierungsprozess ist unter folgenden Gesichtspunkten zu wählen:
- - Eine sehr große Faserlänge von mehr als 5 Millimeter, wäre für die Festigkeit eines daraus hergestellten faserverstärkten Verbundwerkstoffs zwar vorteilhaft. Andererseits müssen die Verstärkungsfasern, die über die Messerelemente oder andere rotierende Vereinzelungselemente vereinzelt werden, gut auflockerbar sein. Auch dürfen die internen Bindungen in der entstehenden Faserwatte nicht zu stark werden, damit eine Teilentnahme von Faserbauschen aus dem Pufferspeicher noch möglich ist.
- - Zu kurze Verstärkungsfasern hingegen lassen sich nur schlecht zu einem watteartigen Gebilde verfilzen und bringen bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs unter Nutzung der nach der Erfindung hergestellten Faserwatte nicht die gewünschte Festigkeitssteigerung.
- - A very large fiber length of more than 5 millimeters would be advantageous for the strength of a fiber-reinforced composite material produced from it. On the other hand, the reinforcing fibers, which are separated by the knife elements or other rotating separating elements, must be easy to loosen. The internal bonds in the resulting fiber wadding must also not become too strong, so that partial removal of fiber tufts from the buffer store is still possible.
- Reinforcing fibers that are too short, on the other hand, are difficult to felt into a cotton wool-like structure and do not bring about the desired increase in strength when producing a fiber-reinforced composite material using the fiber cotton wool produced according to the invention.
Unter diesen Gesichtspunkten hat sich eine mittlere Faserlänge der in der Watteform vorliegenden Verstärkungsfasern von 3 Millimetern bis 5 Millimetern als besonders geeignet erwiesen.From these points of view, an average fiber length of the reinforcing fibers present in the wadding form of 3 millimeters to 5 millimeters has proven to be particularly suitable.
Nach der Erfindung wird eine extrem aufgelockerte Faserkonfiguration erhalten.. Die wattierten Faserbündel, die nach der Erfindung hergestellt sind, haben den Vorteil, fließfähig zu sein und insbesondere kontinuierlich oder diskontinuierlich in ein Fluid, insbesondere in eine Kunststoffschmelze, eingespeist werden zu können.According to the invention, an extremely loosened fiber configuration is obtained. The padded fiber bundles which are produced according to the invention have the advantage of being flowable and in particular being able to be fed continuously or discontinuously into a fluid, in particular into a plastic melt.
Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Faserwattierungsvorrichtung ist in Anspruch 8 angegeben.A fiber wadding device suitable for carrying out the method is specified in claim 8.
Ein „Trichterelement“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jedes Aufgabebehältnis, das wenigstens eine Öffnung an der Unterseite aufweist und hinsichtlich seiner Formgebung so gestaltet ist, dass die darin aufgegebenen Verstärkungsfasern in diese Öffnung rutschen oder fallen können. Neben konischen Trichterformen mit rundem Querschnitt sind auch Pyramiden- oder Keilformen denkbar.A “funnel element” within the meaning of the present invention is any feed container that has at least one opening on the underside and is designed in terms of its shape so that the reinforcing fibers placed therein can slide or fall into this opening. In addition to conical funnel shapes with a round cross section, pyramid or wedge shapes are also conceivable.
Ein „Messerelement“ ist nach der Erfindung ein rotierendes Element, das radial von einer Antriebswelle abstehende, flach ausgebildete Elemente aufweist. Diese Elemente benötigen nur dann geschärfte Klingen, wenn beim Übergang der Verstärkungsfasern aus dem Trichterelement in die Mühleinheit auch eine Faserkürzung vorgenommen werden soll. Sofern die aufgegeben Verstärkungsfasern oder Bündel davon schon vorgeschnitten aufgegeben werden, besteht der Hauptzweck des Messerelements in der Vereinzelung. wozu nicht unbedingt scharfe Messerklingen erforderlich sind.According to the invention, a “knife element” is a rotating element which has flat elements protruding radially from a drive shaft. These elements only need sharpened blades if the fibers are to be shortened when the reinforcing fibers pass from the funnel element into the milling unit. If the added reinforcing fibers or bundles thereof have already been pre-cut, the main purpose of the knife element is the separation. which does not necessarily require sharp knife blades.
