(57)【要約】  本発明は、強化繊維束を表面（２５）に堆積させる堆積装置であって、堆積ヘッド（１）と、該堆積ヘッドを前記表面に対して移動させることができる制御可能な位置決めユニットと、結合剤を備えた強化繊維の無端のリボン状のストランド（６）を提供する手段と、堆積ヘッドにストランドを搬送する、該堆積ヘッドに配置された第１の搬送装置（８）と、を備えており、堆積ヘッドに、第１の搬送装置の上流側に、ストランドを広げる手段が配置されており、堆積ヘッドは、第１の搬送装置の下流側に配置された第２の搬送装置（１６）と、ストランドを該ストランドの長手方向に沿って切断する切断エレメントを備えた、第１の搬送装置と第２の搬送装置との間に配置された縦切断装置（１２）と、部分ストランド（１３）を繊維束（２０）に横切断する、搬送方向において第２の搬送装置の下流側に配置された横切断ユニットと、を有する。
2016501744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維束を表面に制御して堆積させる堆積装置であって、
堆積ヘッドと、該堆積ヘッドに結合されていて、該堆積ヘッドを前記表面に対して移動させることができる制御可能な位置決めユニットと、を有し、
さらに、
結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを提供する手段と、
結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状の前記ストランドを、前記堆積ヘッドに搬送する、該堆積ヘッドに配置された第１の搬送装置と、を有している堆積装置において、
前記堆積ヘッドに、搬送方向で見て第１の搬送装置の上流側に、少なくとも１つの無端のリボン状の前記ストランドを広げる手段が配置されており、
前記堆積ヘッドは、搬送方向で見て第１の搬送装置の下流側に配置された第２の搬送装置を有しており、
前記堆積ヘッドは、強化繊維の少なくとも１つの前記ストランドを該ストランドの長手方向に沿って２つ以上の部分ストランドに切断するための少なくとも１つの切断エレメントを備えた、第１の搬送装置と第２の搬送装置との間に配置された縦切断装置と、
前記２つ以上の部分ストランドを繊維束に横切断するための、搬送方向において第２の搬送装置の下流側に配置された横切断ユニットと、を有する
ことを特徴とする、強化繊維束を表面に制御して堆積させる堆積装置。
【請求項２】
前記縦切断装置は、強化繊維の少なくとも１つの前記ストランドを、３つ以上の部分ストランドに切断することができる複数の切断エレメントを有している、請求項１記載の堆積装置。
【請求項３】
第１及び／又は第２の搬送装置は、少なくとも１つの前記ストランドを搬送することができる複数のローラから成っている、請求項１又は２記載の堆積装置。
【請求項４】
第１及び／又は第２の搬送装置は、結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状の前記ストランドを搬送することができる送風装置を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の堆積装置。
【請求項５】
前記縦切断装置の少なくとも１つの前記切断エレメントは、回転する切断ディスクである、請求項１から４までのいずれか１項記載の堆積装置。
【請求項６】
前記縦切断装置は、少なくとも１つの前記切断エレメントと、長手方向に沿って切断される、強化繊維の少なくとも１つの前記ストランドと、を確定された力で互いに押し付けることができる、力制御された押さえ装置を有している、請求項１記載の堆積装置。
【請求項７】
搬送方向において前記横切断ユニットの下流側に、前記繊維束を加熱する手段を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の堆積装置。
【請求項８】
搬送方向において前記横切断ユニットの下流側に、前記繊維束を搬出する装置を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の堆積装置。
【請求項９】
前記繊維束を搬出する前記装置は、圧縮空気を供給可能なノズルヘッドであり、該ノズルヘッドは、前記繊維束を、圧縮空気を用いて前記ノズルヘッドから搬出可能なノズル通路を有している、請求項８記載の堆積装置。
