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WO2015158483A1 - Verfahren und vorrichtung zum spreizen eines faserstrangs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum spreizen eines faserstrangs Download PDF

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WO2015158483A1
WO2015158483A1 PCT/EP2015/055689 EP2015055689W WO2015158483A1 WO 2015158483 A1 WO2015158483 A1 WO 2015158483A1 EP 2015055689 W EP2015055689 W EP 2015055689W WO 2015158483 A1 WO2015158483 A1 WO 2015158483A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber strand
fiber
spreading
strand
sonotrode
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/055689
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Keppel
Andy Rakovac
Thomas Holtmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Original Assignee
C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH filed Critical C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH
Priority to JP2016562485A priority Critical patent/JP2017528606A/ja
Priority to EP15713143.4A priority patent/EP3132074B1/de
Priority to US15/304,109 priority patent/US20170037545A1/en
Publication of WO2015158483A1 publication Critical patent/WO2015158483A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/18—Separating or spreading

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for spreading a fiber strand, which has an initial width and an initial thickness, to a band-shaped fiber strand having a larger end width and with a smaller final thickness, wherein the fiber strand consists of endless multifilament fibers.
  • the spreading of fiber strands has long been known and is used in fiber strands of polymer fibers to improve physical properties, since the spreading, for example, eliminates twists of the filaments in the fiber strand and a fiber strand is achieved with rectified filaments.
  • fiber strands made of carbon fibers striving in particular strives to achieve a lower basis weight of the fabrics or scrims produced from these fiber strands. Such fabrics or scrims can be used in particular for composites.
  • such a composite material is formed by coating a fibrous web or scrim or other fabric of reinforcing filaments, such as carbon fibers, with a thermoplastic matrix and compressing such precursor (prepreg).
  • prepreg thermoplastic matrix
  • a reduction in thickness and broadening of the fiber strands is obtained by spreading the fiber strands.
  • a spreading of a fiber strand is achieved in different ways.
  • One possibility is to charge the fiber strand in an electric field, whereby the filaments mutually repel and separate in this way.
  • Such a spreading method is energy-intensive and can only be applied to fiber strands which are electrically conductive and thus electrically rechargeable. Glass or textile fibers, for example, must be impregnated before such spreading process.
  • vibrations are introduced into the fiber strand for spreading.
  • the two documents US Pat. No. 5,042,111 and US Pat. No. 3,704,485 describe a method in which sound waves are generated by a loudspeaker and a vibrating air cushion spreads a fiber strand.
  • Such a method is very difficult to control and leads to uneven end widths of the fiber strand.
  • Better transmission of the vibrations to a fiber strand is achieved when the sound is introduced into a liquid, such as water.
  • a liquid such as water.
  • a disadvantage of this method is that the sizing surrounding the filaments changes in the water bath. This can also lead to a chemical change depending on the nature of the size.
  • the ratio of fiber to sizing is influenced in the fiber strand, which is not desirable.
  • a further disadvantage of the method is that the spread sliver emerging from the water must be dewatered and dried. Such a drying process is energy-intensive, so that a drying is preceded by a mechanical drainage.
  • the splayed belts are fed to a squeezing arrangement. It has been shown that with such a squeezing process in addition to the drainage also an additional spreading takes place. Further developments were therefore concerned with the spreading of a dry fiber strand with similar arrangements, in particular a zig-zag guidance of the fiber strand over different rolls and optionally via vibration rods.
  • the fiber strand is heated before, during and after spreading by means of a heater to thermally or chemically break up the sizing existing on the fibers, which on the one hand affects the sizing and on the other hand causes energy costs.
  • a change in sizing is not desirable because the sizing in the fiber strand is needed for further processing operations.
  • the object of the present invention is therefore to provide a more cost-effective method of spreading fiber strands, which is applicable to fiber strands of different nature and in particular does not affect the ratio of sizing to fiber in the fiber strand.
  • the inventive method is used for spreading a fiber strand, which has an initial width (extension in the y direction) and initial thickness (expansion in the z direction), to a band-shaped fiber strand with a larger Endholee and with a lower final thickness, ie a broadening of the fiber strand transverse to his Longitudinal direction (x-direction).
  • the method is applicable to all fiber strands of endless multifilament fibers, ie on Ceramics fibers such as silicate, basalt, glass, silicon carbide, metals such as steel, aluminum, titanium, aramid such as Kevlar, but also for polymer fibers.
  • the aim of the spreading can be solely the improvement of the physical properties or in particular the lower basis weight.
  • Multifilament fibers having a different number of filaments can be used, from 1 K fibers containing 1000 filaments, but also 50,000 filaments having 50,000 filaments, for example.
  • the fiber strand to be spread is moved starting from a development in the fiber longitudinal direction, passed through a spreading station, where a spreading takes place and then the spread band-shaped fiber strand is wound or introduced immediately into the further manufacturing process.
  • the fiber strand is exposed to vibrations in the spreading station without the use of a fluid, such as air cushion or a liquid.
  • ultrasonic waves are used, which are transmitted by a sonotrode.
  • the sonotrode contacts the fiber strand from above or below.
  • the mechanical vibrations are introduced in the z-direction, ie perpendicular to the longitudinal direction (x-direction) of the fiber strand, whereby this widens in the transverse direction (y-direction).
  • the oscillations used here have a frequency of 15 to 80 kHz, preferably between 20 and 40 kHz. At frequencies less than 20 kHz, very large sonotrodes are to be used, which significantly increase the overall device and make it more expensive. Although the sonotrode decreases for the initiation of frequencies greater than 40 kHz, the process tolerance decreases to the same extent.
  • the ultrasound transducers are equipped with interchangeable sonotrodes, which initiate the high-frequency mechanical oscillations (ultrasound) into the fiber strand via their end faces.
  • one or more sonotrodes can be used.
  • the fiber strands may become sonotrodes wrap around, wherein the angle of attack is changeable to the contact surface of the sonotrode.
  • a fiber strand In a fiber strand, the individual filaments are surrounded by a size.
  • the composition of the size varies according to the manufacturer of the fibers. Adhesives are known on the epoxy.
  • Adhesives are known on the epoxy.
  • Such a sizing facilitates the processing of the fiber strands.
  • carbon fibers have a high tensile strength in the longitudinal direction, but can break very easily transversely to the fiber longitudinal direction.
  • the sizing causes the fibers to stick together, making it difficult to spread the fiber strand.
  • the sizing does not change on the filaments of the fiber strand in the spreader station. On the one hand, there is no chemical change, since the sizing does not come into contact with any medium.
  • the ratio of fiber to sizing does not change throughout the process.
  • the vibrations induced by the sonotrode lead to friction in the fiber strand, which generates heat and softens the sizing and facilitates spreading of the fiber strand.