Der nach einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehene Luftstrom übt eine Kraft auf die im Pufferspeicher vorliegende Faserwatte aus und ermöglicht deren komplette Entnahme aus dem Pufferspeicher. Insbesondere ermöglicht der Luftstrom, das watteartige Faserbündel in Teilportionen zu teilen. Der Sperrschieber, der den Pufferspeicher nach unten verschließt, braucht nur teilgeöffnet werden, um einen Teil der Faserwatte mittels des Luftstroms aus dem Pufferspeicher abzugeben. Ein weiterer Anteil verbleibt im Pufferspeicher, so dass alle aus der Mühleneinheit neu abgegebenen Verstärkungsfasern bzw. Faserbündel direkt daran andocken können. Der einmal initiierte Wattierungs- und Verfilzungsprozess kann also stetig fortgesetzt werden, und es braucht nach der Entnahme nicht erst eine erneute Wattierung im Pufferspeicher abgewartet zu werden.The air flow provided according to an advantageous embodiment exerts a force on the fiber wadding present in the buffer store and enables it to be completely removed from the buffer store. In particular, the air flow makes it possible to divide the cotton wool-like fiber bundle into partial portions. The gate valve, which closes the buffer storage unit downwards, only needs to be partially opened in order to release part of the fiber wadding from the buffer storage unit by means of the air flow. Another portion remains in the buffer store so that all reinforcement fibers or fiber bundles newly released from the mill unit can dock directly to it. The wadding and felting process, once initiated, can therefore be continued continuously, and there is no need to wait for another wadding in the buffer store after removal.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn unterhalb einer Austragsöffnung des Pufferspeichers ein Austragskanal angeordnet ist, durch welchen hindurch ein saugender Luftstrom auf die Austragsöffnung des Pufferspeichers wirkt.It is particularly advantageous if a discharge channel is arranged below a discharge opening of the buffer store, through which a sucking air flow acts on the discharge opening of the buffer store.
Der Austrag der Faserwatte aus der Austragseinheit kann über einen Stopfkolben erfolgen, sofern eine Zwischenlagerung und/oder Verpackung vorgesehen ist.The fiber wadding can be discharged from the discharge unit via a stuffing piston, provided that intermediate storage and / or packaging is provided.
Für eine kontinuierliche Weiterverarbeitung ist es vorteilhaft, eine Austragseinheit mit wenigstens einer Schneckenwelle vorzusehen, insbesondere eine Austragseinheit mit einem Paar gleichsinnig rotierender Stopfschneckenwellen. Hierdurch werden die hergestellten Faserbündel in die Länge gezogen und der Ausstoß vergleichmäßigt.For continuous further processing, it is advantageous to provide a discharge unit with at least one screw shaft, in particular a discharge unit with a pair of tamping screw shafts rotating in the same direction. As a result, the fiber bundles produced are drawn in length and the output is evened out.
Vorzugsweise ist wenigstens ein innerhalb des Pufferspeichers rotierendes Rührelement vorgesehen. Durch dieses werden die Verstärkungsfasern auf dem Einzugsspalt zwischen den gleichsinnig rotierenden Stopfschneckenwellen verteilt und dadurch besser eingezogen. Ferner kann nach einer initialen Erzeugung der Watte durch einen gegenüber dem Messer wesentlich reduzierten Schereintrag, beispielsweise durch ein zusätzliches Rührerelement, eine weitergehende Wattierung der Fasern erreicht werden.At least one stirring element rotating within the buffer store is preferably provided. This distributes the reinforcing fibers on the intake gap between the tamping screw shafts rotating in the same direction and thus draws them in better. Furthermore, after the initial production of the wadding, by means of a significantly reduced shearing entry compared to the knife, for example by means of an additional stirrer element, more extensive wadding of the fibers can be achieved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat außerdem den Vorteil, dass kontinuierliche und diskontinuierliche Teilprozesse so aufeinander abgestimmt werden können, dass ein kontinuierlicher Austrag von Faserbündeln möglich ist. Der diskontinuierliche Teilprozess, der das Vereinzeln und Ansammeln einer ausreichenden Mange an Verstärkungsfasern im Pufferspeicher umfasst, wird mit dem Austrag über den motorisch gesteuerten Sperrschieber so gekoppelt, dass eine fortlaufende Abgabe einzelner wattierter Faserbündel möglich ist. Insbesondere werden die Drehzahl des Schneidmessers und die Drehzahl der Stopfschneckenwellen sowie die Hubfrequenz des Stopfkolbens in Abhängigkeit von dem am Trichter- gemessenen Masseverlust an aufgegeben Verstärkungsfasern geregelt. Hierfür wird gravimetrisch der Massenstrom der anfangs aufgegebenen Fasern sowie der durch die Schneckenwelle weggeförderten wattierten Fasern gemessen. Zum Einsatz kommt dabei bspw. die konventionelle „Loss-in-weight“ Technologie. Für den Gesamtprozess ist dabei die Kopplung dieser beiden Massenströme durch den Puffer besonders vorteilhaft. Seine Füllhöhe wird durch Öffnungsamplitude und -frequenz festgelegt. Die Füllhöhe kann mit Hilfe optischer Systeme oder mit Hilfe einer dritten Waage konstant gehalten werden, in dem während der Kalibrierung Öffnungsamplitude und -frequenz entsprechend angepasst werden.The device according to the invention also has the advantage that continuous and discontinuous partial processes can be coordinated with one another in such a way that a continuous discharge of fiber bundles is possible. The discontinuous sub-process, which includes the separation and accumulation of a sufficient amount of reinforcing fibers in the buffer storage, is coupled with the discharge via the motor-controlled gate valve so that a continuous discharge of individual padded fiber bundles is possible. In particular, the rotational speed of the cutting blade and the rotational speed of the stuffing screw shafts as well as the stroke frequency of the stuffing piston as a function of the loss of mass of added reinforcing fibers measured at the funnel. For this purpose, the mass flow of the fibers initially fed in as well as the padded fibers conveyed away by the screw shaft is measured gravimetrically. For example, the conventional "loss-in-weight" technology is used. The coupling of these two mass flows through the buffer is particularly advantageous for the overall process. Its filling level is determined by the opening amplitude and frequency. The filling level can be kept constant with the help of optical systems or with the help of a third scale by adjusting the opening amplitude and frequency accordingly during calibration.