【請求項１０】
前記ノズル通路内に、該ノズル通路内に圧縮空気を流入させるベンチュリノズルが配置されている、請求項９記載の堆積装置。
【請求項１１】
前記ノズルヘッドは、前記ノズル通路内にマトリックス粒子をもたらす手段を有している、請求項９又は１０記載の堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維束を表面に制御して堆積させる繊維堆積装置に関する。
【０００２】
特に、航空宇宙工業の分野において、しかしながらまた例えば機械構造の分野又は自動車工業において、繊維複合材料から成る部材は益々使用頻度が高まっている。繊維複合材料は、金属に対して、より僅かな重量及び／又はより高い強度という利点をしばしば提供する。強化繊維の配分量及び特に強化繊維の配向も、部材の負荷耐性に対して、特に部材の剛性及び強度に関して、決定的な影響を有する。しかしながらこのような高負荷可能な材料及び部材は、経済的に魅力的であるためには、安価に製造可能でなくてはならない。
【０００３】
このような複合材料部材を製造するために、中間ステップにおいてまず強化繊維から繊維プリフォーム（Preforms）が製造される。これは、強化繊維製の二次元又は三次元の形成物である繊維半製品であり、その形状は既にほぼ、最終的な部材の形状に相当していてよい。主として強化繊維からだけ成っていて部材製造のために必要なマトリックス成分はなお少なくともほぼ存在しない、このような繊維プリフォームの構成では、後続のステップにおいて、適宜なマトリックス材料が、注入又は噴射によって、真空の使用下においても、繊維プリフォーム内にもたらされる。最終的に、マトリックス材料の硬化が、通常高められた温度と圧力において行われ、完成した部材が得られる。マトリックス材料を注入又は噴射する公知の方法は、ここでは、いわゆるリキッドモールディング法（ＬＭ法）又はこれに類した方法、例えばレジントランスファモールディング（ＲＴＭ）、真空補助レジントランスファモールディング（ＶＡＲＴＭ）、レジンフィルムインフュージョン（ＲＦＩ）、リキッドレジンインフュージョン（ＬＲＩ）又はレジンインフュージョンフレキシブルツーリング（ＲＩＦＴ）である。繊維プリフォームを製造するために使用される繊維材料は、繊維プリフォームにおける強化繊維の固定を改善するために、既に例えば少量の硬化可能なプラスチック材料、つまり結合材料を予め含浸させられていてよい。このような樹脂を予め含浸させられた糸は、例えば国際公開第２００５／０９５０８０号に記載されている。
【０００４】
強化繊維束から繊維プリフォームを製造するために、複数回、自動化されたプロセスが使用され、これらのプロセスにおいて繊維束は、制御された堆積ヘッド又は繊維堆積装置を用いて、相応の型表面にもしくは型内に堆積され、このとき堆積（Ablegen）は、型表面へのもしくは型内への繊維束の吹付けによっても行うことができる。通常、堆積ヘッドには、強化繊維のエンドレスヤーンが供給され、このエンドレスヤーンは、堆積ヘッドもしくは繊維堆積装置において、適宜な切断装置を用いて所望の束長さに切断される。繊維ストランドを短く切断する装置を備えた、このような堆積ヘッドは、例えば国際公開第２０１１／０４５１７１号又は米国特許第３０１１２５７号明細書に開示されている。
【０００５】
このような繊維プリフォームは例えば、短く切断された強化繊維を結合材料と一緒に、所望の繊維プリフォームの形状に合わせられた空気透過性のスクリーンに吹き付けて、分散させ、結合材料の冷却後にプリフォームの十分な安定性が得られるまで、真空の作用下でスクリーン上に保持することによって、製造することができる。このような方法は例えば国際公開第９８／２２６４４号に記載されている。国際公開第９８／２２６４４号の方法では、好ましくは短く切断された繊維（短切断繊維）である強化繊維は、ランダムな等方性の配置形式及び方向付けで配置される。国際公開第９８／２２６４４号の例によれば、繊維配分量は、約１５容量％までの範囲にしか達しておらず、ひいては僅かな繊維配分量のために、厚さに関連した比較的低い部材強度しか得られない。
【０００６】
