DE69717053T2

DE69717053T2 - Bandlegekopf zur Herstellung von Verbundplatten

Info

Publication number: DE69717053T2
Application number: DE69717053T
Authority: DE
Inventors: Didier Mesnage; Serge Meunier
Original assignee: Airbus Group SAS; Aerospatiale Matra
Current assignee: Airbus Group SAS; Aerospatiale Matra
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: ES2185889T3; EP0846551B1; DE69717053D1; FR2756510A1; FR2756510B1; EP0846551A1

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bandauflage- bzw. anlegegekopf, der zur Verwendung in einer Drapier- bzw. Streckformmaschine zur Herstellung von Verbundmaterialplatten, ausgehend von einem auf eine Spule aufgewickelten Bandprodukt oder Band, bestimmt ist.
Als "Verbundmaterialplatten" (plaques en matériau composite) bezeichnet man alle planen oder nicht-planen Teile, die aus einer Übereinanderschichtung von Lagen geformt sind, die selbst aus Fasern und Harz gebildet sind.
Der Bandanlegekopf gemäß der Erfindung ist besonders geeignet, um die Herstellung von Platten auf der Basis eines Produkts in Bandform zu ermöglichen, das aus unidirektionalen, vorher mit einem thermoplastischen Harz oder einem wärmeaushärtenden Harz mit geringem Haftvermögen durchtränkten Fasern gebildet sind.

Stand der Technik

Die Drapier- bzw. Streckformtechnik (technique du drapage) wird für gewöhnlich zur Herstellung von Platten aus Verbundmaterial auf der Basis eines Band- oder Streifenprodukts eingesetzt, das auf einer Spule aufgewickelt ist und eine feststehende Breite aufweist, die für gewöhnlich relativ gering im Verhältnis zu der Oberfläche der herzustellenden Platte ist.
Um eine Platte aus Verbundmaterial durch Drapieren bzw. Streckformen herzustellen, werden zunächst Zuschnitte im Band ausgeführt. Anschließend werden diese Zuschnitte auf eine Grundplatte bzw. Richtplatte (marbre) aufgebracht, indem sie Rand an Rand nebeneinander gelegt werden, um sukzessive eine bestimmte Anzahl von Schichten bzw. Lagen zu bilden, von denen jede die Gesamtheit oder einen Teil der Oberfläche der herzustellenden Platte bedeckt. Genauer gesagt umfasst das Produkt in Bandform im allgemeinen unidirektionale Fasern, wie zum Beispiel Kohlenstofffasern, deren Ausrichtung von einer Schicht bzw. Lage zur anderen variiert wird, indem die Zuschnitte in unterschiedlichen Ausrichtungen abgelegt werden, die sukzessiven Lagen der Schichtung entsprechen. Diese Drapiertechnik wird häufig auf manuelle Art und Weise zur Herstellung von Teilen aus Verbundmaterial ausgehend von unidirektionalen, vorimprägnierten Faserbändern aus wärmehärtbarem oder thermoplastischen Harz verwendet, oder aber ausgehend von unidirektionalen, nichtimprägnierten Harzfasern, wenn das RTM-Verfahren angewandt wird.
Wenn die Arbeitsgänge des Drapierens manuell ausgeführt werden, stellen sie jedoch langwierige und mühsame Aufgaben dar, welche die Anwendung dieser Technik zur Herstellung von Normstücken begrenzen.
Um die Industrialisierung dieses Drapierverfahrens zu ermöglichen, sind. Maschinen entwickelt worden, welche diese Technik umsetzen. Diese Maschinen umfassen im allgemeinen eine zur Aufnahme der Zuschnitte vorgesehene Grund- bzw. Richtplatte, einen Drapier- bzw. Bandanlegekopf, der dazu dient, das Produktband zuzuschneiden und dann die Zuschnitte auf der Richtplatte abzulegen, sowie Mittel zum Bewegen des Bandanlegekopfs und zur Variierung seiner Ausrichtung nach einer bestimmten Anzahl von Freiheitsgraden, die von einer Maschine zur anderen variabel sind.
Die meisten existierenden Drapiermaschinen sind dazu vorgesehen, die Drapierung von vorimprägnierten Fasern aus wärmehärtbarem Harz auszuführen. Nur dieser Materialtyp präsentiert nämlich allein eine natürliche Fähigkeit zum Verkleben (oder Hafteigenschaft"), die ausreichend ist, damit ein Zuschnitt unmittelbar in seiner Position gehalten wird, sobald der Bandanlegekopf diesen Zuschnitt auf die Richtplatte oder auf die vorher abgelegte Lage aufzubringen beginnt.
