(57)【要約】  本発明は、１００ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリースを製造する方法であって、下記のステップ、すなわち、炭素繊維を供給するステップと、炭素繊維を開繊／コーミング及び空気動力学式に個別化するステップと、個別化された炭素繊維を空気動力学式に鎮静するステップと、鎮静されかつ個別化された炭素繊維を、鉛直に配置された空気塔（１）に導入し、このとき導入を空気塔（１）の上端部（１２）において行うステップと、多数の個別の空気流を用いて空気渦流によって、空気塔（１）の内部において炭素繊維を無接触式に混合するステップと、空気塔（１）の下に配置された移動する型又は載置面（２）に、炭素繊維を空気動力学式に載置させるステップであって、このとき空気動力学式の載置が、型又は載置面（２）の下における吸込み作用によって行われるステップと、を有しており、このとき空気流の方向及び／又は強さを、変化させかつ／又は調節し、かつ空気流を、水平に配置された１つ又は複数の回転する空気ノズル（１４）によって生ぜしめかつ変化させる。本発明はさらに、炭素繊維交絡フリースを製造する装置、三次元部材用のフリースを製造する方法及び繊維フリースに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリースを製造する方法であって、下記のステップ、すなわち、
Ｉ．炭素繊維を供給するステップと、
ＩＩ．前記炭素繊維を開繊／コーミング及び空気動力学式に個別化するステップと、
ＩＩＩ．前記個別化された炭素繊維を空気動力学式に鎮静するステップと、
ＩＶ．鎮静されかつ個別化された前記炭素繊維を、鉛直に配置された空気塔（１）に導入し、このとき導入を前記空気塔（１）の上端部（１２）において行うステップと、
Ｖ．多数の個別の空気流を用いて空気渦流によって、前記空気塔（１）の内部において前記炭素繊維を無接触式に混合するステップと、
ＶＩ．前記空気塔（１）の下に配置された移動する型又は載置面（２）に、前記炭素繊維を空気動力学式に載置させるステップであって、このとき空気動力学式の載置が、前記型又は前記載置面（２）の下における吸込み作用によって行われるステップと、を有しており、
このとき前記空気流の方向及び／又は強さを、変化させかつ／又は調節し、
かつ前記空気流を、水平に配置された１つ又は複数の回転する空気ノズル（１４）によって生ぜしめかつ変化させる
ことを特徴とする、炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項２】
前記吸込み作用（ステップＶＩ．）の吸込み出力を変化させかつ／又は調節する、請求項１記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項３】
前記型又は前記載置面（２）を、前記空気塔（１）の下側の出口（１１）のところを通過案内し、このとき通過案内を直線的に又は三次元的に行い、前記型又は前記載置面（２）の表面垂線を、前記空気塔（１）の垂線に部分的に相当させる、請求項１又は２記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項４】
前記炭素繊維を供給時に、横切断機を用いて切断する、請求項１から３までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項５】
前記炭素繊維を供給時に、熱融着繊維によって補充する、請求項１から４までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項６】
炭素繊維と熱融着繊維とから成る混合物を前記型又は前記載置面（２）上に載置した後で、前記熱融着繊維を、エネルギ入力によって溶融させる、請求項５記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法を実施する、１００ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリースを製造する装置であって、
・炭素繊維用の供給装置及び必要な場合には熱融着繊維用の供給装置と、
・炭素繊維をコーミング、個別化、弛緩、解離及び／又は開繊する開繊・コーミング装置又は繊維オープナと、
・鉛直に配置されていて、上端部（１２）において前記炭素繊維が装入されかつ下端部（１１）において前記炭素繊維が排出される空気塔（１）と、
・前記開繊・コーミング装置又は前記繊維オープナから前記空気塔（１）に、開繊された炭素繊維を個別化して搬送する搬送兼個別化装置であって、
・管路系（４）と、
・前記開繊・コーミング装置又は前記繊維オープナへの前記管路系（４）の取付け領域と、
・前記空気塔（１）に前記炭素繊維を搬送する、前記管路系（４）の内部における搬送ベンチレータ（４１）と、
・該搬送ベンチレータ（４１）の下流側に配置されかつ孔付管として形成された鎮静管部分（４２）と、
・前記空気塔（１）に前記炭素繊維を導入する導入部分（４３）と、
を有する搬送兼個別化装置と、