プリフォームにおけるより高い繊維配分量もしくはこれにより製造される部材におけるより高い繊維配分量を得るために、国際公開第２０１２／０７２４０５号の構成によれば、短切断繊維は、強化繊維の束として堆積させることが有利であり、このとき繊維束は、好ましくは、１０〜５０ｍｍの範囲における長さを有している。さらに、得ることができる機械的な特性に着目すると、繊維束は可能な限り僅かな数の強化繊維フィラメントを有していると有利であり、このとき特に好適には、フィラメントの数は１０００〜３０００である。このようにすると、延在方向においてほぼ等方性の機械的な特性を備えたほぼ等方性の材料が生ぜしめられる。同時にこの材料は、比較的小さな束寸法に起因して、高められた樹脂成分ひいては減じられた強化繊維成分を備えた領域、つまり部材において弱い箇所を生ぜしめるおそれのある領域を、まったく又は僅かしか有していない。このように低い線密度（Titer）を有する、つまりこのように僅かなフィラメント数を有する、強化繊維の束を使用すると、特に比較的高価な出発材料の使用にも基づいて、コストが高騰することは容易に分かることである。しかしながら他方において、高い線密度（grobtitrig）の繊維束の使用、つまり多数の強化繊維フィラメントを有する繊維束の使用は、確かに安価ではあるが、しかしながら既に述べたように、これにより高い繊維配分量を全く又は困難を伴ってしか実現することができない。
【０００７】
従って、強化繊維から成る束を堆積させて繊維プリフォームを形成する、自動化可能な堆積装置であって、繊維プリフォーム内にもしくは繊維プリフォームから製造された複合材料部材内に高い繊維配分量を有しながらも、繊維プリフォームの安価な製造を可能にする、自動化可能な堆積装置が、望まれている。
【０００８】
ゆえに本発明の課題は、強化繊維束を制御して堆積させるこのような装置を提供することである。
【０００９】
この課題を解決する本発明の構成では、強化繊維束を表面に制御して堆積させる堆積装置であって、当該堆積装置は、
堆積ヘッドと、該堆積ヘッドに接続されていて、該堆積ヘッドを表面に対して移動させることができる制御可能な位置決めユニットと、を有し、
さらに、
結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを提供する手段と、
結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを、堆積ヘッドに搬送する、該堆積ヘッドに配置された第１の搬送装置と、を有している堆積装置において、
堆積ヘッドに、搬送方向で見て第１の搬送装置の上流側に、少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを広げる手段が配置されており、
堆積ヘッドは、搬送方向で見て第１の搬送装置の下流側に配置された第２の搬送装置を有しており、
堆積ヘッドは、強化繊維の少なくとも１つのストランドを該ストランドの長手方向に沿って２つ以上の部分ストランドに切断するための少なくとも１つの切断エレメントを備えた、第１の搬送装置と第２の搬送装置との間に配置された縦切断装置と、
２つ以上の部分ストランドを繊維束に横切断するための、搬送方向において第２の搬送装置の下流側に配置された横切断ユニットと、を有する。
【００１０】
本発明に係る装置によって、僅かな数の強化繊維フィラメントを備えた強化繊維束からの繊維プリフォームの製造が可能になり、ひいては、繊維プリフォームもしくは繊維プリフォームから製造された繊維複合材料部材における高い繊維配分量の実現が可能になる。このとき出発材料が安価で高い線密度の強化繊維糸である、無端のリボン状のストランドを使用することができる。このような高い線密度の強化繊維糸は、縦切断装置を用いて、まず、糸を形成する強化繊維フィラメントの延在方向に沿って、複数の部分ストランドに切断することができ、このとき個々の部分ストランドは、出発糸に対して減じられた数のフィラメントを有している。
【００１１】
好適な態様では、縦切断装置は、デリバリ装置に供給された強化繊維の少なくとも１つのストランドを、３つ以上の部分ストランドに分割することができる複数の切断エレメントを有している。これによって、個々の部分ストランドにおけるフィラメントの数を、さらに減じることができ、これにより僅かな幅を有する繊維束が得られる。このような僅かな幅を有する繊維束の使用は、これによって製造される繊維プリフォームもしくは最終的な複合材料部材における繊維配分量に対して、好適な影響を及ぼす。
