用于抽取卷繞狀復(fù)合部件的纖維的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于抽取纖維的方法及設(shè)備、特別是用于執(zhí)行這種方法的設(shè)備，所述 纖維嵌入樹脂基體中而形成具有主軸線的卷繞狀復(fù)合部件，其中，纖維在主軸線的方向上 形成多個(gè)相鄰卷繞匝。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)已知的方法，根據(jù)纖維復(fù)合部件的加工狀態(tài)和其纖維類型如干碳纖維碎片、 預(yù)浸材料以及壽命終止部分對(duì)纖維復(fù)合部件進(jìn)行壓碎和分類。然后，使壓碎和分類的復(fù)合 部件暴露于熱解處理。由于熱解處理，基體熔化并且因此纖維從基體中釋放出來。壓碎的 纖維然后可以被用于構(gòu)建新的復(fù)合部件、特別是非結(jié)構(gòu)性復(fù)合部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是規(guī)定一種用于抽取纖維的方法，所述纖維嵌入樹脂基體中而形成 卷繞狀復(fù)合部件。此外，本發(fā)明的目的是創(chuàng)建一種用于抽取纖維的設(shè)備、特別是用于執(zhí)行該 方法的設(shè)備，所述纖維嵌入樹脂基體中而形成卷繞狀復(fù)合部件。
[0004] 用于抽取纖維的發(fā)明方法包括下述步驟，其中所述纖維嵌入樹脂基體中而形成具 有主軸線的復(fù)合部件，其中，纖維在主軸線的方向上形成多個(gè)相鄰的卷繞匝：
[0005] ?將復(fù)合部件定位在沿主軸線的方向延伸的保持器上，
[0006] ?通過熱解處理生成無樹脂纖維結(jié)構(gòu)，
[0007] ?通過從纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部指向外部的支撐壓力支撐纖維結(jié)構(gòu)，
[0008] ?尋位和抓取纖維的自由端，以及
[0009] ?解繞纖維。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的方法使嵌入卷繞狀復(fù)合部件中的長(zhǎng)纖維能夠回收利用。纖維例如碳 纖維、玻璃纖維以及芳綸（Aramid? )纖維于是可以重新用于卷繞新的復(fù)合部件特別是 結(jié)構(gòu)性部件。
[0011] 有利地，為了避免在熱解處理期間卷繞匝的混合特別是纏結(jié)，復(fù)合部件水平地對(duì) 齊。此外，當(dāng)復(fù)合部件在其整個(gè)長(zhǎng)度上支撐在保持器上時(shí)是優(yōu)選的。由此，在基體分解之后， 卷繞匝可以在保持器上以卷繞匝的初始定向彼此相鄰地放置。
[0012] 為了減少用于抽取纖維的周期時(shí)間，熱解可以連續(xù)地進(jìn)行。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方式中，為了在解繞纖維前支撐纖維結(jié)構(gòu)，在移除保持器之前，在纖維 結(jié)構(gòu)中沿著主軸線定位用于生成支撐壓力的芯元件。本實(shí)施方式使芯元件能夠可靠地定位 在纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
[0014] 在替代性實(shí)施方式中，在纖維結(jié)構(gòu)中沿著主軸線定位用于生成支撐壓力的芯元 件，其中，移除保持器和通過芯元件支撐纖維結(jié)構(gòu)同時(shí)地進(jìn)行。與上述實(shí)施方式相比，替代 性實(shí)施方式由于在一個(gè)步驟中進(jìn)行了芯元件的定位和保持器的移除，使芯元件能夠更快地 定位在纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，纖維結(jié)構(gòu)的自由端的尋位/位置確定和抓取通過充電進(jìn)行。 由此，電勢(shì)差施加至纖維結(jié)構(gòu)并且施加至抓取器從而使自由端能夠可靠且快速地尋位。
[0016] 根據(jù)替代性實(shí)施方式，纖維結(jié)構(gòu)的自由端的尋位和抓取通過容易執(zhí)行的使纖維結(jié) 構(gòu)繞主軸線旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，用于抽取纖維的設(shè)備包括用于接納復(fù)合部件的保持器、用于執(zhí)行熱 解處理以生成無樹脂纖維結(jié)構(gòu)的爐、用于支撐纖維結(jié)構(gòu)的可膨脹的芯元件、用于纖維的自 由端的尋位和抓取的裝置、以及用于接納解繞的纖維的繞線筒，其中，所述纖維嵌入樹脂基 體中而形成具有主軸線的卷繞狀復(fù)合部件，其中，纖維在主軸線的方向上形成多個(gè)相鄰的 卷繞匝，特別地，該設(shè)備用于執(zhí)行本發(fā)明的方法。