Wie beispielsweise im Dokument US-A-4 519 285 dargestellt ist, umfasst der Bandanlegekopf einer solchen Maschine für gewöhnlich eine Lagerspule des vorimprägnierten Bandes, ein Schneidsystem, eine Anlegewalze, welche den Zuschnitt auf die Richtplatte drückt, sowie ein Mittel zum Rückgewinnen der Trennschicht, welche das Verkleben des Bandes verhindert, wenn es aufgewickelt ist.
Wenn das Band aus mit thermoplastischem Harz vorimprägnierten Fasern gebildet ist und wenn es aus trockenen Faser gebildet ist, tendieren die Zuschnitte dazu, durch den Bandanlegekopf mitgeführt oder verschoben zu werden, wenn sie auf die Richtplatte oder auf die vorausgehende Lage aufgebracht werden. Diese kompliziert erheblich die Industrialisierung des Drapierverfahrens.
In dem Fall, in dem das Band des zu drapierenden bzw. aufeinanderzuschichtenden Materials aus mit thermoplastischem Harz vorimprägnierten Fasern gebildet ist, ist vorgeschlagen worden, diesem Nachteil abzuhelfen, indem der Bandanlegekopf mit Vorheizmitteln und Heizmitteln ausgerüstet wird, welche das Harz, das die Fasern durchtränkt, haftfähig macht.
Genauer gesagt, und wie es insbesondere in US-A-4 714 509, US-A-5 177 340 und US-A-4 569 716 dargestellt ist, werden der gerade abgelegte Zuschnitt und die vorher auf der Richtplatte abgelegte Lage im allgemeinen gleichzeitig von den auf dem Bandanlegekopf angebrachten Heizmitteln beheizt, bevor der Zuschnitt auf die Richtplatte oder auf die vorhergehende Lage durch eine Anlagewalze aufgebracht wird. Wie bei den Bandauflageköpfen, die zum Drapieren von mitwärmehärtbarem Harz vorimprägnierten Fasern bestimmt sind, ist auch ein Schneidsystem am Kopf angebracht, um die Zuschnitte auszuführen, wenn die Vorwärtsbewegung des Bandes unterbrochen ist.
Wenn das thermoplastische Harz bis zu einer Temperatur erwärmt wird, bei der es haftfähig wird, bleibt seine Haftfähigkeit (oder "Klebrigkeit") weit unter derjenigen eines wärmehärtbaren Harzes. Das Halten des Zuschnitts in seiner Position während des Drapierens kann also nicht auf sichere Art und Weise gewährleistet werden, wenn der Zuschnitt durch die Anlegewalze auf die Richtplatte aufgebracht wird.
Im Dokument US-A-5 078 821 ist vorgeschlagen worden, stromauf von der Anlegewalze (hinsichtlich der Relativbewegung zwischen dem Bandanlegekopf und dem B and) eine Haube bzw. einen Aufsatz anzubringen, der nacheinander ein Heizfach und ein Kühlfach aufweist. Die Abkühlung des Zuschnitts, der gerade auf die Richtplatte aufgebracht wurde, ist dazu vorgesehen, die Verfestigung der Verbindung zwischen den Schichten bzw. Lagen zu beschleunigen. Jedoch kann eine Verklebung, die jeder Relativbewegung zwischen dem gerade im Drapiervorgang befindlichen Zuschnitt und der vorangehenden Lage entgegensteht, nur durch eine Aufheizzeit erhalten werden, die genügend lang ist, um eine eventuelle Verschiebung des Zuschnitts zu Beginn seines Drapiervorgangs zu verhindern.
Das Dokument US-A-4 990 213 beschreibt einen Bandanlegekopf, der so gestaltet ist, dass er ein Verbundmaterialband mit thermoplastischer Matrix auf einen Dorn, beispielsweise von rechteckigem Querschnitt, aufbringt. Der Bandanlegekopf umfasst eine Halterung, an der in der Abrollrichtung des Bandes eine das Band tragende Walze, ein Antriebsmechanismus derselben, ein Schneidelement des Bandes, eine Heizdruckwalze, ein Kühlungsschuh und eine Klemme zum vorübergehenden Festhalten des Bandes auf dem Dorn, die nach einer geringen Ortsveränderung des Bandanlegekopfs zurückgezogen werden kann, angebracht sind.
Schließlich schlägt das Dokument EP-A-0 25 5 425 einen Bandanlegekopf eines Verbundmaterialbandes vor, das mit Epoxiharz getränkt ist. Der Bandanlegekopf umfasst einen Anlegeschuh, vor dem ein elastisches Kompaktierteil angeordnet ist. Letzteres hält das Ende vor dem Zuschnitt gegen die Richtplatte durch Schwerkraft und eventuell mit Hilfe einer Feder fest, bevor der Schuh seine Anlegefunktion ausführt.