・前記空気塔（１）の下端部（１）に配置されかつ穿孔された載置面（２）、特にコンベヤベルト又は、フリースの形の前記炭素繊維によって覆われる三次元の型と、
・前記型又は載置面（２）の下に設けられた吸込み部（２１）と、
・前記炭素繊維を混合する、前記空気塔（１）内に配置された空気動力学式の混合システムと、
を有しており、
前記空気動力学式の混合システムは、多数の空気流を発生させる多数の空気ノズル（１４）を有しており、このとき空気流はその方向及び／又は強さが可変及び／又は調節可能であることを特徴とする、炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項８】
前記空気ノズル（１４）は、１つ又は複数の軸線を中心にして回転し、かつ／又は旋回し、かつ／又はそのノズル出口が異なった構成を有している、請求項７記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項９】
前記空気ノズル（１４）は、水平に配置された回転するローラに配設されている、請求項７又は８記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項１０】
前記取付け領域及び／又は管路領域は、前記炭素繊維の循環運動を生ぜしめる溝及び／又はガイドプレートを、内部領域に有している、請求項７から９までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項１１】
前記空気塔（１）の下において前記型を移動させるために、ロボットアーム装置が設けられており、該ロボットアーム装置は、前記空気塔（１）の下における前記型の三次元の運動を可能にする、請求項７から１０までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項１２】
熱源（１５）が、前記空気塔（１）の下端部（１１）に配置されており、これによって前記熱融着繊維を前記型又は前記載置面（２）への載置後に加熱することができる、請求項７から１１までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置。
【請求項１３】
請求項７から１２までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置を用いて、三次元部材用のフリースを製造する方法であって、
製造される三次元部材の型を、繊維排出部のところを通過案内し、このとき繊維が、前記型の衝突箇所における前記繊維排出部から、面垂線の方向にもたらされるようにする、三次元部材用のフリースを製造する方法。
【請求項１４】
前記型の運動速度及び／又は前記型の下の吸込み作用を変化させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から６までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する方法によって製造された、請求項１３又は１４記載の三次元部材用のフリースを製造する方法によって製造された、及び／又は請求項７から１２までのいずれか１項記載の炭素繊維交絡フリースを製造する装置によって製造された繊維フリース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１００ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリース（Kohlenstofffaser-Wirrvlies）を製造する方法及び装置に関する。本発明はさらに、三次元部材用のフリースを製造する方法に関する。
【０００２】
制限された長さを有する繊維、無端繊維又は切断された繊維から成る形成物が、フリース又はフリース材料と呼ばれ、これらの繊維は、なんらかの形式で、フリースに、つまり繊維層、繊維パイルにまとめられ、適宜な形式で互いに結合されている。
【０００３】
従来技術に基づいて、種々様々な構成におけるフリースを製造するための種々様々な装置が公知である。
【０００４】
欧州特許第１７７４０７７号明細書に基づいて公知の、多層の織布を製造する方法は、エアレイ法を用いて製造された少なくとも１つのフリース層を有している。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２０１１０７９５２５号明細書に基づいて公知の、繊維強化されたプラスチック半製品を製造する方法では、製造のために炭素繊維が、カーディング装置を介して又は供給装置から直接、マトリックスに装入される。
【０００６】
独国特許出願公開第１０１１４５５３号明細書に基づいて公知の、熱可塑性に変形可能な厚い、繊維強化された半製品を製造する方法では、強化繊維が、エアレイ又はカーディング法を用いて乾燥状態で互いに混合させられて無端のウェブに形成され、このとき得られたフリースはニードリングによって補強される。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００４０５１３３４号明細書に基づいて公知の、三次元の構成部材を製造する方法では、この構成部材は、形状安定性の繊維構造体を有している。
