專利名稱：包括具有熱調節系統的撓性壓緊輥的纖維施加機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維施加機，其用于生產由合成材料制成的部件，特別是，這種纖維施加機包括纖維加熱系統和耐熱壓緊輥。
背景技術：
已經公知一些纖維施加機，其用于在陽模或陰模表面上施加至少由條帯狀樹脂預浸潰的扁平纖維形成的寬帶(wide band)，特別是用熱塑性或熱固性的樹脂預浸潰的碳纖維形成的寬帶，特別是所謂的纖維鋪放機，其用于施加由多個樹脂預浸潰纖維形成的寬帶。如在專利文獻WO 2006/092514中所描述的，這種纖維鋪放機典型地包含纖維鋪放頭以及用于移動所述纖維施加頭的系統。典型的，所述纖維鋪放頭包括壓緊輥，其用于接觸模具以便施加預浸潰的纖維帶；導向器件，其用于在所述壓緊輥上引導帶形式的纖維；以及加熱系統，其用于加熱預浸潰的纖維。所述壓緊輥抵靠著模具施加表面按壓纖維帶，或者抵靠著預先堆積的一條或多條纖維帶按壓纖維帶，從而使所述多個堆積帶相互之間的粘合變得容易，并且使在堆積帶之間困住的空氣逐漸地排出。所述加熱系統加熱預浸潰的纖維帶、和/或模具、或者正好在壓緊所述帶之前已經被施加在壓緊輥的上游的帶，從而至少使樹脂軟化并且因此提升帶相互之間的粘合性。一般來說，所述帶加熱系統至少提供正好在帶壓緊之前對帶的加熱。為了確保在帶的整個寬度上大體均勻的壓緊，所述纖維鋪放頭有利地包括能夠適于施加表面的壓緊輥，并且優選地包括由撓性材料構成的壓緊輥，所述壓緊輥可彈性地變形，一般為彈性材料。對熱固性樹脂而言，所述預浸潰的纖維僅以典型的大約40°C的溫度被加熱到使其軟化。在這個溫度下，弾性材料的撓性輥可有利地被使用。在施加了幾層層疊的帶之后，通過使形成的部件在爐內穿過，通常是在高壓爐內穿過，形成的部件通過聚合作用被真空硬化。對熱塑性樹脂而言，所述預浸潰的纖維必須在較高溫度下加熱，至少達到樹脂的熔化溫度，即，對于尼龍型樹脂為大約200°C，對于PEEK型樹脂為大約400°C。形成的部件的硬化工序，即所謂的固結エ序在之后通過使其在爐內穿過而有利地實施。在施加帶期間實施的加熱可通過激光型加熱系統來實現，以獲得集中并且強烈的加熱。由于較高的加熱溫度，所述纖維鋪放頭設置有耐熱金屬壓緊輥，所述耐熱金屬壓緊輥也可通過水道從內部被冷卻。為了適應施加表面的輪廓，已經提出了分段的金屬壓緊輥，其包括在同一軸線上并排安裝的多個獨立的輥段，每段可獨立且徑向地運動，并且抵靠施加表面被弾性地偏置。然而，這種分段的金屬輥的結構及其實施被證明是非常復雜的。由包括熱穩定劑的所謂的高溫弾性材料構成的撓性輥也已被測試。然而，這些輥被證實對于熱塑性樹脂的實施是不理想的。
為了使在熱塑性樹脂的工作溫度下使用撓性輥成為可能，特別在專利文獻FR 2878 779中已經提出設置有兩個壓緊輥的頭，其中加熱系統在兩個輥之間起作用并且在兩個輥之間輸出大體垂直于帶的熱輻射。這種雙輥頭表現了更大的阻礙，其阻止纖維堆積在特定的施加表面的輪廓上。此外，對于預先堆積的帶的用于通過焊接(welding)而粘合到新的施加帶上的加熱僅僅通過熱傳導完成，其構成對于纖維施加速度的限制因素
發明內容