Abriss der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Bandanlegekopf gemäß Anspruch 1, dessen originelle Konzeption ermöglicht, die Positionierung und Ausrichtung von Zuschnitten zu garantieren, unabhängig von der Natur des verwendeten Produkts in Form eines Bandes, und insbesondere im Fall von unidirektionalen, vorimprägnierten Fasern aus thermoplastischen Harz und im Fall von Trockenfasern, wobei ein Drapiervorgang mit großer Geschwindigkeit ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung wird dieses Resultat mittels eines Bandanlegekopfs bzw. Drapierkopfs für die Herstellung von Verbundmaterialplatten erhalten, ausgehend von einer Produktrolle in Form eines Bandes, wobei der Kopf einen Körper umfasst, der in einer Bewegungsrichtung bewegt werden kann und nacheinander in einer Abrollrichtung des Bandes trägt:
Mittel zum Durchtrennen bzw. Zuschneiden des Bandes, die in diesem aufeinanderfolgende Zuschnitte vornehmen können,
Aufbringungsmittel zum aufeinanderfolgenden Aufbringen jedes Zuschnitts auf eine Referenz-Grundplatte bzw. - Richtplatte außerhalb des Anlegekopfs, und
einziehbare bzw. versenkbare Flanschmittel, die mindestens ein Druckelement und ein Steuermittel zum Anlegen dieses Druckelements an die Grundplatte umfassen, so dass durch Druck ein vorderer Endabschnitt jedes aufeinander folgenden Zuschnittes zwischen diesem Druckelement und der Grundplatte festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die einzieh- bzw. versenkbaren Flanschmittel Führungsmittel aufweisen, die eine Relativbewegung zwischen dem Körper und dem Druckelement in der Bewegungsrichtung ermöglichen, sowie Rückführmittel, die eine Rückführung des Druckmittels in eine Wartestellung nahe den Aufbringungsmitteln bewirken, wenn das Steuermittel losgelassen wird.
Die Montage der einzieh- bzw. versenkbaren Flanschmittel am Bandanlegekopf ermöglicht es, die Zuschnitte wirksam zu halten, sobald sie auf der Richtplatte abgelegt zu werden beginnen. Es ist so möglich, Zuschnitte nach einer präzisen und sicheren Ausrichtung und Positionierung zu drapieren bzw. zu schichten, die aus mit thermoplastischem Harz vorimprägnierten Fasern mit sehr geringer Haftfähigkeit oder aus aus mit thermoplastischem Harz vorimprägnierten Fasern gebildet sind, obwohl ihre Fähigkeit zum Verkleben sehr viel geringer ist als die der mit wärmhärtbarem Harz vorimprägnierten Fasern, selbst wenn sie erwärmt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Druckelement und sein Steuermittel auf einer gleichen Halterung getragen. Diese Halterung ist dabei am Körper des Bandanlegekopfs über Führungsmittel angebracht, wobei Rückführmittel zwischen den Körper und die Halterung eingefügt sind.
In diesem Fall kann das Druckelement an einem ersten Ende eines Hebels angebracht sein, dessen zentraler Bereich an der Halterung angelenkt ist. Das Steuermittel wirkt dabei auf ein entgegengesetztes Ende des Hebels ein.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist der Bandanlegekopf zum Drapieren eines aus mit einem thermoplastischen Material vorimprägnierten Fasern gebildeten Produkts vorgesehen. In diesem Fall sind die Heizmittel auf einer mit den Anlegemitteln verbundenen Halterung zwischen den Schneidmitteln und den Aufbringungsmitteln angebracht, und Kühlungsmittel sind den Aufbringungsmitteln beigeordnet.
Vorteilhafterweise umfassen die Heizmittel ein Element in Schuhform, das an der Halterung angebracht ist, und mit einer Heissluft-Einblasöffnung an seinem vorderen, einer Grenzfläche Band-Richtplatte zugewandten Ende versehen ist.
Vorzugsweise umfassen die Heizmittel auch eine Vorheizdüse des Bandes und eine Vorheizdüse der Grund- bzw. Richtplatte.
Die Einblasöffnung und die Vorheizdüsen haben vorteilhafterweise einstellbare Öffnungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Aufbringungsmittel eine Anlegewalze, die am Körper des Bandanlegekopfs unmittelbar stromab von dem schuhförmigen Element, angebracht ist. Die Aufbringungsmittel umfassen außerdem Mittel zum Anlagen der Druckwalze gegen die Richtplatte unter einem gegebenen, regelbaren Druck.
Die Kühlungsmittel wirken dabei auf einen Bereich der Anlegewalze ein, der stromab des Bereichs dieser Walze in Kontakt mit der Richtplatte gelegen ist.
Um ein Drapieren bzw. Übereinanderschichten mit großer Geschwindigkeit auszuführen, ist es erwünscht, dass die Fortbewegung des Produktbandes nur dann unterbrochen wird, wenn dieses zugeschnitten wird, um die verschiedenen Zuschnitte zu bilden. Zu diesem Zweck umfassen die Schneidmittel eine mobile Einheit mit einem Schneidsystem sowie einem Klemmmittel zum Verbinden des Schneidsystems und des Bandes des von der Spule abgerollten Produkts bei der Translation, wobei zweite Führungsmittel eine Relativbewegung zwischen der mobilen Einheit und dem Körper des Bandanlegekopfs in einer Richtung des Abrollens des Bandes ermöglichen, sowie zweite Rückführmittel, die eine Rückführung der mobilen Einheit in eine Ruhestellung ausführen können, wenn das Klemmmittel und das Schneidsystem losgelassen werden.