【０００８】
さらに米国特許出願第２０１３／０１０８８３１号明細書に基づいて公知の、ランダムに配置された繊維を備えた繊維フリースは、エアレイド法で製造される。
【０００９】
さらに独国特許出願公開第１００５２２２３号明細書に基づいて公知の、カーボン含有の多層でフレキシブルなラミネート紙は、エアレイド法で製造される。
【００１０】
WILEY-VCH Verlag GmbH (Print ISBN 978-3-527-31519-2)出版のH. Fuchs, W. Albrecht 著の「フリース材料」という刊行物（２０１２年、第２版、第１５８頁〜第１７１頁）から公知のフリース材料及びその製造方法では、このフリースを製造するための種々様々な装置が記載され、特にエアレイド法が記載されている。
【００１１】
Truetzschler GmbH & Co. KG のS. Schlichter, B. Ruebenach 著のメリーランド繊維レポート、７〜８／２００１（第５６７頁〜第５７０頁）という刊行物に基づいて、フレーク供給装置（Flockenspeicher）のための択一的な使用例が、さらに公知である。
【００１２】
従来公知の炭素繊維製フリースにおける問題点は、フリースの内部における炭素繊維の分布に関する不均一性にある。製造されたフリースの内部に明らかに僅かしか炭素繊維が存在しない領域や肉厚部が形成されている。フリースにおける不均一性によって、フリースから製造された部材は、必要な安定性をその全構造にわたって有しておらず、ゆえに素早く、要求に耐えることができない。
【００１３】
種々様々な出発繊維からフリースを製造するために良く知られているは、特に湿式レイ法（Wetlayverfahren）とエアレイ法（Airlayverfahren）である。湿式レイ法では、繊維は水槽内に置かれ、この水槽から取り出されてフリースに成形され、このフリースは一般的に、炭素繊維フリースを製造するのに使用される。エアレイ法は、空気及びニードル装置もしくはニードルを備えたローラを用いて、繊維をフリースに加工する方法であるが、この方法は炭素繊維に対して使用することができない。炭素繊維におけるエアレイ法の使用は、特に繊維における機械的な係合を惹起し、これによって最終的に高性能繊維を損傷することになる。
【００１４】
本発明の課題は、フリースを製造する装置及び方法を改良して、加工される繊維を、製造中に丁寧に扱うことができ、かつ特に均質に、しかもフリースに対する場合によっては存在する規定に相応して、フリース型に載置することができる装置及び方法を提供することである。
【００１５】
これらの課題は、請求項１記載の方法、請求項７記載の装置、及び請求項１３記載の別の方法並びに請求項１５記載の繊維フリースによって解決される。
【００１６】
１００ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリースを製造する方法は、下記のステップ、すなわち、
Ｉ．炭素繊維を供給するステップと、
ＩＩ．炭素繊維を開繊／コーミング及び空気動力学式に個別化するステップと、
ＩＩＩ．個別化された炭素繊維を空気動力学式に鎮静するステップと、
ＩＶ．鎮静されかつ個別化された炭素繊維を、鉛直に配置された空気塔に導入し、このとき導入を空気塔の上端部において行うステップと、
Ｖ．多数の個別の空気流を用いて空気渦流によって、空気塔の内部において炭素繊維を無接触式に混合するステップと、
ＶＩ．空気塔の下に配置された移動する型又は載置面に、炭素繊維を空気動力学式に載置させるステップであって、このとき空気動力学式の載置が、型又は載置面の下における吸込み作用によって行われるステップと、を有している。
【００１７】
上に記載した方法によって、炭素繊維の無接触式の混合が行われ、かつ載置面もしくは型の上における炭素繊維の、材料に対して優しい鎮静された載置が行われ、このとき混合中には、炭素繊維を損傷するおそれのある機械的な係合はまったく行われない。
【００１８】
空気塔の内部において、空気動力学式のもしくは無接触式の混合の後で、繊維は重力によって促進されて下方に落下する。
【００１９】
本発明に係るステップＩＩ、つまり炭素繊維を開繊／コーミング及び空気動力学式に個別化するステップは、空気動力学式の個別化方法もしくは個別化装置を用いても同様に実現することができ、このとき相応に空気ローラが開繊／コーミングを実現することができる。これとは択一的に市販のオープナを使用して、供給された炭素繊維束を解離、開繊もしくはコーミングし、これによって炭素繊維束を後続の方法のために準備することができる。従来のオープナはこのとき、互いに逆向きに回転する２つのニードルローラを有しており、これらのニードルローラは、炭素繊維の場合、好ましくはニードル先端に球形ヘッドを備えて形成される。
【００２０】
炭素繊維の無接触式の混合は、鉛直に配置された空気塔の内部において、多数の個々の空気流を用いて空気渦流によって行われ（ステップＶ．）、このとき空気流は、その方向及び／又は強さを変化させられかつ／又は調節される。
