BRÜSSEL, Richard (Hauptstrasse 106, Sulzfeld, 75056, DE)
| Patentansprüche 1. Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Faser-Matrix- Gemisches mit - einem Grundgestell (3), - zwei an dem Grundgestell (3) angeordneten und einander gegenüberliegenden Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5), — die jeweils mindestens zwei drehbare Umlenkwalzen (17 bis 19, 20 bis 22) aufweisen, von denen jeweils eine Umlenkwalze (17, 20) drehantreibbar ist, — die jeweils ein um die mindestens zwei Umlenkwalzen (17 bis 19, 20 bis 22) geführtes Band (23, 24) aufweisen, und — die zwischen den Bändern (23, 24) einen in einer vertikalen Transportrichtung (48) verlaufenden Mischspalt (6) zum Mi- sehen von Fasern (8) und Matrixmaterial (9) zu einem Faser- Matrix-Gemisch (2) begrenzen, - einer Zuführeinheit (7) zum Zuführen von Fasern (8) und Matrixmaterial (9) in eine Zuführöffnung (10) des Mischspaltes (6), und - einer Austragseinheit (1 1 ; I Ia; 1 1c; 1 ld) zum Austragen des Faser- Matrix-Gemisches (2) aus dem Mischspalt (6) durch eine Austrags- öffnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass - jede der Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) mindestens ein zwischen den mindestens zwei Umlenkwalzen (17, 18, 20, 21) angeordnetes Stützelement (49, 50) zum Abstützen des Bandes (23, 24) entlang des Mischspaltes (6) aufweist und - die Austragseinheit (1 1 ; I Ia; 1 1c; 1 ld) zwei den Bändern (23, 24) zugeordnete Austragselemente (59, 60; 59, 60a; 59, 60c; 59d, 60d) aufweist, die jeweils eine Abstreifkante (75, 76) zum Abstreifen des Faser-Matrix-Gemisches (2) von dem zugehörigen Band (23, 24) bilden. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Mischeinheiten (4; 4b; 4c) mehrere in der Transportrichtung (48) nacheinander an dem Grundgestell (3) angeordnete Stützelemente (49, 50) aufweist, die zur Einstellung der Spaltbreite (Bs) des Mischspaltes (6) quer zu der Transportrichtung (48) verlagerbar sind. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (49, 50) der Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) als drehbare Stützwalzen ausgebildet sind. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Mischeinheit (4; 4a) mehrere in der Transportrichtung (48) nacheinander an dem Grundgestell (3) angeordnete und drehbare erste Stützwalzen (49) aufweist, die zur Einstellung der Spaltbreite (Bs) des Mischspaltes (6) quer zu der Transportrichtung (48) verlagerbar sind, und - die zweite Mischeinheit (5) mehrere in der Transportrichtung (48) nacheinander an dem Grundgestell (3) angeordnete und drehbare zweite Stützwalzen (50) aufweist, die jeweils gegenüberliegend zu einer zugehörigen ersten Stützwalze (49) angeordnet sind. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Mischeinheit (4b; 4c) mehrere in der Transportrichtung (48) nacheinander an dem Grundgestell (3) angeordnete und drehbare erste Stützwalzen (49) aufweist, die zur Einstellung der Spaltbreite (Bs) des Mischspaltes (6) quer zu der Transportrichtung (48) ver- lagerbar sind, und - die zweite Mischeinheit (5) mehrere in der Transportrichtung (48) nacheinander an dem Grundgestell (3) angeordnete und drehbare zweite Stützwalzen (50) aufweist, die jeweils gegenüberliegend zwischen zwei zugehörigen ersten Stützwalzen (49) angeordnet sind. 6. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) derart ausgebildet sind, dass sich der Mischspalt (6) in der Transportrichtung (48) keilförmig verjüngt. 7. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (54), die derart ausgebildet ist, dass die Bänder (23, 24) im Bereich des Mischspaltes (6) unterschiedliche Bandgeschwindigkeiten (vi, v2) haben. 8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) eine der Zuführöffnung (10) zugehörige erste Umlenkwalze (17, 20) mit einem ersten Durchmesser Di und eine der Austragsöffnung (12) zugehörige zweite Umlenkwalze (18, 21) mit einem zweiten Durchmesser D2 aufweist, wobei gilt: D2 < Dl 5 insbesondere D2 < 1/2 D1 ? und insbesondere D2 < 1/3 DL 9. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) eine der Zuführöffnung (10) zugehörige und drehantreibbare erste Umlenkwalze (17, 20) aufweist, wobei mindestens eine erste Umlenkwalze (17) quer zu der Transportrichtung (48) verlagerbar ist. 10. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mischeinheiten (4, 5; 4b, 5; 4c, 5) eine dritte Umlenkwalze (19, 22) aufweist, die zum Spannen des zugehöri- gen Bandes (23, 24) an dem Grundgestell (3) verlagerbar ist. 1 1. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Austragselemente (59, 60; 59, 60a; 59, 60c; 59d, 60d) zur Einstellung der Austragsöffnung (12) relativ zu dem zugehörigen Band (23, 24) verlagerbar ist, insbesondere um die Drehachse (31, 32) einer der Austragsöffnung (12) zugehörigen Umlenkwalze (18, 21) verschwenkbar ist. 12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Austragselemente (59, 60; 59, 60a; 59, 60c; 59d, 60d) jeweils ein Abstreifblech (73, 74) aufweisen, das an einer Düsenbacke (65, 66; 65d, 66d) angeordnet ist. 13. Mischvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbacken (65, 66; 65d, 66d) an einer dem Mischspalt (6) zugewandten Seite konvex gekrümmt sind, insbesondere in Form eines mehrheitlich konvex gekrümmten Kurvenzuges ausgestaltet sind. 14. Mischvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbacken (65d, 66d) an einer dem Mischspalt (6) abgewandten Seite derart zurückspringend ausgebildet sind, dass diese zu der Austragsöffnung (12) zugehörige Abrisskanten (86d, 87d) und ei- nen in Transportrichtung (48) nachgeordneten Freiraum (88) bilden. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die der Austragsöffnung (12) zugehörigen Umlenkwalzen (18, 21) über Abstützrollen (33, 34, 35, 36) an dem Grundgestell (3) gelagert sind. |
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Herstel- lung eines Faser-Matrix-Gemisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 25 01 941 C2 ist eine Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Faser-Matrix-Gemisches in Form eines SMC-Halbzeuges (SMC: Sheet Molding Compound) bekannt. Zwei Bänder, die um zugehörige Umlenkwalzen geführt sind, bilden einen Mischspalt aus, in dem Fasern mit einem zähflüssigen Matrixmaterial vermischt werden. Das Faser- Matrix-Gemisch wird mittels gegenläufig zu den Bändern rotierenden Abnahmewalzen von den Bändern entfernt und aufgrund der Zentrifugalkraft von den Abnahmewalzen weggeschleudert. Die weggeschleuderten Partikel des Faser-Matrix-Gemisches fallen auf eine unterhalb der Abnahmewalzen verlaufende untere Trägerbahn und lagern sich dort ab. Auf das abgelagerte Gemisch wird eine obere Trägerbahn angeordnet, sodass das SMC-Halbzeug entsteht. Nachteilig bei dieser Mischvorrichtung ist, dass das Austragen des Faser-Matrix-Gemisches über die Abnahmewalzen unkontrolliert erfolgt, sodass das ausgetragene Faser-Matrix-Gemisch eine stark schwankende Qualität aufweist. Durch das Austragen werden insbesondere Lufteinschlüsse in das Faser-Matrix-Gemisch eingebracht, die die Dichte und das Flächengewicht des erzeugten SMC-Halbzeuges stark schwanken lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass das erzeugte und ausgetra- gene Faser-Matrix-Gemisch, insbesondere das SMC-Halbzeug, eine hohe Qualität aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Austragseinheit zwei den Bändern zugeordnete Austragselemente aufweist, die jeweils eine Abstreifkante ausbilden, kann das Faser-Matrix-Gemisch von den Bändern einfach abgestreift werden, ohne dass hierdurch Lufteinschlüsse in dem Faser-Matrix- Gemisch entstehen. Durch das einfache Abstreifen des Faser-Matrix- Gemisches kann dieses - anders als bei der Verwendung von rotierenden Abnahmewalzen - vergleichsweise zähflüssig sein, sodass das Faser- Matrix-Gemisch kontrolliert aus der Mischvorrichtung ausgetragen werden kann und ein SMC-Halbzeug mit einer derart hohen Qualität entsteht, dass dieses unmittelbar zu einem Endprodukt weiterverarbeitet werden kann. Damit die Fasern mit dem zähflüssigen Matrixmaterial ausreichend gemischt und imprägniert werden, werden die Bänder entlang des Mischspaltes mittels Stützelementen abgestützt, sodass im Mischspalt der für die Mischung und Imprägnierung erforderliche Druck erzeugt wird. Die Stützelemente verhindern insbesondere ein seitliches Ausweichen der Bänder infolge des sich im Mischspalt befindlichen Faser-Matrix-Gemisches, sodass der Druck im Mischspalt entlang der gesamten Spaltlänge aufrecht erhalten werden kann. Dies führt insbesondere bei dem äußerst zähflüssigen Faser-Matrix-Gemisch zu einer guten Verteilung und Imprägnierung der Fasern. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ermöglicht somit die kontinuierliche Herstellung eines Faser-Matrix-Gemisches in Form eines SMC-Halbzeuges mit einer Qualität derart, dass dieses unmittelbar, also ohne weitere Prozessschritte, zu einem Endprodukt weiterverarbeitbar ist. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ermöglicht somit die Durchfüh- rung eines SMC-Direktverfahrens, mittels dem direkt zur Weiterverarbeitung geeignete SMC-Halbzeuge kontinuierlich hergestellt werden.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 2 ermöglicht eine Einstellung der Spaltbreite und dementsprechend des Drucks im Mischspalt. Dadurch, dass mehrere Stützelemente nacheinander an dem Grundgestell angeordnet sind, die unabhängig voneinander quer zu der Transportrichtung verlagerbar sind, ist insbesondere auch die Einstellung eines Druckverlaufs im Mischspalt möglich.