УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО СВЯЗУЮЩЕГО НА НЕПРЕРЫВНЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам для нанесения порошкообразного связующего (биндера) на непрерывный углеродный материал при изготовлении препрегов, и может найти применение в аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности.
Устройство для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал предназначено для использования в составе установки для изготовления препрегов на основе тканей или лент из углеродного волокна. Посредством данной установки на узле 1 размотки осуществляют размотку непрерывного углеродного материала, далее посредством устройства 2 для нанесения порошкообразного связующего осуществляют дозирование и равномерное нанесение порошкообразного связующего на обрабатываемый материал, затем посредством устройства 3 нагрева осуществляют нагрев нанесенного порошкообразного связующего до заданных значений, обжимным устройством 4 осуществляют площение нанесенного связующего и нанесение защитной пленки на обрабатываемый материал, устройством 5 резки - продольную резку материала на ленты заданной ширины и равномерную намотку обработанного материала в рулон посредством узла 6 намотки (фиг. 1).
Из уровня техники известно устройство для нанесения порошка на полотно материала (СН 691352, В05С 19/04, 13.07.2001), которое содержит корпус с расположенным в нем питающим бункером, под которым, но над транспортным путем S полотна материала, для дозированной подачи и распределения порошка на полотно покрываемого материала размещены дозирующий вал в виде вращающегося игольчатого вала и вибрирующая щетка, при этом по обеим сторонам нижнего отверстия питающего бункера над игольчатым валом закреплены ракели. Порошок выгружается из бункера на иглы игольчатого вала, дозируется ракельным ножом; вибрирующая щетка, совершающая возвратно-поступательные перемещения в горизонтальной плоскости, стряхивает порошок с игл, так что порошок отделяется от игл и падает на покрываемое перемещающееся полотно. В дальнейшем направлении вращения игольчатого вала с другой его стороны расположена чистящая щетка, которая находится в контакте с игольчатым валом и вращается в направлении, противоположном направлению вращения игольчатого вала. Чистящая щетка предназначена для очистки игольчатого вала от порошка, который может застрять между иглами, прежде чем иглы снова достигнут области накопительного бункера.
Недостатком указанного устройства является то, что дозирующий вал вращается, а вибрирующая щетка совершает возвратно-поступательные перемещения в горизонтальной плоскости параллельно оси вращения дозирующего вала. Такое выполнение не обеспечивает равномерного рассеивания порошка на полотно материала, что приводит к ухудшению качества готового полотна. При этом, в процессе работы указанного устройства вибрирующая щетка работает со сравнительно небольшим проникновением щетинок между иглами дозирующего вала, вибрирующая щетка и чистящая щетка не удаляют полностью порошок между иглами игольчатого вала, поэтому игольчатый вал быстро засоряется, возникает необходимость периодически останавливать работу устройства и принудительно очищать игольчатый дозирующий вал.
Из уровня техники также известно устройство для нанесения порошка на полотно материала (RU 2329874, В05С 19/04, 27.07.2008), которое содержит питающий бункер, цилиндрический дозирующий вал, а также чистящую щетку; при этом дозирующий вал имеет гладкую поверхность с углублениями, равномерно расположенными по этой поверхности, и установлен на опорах вращения под питающим бункером и контактирующий с ним, питающий бункер на выходе дозирующего вала из зоны контакта с питающим бункером имеет пластину, расположенную по касательной к находящемуся внутри бункера участку контура поперечного сечения дозирующего вала; а чистящая щетка закреплена на опорах вращения, расположена по отношению к дозирующему валу со стороны его выхода из зоны контакта с питающим бункером, и угловая скорость вращения чистящей щетки больше угловой скорости вращения дозирующего вала.
Недостатком описанного в патенте RU 2329874 устройства является то, что при нанесении на непрерывный материал порошкообразного связующего происходит слеживание порошкообразного связующего, находящегося внутри бункера, что препятствует непрерывной и равномерной подаче порошкообразного связующего на дозирующий вал. При этом также происходит залипание частиц порошкообразного связующего в углублениях дозирующего вала. И, так как чистящая щетка установлена по отношению к дозирующему валу таким образом, что между поверхностями чистящей щетки и дозирующего вала обеспечен воздушный зазор, при выходе дозирующего вала из питающего бункера частицы порошкообразного связующего не будут полностью удалены чистящей щеткой из углублений дозирующего вала.
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства для нанесения порошкообразного связующего (биндера) на непрерывный углеродный материал, обеспечивающего устранение указанных выше недостатков.