【００２１】
空気流はこのとき、多数の個別ノズルによって実現することができ、このとき、空気塔の内部においては、乱流である、特に方向付けられていない流れが、形成される。
【００２２】
特別な態様では、空気流は、水平に、特に１つ又は複数の平面に配置された、１つ又は複数の回転する空気ローラによって生ぜしめられる。これらの空気ローラはさらに、可変に調節することができる。空気ローラはこのとき、回転する圧力管として形成されていて、これらの圧力管の周囲には多数のノズルが表面に取り付けられている。相応の電動機によって駆動されて空気ローラは回転させられるので、該空気ローラに配置された、同様に異なった噴射角を有することができるノズルは、流出する空気を空間に分配する。これによって炭素繊維は空気塔の内部において混合する。
【００２３】
吸込み作用（ステップＶＩ．）はその吸込み出力が変化させられかつ／又は調節され、これによってフリースの密度を相応に調節もしくは変化させることができる。密度変化の別の可能性としては、相応に設けられたコンベヤベルトもしくは落下ゾーンを通り過ぎる型の速度の調節が挙げられる。このとき速度が比較的高い場合には、密度は低下し、減じられた速度では、炭素繊維の密度が高くなる。
【００２４】
型又は載置面は、空気塔の下側の出口もしくは落下ゾーンのところを通過案内され、このとき通過案内は直線的に又は三次元的に行われ、このとき型又は載置面の表面垂線は、空気塔の垂線に部分的に相当している。このことは、落下する炭素繊維が常に型の表面に垂直に衝突し、そこで相応に表面に堆積し、これによって、型の表面曲線もしくは表面形状に正確に相当するフリースが生ぜしめられることを意味する。二次元で生ぜしめられたフリースを後で三次元の表面に屈曲するという問題は、これによって完全に回避される。それというのは、ここでは、三次元のフリースが型において直に生ぜしめられるからである。そしてこのような三次元のフリースは、次いで相応にプラスチックによってさらに処理されて、炭素繊維プラスチックマトリックスに形成することができる。繊維が装入される間、繊維は特に好ましくは、熱融着繊維、例えばポリアミド繊維を有しており、このとき、炭素繊維と熱融着繊維とから成る繊維混合物は、型への載置直後に、エネルギ源もしくは熱源によって、型のさらなる移動時に繊維相互の位置の変化が阻止もしくは回避されるように硬化される。そのためにフリースの表面において熱融着繊維が溶融され、その結果フリースの表面に先行する外被が生ぜしめられる。しかしながらこのとき、繊維の構成はまったく変化されない。
【００２５】
炭素繊維は供給時に、横切断機を用いて切断される。特に、リサイクルプロセスからの炭素繊維がフリース製造のために使用され、このときこのような炭素繊維は、まず横切断機を用いて、予め確定された長さに切断され、その結果全体として、例えば６０ｍｍの最大長さの繊維だけが存在することになる。
【００２６】
炭素繊維は供給時に、熱融着繊維によって補足される。熱融着繊維は、炭素繊維と熱融着繊維とから成る混合物を型又は載置面に載置した後で、エネルギ入力によって溶融させる。
【００２７】
本発明に係る製造方法を実施する、１００ｍｍまでの繊維長さ、特に６０ｍｍまでの繊維長さを有する炭素繊維から炭素繊維交絡フリースを製造する装置は、
・炭素繊維用の供給装置及び必要な場合には熱融着繊維用の供給装置と、
・炭素繊維をコーミング、個別化、弛緩、解離及び／又は開繊する開繊・コーミング装置又は繊維オープナと、
・鉛直に配置されていて、上端部において炭素繊維が装入されかつ下端部において炭素繊維が排出される空気塔と、
・開繊・コーミング装置又は繊維オープナから空気塔に、開繊された炭素繊維を個別化して搬送する搬送兼個別化装置であって、
・管路系と、
・開繊・コーミング装置又は繊維オープナへの管路系の取付け領域と、
・空気塔に炭素繊維を搬送する、管路系の内部における搬送ベンチレータと、
・該搬送ベンチレータの下流側に配置されかつ孔付管として形成された鎮静管部分と、
・空気塔に炭素繊維を導入する導入部分と、
を有する搬送兼個別化装置と、
・空気塔の下端部に配置されかつ穿孔された載置面、特にコンベヤベルト又は、フリースの形の炭素繊維によって覆われる三次元の型と、
・型又は載置面の下に設けられた吸込み部と、
・炭素繊維を混合する、空気塔内に配置された空気動力学式の混合システムと、
を有している。
【００２８】
上に述べた装置を用いて、一方では、炭素繊維の、機械的な係合のない無接触式の混合が、落下ゾーンの領域において、つまり空気塔の内部において行われるように、既に述べた方法もしくは方法部分を実現することが可能である。
【００２９】
空気動力学式の混合システムは、多数の空気流を発生させる多数の空気ノズルを有しており、このとき空気流はその方向及び／又は強さが可変及び／又は調節可能である。空気ノズルはそのために、円錐形に形成されていても真っ直ぐに形成されていてもよく、かつ特にその方向付けもしくは噴射方向に関して種々異なった配置形態を有することができる。さらにノズル間の噴射幅も可変である。特に好適な態様では、空気流が互いに交差することはないので、空気塔の内部における空気渦流もしくは空気流は、確かに繊維を極めて良好に混合させるが、下方への繊維の落下は妨げない。