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 3 reduziert die Erwärmung der Bänder infolge der Reibung zwischen den Stützelementen und den Bändern. Eine unerwünschte Aushärtung des reaktiven Matrixmaterials im Mischspalt infolge einer zu starken Erwärmung wird somit wirkungsvoll vermieden.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet eine gute Durchmischung und Imprägnierung der Fasern mit dem zähflüssigen Matrixmaterial. Die verlagerbaren Stützwalzen ermöglichen eine Einstellung des Drucks im Mischspalt. Dadurch, dass die Stützwalzen paarweise gegenüberliegend angeordnet sind, ist der Druck im dazwischen liegenden Teil des Mischspaltes mit hoher Genauigkeit einstellbar. Durch die drehbare Lagerung der Stützwalzen wird die Reibung zwischen den Bändern und Stützwalzen reduziert, sodass eine unerwünschte Erwärmung der Bänder wirkungsvoll vermieden wird.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet eine gute Durchmischung und Imprägnierung der Fasern mit dem zähflüssigen Matrixmaterial. Durch die Verlagerung der Stützwalzen quer zu der Transportrichtung kann der Druck im Mischspalt eingestellt werden. Dadurch, dass die Stützwalzen der einen Mischeinheit zwischen zwei zugehörigen gegenüberliegenden Stützwalzen der anderen Mischeinheit angeordnet sind, wird ein mäanderförmiger Verlauf der Bänder erzielt, wodurch die Spaltlänge, also die Misch- und Imprägnierstrecke bei gleichem Bauraum der Mischvorrichtung vergrößert wird. Hierdurch wird die Durchmischung und Imprägnierung verbessert. Durch die drehbaren Stützwalzen wird die Reibung zwischen diesen und den zugehörigen Bändern reduziert, sodass eine unerwünschte Erwärmung der Bänder wirkungsvoll vermieden wird.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 6 weist einen in der Transportrichtung zunehmenden Druck im Mischspalt auf, wodurch eine wirkungsvolle Entlüftung des Faser-Matrix-Gemisches erzielt wird. Die entweichende Luft wird aufgrund des zunehmenden Drucks im Mischspalt entgegen der Transportrichtung aus dem Faser-Matrix-Gemisch gedrückt und kann entgegengesetzt zu der Transportrichtung durch die Zuführöffnung aus dem Mischspalt entweichen.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 7 erzeugt eine Scherung des Faser- Matrix-Gemisches im Mischspalt, wodurch die Viskosität des Faser- Matrix-Gemisches im Mischspalt reduziert wird. Die reduzierte Viskosität und/oder die Scherkraft führen zu einer besseren Durchmischung und Imprägnierung der Fasern mit dem Matrixmaterial. Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 8 erleichtert das Abstreifen und Austragen des Faser-Matrix-Gemisches. Dadurch, dass die zweiten Umlenkwalzen einen vergleichsweise kleinen Durchmesser haben, werden die Bänder mit einem geringen Umlenkradius umgelenkt, sodass die Abstreif- elemente mit ihren Abstreifkanten das zähflüssige Faser-Matrix-Gemisch einfach und sauber von den Bändern ablösen bzw. abstreifen können.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 9 ermöglicht auf einfache Weise das Einstellen und Anpassen der Zuführöffnung. Durch Verlagern der ersten Umlenkwalze quer zu der Transportrichtung kann die Zuführöffnung in Abhängigkeit von der zuzuführenden Menge an Fasern und/oder Matrixmaterial eingestellt und angepasst werden. Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 10 ermöglicht auf einfache Weise das Einstellen und Regeln der Spannung der Bänder. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine der weiteren Umlenkwalzen und/oder ein Stützelement bzw. eine Stützwalze linear verlagerbar sind. Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 1 1 ermöglicht eine einfache Einstellung der Breite der Austragsöffnung und somit der Dicke des ausgetragenen bandförmigen Gemisch-Stranges bzw. Compound-Stranges. Durch die Verschwenkbarkeit des mindestens einen Austragselementes um die Drehachse der zugehörigen Umlenkwalze bleibt bei jeder Stellung des Aus- tragselementes ein sicheres und sauberes Abstreifen des zugehörigen Bandes gewährleistet.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 12 ermöglicht auf einfache Weise die Bereitstellung einer einstellbaren Austragsöffnung bzw. Düsenöffnung. Dadurch, dass das Abstreifblech an der zugehörigen Düsenbacke angeordnet ist, liegt das Abstreifblech aufgrund seiner Flexibilität in jeder Stellung bzw. Schwenkstellung an dem zugehörigen Band an, wobei gleichzeitig die Düsenbacke die Austragsöffnung seitlich begrenzt und in ihrer Breite einstellt. Die dem Faser-Matrix-Gemisch zugewandten Oberflächen der Ab- streifbleche und der Düsenbacken weisen vorzugsweise einen Reibwert von kleiner als 0,5, insbesondere von kleiner als 0,35 und insbesondere von kleiner als 0, 15 auf. Hierdurch wird der Fließwiderstand reduziert. Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 13 reduziert den Fließwiderstand des Gemisch-Stranges an den Düsenbacken. Hierdurch wird verhindert, dass in der Austragseinheit ein kritischer Staudruck aufgebaut wird, der zu einem seitlichen Austreten des Faser-Matrix-Gemischs aus dem Mischspalt oder der Austragseinheit führt. Dadurch, dass die Düsenbacken konvex gekrümmt sind, insbesondere in Form eines mehrheitlich konvex gekrümmten Kurvenzuges ausgestaltet sind, wird die Kontaktfläche des Gemisch-Stranges mit den Düsenbacken auf den Bereich des kleinsten Querschnitts der durch die Düsenbacken gebildeten Düse begrenzt. Der mehrheitlich konvex gekrümmte Kurvenzug weist mehrere unterschiedliche Krümmungsradien auf. Die Krümmungsrichtung des Kurvenzugs ist einheitlich, wobei dieser auch geradlinige Abschnitte enthalten kann. Vor und nach diesem Bereich weist die durch die Düsenbacken gebildete Düse einen größeren Querschnitt auf, wodurch einerseits der Fließwiderstand reduziert wird und andererseits für das Faser-Matrix-Gemisch eine Einführ- Öffnung zum einfacheren Einführen zwischen die Düsenbacken ausgebildet wird. Das Faser-Matrix-Gemisch neigt somit, insbesondere bei der gewünschten hohen Viskosität, deutlich weniger dazu, seitlich aus den Mischeinheiten oder der Austragseinheit auszutreten. Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 14 gewährleistet durch die zurückspringende Ausbildung der Düsenbacken, dass diese mit verhältnismäßig geringen Kräften geöffnet und geschlossen werden können. Darüber hinaus wird aufgrund der zurückspringenden Ausbildung die Länge der durch die Düsenbacken gebildeten Düse verkürzt, wodurch die Kontaktfläche des Gemisch-Stranges mit den Düsenbacken und somit der Fließwiderstand des Gemisch-Stranges reduziert wird. Hierdurch werden ein kritischer Staudruck in der Austragseinheit und ein daraus resultierendes seitliches Austreten des Faser-Matrix-Gemisches aus dem Mischspalt oder der Austrags- einheit vermieden. Der als Reiblänge bezeichnete Abstand in Transportrichtung zwischen den Abstreifkanten und den zugehörigen Abrisskanten ist vorzugsweise kleiner als 80 mm, insbesondere kleiner als 60 mm und insbesondere kleiner als 40 mm. Durch die Verkürzung der Reiblänge auf das mechanisch erforderliche Minimalmaß wird der Fließwiderstand der gebildeten Düse auf ein Minimum reduziert.
Eine Mischvorrichtung nach Anspruch 15 gewährleistet eine sichere Lagerung der der Austragsöffnung zugehörigen Umlenkwalzen, wodurch die Breite der Austragsöffnung mit hoher Genauigkeit konstant gehalten bzw. eingestellt werden kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Faser-Matrix-Gemisches gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei einen Mischspalt begrenzenden Mischeinheiten und einer zuge- hörigen Austragseinheit,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Austragseinheit in Fig. 1 zum Austragen des Faser-Matrix-Gemisches als Gemisch- Strang durch eine Austragsöffnung, Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Austragseinheit in Fig. 2 im Bereich der beidseitig einstellbaren Austragsöffnung, Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Mischvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer einseitig einstellbaren Austragsöffnung,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Mischvorrichtung gemäß ei- nem dritten Ausführungsbeispiel mit einem mäanderför- migen Verlauf des Mischspaltes und einer beidseitig einstellbaren Austragsöffnung, eine Prinzipdarstellung einer Mischvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit einem mäanderför- migen Verlauf des Mischspaltes und einer einseitig einstellbaren Austragsöffnung, und eine vergrößerte Darstellung der Austragseinheit einer Mischvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ähnlich Fig. 3.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Mischvorrichtung 1 weist zur kontinuierlichen Herstellung eines Faser-Matrix-Gemisches 2 ein Grundgestell 3 auf, an dem zwei einander gegenüberliegende Mischeinheiten 4 und 5 angeordnet sind. Die Mischeinheiten 4 und 5 begrenzen zwischen sich einen Mischspalt 6, der sich im Querschnitt in einer horizontalen x- und y-Richtung erstreckt und parallel zu einer vertikalen z-Richtung verläuft. In der z-Richtung oberhalb der Mischeinheiten 4 und 5 ist eine Zuführeinheit 7 angeordnet, mittels der Fasern 8 und Matrixmaterial 9 in eine Zuführöffnung 10 des Mischspaltes 6 zuführbar sind. Zum Austragen des Faser-Matrix-Gemisches 2 aus dem Mischspalt 6 ist eine Austragsein- heit 1 1 an dem Grundgestell 3 angeordnet, die eine Austragsöffnung 12 bildet, durch die das Faser-Matrix-Gemisch 2 in Form eines bahnförmigen Gemisch-Stranges 13 austragbar ist.