Vorteilhafterweise trägt der Bandanlegekopf außerdem Mittel zur Lagerung der Walze bzw. Rolle, Bandantriebsmittel, laterale Positionierungsmittel des Bandes, Erfassungsmittel des Vorderende des Bandes und Messmittel der Länge des abgerollten Bandes.
In diesem Fall weisen die Lagermittel der Walze Mittel zum Spannen des Bandes auf.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird anhand eines nicht einschränkenden Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschriebe, in denen zeigen:
- Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die schematisch einen Bandanlegekopf gemäß der Erfindung darstellt,
- Fig. 2 eine der Fig. 1 vergleichbare Schnittansicht zur Darstellung in vergrößertem Maßstab eines hinteren Teils des Bandanlegekopfs mit Mitteln zum Zuschneiden des Bandes, und
- Fig. 3 eine der Fig. 2 vergleichbare Schnittansicht zur Darstellung in vergrößertem Maßstab eines vorderen Teils des Bandanlegekopfs mit Heizmitteln, Anlegemitteln bzw. Aufbringungsmitteln, Kühlungsmitteln und Flanschmitteln.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist schematisch ein Bandanlegekopf bzw. Drapierkopf 10 gemäß der Erfindung dargestellt, der so gestaltet ist, dass er in eine zur Herstellung von Verbundmaterialplatten mit hoher Geschwindigkeit auf der Basis einer Produktrolle in Form eines Bandes bestimmte Drapiermaschine integriert werden kann.
Genauer gesagt ist der in Fig. 1 dargestellte Bandanlegekopf bzw. Drapierkopf 10 insbesondere zur Ausführung des Drapiervorgangs mit hoher Geschwindigkeit eines Bandes unidirektionaler Fasern angepasst, wie zum Beispiel Kohlenstofffasern, die mit einem thermoplastischen Harz vorimprägniert sind, wie zum Beispiel einem PPS-, PEI- oder PEEK-Harz.
Indem die Heizmittel mit angepassten Heiztemperaturen und eventuell an ihm vorgesehene Kühlungsmittel benutzt werden, kann der in Fig. 1 dargestellte Bandanlegekopf 10 auch zum Drapieren von vorimpägnierten Fasermatten eines wärmeaushärtbaren Harzes mit sehr geringer Haftfähigkeit verwendet werden.
Der Bandanlegekopf 10 ist so gestaltet, dass er am Rahmen einer Drapiermaschine mit numerischer Steuerung derart angebracht werden kann, dass er in vorbestimmten Richtungen über einer Referenz-Richtplatte 12, deren einzige obere horizontale Fläche teilweise in Fig. 1 dargestellt ist, ausgerichtet und verschoben werden kann. Es ist anzumerken, dass der Begriff "Richtplatte" bzw. "Grundplatte" (marbre) ohne Unterschied entweder einen planen Tisch oder eine komplexere Gießform bezeichnen kann, je nachdem, ob die herzustellenden Platten plane Platten sind oder nicht.
Der Bandanlegekopf 10 umfasst einen Körper 14, durch den der Kopf am Rahmen der Maschine installiert wird. Dieser Körper 14 trägt die Gesamtheit der Funktionselemente des Bandanlegekopfs 10.
Das Produkt in Bandform 18, dessen Drapierung erfolgen soll, weist die Form einer Rolle auf, deren Breite je nach der Art des Produkts beispielsweise 150 mm beträgt. Der Durchmesser dieser Rolle, der insbesondere von der Dicke des Produkts und der gelagerten Länge abhängt, ist im allgemeinen kleiner gleich 500 mm.
Am Bandanlegekopf 10 ist die Rolle des zu drapierenden bzw. übereinaderzuschichtenden Produkts auf einer Spule 16 angebracht, die drehbar am Körper 14 zwischen zwei Wangen bzw. Flanschen (nicht dargestellt) montiert ist. Eine Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Gleichstrommotor 17 (Fig. 2), übt auf die Spule 16 eine konstante, vorzugsweise regelbare Kraft, aus, die es ermöglicht, auf das Band 18 eine Spannkraft aufzubringen, die es während der gesamten Anwendung in gespannter Position hält.
Am Ausgang der Spule 16 wird das Band 18 durch Antriebsmittel 20 angetrieben. Diese Antriebsmittel 20 umfassen zwei entkoppelbare Walzen 22 und 24, die am Körper 14 des Bandanlegekopfs auf beiden Seiten des Bandes 18 angebracht sind. Die Achsen dieser Walzen 22 und 24 sind parallel zur Achse der Spule 16. Genauer gesagt, ist die Achse der Spule 22 im Verhältnis zum Körper 14 feststehend, während die Achse der Spule 24 beweglich ist, um so den Antriebsmitteln 20 zu ermöglichen, während des anfänglichen Eingriffs des Bandes 18 und eine geschlossene Position während der Funktion des Bandanlegekopfs 10 eine offene Position einzunehmen. Eine Druckvorrichtung, die durch eine Feder 26 in Fig. 2 verkörpert wird, ermöglicht das Aufbringen eines regelbaren Anpressdrucks auf die Achse der Spule 24, wenn die Antriebsmittel 20 betätigt werden. Ein Motorsystem 27 (Fig. 2) steuert die Drehung der Walze 22 in der Richtung des Abrollens des Bandes 18, wie es der Pfeil F1 darstellt. Stromauf der Antriebsmittel 2C trägt der Körper 14 des Bandanlegekopfs laterale Positionierungsmittel 28 des Bandes 18 am Ausgang der Spule 16. Diese lateralen Positionierungsmittel 28 umfassen beispielsweise einen oder mehrere Führungszylinder, die mit Flanschen versehen sind, deren Beabstandung der Breite des Bandes 18 bis auf funktionale Spiele entspricht.