  • Conductive fibers such as carbon fibers, additionally contribute to heat conduction. Since this softening of the size takes place only in the region of the contact surface of the sonotrode and immediately thereafter a cooling of the fiber strand takes place again, the size / fiber ratio does not change.
  • the fiber strand As it passes through the spreading station, the fiber strand is kept under tension. This state of tension is adjustable and preferably the same over the entire process in order to achieve the most uniform possible spreading. The achievable spread width is dependent on this state of stress. The higher the tension, ie the firmer the fiber strand is held, the lower the spread width.
  • the spread width can be changed with the change in the oscillation amplitude.
  • a fiber strand can be spread reliably to a band-shaped fiber strand with at least twice the final width, preferably, the end width changes at least by 5 times.
  • a 12K carbon fiber strand having a width of 2 mm was spread at a frequency of 30 kHz to a uniform ribbon-like 12 mm wide fiber strand.
  • the final width can be set to a predetermined Endbreitenwert.
  • the process according to the invention represents a cost-effective process, since the fiber strand is processed dry, no energy for dewatering, heating or drying of the fiber strand is necessary.
  • the nature of the fiber strand does not change with respect to its composition, namely the proportion of multifilament fibers and size in the process. It is intended, a band-shaped fiber strand with uniform and greater final width and achieved with lower final thickness, which is desirable to a low basis weight and in the application of the fiber strand for fabric or scrim to lighter composites with equally good mechanical properties, such as tensile strength leads.
  • a device which has an angling device for the fiber strand to be spread, a spreading station for spreading the inserted fiber strand into a band-shaped fiber strand, a controllable tensioning device for uniform tensioning of the fiber strand during its movement through the spreading station and a winding device of the spread band-shaped fiber strand includes.
  • the spreading station contains at least one sonotrode for contacting and spreading the fiber strand, wherein the sonotrode via their contact surface oscillations of a frequency between 15 kHz and 80 kHz from above and / or below (z-direction) in the fiber strand initiates, which leads to a spreading of the fiber strand in the y direction.
  • the ultrasonic vibrators are preferably equipped with interchangeable sonotrodes, which have contact surfaces for contacting the fiber strand on their front side. These contact surfaces can be flat, concave or curved in the direction of movement of the fiber strand, ie in the fiber longitudinal direction. The width of the contact surfaces, ie the extent of the contact surface transverse to the movement of the fiber strand is chosen so that it is greater in any case than the attainable by spreading end width of the band-shaped fiber strand.
  • two adjacent sonotrodes are arranged at a preset distance. This depends on the nature of the fiber strand material. Adjacent sonotrodes are furthermore preferably provided in different orientations with respect to each other so that a first sonotrode, for example, contacts the fiber strand from above and the second sonotrode contacts the fiber strand from below. This has led to more consistent process results.
  • the contact surfaces of the sonotrodes are preferably located in one plane. In tensile fiber strands, such as carbon fiber strands, however, a looping of the sonotrodes is desired.
  • the contact surfaces are preferably arranged at different heights in relation to the continuous fiber strand, so that this fiber strand is guided as possible in a zig-zag line through the spreading station.
  • deflection rollers can be provided in front of and behind the expansion station.
  • a bandwidth limiter may be installed behind the spreader station to provide a uniform end width of the spread ribbon fiber strand.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a device according to the invention
  • FIG. 4 schematic diagram of another invention
  • the schematic diagram in FIG. 1 shows the basic passage of a fiber strand 2 to be spread starting from the bending device 1, through the spreading station 5, to the winding device 8.
  • the fiber strand 2 in this case is a 12K fiber strand, ie Fiber strand consists of 12,000 filaments, which are arranged endlessly in the fiber strand 2 side by side and are each surrounded by a size. This sizing prevents the fiber strand 2 from being damaged during its movement.
  • the inserted and delivered on a coil of the bending device 1 fiber strand 2 is unwound from this coil. Due to the development of the fiber strand 2 from the spool, different unwinding positions would result with each revolution.
  • this fiber strand 2 is always fed at the same position of the following dancer device 3, which forwards it to the spreading station 5 and thus the fiber strand 2 is moved in an unchanged plane starting from the bending device 1 towards the spreading station 5, the coil is in the unwinding device. 1 rotatable in the direction of movement and transversely to the direction of movement of the fiber strand 2, that is arranged displaceably in the y-direction.
  • the unwinding position of the fiber strand 2 can be determined by a sensor and the unwinding reel can be displaced correspondingly to the desired unwinding position.
  • the fiber strand 2 then passes into the front dancer unit 3, which serve together with the rear dancer unit 7 as tensioning devices, wherein the front dancer unit 3 in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 'in front of the spreading station 5 and the rear dancer unit 7 in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 'is provided behind the spreader 5.
  • the dancer units 3, 7 can counteract changed conditions which influence the tension of the fiber strand 2, 2'.
  • the dancer units 3, 7 each comprise three rollers. For a uniform tensioning of the fiber strand 2, 2 ', two rollers would be sufficient. Depending on the desired fiber strand guide towards the spreading station 5, a third roller of the dancer unit 3 can serve as an additional deflection roller for the fiber strand 2. Further deflection rollers 4 in front of the spreading device 5 and further deflection rollers 6 behind the spreading station 5 are used in particular for setting a desired angle of attack of the fiber strand 2 when entering the spreading station 5.
  • Each ultrasonic transducer 51 has a replaceable sonotrode 52 with a frontal contact surface 53.
  • the vibrations are generated by the sonotrodes 52 via the contact surface 53 from above or from below, ie in the z-direction, are introduced into the fiber strand 2.
  • the three sonotrodes 52 are arranged one behind the other in the direction of movement of the fiber strand 2, 2 ', with adjacent sonotrodes 52 being provided in different orientation in the spreading station 5 in such a way that the contact surfaces 53 of the first and third sonotrode 52 vibrate from above down into the fiber strand 2 and the second, arranged therebetween sonotrode 52, which initiates vibrations from the contact surface 53 from bottom to top in the fiber strand 2.
  • the sonotrodes 52 introduce mechanical vibrations at a frequency of 30 kHz into the fiber strand 2, 2 '.
  • a spreading of the inserted fiber strand 2 ie a spreading of the fiber strand in the lateral direction (y-direction). This spreading increases during the passage of the fiber strand 2 in contact with the subsequent sonotrodes 52.
  • the passage of the fiber strand 2, 2 'by the spreading station 5 is carried out in the example shown horizontally, ie without deflection up or down. Such a course is chosen in particular for sensitive or elastic fiber strands.