【００１２】
本発明に係る装置は特に、例えば炭素繊維、ガラス繊維又はアラミド繊維又はこれらの繊維の混合繊維のような強化繊維又は熱可塑性の繊維を備えた強化繊維から成る繊維束の製造及び堆積のために適している。
【００１３】
堆積装置において堆積ヘッドは、該堆積ヘッドを表面に対して移動させることができる制御可能な位置決めユニットに接続されている。１つの構成では、制御可能な位置決めユニットは、機械基台に位置する多関節アームロボットと、多関節アームによって保持されたロボットジョイントとを有しており、これによって堆積ヘッドは、少なくとも２つの軸線において表面に対して位置決め可能である。別の構成では、制御可能な位置決めユニットは、門形フレームを有していて、この門形フレームにおいて堆積ヘッドはジョイントヘッドを介して固定されていて、さらに堆積ヘッドは、少なくとも２つの軸線を中心にして表面に対して位置決め可能である。好ましくは、堆積ヘッドは少なくとも６つの、特に好ましくは少なくとも９つの軸線を中心にして位置決め可能である。
【００１４】
既に述べたように、本発明に係る堆積装置は、機械基台と、この機械基台に配置されたアームと、このアームによって保持されかつ複数の軸線を中心にして複数の三次元方向に可動のロボットジョイントと、該ロボットジョイントに結合された堆積ヘッドと、を有しており、この堆積ヘッドは、ロボットジョイントを用いて複数の軸線を中心にして表面に対して相対的に移動することができる。このようなエレメントを備えた装置は、先行技術に基づいて公知であり、表面に強化繊維製品を堆積させるために様々に使用される。上に述べたエレメントを備えた堆積装置は、例えば米国特許第５０２２９５２号明細書に、例えば巻成体を製造することを目的として強化繊維糸ストランドを堆積させる装置として記載されている。このようなロボットを用いた装置によって、例えば６つの軸線における堆積ヘッドの運動が可能である。
【００１５】
本発明に係る堆積装置は、既に述べたように、結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを提供する手段を有している。このような手段は、単数又は複数のスプール用の収容装置又は収容装置の配置装置（アレンジメント）であってよく、単数又は複数のスプールからは、強化繊維の単数又は複数のストランドを、張力を制御して繰り出すこと又は速度を制御して供給することができる。強化繊維の少なくとも１つの無端のストランドを提供するこの手段は、機械基台に取り付けられていても又は堆積装置のアームに取り付けられていてもよい。強化繊維の少なくとも１つのストランドを提供する手段は、好ましくは堆積ヘッドに位置していて、かつこの堆積ヘッドに結合されている。これによって、使用に際して、少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを提供する手段への及び第１の搬送装置への、強化繊維の少なくとも１つのストランドの特に均一かつ安定した供給を実現することができる。
【００１６】
少なくとも１つのリボン状のストランドを確実に位置決めするため、ストランドの幅を増大させるため及び縦切断装置における良好な成果を得るために、堆積装置を通る少なくとも１つの無端のリボン状のストランドの搬送方向で見て、第１の搬送装置の上流側に、少なくとも１つの無端のリボン状のストランドの幅を広げるもしくは該ストランドを拡開する手段が配置されている。そのためには、ストランドにおける糸張力を高めることができる、個々の位置固定の及び／又は回転可能に支持されたロッド又はローラ又は複数のロッド又はローラの配置装置（アレンジメント）が適している。ロッドの表面は、好ましくは、該ロッドを介して案内される糸ストランドの摩耗が僅かしか生じないような特性をもって形成されている。このためには、公知の表面及び材料を使用することができる。ロッドは、好ましくは、少なくとも１つの無端のリボン状のストランドが、該ロッドに２０°よりも大きな巻掛け角で案内されるように配置されている。
【００１７】