Stromab der Antriebsmittel 20 hinsichtlich der Abrollrichtung des Bandes 18 von der Spule 16 aus trägt der Körper 14 des Bandanlegekopfs Schneidemittel, die im allgemeinen durch die Bezugsziffer 30 in den Fig. 1 und 2 bezeichnet sind. In der bevorzugten Ausführungsform, die in näheren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt ist, ermöglichen diese Schneidmittel 30, das Band 18 durchzutrennen bzw. zu schneiden, ohne seinen Durchlauf zu unterbrechen. Diese Eigenschaft beschleunigt erheblich die Anlagegeschwindigkeit des Bandanlegekopfs 10.
Die Schneidmittel 30 umfassen eine bewegliche Einheit 32, die am Körper 14 des Bandanlegekopfs über Führungsmittel 34, wie zum Beispiel Säulen, angebracht sind, die eine alternative Translationsbewegung der Einheit 32 in beiden Richtungen gemäß einer zur Abrollrichtung des Bandes 18 parallelen Richtung ermöglicht, wie durch den Teil F1 in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die bewegliche Einheit 32 umfasst ein Schneidsystem 36 sowie ein Klemmmittel 38 (Fig. 2).
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Schneidsystem 36 auf einer Seite des durchlaufenden Bandes 18 eine bewegliche Klinge 40, die in einer Transversalrichtung in Bezug auf das Band 18 ausgerichtet ist und sich senkrecht zu diesem in einer Hin- und Herbewegung unter der Einwirkung der Steuermittel 42 bewegen kann. Das Schneidsystem 36 umfasst außerdem eine Gegenklinge 44, die auf der gegenüberliegenden Seite der Klinge 40 in Bezug auf das Band 18 plaziert ist und feststehend an dar beweglichen Einheit 32 angebracht ist.
Das Klemmmittel 38 umfasst eine bewegliche Backe 46 und feststehende Backe 48, die auf beiden Seiten des Bandes 18 gelegen sind. Die feststehende Backe 48 kann feststehend auf der gleichen Seite wie die Gegenklinge 44 an der Einheit 32 angebracht sein. Die bewegliche Backe 46 kann eine Hi n- und Herbewegung senkrecht zur Ebene des Bandes 18 hinsichtlich der beweglichen Einheit 32 ausführen. Die Steuerung dieser Hin- und Herbewegung wird durch ein Steuerelement, wie zum Beispiel einen Zylinder 50 gewährleistet, der an der beweglichen Einheit 32 montiert ist.
Aufgrund der eben beschriebenen Anordnung behindern die Schneidmittel 30 das Abrollen des Bandes 18 nicht, wenn die bewegliche Klinge 40 und die bewegliche Backe 46 von dieser entfernt werden. Wenn ein Zuschnitt vorgenommen werden muss, wird das Steuerelement 50 derart betätigt, dass das durchlaufende Band 18 zwischen der beweglichen Backe 46 und der feststehenden Backe 48 eingeklemmt wird. Die bewegliche Einheit 32 verschiebt sich dabei zusammen mit dem Band 18 in Richtung des Pfeils F1. Die Steuermittel 42 werden dabei so betätigt, dass sie das Band schneiden, ohne dabei dessen Durchlauf zu unterbrechen.
Wenn der Zuschnitt des Bandes abgeschlossen ist und die bewegliche Klinge 40 in ihre Ruheposition zurückgekehrt ist, wird das Steuerelemente 50 so betätigt, dass es das Klemmmittel 38 lockert. Rückführmittel 52, wie zum Beispiel eine Feder, ein Kolbenzylinder, etc., die am Körper 14 angebracht sind, führen dabei die Einheit 32 in eine Ruheposition oder Warteposition zurück, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Diese Ruhe- oder Warteposition ist die Position, in der die Einheit 32 der Spule 16 am nächsten liegt.
Stromab der Schneidmittel 30 läuft das Band 18, das sich von der Spule 16 abrollt, auf eine Führungsplatte 54, die am Körper 14 des Bandanlegekopfs angebracht ist, und anschließend vor den Heizmitteln 56, die im Detail in Fig. 3 dargestellt sind.
Wenn die Heizmittel 56 eingesetzt werden, d. h. wenn das zu drapierende Band 18 ein aus mit thermoplastischem Harz vorimprägnierten Fasern gebildetes Band ist, bringen sie progressiv den im Band 18 vorgenommenen Zuschnitt sowie die vorher auf die Richtplatte 12 abgelegte Schicht bzw. Lage auf eine Temperatur, welche das Verkleben begünstigt. Als keineswegs einschränkendes Beispiel kann in dem Fall, in dem das thermoplastische Harz, welches die Fasern durchtränkt, ein Harz vom PEEK-Typ ist, die Temperatur progressiv auf etwa 400º Celsius hochgefahren werden. Es ist anzumerken, dass der Erhalt der gewünschten Temperatur, die auch von der Verschiebegeschwindigkeit des Kopfs 10 abhängt, nacheinander ein Vorheizen und ein Beheizen notwendig machen kann.
Die Heizmittel 56 sind an einer Halterung 64 angebracht, die bezüglich des Körpers 14 des Bandanlegekopfs 10 beweglich ist.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform umfassen diese Heizmittel 56 zwei Vorheizdüsen 57, 58, die an der Halterung 64 montiert sind.
Diese Vorheizdüsen 57, 58 blasen jeweils Heißluft auf die untere Oberfläche des Bandes 18 und auf die obere Oberfläche der Richtplatte 12 oder auf die vorher auf dieser Fläche abgelegte Lage. Die Düsen 57, 58 haben vorzugsweise einstellbare Öffnungen und sind zur Vorderseite des Bandanlegekopfs 10 hin ausgerichtet, d. h. stromab in der Durchlaufrichtung des Bandes.