Технический результат достигается тем, что устройство для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал содержит корпус, в котором расположен бункер, имеющий переднюю и заднюю стенки с закрепленными в их нижней части ракелями, ворошитель, установленный с возможностью размещения в бункере, дозирующий вал, выполненный с равномерно расположенными по его рабочей цилиндрической поверхности углублениями и установленный в корпусе под бункером с возможностью вращения и контактирующий с ракелями, и щеточный вал, установленный в корпусе со стороны выхода дозирующего вала из зоны бункера с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения дозирующего вала, с угловой скоростью вращения больше угловой скорости вращения дозирующего вала, и контактирующий с углублениями дозирующего вала.
При этом в предпочтительном исполнении указанное устройство снабжено крышкой, шарнирно установленной в корпусе над бункером, на которой смонтированы ворошитель и две переставные боковины.
Также указанное устройство может быть снабжено поддоном, размещенным в корпусе под дозирующим и щеточным валами с возможностью выдвижения.
Также указанное устройство может быть снабжено по меньшей мере одним направляющим валком, установленным в корпусе ниже дозирующего вала.
Такое выполнение устройства для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал обеспечивает непрерывную и равномерную подачу порошкообразного связующего на дозирующий вал, и, следовательно, на непрерывный углеродный материал без залипания частиц порошкообразного связующего в углублениях дозирующего вала. При этом наличие крышки над бункером предотвращает распыление порошкообразного связующего из бункера. Две переставные боковины, смонтированные на крышке, обеспечивают возможность нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал различной ширины с минимальной его потерей. Также наличие в корпусе поддона, размещенного под дозирующим и щеточным валами с возможностью выдвижения, позволяет собирать просыпавшееся в процессе работы предложенного устройства порошкообразное связующее и возвращать его в бункер, что обеспечивает экономию порошкообразного связующего.
Вышеизложенные особенности и преимущества конструкции предлагаемого устройства для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал будут понятны из последующего описания предпочтительного примера его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:
на фиг. 1 представлена схема установки для изготовления препрегов на основе тканей или лент из углеродного волокна, в которой используется устройство для нанесения порошкообразного связующего (биндера) на непрерывный углеродный материал, в соответствии с предложенной полезной моделью;
на фиг. 2 представлен общий вид в аксонометрической проекции устройства для нанесения порошкообразного связующего на углеродную ленту, с открытой крышкой бункера, в соответствии с предложенной полезной моделью;
на фиг. 3 - продольно-вертикальный разрез устройства для нанесения порошкообразного связующего на углеродную ленту в аксонометрической проекции, в соответствии с предложенной полезной моделью;
на фиг. 4 - общий вид в аксонометрической проекции устройства для нанесения порошкообразного связующего на углеродную ленту со стороны, противоположной виду устройства, изображенному на фиг. 2, с поддоном в выдвинутом положении и открытой крышкой бункера, в соответствии с предложенной полезной моделью;
на фиг. 5 - дозирующий вал, в соответствии с предложенной полезной моделью;
на фиг. 6 - фрагмент А в увеличенном масштабе поверхности дозирующего вала (предпочтительный пример выполнения с углублениями в виде сот);
на фиг. 7 - разрез Б-Б фиг. 6 (предпочтительный пример выполнения дозирующего вала с углублениями в виде сот).
Устройство 2 для нанесения порошкообразного связующего (биндера) на непрерывный углеродный материал 7, такой как ткань или лента из углеродного волокна, содержит корпус 8, имеющий стойки 9 и 10, жестко связанные между собой.
В верхней части корпуса 8 расположен бункер 11 для размещения порошкообразного связующего. Бункер 11 имеет переднюю 12 и заднюю 13 стенки, которые прикреплены к стойкам 9, 10 корпуса 8.
На передней 12 и задней 13 стенках бункера 11 в нижней их части закреплены ракели 14 и 15.
В корпусе 8 над бункером 11 шарнирно установлена крышка 16.
Для предотвращения слеживания находящегося внутри бункера 11 порошкообразного связующего на крышке 16 бункера 11 смонтирован ворошитель 17, который при опускании крышки 16, т.е. при закрывании бункера 11 сверху, погружается в бункер 11. Ворошитель 17 приводится в действие, например, сервомотором через ременную передачу (на фигурах не показаны).
На крышке 16 бункера 11 установлены две переставные боковины 18 и 19, ограничивающие по ширине зону распыления порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7. При этом указанные переставные боковины 18 и 19 служат промежуточными опорами для валов ворошителя 17.