  • the spread strip-shaped fiber strand 2 'emerging from the spreading station 5 is fed via the rear dancer unit 7 to the winding device 8, where the spread fiber strand 2' is wound onto a spool with the appropriate winding tension.
  • the coil can be configured in the winding device 8 as a torque-driven take-up reel.
  • FIGS. 2a, 2b, 2c show different sonotrodes 52 ', 52 ", 52”'.
  • the respective contact surface 53 ', 53 “, 53” may have a radius in the direction of movement of the fiber strand 2, for example as the contact surface 53 "in FIG. This makes it possible to easily wrap these sonotrodes 52 "during the spreading process without the fiber strand 2 being damaged in such a looping, see FIG.
  • the sonotrode 52 "'according to FIG. 2 a also has a curved contact surface 53"', which additionally has the advantage that such sonotrodes 52 "'can be arranged in one another in a spreading device 5, as shown in FIG.
  • 3 a. 2c further shows a sonotrode 52 'which also has a radius at the outer edge 54 of the contact surface 53' and a recessed plane 55 at the center.
  • a sonotrode 52 ' is used in a spreading device, the fiber strand 2 is stretched over the edge 54 and has a freedom to oscillate upon introduction of the vibrations by the low recessed plane 55.
  • One possible arrangement of a plurality of such sonotrodes 52 ' is shown in Fig. 3c.
  • a looping of the sonotrodes 52, as shown in Fig. 3a, 3b, 3c, is preferred in carbon fiber strands.
  • the fiber strand 2 is supplied at a steep angle of attack of the contact surface 53 ', 53 ", 53"' of the sonotrodes 52 ', 52 ", 52"'. This is also possible if, in the example of FIG. 1, the first and third sonotrode 52 are lowered relative to the second sonotrode 52, so that the contact surfaces 53 are no longer arranged at the same height but the first and third contact surfaces 53 in comparison to FIG second contact surface 53 are positioned deeper.
  • FIG. 4 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 4.
  • a plurality of fiber strands 2 are spread out simultaneously, ie several fiber strands 2 are guided side by side in the y direction through the spreader 5 and a plurality of spread fiber strands 2 ', ie widened in the y direction, leave the spreader 5.
  • the individual spread fiber strands 2 ' are fed to a delivery mechanism 9 which combines the fiber strands 2' into a common fiber strand 2".
  • it can pass through another spreading device 5.
  • Such broad fiber strands 2 "produced in this way can advantageously be used for the production of knits or loops.
  • Fiber strand from several spread, merged single strands

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufspreizen eines Faserstrangs (2) aus endlosen Multifilamentfasern zu einem bandförmigen Faserstrang (2') mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke. Die Aufspreizung in der Spreizstation (5) erfolgt mittels mindestens einer Sonotrode (52), die den Faserstrang (2) kontaktiert und Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich in den Faserstrang (2) einleitet. Wodurch sich dieser quer zur Faserlängsrichtung gleichmäßig verbreitert (Fig. 1).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Spreizen eines Faserstrangs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spreizen eines Faserstrangs, welcher eine Anfangsbreite und eine Anfangsdicke besitzt, zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang aus endlosen Multifilamentfasern besteht. Das Aufspreizen von Fasersträngen ist seit Längerem bekannt und wird bei Fasersträngen aus Polymerfasern zur Verbesserung physikalischer Eigenschaften eingesetzt, da durch das Aufspreizen beispielsweise Verdrehungen der Filamente im Faserstrang beseitigt und ein Faserstrang mit gleichgerichteten Filamenten erzielt wird. Bei Fasersträngen aus Carbonfasern wird durch ein Aufspreizen insbesondere die Erzielung eines geringeren Flächengewichts der aus diesen Fasersträngen erzeugten Gewebe oder Gelege angestrebt. Derartige Gewebe oder Gelege können insbesondere für Composite eingesetzt werden. Üblicherweise wird ein solcher Compositwerkstoff gebildet, indem ein Fasergewebe oder Fasergelege oder ein anderes textiles Flächengebilde aus Verstärkungsfäden, wie beispielsweise Carbonfasern, mit einer thermoplastischen Matrix beschichtet und ein solches Vorprodukt (Prepreg) verpresst wird. Um das Gewicht der entstehenden Composite möglichst gering zu halten, werden für die textilen Flächengebilde, insbesondere Faserstränge mit möglichst geringer Dicke und unverändert guten mechanischen Eigenschafen, wie beispielsweise Zugfestigkeit, eingesetzt. Eine Dickenreduzierung und Verbreiterung der Faserstränge wird durch Aufspreizen der Faserstränge erhalten.
Bei bekannten Vorrichtungen wird ein Aufspreizen eines Faserstrangs auf unterschiedliche Weise erzielt. Eine Möglichkeit ist es, den Faserstrang in einem elektrischen Feld aufzuladen, wodurch sich die Filamente gegenseitig abstoßen und auf diese Weise separieren. Ein solches Aufspreizverfahren ist energieintensiv und nur auf Faserstränge anwendbar, die elektrisch leitfähig und damit elektrisch aufladbar sind. Glas- oder Textilfasern müssen beispielsweise vor einem solchen Aufspreizverfahren imprägniert werden.
Bei einem anderen Verfahrensprinzip wird in einen Faserstrang in Längsrichtung Luft eingeblasen, um den Strang zu öffnen. Die Filamente in einem Faserstrang sind von einer Schlichte umgeben, die die Handhabung des Faserstrangs bei verschiedenen Verarbeitungsvorgängen, wie beispielsweise beim Weben, erleichtert. Diese Schlichte verklebt die Fasern und erschwert bei diesem Einblasverfahren ein gleichmäßiges Aufspreizen des Faserstrangs. Darüber hinaus ist eine Entfernung der Schlichte schwierig, da einerseits unterschiedlich beschaffene Schlichten verwendet werden und andererseits diese Schlichte die Beschädigung z.B. bruchgefährdeter Carbonfasern bei der Weiterverarbeitung verhindert.