Das Grundgestell 3 weist eine Grundplatte 14 auf, an der zwei parallel zu der z-Richtung verlaufende Säulen 15,16 angeordnet sind. Zwischen den Säulen 15 und 16 verläuft eine y-z-Symmetrieebene S, relativ zu der die Mischeinheiten 4 und 5 symmetrisch an dem Grundgestell 3 angeordnet sind. Die Mischeinheiten 4, 5 weisen jeweils drei Umlenkwalzen 17, 18, 19 bzw. 20, 21, 22 auf, um die ein jeweils zugehöriges Band 23, 24 gespannt ist.
Die ersten Umlenkwalzen 17, 20 sind an dem jeweiligen freien Ende der zugehörigen Säule 15, 16 angeordnet und mittels eines Antriebsmotors 25, 26 um eine parallel zu der y-Richtung verlaufende Drehachse 27, 28 dreh- antreibbar. Die erste Umlenkwalze 17 ist zusätzlich in der x-Richtung mittels eines Antriebsmotors 29 linear verfahrbar, wohingegen die erste Umlenkwalze 20 linear nicht verfahrbar, also fest an der Säule 16 angeordnet ist. Die zweiten Umlenkwalzen 18, 21 sind in einer Grundplattenausnehmung 30 angeordnet und drehbar an der Grundplatte 14 gelagert. Die Grundplattenausnehmung 30 ist an einer den Säulen 15, 16 gegenüberliegenden Seite in der Grundplatte 14 ausgebildet. Die zweiten Umlenkwalzen 18, 21 sind um parallel zu der y-Richtung verlaufende Drehachsen 31, 32 drehbar an der Grundplatte 14 angeordnet und über drehbare Stützrollen 33, 34 bzw. 35, 36 zusätzlich an der Grundplatte 14 gelagert.
Die dritten Umlenkwalzen 19, 22 sind über einen jeweiligen Ausleger 37, 38 seitlich an der Grundplatte 14 angeordnet und um parallel zu der y- ichtung verlaufende Drehachsen 39, 40 drehbar an dem jeweiligen Ausleger 37, 38 gelagert. Die Umlenkwalzen 19, 22 sind zum Spannen des jeweiligen Bandes 23, 24 mittels zugehöriger Antriebsmotoren 41 , 42 in der x-Richtung linear an den Auslegern 37, 38 verlagerbar.
Die ersten Umlenkwalzen 17, 21 weisen einen ersten Durchmesser Di auf. Entsprechend weisen die zweiten Umlenkwalzen 18, 21 einen zweiten Durchmesser D 2 und die dritten Umlenkwalzen 19, 22 einen dritten
Durchmesser D 3 auf. Für die Durchmesser Di bis D 3 gilt: Di > D 3 > D 2 . Für die Durchmesser Di und D 2 gilt weiterhin: D 2 < D l 5 insbesondere D 2 < 1/2 D l 5 und insbesondere D 2 < 1/3 D t .
Die Bänder 23, 24 sind um die zugehörigen Umlenkwalzen 17 bis 19 und 20 bis 22 geführt und begrenzen zwischen sich den Mischspalt 6. Der Mischspalt 6 weist in der x-Richtung eine Spaltbreite B s und in der z- Richtung eine Spaltlänge L s auf. Zum Durchführen der Bänder 23, 24 durch die Grundplatte 14 weist diese eine Durchführöffnung 43 auf, in der seitlich Gleitbacken 44, 45 angeordnet sind, sodass die Bänder 23, 24 reibungsarm durch die Durchführöffnung 43 geführt sind. Die Umlenkwalzen 17, 20 sind gegensinnig zueinander in den Drehrichtungen 46, 47 dre- hantreibbar, sodass die Transportrichtung 48 des Faser-Matrix-Gemisches 2 von der Zuführöffnung 10 zu der Austragsöffnung 12 und parallel zu der z-Richtung verläuft. Zum Abstützen der Bänder 22, 24 entlang des Mischspaltes 6 weisen die Mischeinheiten 4, 5 jeweils mehrere Stützelemente 49, 50 auf, die in z- Richtung nacheinander zwischen den Umlenkwalzen 17 und 18 bzw. 20 und 21 sowie in x-Richtung zwischen der jeweiligen Säule 15, 16 und dem zugehörigen Band 23, 24 angeordnet sind. Die Stützelemente 49, 50 sind als Stützwalzen ausgebildet und werden nachfolgend so bezeichnet. Die Stützwalzen 49 sind um zugehörige, parallel zu der y-Richtung verlaufende Drehachsen 51 drehbar an der Säule 15 gelagert. Zusätzlich sind die Stützwalzen 49 mittels zugehöriger Antriebsmotoren 52 unabhängig voneinan- der in der x-Richtung linear verlagerbar. Die Stützwalzen 50 sind jeweils gegenüberliegend, also auf gleicher Höhe in z-Richtung, zu einer zugehörigen Stützwalze 49 angeordnet. Die Stützwalzen 50 sind um zugehörige, parallel zu der y-Richtung verlaufende Drehachsen 53 drehbar an der Säule 16 gelagert. Die Stützwalzen 50 sind fest, also linear nicht verfahrbar, an der Säule 16 befestigt.