【００３０】
空気動力学式の混合システムに関しては、空気塔の内部において最適な渦流を発生させ、これにより繊維を最適に混合させ、かつ均一に、特に均一な密度で下方に向かって落下させるために、多数の可能な吹付け形態が存在する。繊維は空気動力学式の混合システムによって、種々異なった側から吹き付けられかつ渦動させられる。
【００３１】
載置面は穿孔されて形成されており、このとき載置面の下には吸込み装置が、例えば搬送ベンチレータが設けられており、この搬送ベンチレータは、落下する個別化された炭素繊維を、いわば載置面の上に吸い付ける。もちろん、繊維の吸付けは、落下ゾーンの下における確定された領域に対してだけ行われる。
【００３２】
空気ノズルは、１つ又は複数の軸線を中心にして回転し、かつ／又は旋回し、かつ／又はそのノズル出口が異なった構成を有している。
【００３３】
空気ノズルは、水平に配置された回転するローラに配置されている。空気ノズルは特に、回転するローラに配置されて、本発明によれば空気ローラを形成しており、これらの空気ローラは、空気塔の外側に配置されたモータ、特に電動機を用いて回転させられる。
【００３４】
空気ローラの特別な構成では、空気ノズルは単に上側領域に向かって噴射することができ、このような構成では例えば、回転するローラ、つまり中空管の内部に、ほぼ半円形に形成された金属薄板が配置されていて、これらの金属薄板が、空気ローラの回転時に、回転するローラに配置されたノズルへの空気流を阻止して、金属薄板が、配置されたノズルへの通流部を閉鎖するようになっている。このように構成することによって、生ぜしめられた空気流は単に、空気塔の上側部分に向かってしか流出しない。従って空気ローラの下においては、型もしくは載置面もしくはコンベヤベルトへの繊維の妨げられない落下が可能である。
【００３５】
空気ローラの別の特別な構成としては、空気ローラの完全な回転を挙げることができ、このとき空気ローラの完全な回転領域にわたってすべての方向に空気が噴射される。このような構成では、配置された多数のノズルに基づいて最適な渦流が生ぜしめられるにも拘わらず、空気は低い速度でノズルから流出することができる。
【００３６】
取付け領域及び／又は管路領域は、炭素繊維の循環運動を生ぜしめる溝及び／又はガイドプレートを、内部領域に有している。オープナもしくは開繊・コーミング装置への管路系の取付け領域の適宜な配置形態によって、すなわち開繊・コーミング装置から管路系への開繊された繊維の横方向からの排出によって、空気渦流に基づいて繊維をより自由に、つまり空気中に浮遊させた搬送が行われる。これは特に、管内壁に設けられた溝によって実現される回転流によって行われる。
【００３７】
搬送ベンチレータの後ろ、つまり下流側にさらに配置されている鎮静管部分において、繊維は鎮静されるので、繊維の運動エネルギは大幅に減じられる。鎮静管部分は、被覆された孔付管として形成されていて、導入部分において開口しており、この導入部分は、例えば横断面円形の搬送管から、空気塔内部における方形の開口に広がっていて、鎮静された繊維を空気塔内に導入する。
【００３８】
空気塔の内部において、相応の空気動力学式の混合が行われるので、繊維は空気塔の下側部分において自由に下方に向かって落下することができる。
【００３９】
空気塔の内部には、下側部分に配置された空気ローラユニットが設けられていてよく、このときそのために２つ以上の空気ローラが、互いに平行に配置されている。特別な態様では、５つの空気ローラが互いに並んで配置される。
【００４０】
別の態様では、空気塔の下側部分の近傍に位置知る第１の空気ローラユニットの上において、別の平面に、第２及び／又は第３の空気ローラユニットが設けられていてよく、このときそれぞれ少なくとも１つ又は複数の空気ローラが設けられ、もしくは互いに平行に配置されている。前段は、繊維の予備混合のために働く。
【００４１】
さらに、ガイドプレートを空気塔の内部に配置することができ、これらのガイドプレートによって、繊維はまず特定領域に集中させられ、次いで繊維は、配置された空気ローラによってより良好に分配される。
【００４２】
さらに別の態様では、等しいもしくは好ましくは異なった構成の噴射特性をもつ、回転する又は定置に配置されたノズルが、空気塔の内壁に配置されていてよく、このように構成されていると、機械式の作用なしに混合をさらに最適化することができる。
【００４３】
空気塔の下において型を移動させるために、ロボットアーム装置が設けられており、このときロボットアーム装置は、空気塔の下における型の三次元の運動を可能にする。
【００４４】
熱源は、空気塔の下端部に配置されており、これによって熱融着繊維を型又は載置面への載置後に加熱することができる。そしてこれによりフリースの表面を硬化させることができる。このような熱源は例えば、赤外線放射器やマイクロ波放射器であってよい。