Bei einer weiteren Verfahrensvariante werden zum Aufspreizen Schwingungen in den Faserstrang eingebracht. So beschreiben die beiden Dokumente US 5,042, 1 1 1 und US 3,704,485 ein Verfahren, wo durch einen Lautsprecher Schallwellen erzeugt werden und ein schwingendes Luftpolster einen Faserstrang spreizt. Ein solches Verfahren ist sehr schlecht steuerbar und führt zu ungleichmäßigen Endbreiten des Faserstrangs. Eine bessere Übertragung der Schwingungen auf einen Faserstrang wird erzielt, wenn der Schall in eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, eingeleitet wird. Dies ist in den Dokumenten US 5,51 1 ,395 und EP 1 652 978 B l beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass sich die Filamente umgebende Schlichte im Wasserbad verändert. Dies kann je nach Beschaffenheit der Schlichte auch zu einer chemischen Veränderung führen. In jedem Fall wird aber das Mengenverhältnis von Faser zur Schlichte im Faserstrang beeinflusst, was nicht gewünscht wird. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass das aus dem Wasser austretende gespreizte Faserband entwässert und getrocknet werden muss. Ein solcher Trocknungsprozess ist energieintensiv, so dass einer Trocknung eine mechanische Entwässerung vorgeschaltet wird. Zum Entwässern des Bandes werden bei der Vorrichtung gemäß EP 1 652 978 B l die gespreizten Bänder einer Quetschanordnung zugeführt. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Quetschprozess neben der Entwässerung auch ein zusätzliches Aufspreizen erfolgt. Weitergehende Entwicklungen befassten sich daher mit dem Aufspreizen eines trockenen Faserstrangs mit ähnlichen Anordnungen, insbesondere einer Zick-Zack-Führung des Faserstrangs über verschiedene Walzen und ggf. über Vibrationsstäbe. Auch bei diesem Verfahren wird der Faserstrang vor, während und nach dem Spreizen mittels einer Heizeinrichtung erwärmt, um die auf den Fasern vorhandene Schlichte thermisch oder chemisch aufzubrechen, was zum einen die Schlichte beeinflusst und andererseits Energiekosten verursacht. Eine Veränderung der Schlichte ist jedoch nicht erwünscht, da die Schlichte im Faserstrang für weitere Verarbeitungsvorgänge benötigt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostengünstigeres Verfahren zum Aufspreizen von Fasersträngen zur Verfügung zu stellen, welches für Faserstränge unterschiedlicher Beschaffenheit anwendbar ist und insbesondere das Verhältnis von Schlichte zur Faser im Faserstrang nicht beeinflusst.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 eingesetzt werden. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Verfahrens- bzw. Vorrichtungsmerkmale.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Spreizen eines Faserstrangs, welcher eine Anfangsbreite (Ausdehnung in y-Richtung) und Anfangsdicke (Ausdehnung in z-Richtung) aufweist, zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbereite und mit geringerer Enddicke, also eine Verbreiterung des Faserstrangs quer zu seiner Längsrichtung (x-Richtung). Das Verfahren ist anwendbar auf alle Faserstränge aus endlosen Multifilamentfasern, d.h. auf Fasern aus Keramik, wie beispielsweise Silikat, aus Basalt, aus Glas, aus Siliziumcarbid, aus Metallen, wie Stahl, Aluminium, Titan, aus Aramid, wie beispielsweise Kevlar, aber auch für Polymerfasern. Ziel des Aufspreizens kann allein die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften sein oder insbesondere das geringere Flächengewicht. Es können Multifilamentfasern mit unterschiedlicher Anzahl von Filamenten eingesetzt werden, von 1 K-Fasern, die 1000 Filamenten enthalten, aber beispielsweise auch 50K-Fasern mit 50 000 Filamenten. Beim vorliegenden Verfahren wird der zu spreizende Faserstrang ausgehend von einer Abwicklung in Faserlängsrichtung bewegt, durch eine Spreizstation hindurchgeführt, wo ein Aufspreizen erfolgt und anschließend wird der gespreizte bandförmige Faserstrang aufgewickelt oder sofort in den weiteren Fertigungsprozess eingeschleust. In erfindungsgemäßer Weise wird der Faserstrang in der Spreizstation ohne Verwendung eines Fluids, wie beispielsweise Luftpolsters oder einer Flüssigkeit, Schwingungen ausgesetzt. In diesem Fall werden Ultraschallwellen verwendet, die von einer Sonotrode übertragen werden. Hierbei kontaktiert die Sonotrode den Faserstrang von oben oder unten. Die mechanischen Schwingungen werden in z-Richtung, d.h. senkrecht zur Längsrichtung (x-Richtung) des Faserstrangs eingeleitet, wodurch dieser sich in Querrichtung (y-Richtung) verbreitert. Die verwendeten Schwingungen haben hierbei eine Frequenz von 15 bis 80 kHz, vorzugsweise zwischen 20 und 40 kHz. Bei Frequenzen von weniger als 20 kHz sind sehr große Sonotroden zu verwenden, die die Gesamtvorrichtung wesentlich vergrößern und verteuern. Für die Einleitung von Frequenzen größer als 40 kHz verkleinert sich zwar die Sonotrode, die Prozesstoleranz verringert sich jedoch in gleichem Maße.
Die Ultraschallschwinger sind dabei mit auswechselbaren Sonotroden ausgestattet, die über ihre Stirnflächen die hochfrequent mechanischen Schwingen (Ultraschall) in den Faserstrang einleiten. In der Spreizstation können ein oder mehrere Sonotroden eingesetzt werden. Bei Durchlauf der Faserstränge durch die Spreizstation können die Faserstränge die Sonotroden umschlingen, wobei der Anstellwinkel zur Kontaktfläche der Sonotrode veränderbar ist.
In einem Faserstrang sind die einzelnen Filamente von einer Schlichte umgeben. Die Zusammensetzung der Schlichte ist je nach Hersteller der Fasern unterschiedlich. Bekannt sind Schlichten auf der Epoxidbasis. Eine solche Schlichte erleichtert die Verarbeitung der Faserstränge. So besitzen beispielsweise Carbonfasern in Längsrichtung eine hohe Zugfestigkeit, können jedoch quer zu Faserlängsrichtung sehr leicht brechen. In nachteiliger Weise bewirkt die Schlichte, dass die Fasern aneinander kleben, was ein Aufspreizen des Faserstrangs erschwert. In vorteilhafterweise verändert sich die Schlichte auf den Filamenten des Faserstrangs in der Spreizstation nicht. Zum einen erfolgt keine chemische Änderung, da die Schlichte mit keinem Medium in Kontakt kommt. Andererseits verändert sich das Mengenverhältnis von Faser zur Schlichte im gesamten Prozess nicht. Die von der Sonotrode ausgelösten Schwingungen führen zu Reibungen im Faserstrang, was Wärme erzeugt und ein Erweichen der Schlichte bewirkt und ein Aufspreizen des Faserstrangs erleichtert. Leitfähige Fasern, wie beispielsweise Carbonfasern, tragen zusätzlich zur Wärmeleitung bei. Da nur im Bereich der Kontaktfläche der Sonotrode diese Erweichung der Schlichte stattfindet und unmittelbar danach bereits wieder eine Abkühlung des Faserstrangs erfolgt, verändert sich das Schlichte/Faser-Mengenverhältnis nicht.