Die Mischeinheiten 4, 5 sind an eine Steuereinheit 54 angeschlossen, mittels der die Antriebsmotoren 25, 26, 29 und 52 steuerbar sind. Mittels der Antriebsmotoren 29, 52 ist die Spaltbreite B s von der Zuführöffnung 10 bis zu der Durchführöffnung 43 einstellbar. Die Steuereinheit 54 steuert die Antriebsmotoren 29, 52 insbesondere derart an, dass sich der Mischspalt 6 von der Zuführöffnung 10 bis zu der Durchführöffnung 43 in der Transportrichtung 48 keilförmig verjüngt. Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 54 die Antriebsmotoren 25, 26 derart an, dass zwischen der Bandge- schwindigkeit vi des Bandes 23 und der Bandgeschwindigkeit v 2 des Bandes 24 eine Geschwindigkeitsdifferenz besteht.
Zum Zuführen der Fasern 8 weist die Zuführeinheit 7 ein drehangetriebenes Zuführband 55 auf. Die Fasern 8 werden als Faservlies und/oder als gestreute Schnittfasern zugeführt. Als Fasern 8 können beispielsweise Glasfasern, Chemiefasern, Naturfasern, Kohlefasern oder Mischungen aus diesen Fasern zugeführt werden. Zum Zuführen des Matrixmaterials 9 weist die Zuführeinheit 7 einen Statikmischer 56 auf, in den die einzelnen Komponenten des Matrixmaterials 9 über ein Komponentenzuführteil 57 zugeführt werden. Die Komponenten sind beispielsweise ein Basis- Harzansatz, ein Härter sowie eine Farbpaste. Die vermischten Komponenten sind mittels einer Filmdüse 58 aus dem Statikmischer 56 austragbar. Das durch die Filmdüse 58 ausgetragene Matrixmaterial 9 ist ein reaktiver Harzfilm.
Zum Austragen des Faser-Matrix-Gemisches 2 aus dem Mischspalt 6 weist die Austragseinheit 1 1 zwei den Bändern 23, 24 zugeordnete Austragselemente 59, 60 auf. Fig. 2 zeigt das Austragselement 59 in einer geschlosse- nen Stellung und das Austragselement 60 in einer geöffneten Stellung. Die Austragelemente 59, 60 weisen jeweils einen Lagerzapfen 61, 62 auf, der das zugehörige Austragselement 59, 60 in einen langen Hebelarm 63, 64 und einen kurzen Hebelarm 65, 66 unterteilt. Die kurzen Hebelarme 65, 66 bilden für die Austragsöffnung 12 jeweils eine Düsenbacke und begrenzen mit ihren Seitenwänden 67, 68 die Austragsöffnung 12. Die kurzen Hebelarme 65, 66 werden nachfolgend als Düsenbacken bezeichnet.
Die Austragselemente 59, 60 sind um die jeweils zugehörige Drehachse 31, 32 verschwenkbar an der Grundplatte 14 gelagert. Die Düsenbacken 65, 66 weisen zugehörige Ausnehmungen 69, 70 auf, in denen mittels Klemmelementen 71, 72 Abstreifbleche 73, 74 angeordnet sind. Die Klemmelemente 71, 72 sind mit den Düsenbacken 65, 66 verschraubt. Die Abstreifbleche 73, 74 sind zwischen den Klemmelementen 71, 72 und den Düsenbacken 65, 66 geklemmt und erstrecken sich in Richtung der Bänder 23, 24. Die Abstreifbleche 73, 74 liegen gegen das jeweils zugehörige Band 23, 24 an und bilden für das Faser-Matrix-Gemisch 2 Abstreifkanten 75, 76 aus, mittels denen das Faser-Matrix-Gemisch 2 von den Bändern 23, 24 abstreifbar ist.