[0018] 優(yōu)選地，保持器具有外部固定機(jī)構(gòu)和內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)，該外部固定機(jī)構(gòu)用于在第一 位置固定復(fù)合部件，該內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)用于在第二位置固定復(fù)合部件。由此，復(fù)合部件支撐在 優(yōu)選地彼此間隔開的至少兩個(gè)位置上。
[0019] 有利地，內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)結(jié)合在保持器頭部中，并且在主軸線的方向上是可伸展的。 通過這種方式，增強(qiáng)了保持器沿主軸線方向的延伸。由此，由于固定機(jī)構(gòu)可以刺入熔解的基 體，因此在熱解處理之后甚至位于保持器頭部的前方的卷繞匝也被支撐。
[0020] 為了將芯元件定位在纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，保持器可以具有用于接納芯元件的腔體。
[0021] 為了使保持器能夠穿過纖維結(jié)構(gòu)的卷繞匝而被移除，保持器頭部可以為錐形形 狀。
[0022] 替代性地，保持器頭部具有用于釋放芯元件的前開口。通過這種方式，為了將芯元 件定位在纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，保持器可以向后移動(dòng)，因而防止了纖維結(jié)構(gòu)卷繞匝的移位。
[0023] 為了通過充電來尋位并且抓取纖維的自由端，用于尋位并且抓取纖維的自由端的 裝置可以包括用于提供直流電的電能量源、可移動(dòng)的抓取器以及用于使心軸和抓取器與能 量源相連接的接線。
[0024] 替代性地，為了通過旋轉(zhuǎn)來尋位并且抓取纖維的自由端，用于尋位并且抓取纖維 的自由端的裝置可以包括用于使芯元件繞主軸線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及定位在纖維結(jié)構(gòu)的 外側(cè)的抓取器。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施方式的其它優(yōu)點(diǎn)示例是進(jìn)一步的從屬權(quán)利要求的主題。
【附圖說明】
[0026] 在下文中，借助于動(dòng)態(tài)圖示更詳細(xì)地闡述本發(fā)明的實(shí)施方式的優(yōu)選示例。在這 里：
[0027] 圖Ia示出了復(fù)合部件在保持器的一個(gè)實(shí)施方式上的定位，
[0028] 圖Ib示出了圖Ia中所示的內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)的放大圖，
[0029] 圖2是爐和用于將多個(gè)復(fù)合部件給送至爐以執(zhí)行熱解處理的傳送帶的立體圖，
[0030] 圖3示出了在熱解處理后定位在保持器上的復(fù)合部件的纖維結(jié)構(gòu)，
[0031] 圖4和圖5示出了芯元件在纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部的定位，
[0032] 圖6示出了纖維結(jié)構(gòu)通過芯元件的支撐，
[0033] 圖7a示出了復(fù)合部件在保持器的替代性實(shí)施方式上的定位，
[0034] 圖7b是圖7a中所示的內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)的放大圖，
[0035] 圖8示出了芯元件經(jīng)由替代性保持器在纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部的定位，
[0036] 圖9和圖10示出了芯元件經(jīng)由保持器的另一實(shí)施方式在纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部的定位，
[0037] 圖11示出了纖維結(jié)構(gòu)基于圖7和圖8中所示芯元件的支撐，
[0038] 圖12示出了用于尋位并且抓取纖維的自由端的裝置的第一實(shí)施方式，
[0039] 圖13示出了用于尋位并且抓取纖維的自由端的裝置的第二實(shí)施方式，
[0040] 圖14示出了纖維的自由端上的可視標(biāo)記，
[0041] 圖15示出了從芯元件上解繞纖維并且將纖維儲(chǔ)存在繞線筒上的步驟，以及
[0042] 圖16示出了儲(chǔ)存在繞線筒上的解繞的纖維。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 在下面的圖中，示出了用于抽取長(zhǎng)纖維1、特別是環(huán)狀連續(xù)纖維1的方法和設(shè)備， 所述長(zhǎng)纖維1嵌入樹脂基體2中而生成具有主軸線m的卷繞狀復(fù)合（材料）部件4,其中， 纖維1在主軸線m的方向上形成多個(gè)相鄰的卷繞匝。
[0044] 該方法的主要步驟是：
[0045] ?定位復(fù)合部件4 (圖Ia和圖Ib ;圖7a和圖7b)，
[0046] ?生成無樹脂纖維結(jié)構(gòu)8 (圖2和圖3)，