В корпусе 8 под бункером 11 установлен с возможностью вращения дозирующий вал 20, предназначенный для равномерного дозирования и подачи порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7.
Дозирующий вал 20 выполнен из металла (например, из стали или алюминия) и покрыт тонким керамическим слоем 21 (толщиной h). На цилиндрической рабочей поверхности 22 дозирующего вала 20 в керамическом слое 21 выполнены углубления 23, которые расположены равномерно по всей рабочей поверхности 22 дозирующего вала 20. Форма углублений 23 может быть различной, например, круглой, треугольной, трапецеидальной, четырехгранной, шестигранной.
Дозирующий вал 20 установлен таким образом, что он своей рабочей поверхностью 22 контактирует с ракелями 14 и 15, расположенными на передней 12 и задней 13 стенках бункера 11. Ракели 14 и 15, выполненные прямоугольной формы, длинные стороны которой расположены параллельно оси вращения дозирующего вала 20, предотвращают самопроизвольное просыпание порошкообразного связующего, находящегося в бункере 11, за пределы зоны контакта с дозирующим валом 20. При этом ракель 15, расположенный на выходе дозирующего вала 20 из зоны бункера 11, в процессе работы устройства 2 также очищает рабочую поверхность 22 дозирующего вала 20, оставляя порошкообразное связующее только в углублениях 23 дозирующего вала 20, тем самым дозируя его.
Дозирующий вал 20 приводится в действие, например, электродвигателем через редуктор и ременную передачу, которые размещены в одной из стоек 9 (10) корпуса 8 (на фигурах не показаны).
В корпусе 8 со стороны выхода дозирующего вала 20 из зоны бункера 11 размещен щеточный вал 24, предназначенный для удаления частиц порошкообразного связующего из углублений 23 дозирующего вала 20 и его дозированного равномерного нанесения на непрерывный углеродный материал 7.
Щеточный вал 24 установлен в корпусе 8 на опорах вращения так, что ось его вращения параллельна оси вращения дозирующего вала 20. Щеточный вал 24 установлен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения дозирующего вала 20, с угловой скоростью вращения больше угловой скорости вращения дозирующего вала 20. Щеточный вал 24 приводится в действие, например, электродвигателем через редуктор и ременную передачу, которые размещены в свободной стойке 10 (или 9) корпуса 8 (на фигурах не показаны).
При этом щеточный вал 24 расположен таким образом, что он находится в постоянном контакте с дозирующим валом 20, а именно, с донной частью углублений 23 дозирующего вала 20. То есть расстояние между осью вращения дозирующего вала 20 и осью вращения щеточного вала 24 меньше суммы радиусов дозирующего 20 и щеточного 24 валов.
Требуемое количество наносимого порошкообразного связующего обеспечивается регулировкой скоростей вращения дозирующего 20 и щеточного 24 валов.
Для сбора излишков порошкообразного связующего, просыпавшегося в процессе работы устройства 2, в корпусе 8 под дозирующим 20 и щеточным 24 валами размещен поддон 25, установленный с возможностью выдвижения.
В корпусе 8 перед дозирующим 20 и щеточным 24 валами между дозирующим 20 валом и поддоном 25 может быть размещен направляющий валок 26 для поддерживания непрерывного углеродного материала 7 при его перемещении в процессе работы указанного устройства 2. При этом устройство 2 для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7 может быть выполнено и без направляющего валка 26. В таком случае, в установке для изготовления препрегов перед устройством 2 для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7 расположен соответствующий поддерживающий валковый узел.
Устройство 2 для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7 работает следующим образом.
Непрерывный углеродный материал 7, такой как ткань или лента из углеродного волокна, для дозированного нанесения на него порошкообразного связующего (биндера) располагают с возможностью перемещения с постоянной скоростью под дозирующим 20 и щеточным 24 валами над поддоном 25 с опорой на направляющий валок 26 или валковый узел установки для изготовления препрегов.
В качестве дозирующего вала 20 может быть использован анилоксовый вал, который обычно применяется в флексографских печатных машинах для переноса краски на материал.
На фигурах 5, 6, 7 приведен пример дозирующего вала 20, который выполнен из металла, покрытого керамическим слоем 21 толщиной h примерно 300 мкм. На рабочей поверхности 22 дозирующего вала 20 выполнены, например, лазерной гравировкой, углубления 23 шестигранной формы (в виде сот), разделенные перемычками 27.