【００４５】
別の態様では、炭素繊維と熱融着繊維とを互いに別個に載置面上にもたらすことができ、このときまず、炭素繊維が、コンベヤベルトの搬送方向において次いで熱融着繊維が硬化させられる。このときまた、熱融着繊維を汎用のニードルローラを用いて空気塔内において均質化して、載置面の表面上に落下させることも可能である。
【００４６】
本発明に係る別の特別な構成は、三次元部材用のフリースを製造する方法であって、当該方法は、製造される三次元部材の型を、繊維排出部のところを、特に本発明に係る装置を用いて、通過案内し、このとき繊維が、型の衝突箇所における繊維排出部から、面垂線の方向にもたらされるようにする、という方法ステップを有している。このような方法では、次のことが保証される。すなわち本願発明に係る方法では、落下する繊維が型の表面においてフリースを形成し、このフリースは、形状付与に相応して型に正確に追従し、例えば、通常二次元に製造されたフリースを湾曲した型に載せたときに生じるような曲折、屈曲又はこれに類した形状変化によって発生する、繊維の応力が発生しない。通常、三次元に形成された相応の型が、二次元に製造されたフリースによって覆われ、次いでプラスチックを用いて処理されて繊維プラスチックマトリックスが形成される。このような部材は、例えば自動車のフロア又は、飛行機における荷物室のフラップであってよく、なお、このような具体例は単なる例に過ぎない。繊維は載置されてフリースに形成される間に、型に正確に適合することができるので、このようにして、ほぼ応力のない部材が製造される。
【００４７】
型の運動速度及び／又は型の下における吸込み作用は、変化させられる。これによってフリースの密度が調節可能である。比較的高い吸込み作用では、落下ゾーンにおける繊維の材料流が増大するので、フリースの密度は高くなる。比較的速い型の移動時には、単位時間当たり比較的僅かな繊維しか型の上に落下し得ないので、密度は局部的に減じられる。
【００４８】
同様に、繊維を型の確定された箇所に固着させるために、落下ゾーンの下における型の通過中に、単に型の特殊な部分だけを吸い込むことも可能である。さらに、フリースの点状部分に比較的高い密度の炭素繊維を設けるために、型の個々の幾つかの部分を強く吸い込むことも可能である。
【００４９】
本発明の最も重要な観点をまとめると、下記の通りである：
・落下ゾーンの内部における繊維の丁寧な取扱い及び同時に達成される均質な混合、
・繊維切れの回避、
・均質な等方性の交絡フリースの製造。
【００５０】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】二次元のフリースを製造する本発明に係る装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】二次元のフリースを製造する本発明に係る装置の第２の実施の形態を示す概略図である。
【図３】空気塔の１つの実施の形態を詳細に示す側面図である。
【図４】図３に示した実施の形態による空気塔を示す正面図である。
【図５】図３及び図４に示した実施の形態による空気塔を示す平面図である。
【図６】二次元のフリースを製造する本発明に係る装置の第３の実施の形態を示す概略図である。
【図７】三次元のフリースを製造する本発明に係る装置の１つの実施の形態を示す概略図である。
【００５２】
図１には、二次元のフリース５を製造する本発明に係る装置の第１の実施の形態が、概略的に示されている。このときフリースは、表面に溶融された熱融着繊維５１を有している。
【００５３】
装置は、下端部１１と上端部１２とを備えた空気塔１を有している。空気塔１の内部には、空気ノズルを備えた空気ローラ１４が設けられており、これらの空気ローラ１４は矢印Ｒの方向に回転する。空気ローラ１４の回転は、空気塔１の外側に配置された電動機（図示せず）によって行われる。空気塔１の上端部において流入部４３の領域には、流入部旋回ノズル式分配装置１２１が設けられており、この流入部旋回ノズル式分配装置１２１は、空気塔１へのより良好な流入及びより良好な案内のために役立つ。空気塔１の側壁には、塔旋回ノズル式分配装置１２２が設けられており、これらの塔旋回ノズル式分配装置１２２は、同様に圧縮空気によってより良好な繊維分配を生ぜしめる。旋回ノズル式分配装置１２１，１２２はこのとき自動式に旋回するように配置されている。
【００５４】
さらに空気塔１の下端部１１には、熱源１５が設けられており、この熱源１５は、赤外線放射器、マイクロ波放射器又はこれに類したものとして形成されていてよい。
【００５５】
主成分である個別化された繊維、つまり炭素繊維を落下（rieseln）させるのに役立つ空気塔１の下には、載置面２が載置コンベヤベルト２１として形成されており、このとき載置コンベヤベルト２１は穿孔された構成を有していて、空気を吸い込むため、もしくは穿孔されて形成された載置コンベヤベルト２１上に繊維を吸い付けるための吸込み部を有している。
【００５６】
載置コンベヤベルト２１に接続して、フリース搬出コンベヤベルト２２が設けられている。