本發明主要提供一種解決方案以克服前述缺點，特別是使得實施從熱固性到熱塑性樹脂等多種類型的樹脂成為可能，并且能夠大體均勻地壓緊施加帯，并且其可被容易得設計和制成。為此，本發明提出了一種纖維施加機，其用于生產由合成材料制成的部件，其包括-壓緊輥，其用于在施加表面上施加由至少ー個樹脂預浸潰的扁平纖維形成的帯，優選地由多個樹脂預浸潰的扁平纖維形成的帶，所述壓緊輥包括剛性中央管，從而所述輥旋轉地安裝在所述纖維施加機的支撐結構上；以及由可彈性變形的、撓性或非剛性的材料制成的滾筒，其被同軸地裝配在所述中央管上；以及-加熱系統，其能夠正好在壓緊輥壓緊所述帶之前朝所述帶發出熱輻射；其特征在于，所述中央管設置有徑向孔，所述撓性材料滾筒具有流體連通器件，所述流體連通器件能夠在所述徑向孔與所述滾筒的外表面之間建立流體連通，所述纖維施加機包括熱調節器件，所述熱調節器件能夠在中央管的內部通道中注入優選為氣態的熱調節流體。依據本發明，所述纖維施加機包括撓性壓緊輥，所述撓性壓緊輥通過熱調節系統利用熱調節流體的循環進行熱調節。所述熱調節系統包括-孔，其在中央管的管狀壁中形成，貫穿所述管狀壁，所述中央管例如由金屬制成和/或具有筒形橫截面。-流體連通器件，其設置在撓性材料滾筒上以允許熱調節流體從徑向孔向著滾筒的外表面通過滾筒的熱循環。-以及熱調節器件，其能夠在中央管的內部通道內至少從其一端注入熱調節流體，所述熱調節流體優選為氣態的，有利的是冷卻的或是室溫的氣體，特別是空氣，所述熱調節流體穿過徑向孔，橫穿撓性材料滾筒以達到滾筒的外表面。關于室溫的熱調節流體，包括例如在15°C和30°C之間的熱調節流體，或者以低于15°C的溫度冷卻的流體，熱調節流體在壓緊輥內的循環使得在表面上以及在撓性材料滾筒的整個厚度上冷卻壓緊輥成為可能，并且因此使得使用ー種可用于施加用樹脂特別是熱塑性樹脂預浸潰的纖維的穩定的撓性材料壓緊輥成為可能。依據本發明的纖維施加機包括簡化設計的壓緊輥，使多種熱固性或熱塑性樹脂結合廣泛的合成或天然的、混合或非混合的纖維使用成為可能，所述纖維特別是通常在合成領域使用的纖維，如玻璃纖維、碳、石英以及芳族聚酰胺纖維。依據這個特點，所述流體連通器件能夠在滾筒的外表面以及壓緊輥的側面之間建立流體連通，以使在纖維施加機的運轉過程中至少在側向上將所述熱調節流體排出到外部。依據ー個實施例，所述流體連通器件包括徑向管道，每個徑向管道通向所述中央管的徑向孔并且通向滾筒的外表面。所述徑向孔分布在中央管的筒形壁上。例如，所述中央管展示了在縱向上沿著壓緊輥的軸線偏置的多組孔，每組孔包括以規定的角度間隔形成的多個孔。依據ー個實施例，所述連通器件包括通向滾筒側面的縱向槽，所述徑向管道通向所述縱向槽。從而實現熱調節流體通量(flux)在外表面上更好的分布，所述流體連通器件有利地包括所述徑向管道所通向的環形槽。依據ー個實施例，所述流體連通器件由構成滾筒的材料的多孔性質構成，于是，所述流體連通器件包括由弾性可變形多孔撓性材料制成的滾筒，所述彈性可變形多孔撓性材料例如開孔的弾性和/或熱塑性的多孔泡沫，或者是由非紡織纖維例如合成纖維、玻璃纖維或者金屬纖維構成的材料，優選為開孔型弾性泡沫。在這種情況下，熱調節流體的排出通過滾筒的側面產生。依據ー個實施例，所述流體連通器件包括覆蓋所述滾筒的外表面的護套(sheath)，所述護套由多孔材料制成，因此使所述熱調節流體通過所述護套的側面排出成為可能。所述多孔材料例如由開孔型的熱塑性和/或弾性泡沫或者是非紡織纖維材料制成。所述護套的多孔材料為可彈性變形的，以在纖維施加期間適應滾筒的變形，與構成滾筒的撓性并且可能多孔的材料的弾性相比，其表現出較低的弾性，以允許熱調節流體的排出。依據ー個實施例，所述輥包括保護護套，其覆蓋所述滾筒并且形成免受由加熱系統發出的熱輻射的保護，所述保護護套例如由玻璃纖維織物形成。這個保護護套可避免由于熱系統指向壓緊輥的熱輻射而在壓緊輥的整體厚度上的熱積聚。