Eine direkte Weitverarbeitung wird beispielsweise in Form einer Inline-Compoundierung eines faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffs für die Kunststoffspritzgießverarbeitung ermöglicht. Hierzu kann die Austragseinheit der Faserwattierungsvorrichtung direkt seitlich an einen Extruder angeschlossen sein, in welchem ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyamid zunächst aufgeschmolzen und homogenisiert wird. Nach der Homogenisierung wird der Druck in der Schmelze in einer Dekompressionszone nahezu vollständig abgebaut. Die Auftragseinheit mündet genau dort im Extruder, wo sich die Dekompressionszone befindet, sodass die wattierten Faserbündel direkt in die an dieser Stelle drucklos oder nahezu drucklos vorliegende Kunststoffschmelze eingemischt werden können. Aufgrund der bereits beschriebenen großen Hohlräume und Öffnungen zwischen den Verstärkungsfasern kann die Schmelze drucklos in die wattierten Faserbündel einfließen. Anschaulich gesprochen besitzen die Faserbündel also eine gewisse Saugfähigkeit, welche die problemlose Benetzung durch den flüssigen Kunststoff ermöglicht, sodass bei der Inline-Compoundierung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Wattierungsverfahrens ein faserverstärkter Kunststoff erhalten wird, bei dem die Faserlängen noch so vorliegen, wie sie in der Faserwattierungsvorrichtung hergestellt wurden. Durch die drucklose Einspeisung der Verstärkungsfasern in die Kunststoffschmelze wird eine Beschädigung in Form einer Faserverkürzung vermieden. Außerdem wird Antriebsleistung in der Austragseinheit vermieden. Die direkt an den Extruder angeschlossene Austragseinheit der Faserwattierungsvorrichtung wird zwar nach Art einer Stopfschnecke benutzt, wobei jedoch ein Stopfen, im Sinne eines Nachschiebens unter Kraftaufwand, nicht stattzufinden braucht.Direct further processing is made possible, for example, in the form of inline compounding of a fiber-reinforced thermoplastic material for plastic injection molding processing. For this purpose, the discharge unit of the fiber wadding device can be connected directly to the side of an extruder in which a thermoplastic such as polyamide is first melted and homogenized. After homogenization, the pressure in the melt is almost completely reduced in a decompression zone. The application unit ends in the extruder exactly where the decompression zone is located, so that the padded fiber bundles can be mixed directly into the plastic melt that is present at this point without pressure or almost without pressure. Due to the large cavities and openings between the reinforcing fibers already described, the melt can flow into the padded fiber bundles without pressure. Clearly speaking, the fiber bundles have a certain absorbency, which enables problem-free wetting by the liquid plastic, so that in the inline compounding using the wadding method according to the invention, a fiber-reinforced plastic is obtained in which the fiber lengths are still present as they are in the fiber wadding device were manufactured. By feeding the reinforcing fibers into the plastic melt without pressure, damage in the form of fiber shortening is avoided. In addition, drive power in the discharge unit is avoided. The discharge unit of the fiber wadding device, which is directly connected to the extruder, is used in the manner of a stuffing screw, but there is no need for a stuffing in the sense of pushing it with force.