本発明に係る堆積装置は、好適な態様では、強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを横方向において案内する装置を有しており、このように構成されていると、ストランドは真っ直ぐにかつ側方に変向されずに、個々の搬送装置及び切断装置によって案内される。これによって、きれいな切断を縦切断装置においてきれいな切断縁をもって達成することができる。それというのは、切断は少なくとも十分に、少なくとも１つのストランドのフィラメントに対して平行に行うことができるからである。そのために好ましくは、ロッド、ロール、ローラ又はその他の案内装置、及び場合によっては、搬送装置は、少なくとも１つのリボン状のストランドの搬送方向に対して平行にかつ互いに平行に方向付けられている。さらに、別の好適な態様では、少なくとも１つのリボン状のストランドを案内するロッド、ロール、ローラ又はその他の案内エレメントは、ストランドとのそれぞれの接触個所において球面状に形成されているとよい。好ましくは、球面領域における案内エレメントの輪郭は、５０〜６００ｍｍの範囲の半径を有している。
【００１８】
本発明に係る装置の１つの態様では、当該装置は、溶融可能な結合剤を備えた強化繊維の、複数の無端のリボン状のストランドが、装置に供給されて、この装置において強化繊維の束に加工され得るように設計されていてよい。そのために本発明に係る装置は、好ましくは、強化繊維の個々のストランドを案内する複数の装置を有しており、これによって個々の繊維は、側方に変向されずに真っ直ぐに、個々の搬送装置及び切断装置を通して案内される。
【００１９】
強化繊維束を製造しかつこの強化繊維束を表面に堆積させる本発明に係る装置の使用時に、縦切断プロセス及び横切断プロセスのために好適な態様では、強化繊維の少なくとも１つのストランドが緊張下で堆積装置を通して案内され、かつ特に第１の搬送装置と第２の搬送装置との間で強化繊維の少なくとも１つのストランドにおいて張力が形成されるようになっている。このように構成されていると、強化繊維の少なくとも１つのストランドを確実にフラットに保持しかつ良好に拡開させることができ、しかも強化繊維の少なくとも１つのストランドの安定した走行を達成することができる。これによって特に、縦切断装置における良好な切断結果が得られる。従って、第１及び第２の搬送装置の速度は、第２の搬送装置の速度が第１の搬送装置の速度よりも高くなるように調節可能であると有利である。
【００２０】
堆積装置の好適な態様では、第１及び／又は第２の搬送装置は、少なくとも１つの前記ストランドを搬送することができる、駆動装置を備えた単数又は複数のロール又はローラから成っている。このときロールもしくはローラは、使用時において強化繊維の少なくとも１つのストランドがロールもしくはローラに巻き付くように、互いに配置されていてよい。別の好適な態様では、第１及び／又は第２の搬送装置は、速度を制御可能な駆動されるローラ対であって、該ローラ対のローラの間において調節可能なローラ間隙を有するローラ対を有しており、該ローラ間隙を通して、使用時に、ローラ対によって加えられる圧力によって、強化繊維の少なくとも１つのストランドが搬送される。
【００２１】
さらに、同様に好適な態様では、第１及び／又は第２の搬送装置は、溶融可能な結合剤を備えた強化繊維の少なくとも１つの無端のリボン状の前記ストランドを搬送することができる送風装置を有していてよい。このとき送風装置は、調整可能な空気供給装置に接続されている。
【００２２】
縦切断装置は、強化繊維の少なくとも１つのストランドをその長手方向に沿って切断する少なくとも１つの切断エレメントを有している。縦切断装置の少なくとも１つの切断エレメントは、少なくとも１つのレーザビーム装置、エアジェット装置又はウォータジェット装置であっても、又は、例えば少なくとも１つの位置固定のエレメント、例えば位置固定のカッタとして形成された機械的な切断エレメント、又は駆動装置を備えた少なくとも１つの回転する切断ディスクとして形成された機械的な切断エレメントであってもよい。このとき駆動装置は制御可能であって、かつ、少なくとも１つの切断ディスクの周速度と、縦切断装置を通過する強化繊維の少なくとも１つのストランドの搬送速度との間における速度差が調節可能であるように、設計されていてよい。少なくとも１つの回転する切断ディスクの回転方向は、少なくとも１つのリボン状のストランドの回転方向と同じであっても、又はそれとは逆方向であってもよい。このとき使用のためには、少なくとも１つの切断ディスクの周速度を、縦切断装置を通過する少なくとも１つのストランドの搬送速度よりも２〜１５％高く調節することができると、有利であることが判明している。