這個保護護套吸收和/或反射所述熱輻射，所述熱調節流體從而用作該保護護套的冷卻，以避免通過熱傳導在滾筒上產生的熱積聚。對于纖維鋪放而言，所述纖維施加機典型地包括切割器件，使得単獨地切割所述壓緊輥上游的纖維成為可能；以及變路器件(rerouting means)，其布置在所述切割器件的上游，用于改變正好已經被切割的每條纖維朝向壓緊輥的走向，以便能夠在任意時間停止和重新開始帶的施加，以及改變施加的帶寬。當所施加的帶的寬度減小時，例如，僅10條纖維用于16或32纖維類型的鋪放頭，輥直接地接收熱輻射，而沒有纖維介于熱源和所述輥之間。所述保護護套使得避免由于該直接熱輻射而產生的高的熱積聚。依據ー個實施例，作為保護護套的可選方案，或與之組合，滾筒由大體透過熱輻射 的材料制成，如由申請人在與本申請同一天提交的、題目為“具有透過加熱系統的輻射的壓緊輥的纖維施加機”的法國專利申請文件中所描述的。在本發明中，指的是材料“使熱輻射大體透過”，表現出對所述熱輻射的ー個或多個波長較低的吸收性。依據ー個實施例，所述撓性材料為彈性材料。優選地，所述撓性材料為硅樹脂或聚硅氧烷，或為聚氨酷，優選為硅樹脂。依據這個特點，所述加熱系統發出紅外輻射，其一個或多個波長包括在780nm和1500nm之間，因此所述彈性可變形的材料表現出至少在包含780nm至1500nm之間的波長范圍內較低的吸收性。優選的，所述加熱系統發出一個波長或多個波長包含在850nm至IlOOnm之間的紅外輻射。根據ー個實施例，所述壓緊輥包括涂覆所述撓性材料滾筒的防粘合外層，當所述壓緊輥包括由多孔材料制成的護套和/或保護護套時，后者介于所述滾筒和所述防粘合外層之間，所述防粘合外層有利地由防粘合膜形成，諸如PTFE(聚四氟こ烯)膜，典型地所謂的特氟龍膜，其例如在滾筒上被熱收縮。還是在這種情況下，熱調節流體調節所述防粘合外層的溫度。根據ー個實施例，所述加熱系統為激光類型的系統，優選地激光二極管型，YAG激光型或纖維激光型。可選地，加熱系統可包括ー個或多個紅外燈。根據ー個實施例，所述纖維施加機進ー步包括這樣的熱調節器件其能夠朝著壓緊輥輸出熱調節流體通量，尤其是空氣，以便調節所述壓緊輥的溫度，尤其是從外部制冷所述壓緊輥。在這種情況下，輥的熱調節從輥的內部以及從壓緊輥的外部被實施，優選以相同的熱調節流體尤其是空氣被實施。依據ー個實施例，所述熱調節器件能夠注入優選包含在15°C和30°C之間的室溫的熱調節流體，或者以低于15°C的溫度冷卻的熱調節流體，優選為冷卻的或室溫的氣體，優選為室溫下的空氣，以冷卻所述壓緊輥。本發明同樣g在提供如上所述用于纖維施加機的壓緊輥，包括由弾性可變形的撓性或非剛性材料制成的剛性中央管，裝配在所述中央管上，特別是，其特征在于，所述中央管設置有徑向孔，具有流體連通器件的所述撓性材料滾筒能夠使得所述孔與所述滾筒的外表面流體連通。
通過結合所附的示意圖對根據本發明的當前優選的特別實施例的下列詳細的示例描述，本發明將被更好地理解，并且其他的目的、細節、特征以及優點將變得顯而易見，其中-圖I為依據本發明的第一個實施例的纖維施加頭的示意側視圖，包括壓緊輥以及加熱系統；-圖2為圖I的纖維施加機的壓緊輥的立體圖；-圖3A和圖3B為圖2的壓緊輥被部分切下的橫向和縱向側視圖；-圖4為依據第二個實施例的纖維施加機的壓緊輥的立體圖；-圖5A和圖5B為圖4的壓緊輥被部分切下的橫向和縱向側視圖；-圖6為依據第三個實施例的纖維施加機的壓緊輥的立體圖；-圖7為圖6的壓緊輥被部分切下的縱向側視圖；-圖8為依據第四個實施例的纖維施加機的壓緊輥的立體圖；以及-圖9為圖8的壓緊輥被部分切下的縱向側視圖。