Stromab der Vorheizdüsen 57, 58 in der Durchlaufrichtung des Bandes 18 umfassen die Heizmittel 56 ein Element 59 in Form eines Schuhs, der an der Halterung 64 angebracht ist. Dieses Element 59 stellt eine Heizdüse der Grenzfläche Band 18 - Richtplatte 12 dar (oder der vorher auf dieser abgelegten Schicht bzw. Lage). Zu diesem Zweck hat das Element 59 an seinem Vorderende in Bezug auf den Bandanlegekopf eine Blasöffnung 60, durch die von einer Düse 61 kommende Heissluft geliefert wird. Die Öffnungsweite der Blasöffnung 60 ist vorzugsweise einstellbar. An seiner Oberseite ist das Element 59 in Schuhform mit einem thermischen Isoliermittel 62 bedeckt, das eine konkave Oberseite in der Bewegungsrichtung des Bandes 18 aufweist (Pfeil F1).
In Nähe der keilförmigen Vorder- und Hinterenden des Elements 59 trägt die Halterung 64 Führungsrollen 63, die geringfügig von der oberen konkaven Fläche des thermischen Isoliermittels 62 beabstandet sind. Das Band 18 läuft zwischen diesen Führungsrollen 63 und dem thermischen Isoliermittel 62 durch.
Es ist anzumerken, dass in einer Variante die Düsen 57, 58 und 61 von einem anderen kontaktlosen Heizsystem ersetzt werden können, wie zum Beispiel Heizwiderständen.
Unmittelbar stromab der Heizmittel 56 trägt der Körper 14 des Bandanlegekopfs Aufbringungsmittel 68, die ein Aufbringen des auf die bereits abgelegten Lagen abzulegenden Zuschnitts mit einem konstanten Konsolidierungsdruck ermöglichen, der insbesondere gestattet, Luftblasen, die zwischen aufeinanderfolgenden Schichten bzw. Lagen der Schichtung eingeschlossen sein können, auszutreiben. Vorzugsweise ist der durch die Aufbringungsmittel 68 aufgebrachte Druck einstellbar und reicht aus, um die Drapiergeschwindigkeit, die die Maschine erreichen kann, zu berücksichtigen.
In der Praxis, und wie im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist, umfassen die Aufbringungsmittel 68 eine Anlegewalze bzw. -rolle, auf die ein pneumatischer Zylinder 72 einwirkt, der vom Körper 14 des Bandanlegekopfs getragen wird. Ein Druckregler ist dem Zylinder 72 zugeordnet. Eine Gelenkachse 74 ist zwischen den Zylinder 72 und die Anlegewalze 70 eingefügt, um eine gute Anlage letzterer auf der Richtplatte 12 auf deren gesamter Länge zu garantieren.
Die Kolben- bzw. Zylinderstange 72 trägt die Halterung 64 der Heizmittel 56.
Der Körper 14 des Bandanlegekopfs haltert auch die Kühlungsmittel 76, die den Aufbringungsmitteln 68 zugeordnet sind. Diese Kühlungsmittel 76 wirken auf die Anlegewalze 70 derart ein, dass sie einen Bereich letzterer, der stromab des Bereichs dieser Walze, der sich in Kontakt mit der Richtplatte 12 in Richtung der Drehung der Walze 70 befindet, abzukühlen. Diese Kühlungsmittel 76, die beispielsweise von einem kalten Luftstrahl gebildet werden, der auf die Walze 70 gerichtet ist, ermöglichen es, die Temperatur auf einem angemessenen Niveau zu halten, beispielsweise bei etwa 100ºC. Indem die Kühlung des Zuschnitts beschleunigt wird, wenn er durch die Walze 70 auf die Richtplatte aufgebracht wird, erleichtert diese Eigenschaft das Anhaften des Zuschnitts auf der vorangehenden Lage.
Stromab der Aufbringungsmittel 68 und der Kühlungsmittel 76 trägt der Körper 14 des Bandanlegekopfs versenkbare bzw. einziehbare Flanschmittel 78, die im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben werden.
Diese einziehbaren Flanschmittel 78 umfassen mindestens ein Druckelement 80, wie zum Beispiel einen Schuh bzw. eine Backe, die gegen einen vorderen Endteil jedes Zuschnitts in unmittelbarer Nähe der Aufbringungswalze 70 angelegt werden kann, d. h. sobald der vordere Endteil des Zuschnitts auf die Richtplatte 12 oder auf die vorangehende Schicht bzw. Lage aufgelegt worden ist. Die einziehbaren Flanschmittel 78 gewährleisten auf diese Weise, dass der vordere Endabschnitt des im Drapiervorgang befindlichen Zuschnitts während einer ausreichenden Dauer in seiner Position gehalten wird, um eine anschließende Ortsveränderung bzw. Verschiebung des Zuschnitts infolge der Fortbewegung des Bandanlegekopfs 10 zu verhindern. Diese Eigenschaft gestattet es, die Positionierung und Ausrichtung der Zuschnitte zu garantieren, unabhängig von der Natur des Bandprodukts, die sie bilden, selbst wenn die Haftkräfte zwischen dem gerade abgelegten Zuschnitt und der vorangehenden Lage schwach oder inexistent ist. Es ist so möglich, Platten auf der Basis von mit thermoplastischem Harz oder wärmehärtbarem Harz mit sehr schwachem Haftvermögen durchtränkte Faserbänder herzustellen.
In der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen ist das Druckelement 80 an einem Ende eines Hebels 82 angebracht, dessen zentraler Teil über eine Achse 84 an der Halterung 86 angelenkt ist. Ein Steuermittel 88, wie zum Beispiel ein Zylinderkolben, ist zwischen die Halterung 86 und das gegenüberliegende Ende des Hebels 82 eingefügt. Diese Anordnung ermöglicht es, das Druckelement 80 zwischen einer Aufbringungsposition, die in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist und einer Warteposition zu verschieben. In der Aufbringungsposition des Druckelements blockiert dieses durch Druck den vorderen Endabschnitt des gerade abzulegenden Zuschnitts gegen die Richtplatte 12. Demgegenüber ist das Druckelement in seiner Warteposition von der Richtplatte 12 und den verschiedenen bereits auf dieser abgelegten Schichten entfernt.