Beim Durchlauf durch die Spreizstation wird der Faserstrang unter einem Spannungszustand gehalten. Dieser Spannungszustand ist einstellbar und vorzugsweise über das gesamte Verfahren gleich, um eine möglichst gleichmäßige Aufspreizung zu erzielen. Die erzielbare Spreizbreite ist dabei abhängig von diesem Spannungszustand. Je höher die Spannung ist, d.h. je fester der Faserstrang gehalten wird, umso geringer ist die Spreizbreite. Bei konstant gehaltenem Spannungszustand und bei konstanter Schwingungsfrequenz kann die Spreizbreite mit der Änderung der Schwingungsamplitude verändert werden. Mittels des vorbeschriebenen Verfahrens können Faserstränge mit einer hohen Geschwindigkeit, vorzugsweise von mindestens 20 m/min, bewegt und gleichmäßig aufgespreizt werden. Durch dieses Verfahren kann ein Faserstrang zu einem bandförmigen Faserstrang mit mindestens doppelter Endbreite prozesssicher aufgespreizt werden, vorzugsweise verändert sich die Endbreite mindestens um das 5-fache. So wurde beispielsweise ein 12K- Carbonfaserstrang mit einer Breite von 2 mm bei einer Frequenz von 30 kHz zu einem gleichmäßigen bandförmigen 12 mm breiten Faserstrang aufgespreizt. Durch entsprechende Bandbreitenbegrenzer kann die Endbreite auf einen vorgegebenen Endbreitenwert eingestellt werden.
In vorteilhafterweise stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein kostengünstiges Verfahren dar, da der Faserstrang trocken verarbeitet wird, keine Energie zum Entwässern, Aufheizen oder Trocknen des Faserstrangs notwendig ist. Darüber hinaus verändert sich die Beschaffenheit des Faserstrangs hinsichtlich seiner Zusammensetzung, nämlich des Mengenverhältnisses von Multifilamentfasern und Schlichte im Verfahren nicht. Es wird bestimmungsgemäß ein bandförmiger Faserstrang mit einheitlicher und größerer Endbreite sowie mit geringerer Enddicke erzielt, was wunschgemäß zu einem geringen Flächengewicht und bei der Anwendung des Faserstrangs für Gewebe oder Gelege zu leichteren Compositen mit gleich guten mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Zugfestigkeit, führt.
Für dieses Verfahren wird eine Vorrichtung eingesetzt, die eine Abwinklungseinrichtung für den zu spreizenden Faserstrang, eine Spreizstation zum Aufspreizen des eingesetzten Faserstrangs in einen bandförmigen Faserstrang, eine steuerbare Spanneinrichtung zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs bei seiner Bewegung durch die Spreizstation und eine Aufwicklungseinrichtung des gespreizten bandförmigen Faserstrangs umfasst. In erfindungsgemäßer Weise enthält die Spreizstation mindestens eine Sonotrode zur Kontaktierung und Spreizung des Faserstrangs, wobei die Sonotrode über ihre Kontaktfläche Schwingungen einer Frequenz zwischen 15 kHz und 80 kHz von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang einleitet, was zu einer Aufspreizung des Faserstrangs in y-Richtung führt. Hierbei wirken vorzugsweise zwei oder drei Sonotroden nacheinander auf den Faserstrang ein. Je mehr Sonotroden die Spreizstation enthält, umso besser ist das Spreizergebnis, aber umso teurer wird auch die Vorrichtung. Aus diesem Grunde werden Spreizstationen mit zwei bis drei Sonotroden bevorzugt. Die Ultraschallschwinger sind vorzugsweise mit auswechselbaren Sonotroden ausgestattet, die an ihrer Stirnseite Kontaktflächen zur Kontaktierung des Faserstrangs besitzen. Diese Kontaktflächen können in Bewegungsrichtung des Faserstrangs, d.h. in Faserlängsrichtung, eben, konkav oder gewölbt sein. Die Breite der Kontaktflächen, d.h. die Ausdehnung der Kontaktfläche quer zur Bewegung des Faserstrangs wird so gewählt, dass sie in jedem Fall größer ist als die durch Spreizen erzielbare Endbreite des bandförmigen Faserstrangs.
Werden beispielsweise mindestens zwei Sonotroden in der Spreizstation vorgesehen, so werden zwei benachbarte Sonotroden in einem voreingestellten Abstand angeordnet. Dieser richtet sich nach der Beschaffenheit des Faserstrangmaterials. Benachbarte Sonotroden werden des Weiteren vorzugsweise in unterschiedlicher Ausrichtung zueinander vorgesehen, so dass eine erste Sonotrode beispielsweise den Faserstrang von oben und die zweite Sonotrode den Faserstrang von unten kontaktiert. Dies hat zu gleichmäßigeren Prozessergebnissen geführt. Die Kontaktflächen der Sonotroden befinden sich hierbei vorzugsweise in einer Ebene. Bei zugfesten Fasersträngen, wie beispielsweise Carbonfasersträngen, wird dagegen eine Umschlingung der Sonotroden gewünscht. Für das Aufspreizen solcher Faserstränge werden die Kontaktflächen vorzugsweise in unterschiedlichen Höhen in Bezug zum durchlaufenden Faserstrang angeordnet, so dass dieser Faserstrang möglichst in einer Zick-Zack-Linie durch die Spreizstation geführt wird. Um hierzu einen gewünschten Anstellwinkel des Faserstrangs zur Kontaktfläche der Sonotrode zu erzielen, können vor und hinter der Spreizstation Umlenkrollen vorgesehen werden. Darüber hinaus kann zusätzlich ein Bandbreitenbegrenzer hinter der Spreizstation eingebaut sein, um eine einheitliche Endbreite des gespreizten bandförmigen Faserstrangs zu erhalten. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung ist ein dargestellt. Es zeigen:
