纤维条多重铺设头及用于铺设纤维条的方法

摘要

本发明涉及一种纤维条多重铺设头，其供应多根彼此独立铺设的纤维条，纤维条以期在区域(2)中被柔性材料辊压实，彼此独立的纤维条被引导穿过由本体(3)的结构性部分体限定的中空部，本体的侧面布置着组件，所述组件包括相应的主辊(4)，用于以与相应的切割系统(5)同步的方式牵拉纤维条。

说明书

技术领域

本发明涉及铺设碳纤维条、玻璃纤维条或类似物以形成叠层部件，其中用于实现上述功能的铺设头被设置成使得针对所述铺设的功能行为最佳化，本发明还涉及实现所述铺设的方法。

背景技术

在航空、风地、船用等建筑中，通常使用由紧实叠加的所谓复合材料层而形成的叠层部件，所述复合材料层由碳纤维条或玻璃纤维条构成，所述纤维条由为此研制的铺设头铺设。

属于The Ingersol Milling Machine Company的美国专利4696707、属于Cincinnati Milacon Inc的欧洲专利EP 0 333 010、同属于本发明的申请人的西班牙专利ES 9302506和ES 9402102等中涉及到这种类型的铺设头。

所述铺设头执行相应材料的条或带料的铺设，以在一侧逐渐进展的方式连续地重复这种铺设，直至将要被形成的表面的整个宽度被覆盖，其中被铺设的条或带料可以较宽，以便以最小的行程次数覆盖整个表面，其缺点是，在为定形叠层部件的边缘而形成的切割部，会浪费大量材料，特别是在所述边缘倾斜或不规则时。

作为替代，可以使用小宽度的条料，由此，通过单独地调节所用条料的长度以使其更好地相对于边缘确定其结束端，可以减少废料，并且所需的定形切割部减小了；然而，另一方面，在这种方案中，为覆盖整个铺设表面所需的运行次数增多了，因此工作时间增加，效率降低。

多重铺设头(multiapplicator head)被研制出来以解决这一问题，例如属于同一申请人的西班牙专利ES 200200524中所描述的，以使得每次运行组合铺设一组小宽度条料，利用作为整体的这些条料可以获得相当大的铺设宽度，所铺设的条料所贡献的长度彼此独立，这使得可以根据需要开始和结束每个条料的铺设，从而能够在需要时通过中断相应条带而实现部件边缘的定形，类似于其中存在空缺部，因而工艺过程几乎没有废料。

这种组合铺设多重条料的方案需要结合采用切割系统，其在需要中断条料时选择性地单独切断特定的条料，因此需要切割系统的致动与条料向铺设区域的循环运动之间具有完美的同步性。

发明内容

根据本发明，提出了所述铺设头的实施方式的改进措施，以使得所述铺设头能够同时铺设多重纤维条，所采用的特征使得所述铺设头在它们的应用中具有更有益的功能。

本发明的铺设头包括卷筒保持器，其中设有多个供应待铺设纤维条的卷筒，所述纤维条被彼此独立地引导至铺设区域，在此，纤维条被喷出，从而它们一起形成结合的带，利用在所述区域作用于纤维条的压力系统压实纤维条，在铺设区域前面设有选择性条切割系统。

在铺设区域作用于纤维条的压力系统包括辊，所述辊由柔性材料制成，以适应于被铺设纤维条的表面，所述辊被两个施加浮动压力的作动缸驱动，从而实现纤维条的完美均匀铺设。

在铺设头中，用作纤维条导向件的所述辊以成对的形式分布在相应的侧面组件中，由此相应纤维条移过一引导本体的侧面，与各功能性侧面组件相关地移动，每个侧面组件设有纤维条的牵拉主辊和纤维条切割系统。

所述侧面组件可以彼此独立地朝向外侧移动，从而方便了维护和清洁操作，以及将纤维条穿引通过相应的引导通道朝向铺设区域移动。

铺设头本体由结构性部分形成，结构性部分包括平行板材，板材之间设有分隔器，分隔器在作为组成元件的板材之间限定出中空部，纤维条被引导着穿过所述中空部而朝向铺设区域供给。设在板材之间的分隔器具有孔，通过这些孔喷射用作润滑剂的空气，以降低纤维条在被引导通过中空部时的摩擦。

组合在侧面组件中的切割系统以独立操作的方式对应于不同的纤维条朝向铺设区域移动的路径，以便在需要时选择性地切割每个纤维条以中断其铺设。

为此，可以采用这样的切割系统，其设有刀片，所述刀片在切割过程中与相应纤维条的纵向运动相配合，所述刀片布置在旋转支承体中，所述支承体设有一或多个刀片，对应于不同纤维条的相应通道区域，所述刀片的承载支承体的旋转运动与相应纤维条的运动同步化，这使得可以精确切割。