【００２３】
本発明に係る堆積装置の好適な態様では、縦切断装置は、少なくとも１つの切断エレメントが機械的な切断エレメントである場合に、少なくとも１つの切断エレメントと、長手方向に沿って切断される、強化繊維の少なくとも１つのストランドと、を確定された力で互いに押し付けることができる、力制御された押さえ装置を有している。このとき例えば少なくとも１つの回転する切断ディスクは、該回転する切断ディスクを確定された力で、長手方向に切断される強化繊維の少なくとも１つのストランドに押し付ける、力制御された押さえ装置に結合されていてよい。押さえ装置は、好ましくは、装置の使用時に少なくとも１つのストランドが押さえ装置によって少なくとも１つの機械的な切断エレメントに押し付けられるように設置されている。このような押さえ装置を用いて、使用時に、強化繊維の少なくとも１つのストランドが撚りを有している場合、例えばストランドが糸である場合には、糸の撚りを有している場合、繊維方向に対して横方向の撚りの領域におけるストランドの切断は回避することができる。繊維方向に対して横方向の、ストランドの既に部分的な切断は、ストランドを裂断させることがあり、その結果切断プロセスを、ひいては堆積プロセスを中断させることがある。
【００２４】
縦切断装置の切断エレメントの数は、縦切断装置を用いて長手方向に沿って切断することが望まれている強化繊維のストランドの数に合わせて、かつ得ることが望まれている部分ストランドの数に合わせて設定される。溶融可能な結合剤を備えた強化繊維の、複数の無端のリボン状のストランド、つまり強化繊維の複数のストランドが供給される場合には、これらのストランドは、当該ストランドが互いに上下に配置されるように、つまり互いに上下に積み重なって位置するように、第１の搬送装置を介して縦切断装置に供給されることができる。この場合、これらのリボン状のストランドは、同じ切断エレメントによって一緒に長手方向に切断することができる。例えば、２つのリボン状の糸ストランドをそれぞれ３つの部分ストランドに切断したい場合には、縦切断装置は２つの切断エレメントを有する。
【００２５】
好ましくは、本発明に係る堆積装置は、例えば準備のための手段及び横方向案内のための装置に関しては、強化繊維の複数のストランドの供給時にこれらのストランドが互いに並んで配置されているように設計されている。このとき縦切断装置は、複数の切断エレメントを有しているが、これらの切断エレメントの数は、強化繊維の互いに並んで配置された複数のストランドから製造することが望まれている、部分ストランドの数に合わせて設定される。例えば、互いに並んで配置された２つのリボン状の糸ストランドを、それぞれ３つの部分ストランドに切断したい場合には、縦切断装置は４つの切断エレメントを有している。
【００２６】
少なくとも１つの切断エレメントは、少なくとも１つの無端のリボン状のストランドを横方向案内する装置に対して、少なくとも１つのストランドが中心で又は中心から外れて部分ストランドに分割されるように配置されていてよい。同様に、３つ以上の部分ストランドに切断することが望まれている、個々のストランドの場合、又は、強化繊維の好ましくは互いに並んで配置された複数のストランドにも、複数の切断エレメントは互いに相対的に及び／又は横方向案内する装置に対して、本発明に係る堆積装置の使用時に異なった幅の部分ストランドが得られるように、配置することができる。
【００２７】
横切断ユニットを用いて、縦切断装置において得られた部分ストランドは、その延在方向に対して横方向に、確定された長さの繊維束に切断される。堆積装置の好適な態様では、横切断ユニットは、搬送速度の変化時に横切断の周期が変化させられて、得られる強化繊維束の長さが等しくなるように、搬送装置に連結されている。別の好適な態様では、横切断の周期は、搬送速度とは無関係に独立して調節可能であり、このようになっていると、等しいままの搬送速度で異なった長さの強化繊維束を製造することができる。もちろん本発明では、調節可能性を組み合わせることも可能であり、このような組合せでは、一方では搬送速度は、横切断の周期のための調節値として働き、かつ他方では搬送速度の調節時には横切断の周期を変化させることができる。