Fig. l Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2a, 2b, 2c unterschiedliche Formen von Sonotroden,
Fig. 3a, 3b, 3c unterschiedliche Anornungen von Sonotroden,
Fig. 4 Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Prinzipskizze in Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Durchlauf eines zu spreizenden Faserstrangs 2 ausgehend von der Abwinklungseinrichtung 1 , durch die Spreizstation 5 hindurch, bis zur Aufwicklungseinrichtung 8. Bei dem Faserstrang 2 handelt es sich in diesem Fall um ein 12K-Faserstrang, d.h. der Faserstrang besteht aus 12 000 Filamenten, die endlos im Faserstrang 2 nebeneinander angeordnet sind und jeweils von einer Schlichte umgeben sind. Diese Schlichte verhindert, dass der Faserstrang 2 bei seiner Bewegung beschädigt wird. Der eingesetzte und auf einer Spule der Abwinklungseinrichtung 1 angelieferte Faserstrang 2 wird von dieser Spule abgewickelt. Durch die Abwicklung des Faserstrangs 2 von der Spule würden sich mit jeder Umdrehung unterschiedliche Abwickelpositionen ergeben. Damit dieser Faserstrang 2 immer an der gleichen Position der nachfolgenden Tänzervorrichtung 3 zugeführt wird, die ihn zur Spreizstation 5 weiterleitet und somit der Faserstrang 2 in einer unveränderten Ebene ausgehend von der Abwinklungseinrichtung 1 hin zur Spreizstation 5 bewegt wird, ist die Spule in der Abwicklungseinrichtung 1 in Bewegungsrichtung drehbar und quer zur Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, d.h. in y-Richtung, verschiebbar angeordnet. So kann beispielsweise durch einen Sensor die Abwickelpostion des Faserstrangs 2 ermittelt und die Abwickelspule entsprechend zur gewünschten Abwickelposition verschoben werden. Der Faserstrang 2 gelangt dann in die vordere Tänzereinheit 3, welche zusammen mit der hinteren Tänzereinheit 7 als Spanneinrichtungen dienen, wobei die vordere Tänzereinheit 3 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' vor der Spreizstation 5 und die hintere Tänzereinheit 7 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' hinter der Spreizstation 5 vorgesehen ist. Dies bewirkt, dass der Faserstrang 2, 2' in der Spreizstation 5 während des gesamten Prozesses gleichmäßig gespannt ist. Entsprechend dem Abwickelvorgang des Faserstrangs 2 von der Abwickelungseinrichtung 1 und dem Aufwickelvorgang des gespreizten Faserstrangs 2 ' auf die Aufwickeleinrichtung 8 können die Tänzereinheiten 3, 7 veränderten Bedingungen, welche die Spannung des Faserstrang 2, 2' beeinflussen, entgegensteuern. Bei der gezeigten Vorrichtung umfassen die Tänzereinheiten 3, 7 jeweils drei Rollen. Für ein gleichmäßiges Spannen des Faserstrangs 2, 2 ' wären auch zwei Rollen ausreichend. Abhängig von der gewünschten Faserstrangführung hin zur Spreizstation 5 kann eine dritte Rolle der Tänzereinheit 3 als zusätzliche Umlenkrolle für den Faserstrang 2 dienen. Weitere Umlenkrollen 4 vor der Spreizeinrichtung 5 bzw. weitere Umlenkrollen 6 hinter der Spreizstation 5 werden insbesondere zur Einstellung eines gewünschten Anstellwinkels des Faserstrangs 2 beim Einlaufen in die Spreizstation 5 verwendet.
Die Spreizstation 5 umfasst in diesem Beispiel von Fig. 1 drei Ultraschallschwinger 51. Jeder Ultraschallschwinger 51 besitzt eine auswechselbare Sonotrode 52 mit einer stirnseitigen Kontaktfläche 53. In einem nicht dargestellten Ultraschallgenerator werden die Schwingungen erzeugt, die von den Sonotroden 52 über deren Kontaktfläche 53 von oben bzw. von unten, d.h. in z-Richtung, in den Faserstrang 2 eingeleitet werden. In diesem Beispiel sind die drei Sonotroden 52 in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2, 2' hintereinander angeordnet, wobei benachbarte Sonotroden 52 in unterschiedlicher Ausrichtung in der Spreizstation 5 vorgesehen sind und zwar so, dass die Kontaktflächen 53 der ersten und dritten Sonotrode 52 ihre Schwingungen von oben nach unten in den Faserstrang 2 einleiten und die zweite, dazwischen angeordnete Sonotrode 52, die Schwingungen von der Kontaktfläche 53 von unten nach oben in den Faserstrang 2 einleitet. Bei diesem Beispiel werden von den Sonotroden 52 mechanische Schwingungen mit einer Frequenz von 30 kHz in den Faserstrang 2, 2' eingeleitet. Bereits an der ersten Sonotrode 52 erfolgt eine Aufspreizung des eingesetzten Faserstrangs 2, d.h. eine Aufspreizung des Faserstrangs in seitlicher Richtung (y-Richtung). Diese Aufspreizung verstärkt sich beim Durchlauf des Faserstrangs 2 beim Kontakt mit den nachfolgenden Sonotroden 52. Der Durchlauf des Faserstrangs 2, 2' durch die Spreizstation 5 erfolgt in dem gezeigten Beispiel horizontal, d.h. ohne Auslenkung nach oben oder unten. Ein solcher Verlauf wird insbesondere für empfindliche oder elastische Faserstränge gewählt.
Der aus der Spreizstation 5 austretende gespreizte bandförmige Faserstrang 2' wird über die hintere Tänzereinheit 7 der Aufwicklungseinrichtung 8 zugeführt, wo der gespreizte Faserstrang 2' mit entsprechender Wickelspannung auf eine Spule gewickelt wird. Hierzu kann die Spule in der Aufwicklungseinrichtung 8 als drehmomentangetriebene Aufwickelspule ausgestaltet sein.