侧面组件的主辊由一组环构成，所述环以可运动的方式组装在一起，并且可以被彼此独立地驱动旋转，从而每个所述环可以抵靠着抵辊俘获一根纤维条以启动该纤维条的牵拉移动；通过传动机构或者任何机械、液压、电磁或其他可实现所述功能的方法，用于不同纤维条的相应切割系统彼此独立地与这些环环利同步化。

所述主辊的环具有外周凹部，所述凹部在面对着抵辊时可允许纤维条自由离开，从而可以利用计算机控制操作，通过所述主辊的驱动，在正常供应过程中，朝向铺设区域移动的纤维条是自由的，而在需要切割时，相应主辊的环被驱动而作一定角度的旋转，实现纤维条的俘获和牵拉，与此同时，相应的切割系统旋转，由此实现完全精确的切割，在执行所需的牵拉运动时保持纤维条固定，这使得能够以同步的方式实现纤维条的切割和重新启动过程，而不会降低程序设定好的速度。

利用所述铺设头铺设纤维条的方法也是本发明的对象，其中，由纤维条自由向前移动通过铺设头而到达压实辊的状态开始，主辊被加速直至达到与纤维条的向前运动同步的速度，此时，主辊利用其大直径区域俘获纤维条，在纤维条被主辊俘获的状态下，通过切割机构的同步化运动切割纤维条，然后，进行减速直至被主辊俘获的纤维条部分的向前运动停止，在达到这种状态后，通过使带有所俘获的纤维条的主辊加速而重新启动纤维条，直至达到铺设头在铺设部件上的向前移动速度，在所述速度下发放纤维条直至纤维条端部接触压实元件，再加上一个安全距离以确保纤维条端部正确粘着在纤维条铺设表面上，然后，主辊利用其小直径区域释放纤维条并且减速直至停止，以使得纤维条自由地向前移动通过铺设头。

由于前述措施，本发明的对象可以产生相对于具有相同功能的已有铺设头而言的确实有益的效果，具有可行性和有利的性能。

附图说明

图1示出了所提出的铺设头的前侧透视图。

图2示出了铺设头的局部剖视图，其中包括纤维条的切割区域和铺设区域。

图3示出了预期与切割系统组合的铺设头的本体部分的详细透视图。

图4示出了用于将纤维条朝向铺设区域牵拉的主辊的剖视图。

图5示出了由两个独立的环形成的主辊组件的致动系统的分解透视图。

图6示出了前述主辊组件组装时的剖切透视图。

图7示出了铺设头的功能性组件的示意图。

图8示出了铺设头的所述功能性组件的各部分之一的放大示意图。

图9示出了与前图所示类似的功能性组件部分的透视图。

图10示出了利用本发明的铺设头的功能性组件进行的纤维条切割操作的纵向展开示意图。

图11示出了用于将纤维条压实在铺设表面上的压实辊的透视图。

图12和13示出了本发明的对象的实际应用的两个例子。

具体实施方式

本发明的对象涉及一种铺设头，其用于利用碳纤维条、玻璃纤维条或其它类似物形成叠层部件，这些材料以多组成形铺设条料的形式铺设，所述铺设头采用了本发明的实施例中的各种特质，以改进其功能。

本发明的铺设头23被设置成与一或多个卷筒保持器24相组合，在所述卷筒保持器中设有用于供应待铺设纤维条1的卷筒，所述纤维条被分别单独地朝向铺设区域2引导，并在此被组合供应，以形成位于待形成部件的表面25上的铺设带料。

在实际配置中，用于供应纤维条1的卷筒在相应的侧面组件中成对布置，纤维条1由铺设头的本体3的设有相应侧面组件的侧面引导，所述侧面组件包括：主辊4，其可以执行将相应纤维条1朝向铺设区域2牵拉，以及切割系统5，利用其可以进行对纤维条1的单独的选择性切割，以中断其在相应部分中的铺设。

铺设头的本体3具有由平行板材构成的结构性部分，并且包括位于成员元件的板材之间的分隔器6，如显示于图2和3，从而在本体3的成员板材之间具有中空空间，纤维条1沿着朝向铺设区域2的路径被单独地引导穿过中空空间。

分隔器6设有孔，用作润滑剂的空气通过这些孔喷射，以降低纤维条在通过引导用中空空间时的摩擦。

主辊4由一组环4.1形式的辊形成，它们以轴向组件的形式布置，如显示于图4至6，所述环4.1借助于滚珠7而彼此独立地运行，从而不同的环4.1彼此独立地旋转，类似于轴承的不同部分。

形成每个主辊4的环4.1由相应的电机8以旋转驱动的方式彼此独立地驱动，轴9由电机穿过辊4的内部，并通过小齿轮10与相应的环4.1建立齿轮传动，从而分别单独地驱动所述环。