【００５７】
装置はさらにオープナ３を有しており、このオープナ３は、ここでは逆向きに回転する２つのニードルローラを備えた従来のオープナとして示されている。オープナ３には、特にリサイクル・炭素短繊維から成る炭素繊維が、そのための貯蔵部３１から供給される。炭素繊維はこのとき、搬送装置３１２によってオープナ３に搬送される。さらにこの搬送装置３１２に対して平行に、搬送装置３２２を介してオープナ３に搬送される、例えばポリアミド繊維である熱融着繊維のための貯蔵部３２が設けられている。
【００５８】
装置はさらに管路系４を有しており、この管路系４を用いて、開繊された繊維がオープナ３から空気塔１に搬送される。管路系４は、巻条溝付管（Wickelfalzrohr）として形成された搬送管の他に、搬送ベンチレータ４１と、吸込み周壁を備えた孔付プレートとして形成された鎮静管部分４２と、導入部分４３とを有しており、このとき導入部分４３は、円形管から、空気塔１の上端部１２における多角形の導入領域への移行部を形成している。
【００５９】
次に図面を参照しながら、フリース製造の過程を詳説する。
【００６０】
まず、熱融着繊維と炭素繊維とが、搬送方向ＸTF，ＸCFに相応して、各貯蔵部３１，３２から搬送装置３１２，３２２を介してオープナ３に搬送される。オープナ３において、従来技術の形式で、逆向きに回転するニードルローラによって繊維が開繊される。特殊な構成では、ニードルローラは円形もしくは半円形のヘッド領域を有している。
【００６１】
開繊の後で繊維は、手際よく管路系４内に側方から導入され、この際に繊維は搬送方向ＸOで（図平面内に）管路系４を通して、オープナ３に対して平行に循環させられながら搬送され、これによって個別化されたもしくは開繊された繊維を、自由にさらに移動させることができる。
【００６２】
管路システム４の内部における循環成分を有する繊維の、搬送方向ＸFにおける搬送のために、搬送ベンチレータ４１が設けられている。
【００６３】
繊維を鎮静させるために、さらに鎮静管部分４２が設けられており、このとき空気は孔付プレート管の孔を通って流出する。このとき空気はまた、孔付プレート管を取り囲む別の閉鎖された管エレメントを介して補足的に吸い込まれてもよい。
【００６４】
繊維の鎮静後に、繊維は導入部分４３を介して空気塔１内に装入される。
【００６５】
空気塔１の内部において繊維は、重力と載置コンベヤベルト２１の下における吸込み作用とによって、下方に向かって落下する。このとき繊維はもっぱら無接触に、空気動力学的な空気混合系を用いて、つまり空気塔１の下側領域に配置された５つの空気ローラ１４から成る装置を用いて混合される。
【００６６】
繊維の空気動力学的な無接触の混合の後で、繊維は空気ローラ１４を通り抜けてから載置コンベヤベルト２１上に落下し、この落下動作は、載置コンベヤベルト２１の下における相応な吸込み作用によって強化される。
【００６７】
載置コンベヤベルト２１は連続的に移動し続けるので、これによってまずフリース５が生ぜしめられる。炭素繊維と熱融着繊維とを有し、ここでは均質に混合されたフリース５は、熱源１５のところを通過し、そこでフリースは表面を熱融着繊維５１の溶融によって硬化される。
【００６８】
次いで、フリース搬出コンベヤベルト２２へのフリース５１の引渡しが行われる。
【００６９】
以下において、同じ部材に対しては同じ符号を使用し、これらの部材の機能については、既に述べた実施の形態を参照することとする。
【００７０】
図２には、もっぱら炭素繊維から成る二次元のフリース５を製造する本発明に係る装置の第２の実施の形態が概略的に示されている。
【００７１】
本実施の形態では、もっぱら炭素繊維だけがオープナ３に供給され、相応に空気塔１に導入される。
【００７２】
空気塔１は本実施の形態では、２つの平面に位置する空気ローラ１４，１６を有しており、これらの空気ローラ１４，１６もしくは２つの平面はそれぞれ、空気塔１内に水平に配置されている。上側の空気ローラ平面１６は、まず、空気塔１内において鎮静された繊維を予備混合し、そしてこれにより繊維を既に比較的均質にして下側の空気ローラ装置１４に供給する。
【００７３】
本出願のすべての実施の形態に該当する重要なことは、空気ローラ１４，１６，１９もしくは空気ノズル１２１，１２２を用いて空気塔１の内部において炭素繊維が無接触式に取り扱われることである。図面においては、空気ローラ１４，１６，１９については、常に回転する空気ローラ自体と、流出する空気流とが示されており、これらの空気流は、回転する空気ローラに配置されたノズルから流出する。
【００７４】
載置コンベヤベルト２１上への炭素繊維の落下後に、吸込み作用に促進されて、生ぜしめられた均質なフリース５は、搬送方向ＸVに移動させられ、フリース搬出コンベヤベルト２２に引き渡される。
【００７５】
図３には、空気塔１の１つの実施の形態が側面図で詳細に示されている。
【００７６】