An den freien Enden der langen Hebelarme 63, 64 sind zur Einstellung der Breite B A der Austragsöffnung 12 Linearantriebe 77, 78 schwenkbar befestigt. Die Linearantriebe 77, 78 sind weiterhin an zugehörigen Auslegern 79, 80 schwenkbar befestigt, die beidseitig an der Grundplatte 14 angeordnet sind und in der x- ichtung verlaufen. Durch Betätigung der Linearantriebe 77, 78 ist der Abstand in z-Richtung zwischen den Auslegern 79, 80 und den freien Enden der Hebelarme 63, 64 veränderbar, wodurch die Düsenbacken 65, 66 um die zugehörigen Drehachsen 31, 32 verschwenkt werden und sich die Breite B A der Austragsöffnung 12 verändert. Dies ist beispiel- haft in Fig. 2 gezeigt, in der der Linearantrieb 77 betätigt und die zugehörige Düsenbacke 65 verschwenkt ist, wohingegen der Linearantrieb 78 nicht betätigt und die zugehörige Düsenbacke 66 nicht verschwenkt ist. Im nicht verschwenkten Zustand der Düsenbacken 65, 66 ist die Breite B A der Austragsöffnung 12 maximal, wohingegen die Breite B A im verschwenkten Zustand der Düsenbacken 65, 66 minimal ist. Die Linearantriebe 77, 78 können elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein. Die Linearantriebe 77, 78 sind an die Steuereinheit 54 angeschlossen und werden durch diese angesteuert. Die Seitenwände 67, 68 der Düsenbacken 65, 66 sind in ersten Abschnitten 82, 83, die dem Mischspalt 6 zugewandt sind, als mehrheitlich konvex gekrümmter Kurvenzug ausgebildet, wohingegen sie in zweiten Abschnitten 84, 85, die den ersten Abschnitten 82, 83 in Transportrichtung 48 nachgeordnet sind, im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sind. Der mehrheitlich konvex gekrümmte Kurvenzug weist mehrere unterschiedliche Krümmungsradien auf. Die ersten Abschnitte 82, 83 verjüngen sich aufgrund ihrer Ausbildung in Transportrichtung 48 und bilden somit für das Faser- Matrix-Gemisch 2 eine Einführöffnung aus, die das Einführen in die Aus- tragseinheit 1 1 erleichtert. Die zweiten Abschnitte 84, 85 weisen an ihren Enden Abrisskanten 86, 87 zum sauberen Austragen des Gemisch-Stranges 13 in der eingestellten bzw. geregelten Dicke auf. Die Abstreifkanten 75, 76 weisen von den zugehörigen Abrisskanten 86, 87 in der Transportrichtung 48 einen Abstand L R auf. Der Abstand L R wird nachfolgend auch als Reiblänge bezeichnet. Die Reiblänge L R ist vorzugsweise kleiner als 80 mm, insbesondere kleiner als 60 mm und insbesondere kleiner als 40 mm. Die dem Faser-Matrix-Gemisch 2 zugewandten Oberflächen der Abstreifbleche 73, 74 und der Düsenbacken 65, 66 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ihr Reibwert kleiner als 0,5, insbesondere kleiner als 0,35 und insbesondere kleiner als 0, 15 ist.
Unterhalb der Austragsöffnung 12 ist ein drehantreibbares Transportband 81 zum Aufnehmen und Abtransportieren des ausgetragenen bandförmigen Gemisch-Stranges 13 angeordnet.
Mittels der Zuführeinheit 7 werden die Fasern 8 und das gemischte Matrixmaterial 9 in die Zuführöffnung 10 eingeführt. Die Bänder 23, 24 der als Doppelbandmaschine ausgebildeten Mischvorrichtung 1 werden mittels der Umlenkwalzen 17, 20 derart drehangetrieben, dass die Bandgeschwindig- keit vi größer als die Bandgeschwindigkeit v 2 ist. Hierdurch wird im
Mischspalt 6 eine Scherkraft auf das Faser-Matrix-Gemisch 2 erzeugt, die die Durchmischung und Imprägnierung der Fasern 8 mit dem zähflüssigen Matrixmaterial 9 verbessert. Dadurch, dass sich der Mischspalt 6 in Trans- portrichtung 48 keilförmig verjüngt, nimmt der Druck im Mischspalt 6 in Transportrichtung 48 zu, sodass eingeschlossene Luft gegen die Transportrichtung 48 durch die Zuführöffnung 10 entweicht. Die Zuführöffnung 10 sowie die Spaltbreite B s kann während des Betriebs der Mischvorrichtung 1 durch Verlagern der Umlenkwalze 17 und der Stützwalzen 49 eingestellt werden. Im Mischspalt 6 werden die Fasern durch Fließpressen mit dem Matrixmaterial 9 vermischt und imprägniert, wobei die Faserlänge erhalten bleibt. Zur Bandführung wird die Spannung der Bänder 23, 24 während des Betriebs durch Verlagern der Umlenkwalzen 19, 22 geregelt.
In der Austragseinheit 1 1 wird das Faser-Matrix-Gemisch 2 von den Bändern 23, 24 mittels der Abstreifkanten 75, 76 der Abstreifbleche 73, 74 abgestreift. Das Abstreifen wird dadurch erleichtert, dass die Umlenkwalzen 18, 21 einen vergleichsweise kleinen Durchmesser D 2 haben und die Bän- der 23, 24 mit einem entsprechend kleinen Radius umgelenkt werden. Dadurch, dass die Düsenbacken 65, 66 um die Drehachsen 31, 32 verschwenkbar sind, bilden diese eine einstellbare bzw. regelbare Düse. Die Breite B A der Austragsöffnung 12 ist somit durch Verschwenken der Düsenbacken 65, 66 einstellbar, sodass die Dicke D s des ausgetragenen Ge- misch-Stranges 13 einstellbar bzw. regelbar ist. Dadurch, dass die Abstreifbleche 73, 74 an den Düsenbacken 65, 66 angeordnet sind, verschwenken diese mit den Düsenbacken 65, 66 mit, sodass in jeder
Schwenkstellung ein sicheres Abstreifen der Bänder 23, 24 gewährleistet ist. Die Spaltbreite B s wird so gewählt, dass der Bandtransport für den Dü- senaustrag durch die Düsenbacken 65, 66 dominant ist, um den Austrag des Gemisch-Stranges 13 zu gewährleisten. Die Spaltbreite B s ist vorteilhafterweise im Bereich von 0,4 bis 2,0 mm und die Dicke D s des Gemisch- Stranges 13 im Bereich von 2,0 bis 20,0 mm einstellbar. Ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Düsenbacken 65, 66 kann die Breite B A der Austragsöffnung 12 durch Verschwenken der Düsenbacken 65, 66 vergrößert werden. Durch die in Form eines mehrheitlich konvex gekrümmten Kurvenzuges ausgebildeten ersten Abschnitte 82, 83 bleibt die sich in Transportrichtung 48 verjüngende Einführöffnung erhalten. Gleichzeitig wird die Kontaktfläche der Düsenbacken 65, 66 mit dem Gemisch- Strang 13 auf den im Querschnitt engsten Bereich reduziert, der von den ersten Abschnitten 82, 83 begrenzt wird. Die nachfolgenden zweiten Abschnitte 84, 85 bilden einen vergleichsweise größeren Querschnitt der Düse aus, sodass diese im Wesentlichen nicht mit dem Gemisch- Strang 13 in Kontakt sind. Hierdurch wird ein kritischer Staudruck in der Aus- tragseinheit 1 1 , der zu einem seitlichen Austreten des Faser-Matrix- Gemischs 2 aus dem Mischspalt 6 oder der Austragseinheit 1 1 führen würde, vermieden. Durch ein Verschwenken der Düsenbacken 65, 66 in umge- kehrter Richtung können die Abrisskanten 86, 87 gegeneinander in Anlage gebracht werden, sodass die Austragsöffnung 12 verschlossen wird.