通过这种方式，主辊4的每个环4.1对应于纤维条1朝向铺设区域移动通过的区域，从而可以相对于相应的抵辊11启动相应的纤维条1的牵拉，从而向纤维条提供工艺所需的速度。

主辊的所述环4.1具有位于外周的凹部12，从而根据面对着抵辊11的外周区域，相应的纤维条1被俘获或不进入环4.1和抵辊11，以使得在纤维条1被俘获时获得加速或减速，并且在不发生俘获的区域对正时使纤维条自由地离开其通道。

在纤维条1的供给过程中，它们被引导至铺设区域2，在此，它们被压力系统推压在待铺设的表面上，从而在第一供给状态，纤维条1被主辊4的相应的环4.1朝向铺设区域2牵拉，这使得纤维条1获得所需的加速以达到铺设速度，接下来被铺设头本身的运动所牵拉，从而借助于铺设压力而自由地离开环4.1。

在铺设区域2作用于纤维条1的压力系统包括辊13，其由柔性材料制成，从而能够适应于纤维条1所铺设的表面，所述辊被两个施加浮动压力的作动缸驱动，由此实现纤维条1的完美均匀铺设。

每个侧面组件的切割系统5包括刀片14，它们可以在不同的纤维条1被引导至铺设区域2的通道区域中起作用，所述刀片14组合于相应的旋转支承体15中，如显示于图9至11，从而每个刀片14的旋转支承体15利用旋转耦合器16连接至相应主辊4的环4.1，由此每个刀片14相对于相应主辊4的相应的环4.1的驱动动作而言被同步驱动。位于刀片14的支承体15和相应主辊4的环4.1之间的旋转耦合器16可以是可建立同步化的机械、液压、电磁等任何类型的。

抵辊17在相应纤维条1的通道区域的另一侧布置在与刀片14所在位置相面对的位置，刀片14抵靠着该抵辊起作用而切割纤维条1，从而在所述切割过程中，刀片14的动作伴随着用于使被切割的纤维条1移动的运动，从而防止因粗糙或拖拽引起切割质量降低。

通过这种配置，利用将相应刀片14承载于纤维条1的不同通道区域的不同支承体15的旋转，在纤维条的铺设需要中断时，可以启动每个纤维条1的切割，这既可以在每个铺设行程结束时进行，也可以在不要铺设的中间区域进行，从而在连续的操作过程中以最小的材料浪费使得部件可以具有韧化轮廓，并且可以具有中空部或窗口部，而不需要降低操作速度，从而可以提高生产率。

为此，仅仅需要将主辊4的环4.1的凹部12和切割系统5的相应刀片14布置在适宜的相对角位置，由此通过对环4.1的旋转驱动进行编程控制而实现每个纤维条1的启动一切割一停止。

由于刀片14的旋转支承体15利用耦合器16连接着相应的环4.1，因此它们之间形成完美的同步机构，可以预计，每个环4.1的尺寸为承载着切割系统5的相应刀片14的支承体15的尺寸的n倍，从而环4.1每旋转一整圈可以进行n次启动一切割一再启动。

切割刀片14的旋转支承体15展开后的形式等价于诸如图10所示的长度，其中区域A、B、C、D、E、F、G代表执行切割的过程中的不同状态。

刀片14的支承体15的所述展开长度等于待切割纤维条1的最小长度，以便对应于下述状态的不同区域实现切割：

区域A：其中在接收到切割指令18后，环4.1以与待切割纤维条1的运动速度相对应的旋转速度启动。

区域B：其中环4.1的旋转使得纤维条1被俘获于所述环4.1的外周非凹陷区域与相应的抵辊11之间，刀片14的支承体15的旋转与此同时发生，由此刀片到达纤维条1，抵靠着相应的抵辊17形成切割部19，在切割过程中刀片14伴随着纤维条1运动。

区域C：其中一旦纤维条1被切割，纤维条就会借助于环4.1而减速直至停止，其中用于使电机8驱动所述环4.1的传动机构被切换，切断的纤维条1的前部随着铺设过程的继续而被牵拉，直至被沉积并压实在铺设表面上。

区域D：其中在接收到重新启动指令20后，环4.1启动而再次牵拉纤维条1并使其加速到铺设过程所需的供给速度。

区域E：其中一旦达到了所需的速度，纤维条1被引导至铺设区域2。

区域F：其中纤维条1再次到达铺设区域2，在此维持铺设过程本身所要求的一段距离，以确保正确的压实部21形成在铺设表面上。

区域G：返回到铺设过程的初始状态，以继续铺设纤维条1。

在承载着主辊4和相应切割系统5的侧面组件中，设有滑块22，它们可在导向件上滑动，以使得每个侧面组件可朝向本体3的外侧移动，这方便了必须进行的维护和/或清洁工作，以及将纤维条1穿过相应的通道中空部引向铺设区域2。