【００２８】
横切断ユニットに関しては、延在方向に対して横方向に強化繊維を切断する公知のアセンブリを参照することができる。このようなアセンブリとしては、例えば、繊維をウォータジェット切断又はエアジェット切断するアセンブリ、レーザビームを用いて繊維を切断するアセンブリ、搬送方向に対して横方向に空気力によって作動可能なギロチンカッタを備えたアセンブリ、カッタローラ及び対向ローラを備えた回転横切断機、又は、部分ストランドの搬送方向に延びる又は該搬送方向に対して６０°までの角度、好ましくは２０°までの角度で延びる回転軸を有する回転切断カッタが挙げられる。最後に挙げた回転切断カッタは、例えば独国実用新案第２０２０１００１７５５６号明細書又は欧州特許出願公開第２３５１８８０号明細書に開示されている。好適な態様では、ストランドの他方の側にほとんど反力を加えることなしに、カッタが強化繊維の切断されるストランドを押圧する回転横切断機が使用される。この切断方法は、例えば炭素繊維又はガラス繊維のような脆い強化繊維では、押圧個所における脆性破壊を生ぜしめ、ひいては強化繊維のストランドのきれいな横切断を生ぜしめる。このようなアセンブリは例えば、欧州特許出願公開第１１４４７３８号明細書、欧州特許出願公開第１３９４２９５号明細書、欧州特許出願公開第１７２３２７２号明細書又は国際公開第０２／０５５７７０号に記載されているので、これらの明細書における関連した開示内容を参照されたい。
【００２９】
好適な態様では、堆積装置は搬送方向において横切断ユニットの下流側に、繊維束を搬出する装置を有している。この装置は例えば短いコンベヤベルトであってよい。特に好適には、繊維束を搬出する前記装置は、圧縮空気を供給可能なノズルヘッドであり、該ノズルヘッドは、繊維束を、圧縮空気を用いて横切断ユニットから取出し可能でありかつノズルヘッドから搬出可能なノズル通路を有している。これによって繊維束は、高められた速度で、繊維プリフォームを製造するための表面に搬出される、つまり吹き付けられることができる。そのために好適には、ノズルヘッドのノズル通路内には、ノズル通路内に圧縮空気を流入させるベンチュリノズルが配置されている。
【００３０】
別の好適な態様では、ノズルヘッドは、ノズル通路内にマトリックス材料をもたらす手段を有している。本発明に係る堆積装置のこのような態様では、横切断された繊維束を、マトリックス材料と一緒に、ノズルヘッドを介して表面に搬出するもしくは吹き付けることができる。マトリックス材料をもたらす手段は、例えば、ノズル通路内に進入していてマトリックス粒子をノズル通路内にもたらすベンチュリノズルであってよい。しかしながらまた前記手段は、液体のマトリックス材料を吹き込むことができる、ノズル通路内に配置されたスプレノズルであってもよい。マトリックス材料の供給は、堆積装置を用いて製造された繊維束を表面に堆積させる場合に、マトリックス材料によってより良好な相互固着性を生ぜしめるのに、ひいては繊維束相互のより良好な固定及び表面における繊維束のより良好な固定を生ぜしめるのに有利なことがある。
【００３１】
また同様に、より良好な相互固着、ひいては繊維束相互の及び表面における繊維束のより良好な固定に関しては、繊維束における溶融可能な結合剤を活性化させるために、つまり溶融状態にもたらすために、繊維束を加熱することも有利なことがある。形成される繊維プリフォームの表面への繊維束の衝突後及び冷却後に、繊維束は、再び硬化した結合剤によって固定される。そのために本発明に係る装置は好適な態様では、搬送方向で見て、横切断ユニットの下流側に、繊維束を加熱する手段を有している。繊維束を加熱する手段としては、例えば高温のガス流、加熱された周囲空気、レーザビーム、赤外線及びこれに類したものが挙げられる。
【００３２】
次に、図面における概略図を参照しながら本発明に係る堆積装置を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】堆積ヘッドを備えた堆積装置の１つの区分を示す側面図である。