Durch die kurze Reiblänge L R , die strömungsgünstige Ausgestaltung der Düsenbacken 65, 66 und die reibwertmindernde Oberflächenausführung der Abstreifbleche 73, 74 sowie der Düsenbacken 65, 66 ist der Fließwiderstand bzw. der Austragswiderstand der gebildeten Düse gering.
Der ausgetragene Gemisch- Strang 13 weist die gewünschte Dicke D s auf und kann als SMC-Halbzeug unmittelbar zu einem Endprodukt weiterver- arbeitet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Bei der Austragseinheit 1 la der Mischvorrichtung la ist lediglich das Austragselement 59 verschwenkbar. Das Austragselement 60a ist fest an der Grundplatte 14 angeordnet, sodass die zugehörige Düsenbacke 66 nicht verschwenkbar ist. Die Einstellung der Breite B A der Austragsöffnung 12 erfolgt ausschließlich durch Verschwenken des Aus- tragselementes 59. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Stützwalzen 49 der Mischeinheit 4b in z- ichtung derart an der Säule 15 angeordnet, dass - mit Ausnahme der letzten Stützwalze 50 - die Stützwalzen 50 jeweils zwischen zwei zugehörigen Stützwalzen 49 ange- ordnet sind. Hierdurch wird ein mäanderförmiger Verlauf der Bänder 23, 24 und somit des Mischspaltes 6 erzielt. Durch den mäanderförmigen Verlauf wird bei gleichem Bauraum die Spaltlänge L s des Mischspaltes 6 verlängert, wodurch die Durchmischung und Imprägnierung der Fasern 8 verbessert wird. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die voran- gegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c. Die Mischeinheiten 4c und 5 der Mischvorrichtung lc sind entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Hierdurch wird ein mäanderförmiger Verlauf des Mischspaltes 6 erzielt. Die Austragseinheit 1 lc ist entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Einstellung der Breite B A der Austragsöffnung 12 erfolgt somit ausschließlich durch Verschwenken des Austragselementes 59, da das Austragselement 60c fest an der Grundplatte 14 angeordnet ist. Hin- sichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Be- zugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten d. Die Austragseinheit 1 ld der Mischvorrichtung ld weist Düsenbacken 65d, 66d auf, deren Seitenwände 67d, 68d im zweiten Abschnitt 84d, 85d zurückspringend ausgebildet sind. Durch die zurückspringende Ausbildung der zweiten Abschnitte 84d, 85d bilden die ersten Abschnitte 82, 83 an ihren Enden die Abrisskanten 86d, 87d aus. Die nachgeordneten zweiten Abschnitte 84d, 85d begrenzen zwischen sich, insbesondere auch in einer Schließstellung der Düsenbacken 65d, 66d einen Freiraum 88. Durch die zurückspringenden Abschnitte 84d, 85d wird einerseits die Reiblänge L R bzw. die Kontaktfläche der durch die Düsenbacken 65d, 66d gebildeten Düse auf ein mechanisch erforderliches Minimalmaß verkürzt, sodass der Fließwiderstand des Gemisch-Stranges 13 zwischen den Düsenbacken 65d, 66d und den Abstreifblechen 73, 74 auf ein Mini- mum reduziert wird. Hierdurch wird ein kritischer Staudruck, der zu einem seitlichen Austreten des Faser-Matrix-Gemisches 2 führen würde, vermieden. Durch die Abrisskanten 86d, 87d und den nachgeordneten Freiraum 88 wird ein kraftoptimiertes und sauberes Schließen der Austragsöffnung 12 gewährleistet. Die Austragseinheit 1 ld kann mit jeder der vorangegangenen Mischvorrichtungen 1 , 1 a bis 1 c kombiniert werden. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.