Die Halterung 86 ist am Körper 14 des Bandanlegekopfs über Führungsmittel, wie zum Beispiel Säulen 89 angebracht, die eine Relativverschiebung zwischen dem Körper 14 und der Halterung 86 parallel zur Verschieberichtung des Bandanlegekopfs 10 gestatten, die durch den Pfeil F2 in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist. Rückführmittel 90, wie zum Beispiel eine Kolbenzylinder, eine Feder etc., sind zwischen die Halterung 86 und den Körpers 14 des Bandanlegekopfs so eingefügt, dass eine Rückkehr des Druckelements 80 in eine Warteposition, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, gewährleistet ist, wenn das Steuermittel gelöst wird. Diese Warteposition ist diejenige Position, in der das Druckelement 80 der Anlegewalze bzw. Aufbringungswalze 68 am nächsten ist. Wenn ein Zuschnitt auf die Richtplatte 12 mittels des Bandanlegekopfs 10 aufgebracht wird, wird dieser Zuschnitt durch die Bandantriebsmittel 20 fortbewegt, bis sein Vorderende gegenüber dem Druckelement 80 in dessen Wartestellung ankommt. Das Band 18 nimmt dabei die strichpunktiert in Fig. 3 dargestellte Position ein, in der sie auf der oberen konkaven Fläche des thermischen Isoliermittels 62 ruht. Der Aufbringungswinkel des Bandes auf die Richtplatte ist damit sehr nahe an Null, was die Aufbringung erleichtert.
Der Vorderendteil des Zuschnitts wird anschließend auf der Richtplatte 12 durch die Betätigung des Steuermittels 88 blockiert, sobald sich dieser Vorderendteil gegenüber dem Druckelement 80 befindet. Unter der Wirkung dieser Blockierung werden die Halterung 86, das Steuermittel 88, der Hebel 82 und das Druckmittel 80 in Bezug auf die Richtplatte 12 unbeweglich gemacht, während der Bandanlegekopf 10 sich in der Richtung des Pfeils F2 in den Fig. 1 und 3 nach rechts bewegt. Der Zuschnitt wird damit perfekt auf der Richtplatte 12 und auf den vorher aufgebrachten Lagen bzw. Schichten gehalten, während er progressiv unter der Wirkung der kontinuierlichen Verschiebung des Bandanlegekopfs aufgebracht wird. Das Band 18 nimmt dabei die in durchgezogenen Strichen in Fig. 3 dargestellte gespannte Konfiguration an, in der es von den Führungsrollen 63 geführt wird.
Wenn eine ausreichende Zuschnittlänge aufgebracht worden ist, um deren Halten durch Verkleben an der vorangehenden Lage bzw. Schicht zu gewährleisten, wird das Steuermittel 88 automatisch gelöst, was die Auswirkung hat, das Druckelement 80 vom Zuschnitt zu entfernen. Die Halterung 86 und die an dieser Halterung angebrachten Elemente werden dabei außer Eingriff mit der Richtplatte 12 gebracht. Die Rückführmittel 90 wirken dabei automatisch derart, dass sie die Halterung und die Organe, die diese trägt, zu ihrer in den Fig. 1 und 3 dargestellte Warteposition zurückführt.
Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt wurde, trägt der Körper 14 des Bandanlegekopfs außerdem Mittel 94 zur Erfassung des Vorderendes des Bandes 18. Diese Mittel 94, die auf der Führungsplatte 54 angebracht sein können, ermöglichen die Steuerung der Positionierung des Vorderendteils des Bandes unter den Aufbringungsmitteln 68 vor dem Beginn des Drapierens. Sie können aus irgendeinem geeigneten Erfassungsmittel, wie zum Beispiel einer optischen Zelle, bestehen.
Zusätzlich zu diesen Erfassungsmitteln 94 trägt der Bandanlegekopf auch Mittel 96 zum Messen der Länge des von der Spule 16 abgewickelten Bandes 18. Da die Länge des Bandes, das in der auf der Spule 16 aufbewahrten Rolle enthalten ist, bekannt ist, ermöglicht die Messung der Länge des abgewickelten bzw. abgerollten Bandes komplementär zu den Mitteln 94 zur Erfassung des Vorderende des Bandes die Funktion des Bandanlegekopfs 10 anzuhalten, bevor die Spule 16 gänzlich leer ist. Diese Eigenschaft ermöglicht es, das Drapieren eines unvollständigen Zuschnitts zu vermeiden.
In der Praxis können die Mittel 96 zum Messen der Länge des abgerollten Bandes insbesondere ein elastisch mit dem Band 18 in Kontakt gehaltenes Gleitelement, beispielsweise zwischen den Führungsmitteln 28 und den Antriebsmitteln 20, umfassen. Dank des Vorhandenseins der einziehbaren Flanschmittel 78 ist es möglich, dass der Bandanlegekopf 10 Zuschnitte eines Produkts in Form eines Bandes einer beliebigen Art drapiert, dass dieses Produkt aus mit thermoplastischem Harz getränkten Fasern oder aus mit wärmehärtbarem Harz getränkten Fasern, eventuell mit sehr geringer Klebefähigkeit, gebildet wird. Tatsächlich wird das Halten der Position der Zuschnitte auf der Richtplatte unabhängig von der Klebekraft, die zwischen den verschiedenen Schichten besteht, gewährleistet.
Übrigens ermöglicht die Präsenz von Heizmitteln 56 und zugeordneten Kühlungsmitteln 76, den Bandanlegekopf 10 vorteilhafterweise in dem Fall einzusetzen, in dem das Band aus drapiertem Material aus mit thermoplastischem Harz getränkten Fasern gebildet ist.
Außerdem ermöglicht die Präsenz von beweglichen Schneidmitteln 30 das Drapieren mit großer Geschwindigkeit und das Zuschneiden des Bandes ohne eine Unterbrechung seiner Fortbewegung.