空気塔１は、新たに、２つの平面に位置する空気ローラ１４，１６を有しており、このとき本実施の形態では、それぞれ３つの水平に配置された空気ローラが互いに並んで配置されており、これらの空気ローラ１４，１６の作用は、空気塔１の縁部における空気ガイドプレート１７によって追加的に促進され、これによって炭素繊維の落下がより集中的に行われる。
【００７７】
図４には、図３に相当する実施の形態による空気塔１の詳細が、略示された正面図によって示されている。
【００７８】
図４においては、空気ローラ１４，１６における異なった構成のノズルを認識することができる。空気ローラ１４，１６におけるノズルは、単に例として上側近傍に配置されているが、しかしながらノズルは、好適な実施の形態では空気ローラ１４，１６の表面の全周にわたって位置しており、これによって空気塔１全体における混合を行うことができる。
【００７９】
図５には、図３及び図４に示した実施の形態による空気塔１の図が、上から見た平面図で略示されている。
【００８０】
図６には、二次元のフリース５を製造する本発明に係る装置の第３の実施の形態が、概略的に示されている。
【００８１】
本実施の形態では、炭素繊維は、本発明に係る装置を用いて、図２におけると同様に、載置コンベヤベルト２１上に落下させられる。このとき空気塔１の内部における混合は、空気ローラ１４もしくは相応に配置されたノズルを用いて行われる。
【００８２】
熱融着繊維は、炭素繊維の載置に続けて、別体の空気塔を介して供給され、このときこの空気塔には熱融着繊維が、従来技術において公知のニードルローラを介して均質化されかつ混合される。
【００８３】
次いで、被覆された繊維、つまり下側領域の炭素繊維とその上の熱融着繊維は、熱源１５に供給され、この熱源１５は熱融着繊維を溶融し、その結果炭素フリース５は、溶融された熱融着繊維５１から成るほぼ固定の表面を備えて形成される。
【００８４】
図７には、三次元のフリースを製造する本発明に係る装置の１つの実施の形態が概略的に示されている。
【００８５】
本実施の形態では、再び、図１に示した実施の形態が全体的に受け入れられ、このとき炭素繊維及び熱融着繊維は一緒に空気塔１において均質化されて混合されて載置面２上に落下させられる。
【００８６】
空気塔１の内部には本実施の形態では、それぞれ異なった構成を有する３つの空気ローラ平面１４，１６，１９が設けられている。これらの空気ローラ平面１４，１６，１９ではそれぞれ、繊維の改善された個別化及び混合が行われ、次いで個別化及び混合された繊維は、最終的に、該繊維によって覆われる三次元の型２３の上に落下する。
【００８７】
覆われる三次元の型２３は、多軸ロボットアーム２４に配置されているので、型は、一方の側のところで始まって、空気塔１の落下ゾーンのそばを通過案内される。このとき型２３は、例えば相応のソフトウェアプログラミング可能な制御装置によって制御されるロボットアーム２４を用いて、通過案内されて、落下する繊維は、三次元の型２３のそれぞれの箇所の上に落下する。
【００８８】
落下する繊維が、ロボットアーム２４を用いた型２３のさらなる運動時にさらに滑ったり又は落下したりすることを阻止するために、熱源１５を用いて熱融着繊維の表面が溶融され、これによってフリース５１が三次元の型２３において得られる。
【００８９】
製造されたすべてのフリース５，５１は、相応のさらなる処理方法によって、さらに処理することができるので、例えば炭素繊維強化プラスチック部材が生ぜしめられる。
【符号の説明】
【００９０】
１  空気塔
１１  下端部
１２  上端部
１２１  流入部旋回ノズル式分配装置
１２２  塔旋回ノズル式分配装置
１３  過圧流出部
１４  空気ノズルを備えた空気ローラ／空気ノズル
１５  熱源／赤外線放射器／マイクロ波放射器
１６  空気ノズルを備えた空気ローラの第２の列
１７  空気ガイドプレート
１８  ニードルローラを備えた空気塔
１９  空気ノズルを備えた空気ローラの第３の列
２  載置面
２１  吸込み部を備えた載置コンベヤベルト
２２  フリース搬出コンベヤベルト
２３  被覆される型
２４  ロボットアーム
３  オープナ
３１  炭素繊維の貯蔵部／リサイクル・炭素短繊維
３１２  炭素繊維の搬送装置
３２  熱融着繊維の貯蔵部／ポリアミド繊維
３２２  熱融着繊維の搬送装置
４  管路系
４１  搬送ベンチレータ
４２  鎮静管部分／孔付プレート
４３  導入部分
５  フリース
５１  表面に溶融された熱融着繊維を備えたフリース
Ｒ  空気ローラの回転方向
ＸB  鎮静された繊維の搬送方向
ＸCF  貯蔵部からオープナへの炭素繊維の搬送方向
ＸTF  貯蔵部からオープナへの炭素繊維の搬送方向
ＸO  オープナの下流側における繊維の搬送方向（オープナに対して平行でかつ円運動）
ＸF  繊維の搬送方向（円運動部分を有する）
ＸV  フリースが載置された載置コンベヤベルトの搬送方向
ＸL  空気塔の内部における炭素繊維／熱融着繊維の主搬送方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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