具體實施例方式結合圖I，所述纖維施加機包括施加頭1，所述施加頭I用于施加樹脂預浸潰纖維的帶8，所述施加頭包括壓緊輥2，所述壓緊輥2繞所述施加頭的支撐結構(未示出)的軸線A旋轉地安裝，所述施加頭通過在運動系統末端處的所述支撐結構被安裝，所述運動系統例如為機器人腕關節。所述施加頭進ー步包括加熱系統9，所述加熱系統9也被安裝在輥的上游的支撐結構上，所述上游為相對于在將纖維帶8施加在施加表面S上期間施加頭的前進方向D來說的。例如，所述加熱裝置為激光型加熱系統，其輻射正好在帶的壓緊之前指向所述帶，以及指向預先堆積的ー個帶或多個帶。如圖I所示，所述輻射因此傾斜地指向輥以在通過輥壓緊堆積在輥上的帶段之前加熱所述帶段。
就纖維鋪放機而言，所述頭包括導向器件，其用于引導纖維以樹脂預浸潰纖維帶的形式朝壓緊輥2進入所述頭，所述帶的纖維以大體對接的形式并列地堆積。通過使用機器人移動所述頭，所述壓緊輥與模具的施加表面S接觸以用于施加所述帶。結合圖2、3A和3B，依據本發明的所述壓緊輥包括筒形體或滾筒3，其由撓性材料制成，通過擠壓可彈性變形。滾筒呈現筒形中央通道31，以用于其在支撐芯上的組裝，所述支撐芯由筒形剛性中央管4形成，例如，如由鋁構成的金屬管。滾筒3以及中央管4相互同軸并且相互整體地旋轉。例如，滾筒由非延展性的弾性材料組成，例如硅樹脂、聚硅氧烷或為聚氨酷。撓性材料滾筒允許壓緊輥適應于施加表面的曲率變化，并且因此對整個堆積帶施加大體均勻的壓力。所述剛性管使得將輥可旋轉地安裝在支撐結構上成為可能。中央管設置有徑向孔41，例如，貫穿中央管的筒形壁的筒形孔。因此，徑向孔通向中央管的內部通道42并且通向滾筒。滾筒設置有徑向管道32，所述徑向管道32與所述徑向孔對齊，并且徑向管道的直徑大體與所述徑向孔的直徑相同。在示出的實施例中，所述中央管包括沿著輥的軸線A縱向偏置的六組徑向孔41，每組包括以規律的角度間隔布置的多個徑向孔，例如，相互之間以45°隔開的八個徑向孔。所述滾筒于是包含六組徑向管道32，每組包括相互之間以45°隔開的八個徑向管道。在縱向槽34與環形槽35的交叉點處，每個徑向管道32通向滾筒3的筒形外表面33。在八個槽的情況下，縱向槽34在滾筒的整體長度上從滾筒的一個側面36延伸至另ー個側面。在外部，所述滾筒涂覆有防粘合外層5，此處其由特氟龍薄膜形成，所述特氟龍薄膜在所述滾筒的外表面上熱收縮。所述特氟龍薄膜從而覆蓋在滾筒外表面上制成的縱向槽和環形槽。輥通過特氟龍薄膜與所述帶接觸，限制所述輥與纖維的粘合以及所述輥被纏繞。所述壓緊輥通過其中央管的開放端43安裝在例如在頭的支撐結構的兩個凸緣之間。所述纖維施加機包括熱調節器件(未示出)，其允許包含在15°C和30°C之間的室溫下的氣體或者以低于15°C的溫度冷卻的氣體特別是空氣從所述中央管的一個開放端43注入。所述空氣注入以公知的鉸接系統(swing joint system)實施。所述中央管有利地具有用于裝配鉸接系統的鎊平臺(spot facing) 44。在工作中，從所述中央管的至少ー個開放端43注入的空氣在徑向孔41中通過，接著通過滾筒的徑向管道32以在環形槽35和縱向槽34中分布，并且從縱向槽所通向的滾筒的側面36泄出。有利地，熱調節流體為被冷卻的空氣或室溫下的空氣，優選為室溫下的空氣，以冷卻所述壓緊輥并且使壓緊輥保持在大約30°C的溫度處。可選地，所述滾筒可由大體透過從加熱系統發出的輻射的撓性材料構成。例如，大體透過熱輻射的撓性材料為硅樹脂型彈性材料，特別是由道康寧(DowCorning)售出的商業衡量單位(commercial denominat ion)為娃橡膠T-4的娃樹脂彈性體。