Sofern die Verstärkungsfaserwatte im Zuge einer Inline-Compoundierung gebildet wird, ist es vorteilhaft, die Verstärkungsfasern und/oder die hergestellte Verstärkungsfaserwatte zu erwärmen. Durch Einspeisung von auf Schmelzetemperatur erwärmter Fasern wird das lokale Einfrieren der Schmelze beim Kontakt mit der Verstärkungsfaserwatte vermieden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Matrixwerkstoff vollständig in die Verstärkungsfaserwatte hineinfließt und diese nicht als Faserbündel mit Lufteinschlüssen umhüllt.If the reinforcement fiber wadding is formed in the course of inline compounding, it is advantageous to heat the reinforcement fibers and / or the reinforcement fiber wadding produced. By feeding in fibers heated to melt temperature, local freezing of the melt on contact with the reinforcing fiber wadding is avoided. This ensures that the matrix material flows completely into the reinforcing fiber wadding and that it is not enveloped as a fiber bundle with air pockets.
Für die Vorerwärmung kann beispielsweise ein beheizbarer Trichter verwendet werden.A heatable funnel, for example, can be used for preheating.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das den Zeichnungen dargestellt Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
-
1 eine Faserwattierungsvorrichtung nach der Erfindung im Schnitt; -
2 eine Ausschnittsvergrößerung aus1 und -
3 die Massenströme in der Faserwattierungsvorrichtung in schematischer Ansicht.
-
1 a fiber wadding device according to the invention in section; -
2 an enlarged section1 and -
3 the mass flows in the fiber wadding device in a schematic view.
- -
einem Trichter 10 , der sich zu einer unten gelegenen Trichteröffnung11 verjüngt; - -
einer Mühleneinheit 20 ; - -
einer Puffereinheit 30 und - -
einer Austragseinheit 40 .
- - a
funnel 10 leading to a funnel opening below11 rejuvenates; - - a mill unit
20th ; - - a buffer unit
30th and - - a
discharge unit 40 .
Die Mühleneinheit
Unterhalb der Mühleneinheit
In dem Pufferspeicher
Die Austragseinheit
Die bevorzugte Ausführungsform der Faserwattierungsvorrichtung
Die Funktion der Faserwattierungsvorrichtung
- In
den Trichter 10 werden trockene Verstärkungsfasern wie beispielsweise Glasfasern in Bündelform eingelegt. Diese rutschen nach unten indie Trichteröffnung 11 und von dort in den konisch zulaufenden Ringspalt21 der Mühleneinheit 20 . Die Verteilung der Verstärkungsfasern auf den Ringspalt ergibt sich im oberen Teil bereits durch die rotierende Antriebswelle23 , welche sich durch das Zentrum desTrichters 10 erstreckt. Beim Eintritt indie Mühleneinheit 20 wird durch deren Trichteröffnung25 an der Außenseite wie durch eine Kegelform einer Lagereinheit24 für dieAntriebswelle 23 im Zentrum bewirkt, dass die Verstärkungsfasern gerichtet und vereinzelt inden Ringspalt 21 gelangen. Die inden Trichter 10 eingefügten Faserbündel bewegen sich allein aufgrund ihrer Masse, also ohne äußere Zwangskräfte, zur Mühleneinheit und werden dort kraftschlüssig in den Spalt eingezogen. Die Variierung des Spaltes zwischen Mühleneinheit und Zylinderwand ermöglicht die Adaptierung für verschiedene Faserdurchmesser.
- In the
funnel 10 dry reinforcing fibers such as glass fibers are inserted in bundles. These slide down into thefunnel opening 11 and from there into the conicalannular gap 21 the mill unit20th . The distribution of the reinforcing fibers over the annular gap results in the upper part from therotating drive shaft 23 which extends through the center of thefunnel 10 extends. When entering the mill unit20th is through their funnel opening25th on the outside like a cone shape of a bearingunit 24 for thedrive shaft 23 in the center causes the reinforcing fibers to be directed and isolated in theannular gap 21 reach. The one in thefunnel 10 Inserted fiber bundles move solely due to their mass, i.e. without external constraining forces, to the mill unit and are drawn into the gap there with a force fit. The variation of the gap between the mill unit and the cylinder wall enables adaptation for different fiber diameters.
Unterhalb des Ringspalts
Der Sperrschieber
Damit ein Teil der erzeugten Faserwatte aus dem Pufferspeicher in die Austragseinheit
Das unterhalb des Sperrschiebers
Ein Eingangsmassenstrom ṁ1 wird durch die Drehzahl der Antriebswelle
Ein Ausgangsmassenstrom ṁ3 wird bei gegebener Geometrie der Schneckenwellen
Der Eingangsmassenstrom ṁ1 und der Ausgangsmassenstrom ṁ3 müssen synchronisiert werden. Dadurch wird das Leerlaufen wie das Verstopfen des Wattierungsraums
Dadurch, dass ein über den Sperrschieber
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-
2020
- 2020-04-24 DE DE102020111297.1A patent/DE102020111297A1/en active Pending
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