Die Fig. 2a, 2b, 2c zeigen unterschiedliche Sonotroden 52', 52", 52" ' . Um Beschädigungen eines Faserstrangs 2 bei der Kontaktierung der Sonotroden 52', 52", 52" 'zu verhindern, kann die jeweilige Kontaktfläche 53 ', 53 ", 53 "in Bewegungsrichtung des Faserstrangs 2 einen Radius aufweisen, z.B. wie die Kontaktfläche 53 " in Fig. 2b gewölbt sein. Dies ermöglicht das leichte Umschlingen dieser Sonotroden 52" beim Spreizvorgang ohne dass der Faserstrang 2 bei einem solchen Umschlingen beschädigt werden kann, siehe Fig. 3b. Auch die Sonotrode 52" ' gemäß Fig. 2a besitzt eine gewölbte Kontaktfläche 53 " ', was zudem den Vorteil hat, dass solche Sonotroden 52 " ' in einer Spreizeinrichtung 5 ineinander gestellt angeordnet werden können, wie in Fig. 3a gezeigt. Die Fig. 2c zeigt des Weiteren eine Sonotrode 52', welche am äußeren Rand 54 der Kontaktfläche 53 ' ebenfalls einen Radius besitzt und in der Mitte eine zurückversetzte Ebene 55. Bei Verwendung einer solchen Sonotrode 52' in einer Spreizvorrichtung ist der Faserstrang 2 über den Rand 54 gespannt und hat beim Einbringen der Schwingungen durch die gering zurückversetzte Ebene 55 einen Freiraum zum Schwingen. Eine mögliche Anordnung von mehreren solcher Sonotroden 52' zeigt Fig. 3c. Eine Umschlingung der Sonotroden 52, wie in Fig. 3a, 3b, 3c gezeigt, wird bevorzugt bei Carbonfasersträngen. Der Faserstrang 2 wird in einem steilen Anstellwinkel der Kontaktfläche 53 ', 53 ", 53 " ' der Sonotroden 52', 52", 52" ' zugeführt. Dies ist auch möglich, wenn in dem Beispiel von Fig. 1 die erste und dritte Sonotrode 52 gegenüber der zweiten Sonotrode 52 abgesenkt wird, so dass die Kontaktflächen 53 nicht mehr in gleicher Höhe angeordnet sind, sondern die erste und dritte Kontaktfläche 53 im Vergleich zur zweiten Kontaktfläche 53 tiefer positioniert sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 4. In diesem Beispiel werden mehrere Faserstränge 2 gleichzeitig aufgespreizt, d.h. in y-Richtung werden mehrere Faserstränge 2 nebeneinander durch die Spreizeinrichtung 5 geführt und mehrere gespreizte, d.h. in y-Richtung verbreiterte Faserstränge 2' verlassen die Spreizeinrichtung 5. Um aus diesen mehreren gespreizten Fasersträngen 2' einen einzigen breiten Faserstrang 2" ' zu erzeugen, werden die einzelnen gespreizten Faserstränge 2' einem Lieferwerk 9 zugeführt, welches die Faserstränge 2 ' zu einem gemeinsamen Faserstrang 2 " zusammenführt. Zusätzlich kann zur Vereinheitlichung und/oder weiteren Verbreiterung des zusammengeführten Faserstrangs 2" dieser eine weitere Spreizeinrichtung 5 ' durchlaufen. Derartig erzeugte breite Faserstränge 2 " ' können in vorteilhafter Weise zur Herstellung von Gewirken oder Gelegen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
Abwicklungseinrichtung
Faserstrang, ungespreizt
Faserstrang, gespreizt
Faserstrang, aus mehreren gespreizten, zusammengeführten Einzelsträngen
Faserstrang, aus Einzelsträngen vereinheitlicht
vordere Tänzereinheit
Umlenkrolle
Spreizstation
Ultraschallschwinger
Sonotrode
Kontaktfläche
Rand
Ebene
Umlenkrolle
hintere Tänzereinheit
Aufwickeleinrichtung
Lieferwerk

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Spreizen eines Faserstrangs mit einer Anfangsbreite und mit einer Anfangsdicke zu einem bandförmigen Faserstrang mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang aus endlosen Multifilamentfasern besteht,
- bei dem der Faserstrang ausgehend von einer Abwicklung hin zu einer Aufwicklung in Längsrichtung (x-Richtung) bewegt wird,
- wobei der Faserstrang zwischen der Abwicklung und der Aufwicklung eine Spreizstation durchläuft und bei diesem Durchlauf unter einem einstellbaren Spannungszustand gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in der Spreizstation der Faserstrang mindestens eine Sonotrode kontaktiert und mittels der durch die Sonotrode von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang eingeleiteten Schwingungen dieser Faserstrang quer zur Längsrichtung und in seitlicher Richtung (y- Richtung) gleichmäßig verbreitert wird,
- wobei diese Schwingungen eine Frequenz haben, die zwischen 15 kHz und 80 kHz liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Multifilamentfasern des Faserstrangs von einer Schlichte umgeben sind und sich das Mengenverhältnis von Multifilamentfasern zur Schlichte in dem entstehenden bandförmigen Faserstrang gegenüber dem ungespreizten Faserstrang nicht ändert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spreizen von Fasersträngen aus zugfesten Fasern diese Fasern in einem Anstellwinkel einer Kontaktfläche der Sonotrode bzw. der Sonotroden zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang ausgehend von der Abwicklung hin zur Aufwicklung in Faserlängsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/min bewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang ausgehend von der Abwicklung hin zur Spreizstation und vorzugsweise bis zur Aufwicklung, kontinuierlich in einer unveränderten Ebene (x-z-Ebene) bewegt wird, zwar in Faserlängsrichtung nach oben oder unten ausgelenkt wird, aber abgesehen von der Spreizung keine seitliche Ablenkung quer (y-Richtung) zur Faserlängsrichtung erfährt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Spreizung entstehende bandförmige Faserstrang eine im Vergleich zur Anfangsbreite um das mindestens 2-fache, vorzugsweise mindestens 5-fache, größerer Endbreite erhält, wobei vorzugsweise die Endbreite des bandförmigen Faserstrangs auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrere Faserstränge gleichzeitig gespreizt und zu einem gemeinsamen besonders breiten gespreizten Faserstrang zusammengeführt werden.
8. Vorrichtung zum Spreizen eines Faserstrangs (2) mit einer Anfangsbreite und mit einer Anfangsdicke zu einem bandförmigen Faserstrang (2') mit größerer Endbreite und mit geringerer Enddicke, wobei der Faserstrang (2, 2') aus endlosen Multifilamentfasern besteht, umfassend
- eine Abwicklungseinrichtung (1) für den eingesetzten Faserstrang (2) zur Abwicklung in Faserlängsrichtung (x-Richtung),
- eine Spreizstation (5) zum seitlichen (y-Richtung) Aufspreizen des eingesetzten Faserstrangs (2) in einen bandförmigen Faserstrang (2 '), - eine steuerbare Spanneinrichtung (3, 7) zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs (2, 2') in Faserlängsrichtung bei seiner Bewegung durch die Spreizstation (5) und
- eine Aufwicklungseinrichtung (8) des gespreizten bandförmigen Faserstrangs (2'),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Spreizstation (5) mindestens eine Sonotrode (52) zur Kontaktierung und Spreizung des Faserstrangs (2) enthält,