【図２】図１に示した堆積装置の区分を斜視図で示す図である。
【図３】多関節ロボットを備えた堆積装置を示す斜視図である。
【００３４】
図１には、堆積装置の１つの区分が概略的に示されており、この区分では、堆積ヘッド１がジョイント２を介して制御可能な位置決めユニット３に結合されている。本実施の形態では堆積ヘッド１に、スプール５用の２つの供給装置４が、結合剤を備えた強化繊維のリボン状のストランド６を提供するための手段として結合されており、供給装置４は、好ましくは制御モータを用いて駆動することができる。堆積ヘッド１と供給装置４との間における結合は、適宜なブラケット（図示せず）を介して行うことができる。
【００３５】
供給装置４におけるスプール５からは、結合剤を備えた強化繊維のリボン状のストランド６が、繰り出され、好ましくは球面状に形成された拡幅ローラ７に巻き掛けられて案内される。拡幅ローラ７を用いてストランド６は拡幅され、かつ場合によっては拡開される。拡幅ローラ７の球面状の構成によって、同時にストランド６の横方向案内を実施することができる。
【００３６】
拡幅ローラ７からストランド６は、第１の搬送装置８に供給され、この第１の搬送装置８は、図１に示した堆積装置では、駆動されるローラ対から成っている。このとき下側ローラ９はテンション装置１０を用いて、ラバーコーティングを備えた上側ローラ１１に押し付けられ、これによって、スリップのないストランド６の搬送を行うことができる。
【００３７】
第１の搬送装置８の通過後に、ストランド６は、縦切断装置１２に供給され、この縦切断装置１２においてストランド６は、その延在方向に沿って部分ストランド１３に切断される。そのために複数の回転する切断ディスク１４から成る装置が働き、これらの切断ディスク１４に対して、切断されるストランド６は、力制御された２つの押さえローラ１５を用いて確定された力で押し付けられる。縦切断装置１２において得られた部分ストランド１３は、同様に駆動されるローラ対として形成された第２の搬送装置１６に供給される。第２の搬送装置１６の搬送速度が第１の搬送装置８の速度よりも僅かに速く調節される、第２の搬送装置１６と第１の搬送装置８との間における速度差の調節によって、確定された張力を、ストランド６及び部分ストランド１３にもたらすことができ、これによって、改善された切断結果が縦切断装置１２において得られる。
【００３８】
第２の搬送装置１６の下側ローラ１７は、本実施の形態では回転横切断機として形成された横切断ユニット１８の対応ローラとして働き、この横切断ユニット１８は、カッタローラ１９と対応ローラ１７とを有している。横切断ユニット１８において部分ストランド１３は、確定された長さを有する強化繊維束もしくは繊維束２０に切断される。短く横切断された繊維束２０は、横切断ユニット１８の下流側でノズルヘッド２１によって収容され、該ノズルヘッド２１の、圧縮空気を供給されるノズル通路を介して、速度を高められて、繊維プリフォームを製造するための表面に吹き付けられる。
【００３９】
図２には、特に堆積ヘッド１のエレメントの三次元的な配置形態を明らかにするために、堆積装置の、図１に示した区分が斜視図で示されており、このとき両方の図面において装置の同じエレメントに対しては同じ符号が付されている。
【００４０】
図３には、機械基台２２に配置された多関節アームロボット２３を備えた本発明に係る装置の１つの実施の形態が斜視図で示されている。多関節アームロボット２３の端部にはジョイント２４を介して堆積ヘッド１が取り付けられており、多関節アームロボット２３を介して堆積ヘッド１は、複数の軸線において、繊維プリフォームを製造するために使用される成形型の表面２５に対して移動させることができる。これによって、堆積ヘッド１には縦切断装置１２及び横切断ユニット１８を用いて得られかつノズルヘッド２１を介して搬出された繊維束２０が、製造される繊維プリフォームの構造もしくは該繊維プリフォームから製造される複合材料部材の構造の要求に応じて、確定された軌道で表面２５に吹き付けられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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