Перед началом работы устройства 2 открывают крышку 16 бункера 11. Переставные боковины 18, 19 на крышке 16 бункера 11 устанавливают в зависимости от ширины расположенного под дозирующим валом 20 непрерывного углеродного материала 7. В бункер 11 засыпают порошкообразное связующее. При этом, если в устройство 2 заправлен непрерывный углеродный материал 7 максимальной ширины, переставные боковины 18, 19 устанавливают таким образом, что они разделяют бункер 11 по ширине примерно на три равных отсека, порошкообразное связующее засыпают по всей ширине бункера 11, в таком случае при опускании крышки 16 он оказывается во всех трех отсеках бункера 11, а указанные переставные боковины 18, 19 служат промежуточными опорами для вала ворошителя 17. А если в устройство 2 заправлен непрерывный углеродный материал 7, имеющий меньшую ширину, порошкообразное связующее засыпают в часть бункера 11 по его ширине, расположенную над непрерывным углеродным материалом 7.
Ракели 14 и 15 в нижней части передней 12 и задней 13 стенок бункера 11 препятствуют просыпанию порошка из бункера 11 за пределы его зоны контакта с дозирующим валом 20, а переставные боковины 18, 19 при нанесении порошкообразного связующего на более узкий непрерывный углеродный материал 7 ограничивают его распыление в процессе работы по всему бункеру 11.
Крышку 16 поворачивают, закрывая бункер 11 сверху. При этом ворошитель 17 погружается в находящееся в бункере 11 порошкообразное связующее. Крышка 16 в опущенном на бункер 11 положении препятствует распылению из бункера 11 порошкообразного связующего во время работы ворошителя 17.
Затем выполняют регулировку скоростей вращения дозирующего 20 и щеточного 24 валов в зависимости от установленного технологическим регламентом количества наносимого порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7.
Для обеспечения автоматического выравнивания кромки непрерывного углеродного материала 7 узлом 1 размотки, устройство 2 для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал 7 снабжено оптическим датчиком 29 кромки материала, расположенным на одном из двух переставных кронштейнов 30, 31. Кронштейн 31 используется при обработке непрерывного углеродного материала 7 максимально допустимой ширины.
После этого, при перемещении непрерывного углеродного материала 7, включают приводы вращения дозирующего 20 и щеточного 24 валов, а также ворошителя 17.
Управление приводами устройства 2 может быть осуществлено программируемым логическим контроллером (ПЛК) установки для изготовления препрегов. При этом согласование скоростей вращения дозирующего 20 и щеточного 24 валов со скоростью перемещения непрерывного углеродного материала 7 осуществляют при помощи энкодера 28.
Порошкообразное связующее, при его постоянном разрыхлении ворошителем 17, через отверстие в нижней части бункера 11 попадает на расположенную внутри бункера 11 рабочую поверхность 22 вращающегося дозирующего вала 20 и заполняет углубления 23 на этом участке рабочей поверхности 22. Ракель 15, установленный на задней стенке 13 бункера 11, то есть на выходе дозирующего вала 20 из бункера 11, удаляет избыток порошкообразного связующего с рабочей поверхности 22, тем самым дозирует количество перемещаемого из бункера 11 порошкообразного связующего. При выходе рабочей поверхности 22 дозирующего вала 20 из зоны бункера 11 размещенное в углублениях 23 порошкообразное связующее извлекается щеточным валом 24 и равномерно падает на перемещаемый непрерывный углеродный материал 7.
Излишки наносимого порошкообразного связующего ссыпаются в поддон 25, расположенный под непрерывно перемещаемым углеродным материалом 7. Для опорожнения поддона 25 его выдвигают по направляющим по направлению движения непрерывного углеродного материала 7 (см. фиг. 4), и находящееся в нем порошкообразное связующее может быть возвращено в бункер 11 для дальнейшего использования.
Таким образом, описанное выше устройство для нанесения порошкообразного связующего на непрерывный углеродный материал обеспечит непрерывную подачу порошкообразного связующего и его распределение по ширине непрерывного углеродного материала различной ширины без залипания частиц порошкообразного связующего в углублениях дозирующего вала, а также удаление излишнего порошка с поверхности полотна и сбор порошка, попавшего за пределы ширины полотна, что обеспечит экономию порошкообразного связующего.
Следует отметить, что заявленная полезная модель не ограничена частными случаями ее реализации, раскрытыми в описании. Возможны также иные формы исполнения рассмотренного устройства в объеме приведенных существенных признаков заявленной полезной модели.