Claims

1. Bandauflagekopf (10) für die Herstellung von Verbundmaterialplatten ausgehend von einer Rolle des Produkts in Form eines Bandes (18), wobei der Kopf einen Körper (14) umfasst, der in einer Bewegungsrichtung (F2) bewegt werden kann und nacheinander in einer Abrollrichtung (F1) des Bandes (18) trägt:

Mittel (30) zum Durchtrennen bzw. Zuschneiden des Bandes (18), die in diesem aufeinanderfolgende Zuschnitte vornehmen können,

Aufbringungsmittel (68) zum aufeinanderfolgenden Aufbringen jedes Zuschnitts auf eine Referenz-Grundplatte (12) außerhalb des Auflagekopfs (10), und

Einzieh- bzw. versenkbare Flanschmittel (78), die mindestens ein Druckelement (80) und ein Steuermittel (88) zum Anlegen dieses Druckelements (80) an die Grundplatte (12) umfassen, so dass durch Druck ein vorderer Endabschnitt jedes aufeinander folgenden Zuschnittes zwischen diesem Druckelement und der Grundplatte festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die einzieh- bzw. versenkbaren Flanschmittel (78) Führungsmittel (89) aufweisen, die eine Relativbewegung zwischen dem Körper (14) und dem Druckelement (80) in der Bewegungsrichtung ermöglichen, sowie Rückführmittel (90), die eine Rückführung des Druckmittels (80) in eine Wartestellung nahe den Aufbringungsmitteln (68) bewirken, wenn das Steuermittel (88) losgelassen wird.

2. Bandauflagekopf nach Anspruch 1, wobei das Druckmittel (80) und das Steuermittel (88) von ein und derselben Halterung (86) getragen werden, wobei diese Halterung am Körper (14) mittels der Führungsmittel (89) angebracht ist und die Rückführmittel (90) zwischen dem Körper (14) und der Halterung (86) eingefügt sind.

3. Bandauflagekopf nach Anspruch 2, wobei das Druckelement (80) an einem ersten Ende eines Hebels (82) angebracht ist, der in einem zentralen Bereich an der Halterung (86) angelenkt ist, wobei das Steuermittel (88) auf ein entgegengesetztes Ende des Hebels einwirkt.

4. Bandauflagekopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, angewandt auf den Fall, bei dem das anzulegende bzw. aufzulegende Produkt aus vorimprägnierten Fasern eines thermoplastischen Materials gebildet ist, wobei Heizmittel (56) auf einer mit den Anlegemitteln (14) verbundene Halterung (64) zwischen den Schneidemitteln (30) und den Aufbringungsmitteln (68) angebracht sind, und Kühlungsmittel (76) den Aufbringungsmitteln beigeordnet sind.

5. Bandauflagekopf nach Anspruch 4, wobei die Heizmittel (56) ein Element (58) in Schuhform umfassen, das an der Halterung (64) angebracht ist und mit einer Heißluft- Einblasöffnung (60) an seinem vorderen, einer Grenzfläche zwischen dem Band (18) und der Grundplatte (12) zugewandten Ende versehen ist.

6. Bandauflagekopf nach Anspruch 5, wobei die Heizmittel (56) eine Vorheizdüse (57) des Bandes (18) und eine Vorheizdüse (58) der Grundplatte (12) umfassen.

7. Bandauflagekopf nach Anspruch 6, wobei die Einblasöffnung (60) und die Vorheizdüsen (57, 58) einstellbare Öffnungen aufweisen.

8. Bandauflagekopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Aufbringungsmittel (68) eine Anlagewalze (70), die am Körper (14) unmittelbar stromab vom schuhförmigen Element (58) angebracht ist, sowie Mittel (72, 74) zur Aufbringung bzw. Anlage dieser Anlagewalze an die Grundplatte (12) mit einem gegebenen, einstellbaren Druck umfassen.

9. Bandauflagekopf nach Anspruch 8, wobei die Kühlungsmittel (76) auf einen Bereich der Anlagewalze (70) einwirken, der stromab von dem Kontakt mit der Grundplatte (12) stehenden Bereich dieser Walze gelegen ist.

10. Bandauflagekopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schneidemittel (30) eine mobile Einheit (32) mit einem Schneidsystem (36) sowie ein Klemmittel (38) zum Verbinden des Schneidsystems (36) und des Bandes (18) des von der Spule (16) abgerollten Produkts bei der Translation, wobei zweite Führungsmittel (34) eine Relativbewegung zwischen der mobilen Einheit (32) und dem Körper (14) in einer Richtung (F1) des Abrollens des Bandes ermöglichen, und zweite Rückführmittel (52), die eine Rückführung der mobilen Einheit (32) in eine Ruhestellung ausführen können, wenn das Klemmittel und das Schneidsystem losgelassen werden, aufweisen.

11. Bandauflagekopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Körper (14) außerdem Mittel (16) zur Lagerung der Walze, Mittel (20) zum Antreiben des Bandes, laterale Positionierungsmittel (28) des Bandes, Erfassungsmittel (94) des vorderen Endes des Bandes sowie Mittel (96) zum Messen der Länge des abgerollten Bandes trägt.

12. Bandauflagekopf nach Anspruch 11, wobei die Mittel (16) zur Lagerung der Walze Mittel zum Spannen (17) des Bandes aufweisen.