所述激光型加熱系統可包括激光二極管，其布置為ー排或多排，發出包括在880nm至1300nm之間ー個或多個波長的輻射，例如，光纖激光器或YAG激光器，其以大約1060nm的波長發出。為了從內部完成輥的熱調節，熱調節系統可進ー步包括熱調節器件，其能夠向著壓緊輥輸出空氣通量，使從外部也可冷卻所述壓緊輥。圖4、圖5A以及圖5B示出了本發明的第二個實施例，如前所述的，其中壓緊輥102包括剛性中央管104，其設置有徑向孔141 ;滾筒103，其由撓性的可彈性變形的材料制成，且設置有徑向管道132。在這個示例中，以上描述的環形縱向槽g在提高在筒形表面上注入的空氣通量的分布以及其從滾筒的側面的泄出，所述環形縱向槽由覆蓋滾筒外表面133的護套106所替代，所述護套由多孔材料構成，如開孔型的熱塑性和/或彈性的泡沫，或者是由非紡織纖維制成的材料。該多孔材料表現為彈性，以在抵靠施加表面按壓輥的過程中適應滾筒的變形。防粘合的外部護套105覆蓋所述多孔材料護套。在通過中央管104的內部通道142以及徑向孔141，并且之后通過滾筒的徑向管道132之后，被注入的空氣通過多孔材料護套并且從所述護套的側面161側向地泄出。圖6和圖7示出了本發明的第三個實施例，其中如第一個實施例，壓緊輥202包括剛性中央管204，其設置有徑向孔241 ;可彈性變形的撓性材料滾筒203 ;以及防粘合的外部護套205，其覆蓋滾筒外表面233。在這個實施例中，滾筒沒有設置徑向管道，而是由多孔的撓性可彈性變形材料組成。從中央管204的內部通道242通過徑向孔241排出的注入空氣穿過整個多孔滾筒并且從滾筒側面236泄出。撓性多孔材料為開孔型的熱塑性和/或弾性泡沫，或者是由非紡織纖維制成的材料，例如，開孔型弾性泡沫。圖6和圖7示出了本發明的第四個實施例，其中如第三個實施例，壓緊輥302包括剛性中央管304，其設置有徑向孔341 ;由多孔撓性可彈性變形的材料制成的滾筒303 ；以及防粘合的外部護套305，其覆蓋所述滾筒。壓緊輥進ー步包括介于滾筒外表面333和防粘合外部護套之間的保護護套307。該保護護套吸收和/或反射由加熱系統9發出的熱輻射，使得熱輻射不會到達撓性材料滾筒。從中央管304的內部通道342通過徑向孔341排出的注入空氣穿過整個滾筒以冷卻保護帶(shielding band)并且通過滾筒側面336泄出。盡管結合特定的實施例描述了本發明，但是應該理解的是，本發明不限于此，并且包括所述器件的所有技術上的等同物，并且其結合也落入本發明范圍內。在所描述的實施 例中，熱調節系統用于冷卻撓性壓緊輥。所述熱調節系統明顯地可用于加熱所述撓性壓緊輥。
權利要求
1.一種用于生產由合成材料制成的部件的纖維施加機，包括壓緊棍(2,102,202,302)，其用于在施加表面(S)上施加由至少ー種樹脂預浸潰扁平纖維形成的帶(8);加熱系統(9)，其能夠指向所述帶發出熱輻射，所述壓緊輥包括剛性中央管(4，104，204，304);以及滾筒(3，103，203，303)，其由可彈性變形的撓性材料制成并裝配在所述中央管上， 其特征在于，所述中央管(4，104，204，304)設置有徑向孔(41，141，241，341)，所述撓性材料滾筒(3，103，203，303)具有流體連通器件(32，34，35 ; 132，106 ；203 ;303)，其能夠使得所述徑向孔與所述滾筒的外表面(33，133，233，333)流體連通，所述纖維施加機包括熱調節器件，所述熱調節器件能夠在所述中央管的內部通道(42，142，242，342)中注入熱調節流體。