[0047] ?在熱解處理之后支撐纖維結(jié)構(gòu)8(圖4、圖5以及圖6 ;圖8 ;圖9、圖10以及圖 11)，
[0048] ?尋位/確定位置并且抓取纖維1的自由纖維端10(圖12、圖13以及圖14)，以及
[0049] ?解繞纖維1 (圖15和圖16)。
[0050] 首先，如圖Ia中所示，復(fù)合部件4水平地定位在沿主軸線m的方向延伸的保持器 12上。所示示例性復(fù)合部件4具有帶有一個(gè)開口 13的杯狀形狀，保持器12通過該開口 13 插入復(fù)合部件4中。例如，纖維1是碳纖維并且基體2由熱固性樹脂制成。
[0051] 在所示實(shí)施方式中，保持器12是具有形成腔體14的筒形空心本體和錐形形狀的 頭部15的心軸。保持器12具有與復(fù)合部件4的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的在主軸線m的方向上的延伸部。 因此，復(fù)合部件4在其整個(gè)長(zhǎng)度上承載在保持器12上。此外，保持器12具有外部固定機(jī)構(gòu) 16和內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)18。
[0052] 腔體14用于接納可膨脹芯元件34 (在圖4至圖9中示出）。腔體14在保持器12 的后端19處開口并且在保持器頭部15處封閉。
[0053] 外部固定機(jī)構(gòu)16在保持器12的后端19處定位成距保持器頭部15 -段距離。外 部固定機(jī)構(gòu)16包括用于將復(fù)合部件4固定至保持器12的外部區(qū)域的至少一個(gè)夾持元件。
[0054] 如圖Ib中詳細(xì)地示出的，內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)18部分地結(jié)合在保持器頭部15中，并且 因此定位成距外部固定機(jī)構(gòu)16 -段距離。在所示實(shí)施方式中，內(nèi)部固定機(jī)構(gòu)18包括在主 軸線m的方向上從頭部15給送的針狀銷20。銷20被定位在頭部15內(nèi)部的彈簧24沿離開 保持器12的方向偏置。借助于彈簧24,在沒有任何外部手動(dòng)支撐的情況下固定裝置18完 全自動(dòng)地工作。
[0055] 如圖Ia和Ib中所說明的，銷20壓靠復(fù)合部件4的內(nèi)表面26,由此彈簧24被加 載。通過這種方式，在熱解處理期間，銷20刺入復(fù)合部件4并且在保持器頭部15的前方的 區(qū)域中支撐被接納的纖維結(jié)構(gòu)8的卷繞匝27 (參見圖3)。借助于銷20,增大了保持器12 的長(zhǎng)度。
[0056] 第二，如圖2和圖3中所示，出于生成無樹脂纖維結(jié)構(gòu)8的目的，將定位在保持器 12上的復(fù)合部件4暴露于熱解處理?；旧希瑹峤馐窃诟邷叵聸]有氧氣參與的化學(xué)分解過 程。由于熱解處理，基體2從纖維1移除。
[0057] 如圖2中所示，設(shè)置有復(fù)合部件4的保持器12附接至傳送帶30的保持裝置28。 傳送帶30連續(xù)地給送通過爐32以執(zhí)行熱解處理。為了連續(xù)地處理多個(gè)復(fù)合部件4,傳送帶 30包括多個(gè)保持裝置28用于各自接納設(shè)置有復(fù)合部件4的保持器12。如通過機(jī)器人33 所示出，復(fù)合部件4的處置可以完全自動(dòng)地進(jìn)行。
[0058] 如圖3中所示，在熱解處理之后，無樹脂纖維結(jié)構(gòu)8靠置在保持器12和銷20上。 由于無樹脂纖維結(jié)構(gòu)8的水平對(duì)齊，卷繞匝不會(huì)混雜，而是處于其初始的彼此對(duì)齊。
[0059] 第三，如圖5至圖9中所示，為了使纖維結(jié)構(gòu)8對(duì)其解繞做準(zhǔn)備，纖維結(jié)構(gòu)8通過 從纖維結(jié)構(gòu)8的內(nèi)部指向外部的支撐壓力p支撐。支撐壓力p通過上述可膨脹芯元件34 施加。優(yōu)選地，芯元件34是連接至壓力源的可充脹的筒形壓力袋。為了在其整個(gè)長(zhǎng)度上支 撐纖維結(jié)構(gòu)8,芯元件34具有與纖維結(jié)構(gòu)8的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。
[0060] 根據(jù)圖4中所示的一個(gè)實(shí)施方式，在其后端19處芯元件34經(jīng)由輔助裝置36插入 保持器12的腔體14中。在所示實(shí)施方式中，輔助裝置36是與壓力源流體連接的管子。芯 元件34在輔助裝置36上成裂口，并且通過夾持裝置38使芯元件34以壓力密閉的方式固 定至輔助裝置36。
[0061] 如圖5中所示，在已經(jīng)將可膨脹芯元件34引入腔體14中之后，從纖維結(jié)構(gòu)8自內(nèi) 部移除保持器12。釋放外部固定機(jī)構(gòu)16并且使保持器12在主軸線m的方向上向前移動(dòng)并 且因此移動(dòng)穿過纖維結(jié)構(gòu)8。由于保持器12的錐形頭部15,避免了纖維結(jié)構(gòu)8