- wobei die Sonotrode (52) über ihre Kontaktfläche (53) Schwingungen einer Frequenz zwischen 15 kHz und 80 kHz von oben und/oder unten (z-Richtung) in den Faserstrang (2, 2') einleiten kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (53) der Sonotrode (52) eine Breite besitzt, die größer als die durch Spreizen erzielbare Endbreite des bandförmigen Faserstrangs (2') ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 2 Sonotroden (52, 52', 52", 52" ') in der Spreizstation (5) vorgesehen werden, wobei zwei benachbarte Sonotroden (52, 52', 52", 52" ') in einem voreingestelltem Abstand und in einer voreingestellten, unterschiedlichen Ausrichtung zueinander angeordnet sind, so dass Faserstränge (2) unterschiedlicher Beschaffenheit mit einer anpassbaren Umschlingung die Sonotroden (52, 52', 52", 52" ') kontaktieren können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Anstellwinkels des Faserstrangs (2, 2') zur Kontaktfläche (53) der Sonotrode (52) zusätzliche Umlenkrollen (4, 6) vor und hinter der Spreizstation (5) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Spanneinrichtung zum gleichmäßigen Spannen des Faserstrangs (2, 2') aus zwei Tänzereinheiten (3, 7) mit mindestens zwei Rollen besteht, wobei eine vordere Tänzereinheit (3) in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2 ') vor der Spreizstation (5) und eine hintere Tänzereinheit (7) in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2') hinter der Spreizstation (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung und Einstellung einer einheitlichen Endbreite des gespreizten bandförmigen Faserstrangs (2') ein Bandbreitenbegrenzer vorgesehen ist, der in Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2, 2') hinter der Spreizstation (5) angeordnet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Bewegung des Faserstrangs (2) in einer unveränderten Ebene (x-z-Ebene) ausgehend von der Abwicklungseinrichtung (1) hin zur Spreizstation (5) die Abwicklungseinrichtung ( 1) als drehbare und als quer (y-Richtung) zur Bewegungsrichtung des Faserstrangs (2) verschiebbare Abwickelspule ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Tänzereinheit (3) die Drehgeschwindigkeit der Abwickelspule regelt und die Aufwickeleinrichtung (8) als drehmomentangetriebene Aufwickelspule ausgestaltet ist. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinrichtung (5) so ausgelegt ist, dass mehrere Faserstränge (2) nebeneinander die Spreizeinrichtung (5) durchlaufen können und zum Zusammenführen der einzelnen gespreizten Faserstränge (2') zu einem breiten Faserstrangs (2") ein in Bewegungsrichtung der Faserstränge (2, 2') hinter der Spreizeinrichtung (5) angeordnetes Lieferwerk (9) und bedarfsweise eine weitere Spreizvorrichtung (5 ') zur Vereinheitlichung dieses breiten Faserstrangs (2") vorgesehen ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106894139A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 聚合兴企业有限公司 碳纤维多轴向震动的展纱装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016203603B3 (de) * 2016-03-04 2017-08-03 M & A - Dieterle GmbH Maschinen- und Apparatebau Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Rovingbands und/oder zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes
US10570536B1 (en) * 2016-11-14 2020-02-25 CFA Mills, Inc. Filament count reduction for carbon fiber tow
CN107723872A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 无锡市鼎麒新材料科技有限公司 一种干式超声波多股纤维展宽设备及其方法
TWI745790B (zh) * 2019-11-22 2021-11-11 財團法人工業技術研究院 展纖裝置
US12173431B2 (en) * 2021-12-20 2024-12-24 Rtx Corporation Fabric structure control using ultrasonic probe
CN115074887B (zh) * 2022-08-22 2023-01-20 常州市新创智能科技有限公司 一种碳纤维定宽展纤系统及方法
EP4585316A1 (de) 2022-09-08 2025-07-16 Toray Industries, Inc. Vorrichtung zur herstellung einer mit schlamm imprägnierten folie
CN115418762B (zh) * 2022-09-13 2024-11-15 东华大学 棘轮式强化展丝辊表面振动而增加展丝功效的装置及用途
CN115896995B (zh) * 2022-09-13 2024-10-29 东华大学 一种复丝碰撞频率可调的展丝装置与方法及用途

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0292266A2 (de) * 1987-05-18 1988-11-23 Sumitomo Chemical Company, Limited Ausbreiten eines Faserbündels
US4959895A (en) * 1989-10-13 1990-10-02 Branson Ultrasonics Corporation Method and apparatus for separating monofilaments forming a strand
US20030057585A1 (en) * 2000-01-12 2003-03-27 Kiyotsugu Tanaka Production device and method for opened fiber bundle and prepreg production method

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3844813A (en) * 1969-12-17 1974-10-29 Lowenstein & Sons M Precision deposition onto a textile substrate
US3704485A (en) 1970-12-14 1972-12-05 Hercules Inc Apparatus for spreading a graphite fiber tow into a ribbon of graphite filaments
JP2555689B2 (ja) * 1988-04-28 1996-11-20 東レ株式会社 ストランドの拡幅方法
JPH01282362A (ja) * 1988-05-09 1989-11-14 Nippon Oil Co Ltd 炭素繊維束の開繊方法
US5042111A (en) 1990-11-01 1991-08-27 Board Of Trustees Operating Michigan State University Method and system for spreading a tow of fibers
JP2619800B2 (ja) 1993-11-22 1997-06-11 日本石油株式会社 炭素繊維織物の開繊装置
EP0756027B1 (de) * 1995-03-08 2010-04-21 Toray Industries, Inc. Verstärkungsgewebe und verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung
EP0837162B1 (de) * 1996-05-01 2004-02-18 Fukui Prefecture Multifilament-spleissgarnfolie und verfahren und vorrichtung zur deren herstellung
JP4128169B2 (ja) 2004-10-27 2008-07-30 弘治 大石橋 拡繊装置
DE102005052660B3 (de) * 2005-11-04 2007-04-26 Karl Mayer Malimo Textilmaschinenfabrik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Ausbreiten eines Karbonfaserstrangs
JP4542059B2 (ja) * 2006-03-31 2010-09-08 日東電工株式会社 印刷装置および印刷方法
US8182552B2 (en) * 2006-12-28 2012-05-22 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Process for dyeing a textile web
JP5326170B2 (ja) * 2009-05-25 2013-10-30 福井県 繊維束の開繊方法及び開繊糸シート並びに繊維補強シートの製造方法
DE102009056189A1 (de) * 2009-11-27 2011-06-01 Karl Mayer Malimo Textilmaschinenfabrik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer UD-Lage
WO2011131670A1 (en) * 2010-04-19 2011-10-27 3B-Fibreglass Sprl Method and equipment for reinforcing a substance or an object with continuous filaments
US20140360347A1 (en) * 2012-01-17 2014-12-11 Teijin Armid B.V. High density unidirectional fabric for soft ballistics applications
CN104870103A (zh) * 2012-12-20 2015-08-26 帝人芳纶有限公司 一种用于使单向纱扩幅的振动扩幅辊

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0292266A2 (de) * 1987-05-18 1988-11-23 Sumitomo Chemical Company, Limited Ausbreiten eines Faserbündels
US4959895A (en) * 1989-10-13 1990-10-02 Branson Ultrasonics Corporation Method and apparatus for separating monofilaments forming a strand
US20030057585A1 (en) * 2000-01-12 2003-03-27 Kiyotsugu Tanaka Production device and method for opened fiber bundle and prepreg production method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106894139A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 聚合兴企业有限公司 碳纤维多轴向震动的展纱装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017528606A (ja) 2017-09-28
EP3132074B1 (de) 2018-11-14
DE102014105464A1 (de) 2015-10-22
EP3132074A1 (de) 2017-02-22
US20170037545A1 (en) 2017-02-09

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