2.如權利要求I所述的纖維施加機，其特征在于，所述流體連通器件(34，35;106;203 ；303)能夠使得所述滾筒外表面(33，133，233，333)與所述壓緊輥的側面(36，161，236，336)流體連通。
3.如權利要求I或2所述的纖維施加機，其特征在于，所述流體連通器件包括徑向管道(32 ;132)，每個徑向管道通向中央管(4，104，204，304)的徑向孔(41，141，241，341)并且通向所述滾筒的外表面(33，133，233，333)。
4.如權利要求2和3所述的纖維施加機，其特征在于，所述流體連通器件包括通向滾筒側面(36)的縱向槽(34)，所述徑向管道(32，132)通向所述縱向槽。
5.如權利要求3或4所述的纖維施加機，其特征在干，所述流體連通器件包括環形槽(35)，所述徑向管道(32)通向所述環形槽(35)。
6.如權利要求I至5中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述流體連通器件包括由多孔的撓性材料制成的滾筒(203，303)。
7.如權利要求I至6中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述流體連通器件包括覆蓋所述滾筒外表面的護套(4)，所述護套由多孔材料制成。
8.如權利要求I至7中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述輥包括保護護套(307)，所述保護護套(307)覆蓋所述滾筒并且形成免受由所述加熱系統(9)發出的熱輻射的保護。
9.如權利要求I至8中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述滾筒(3)由大體透過所述熱輻射的材料制成。
10.如權利要求I至9中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述壓緊輥(2，102，202，302)包括涂覆所述撓性材料滾筒(3，103，203，303)的防粘合外層(5，105，205，305)。
11.如權利要求I至10中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在干，進ー步包括熱調節器件，其能夠指向所述壓緊輥輸出熱調節流體通量，以從外部調節所述壓緊輥的溫度。
12.如權利要求I至11中的任意一項所述的纖維施加機，其特征在于，所述熱調節器件能夠注入熱調節流體，所述熱調節流體包括在15°C和30°C之間的室溫下的空氣。
全文摘要
本發明涉及一種用于生產由合成材料制成的部件的纖維施加機，包括壓緊輥(2)，其用于在施加表面上施加由至少一種樹脂預浸漬扁平纖維形成的帶；以及加熱系統，其能夠朝向帶發出熱輻射。所述壓緊輥包括剛性中央管(4)，其設置有徑向孔(41)；以及滾筒(3)，其由可彈性變形的撓性材料制成并裝配在所述中央管上，并且具有能夠使得所述徑向孔與所述滾筒外表面(33)流體連通的流體連通器件(32，34，35)。所述纖維施加機包括熱調節器件，該熱調節器件能夠在所述中央管的內部通道(42)中注入熱調節流體。
文檔編號B29C70/38GK102648082SQ201080032371
公開日2012年8月22日 申請日期2010年7月15日 優先權日2009年7月17日
發明者亞力山大·哈姆林, 伊萬·哈蒂 申請人:科里奧利合成技術公司