Устройство для изготовления армированного волокном изделия
Способ и устройство для изготовления изделия. Способ включает предоставление волокнистого материала, разделение волокнистого материала разделяющим роликом, имеющим ряд желобков, которые идут непрерывно по окружности разделяющего ролика, и отрезание волокнистого материала до желаемой длины.
Область техники, к которой относится полезная модель
Данное изобретение относится к устройству для изготовления изделия, содержащего волокнистый материал.
Уровень техники
Известны устройства для изготовления листовых (композитных) формовочных материалов с использованием ровингов (см., например, патент США 
7,691,223 или заявку на патент США 2010/0126412). В известных устройствах пучок волокнистого материала подается с соответствующего источника (катушки) непосредственно на режущий ролик для получения более коротких волокон ровингов. Недостатком таких систем является возможное запутывание волокон при их подаче на режущий ролик, а также формирование пучка волокон неравномерной или слишком большой толщины. Это, в свою очередь, может вызвать ухудшение свойств формованного изделия. Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является более равномерное распределение волокнистого материала, подаваемого на режущий ролик при изготовлении листового формовочного материала, содержащего ровинги.
Представленное устройство обеспечивает подачу волокнистого материала, разделение волокнистого материала разделяющим роликом и отрезание волокнистого материала до желаемой длины. Устройство включает в себя разделяющий ролик, режущий ролик и приводной ролик. Разделяющий ролик выполнен с возможностью вращения вокруг первой оси и имеет ряд желобков, которые проходят по окружности разделяющего ролика в основном параллельно относительно друг друга для разделения волокнистого материала. Режущий ролик расположен на расстоянии от разделяющего ролика и выполнен с возможностью вращения вокруг второй оси. Приводной ролик выполнен с возможностью вращения разделяющего и режущего роликов вокруг первой и второй осей.
Разделяющий ролик имеет ряд желобков, которые идут по окружности разделяющего ролика в основном параллельно относительно друг друга. Волокнистый материал разъединяется на пучки разделяющим роликом при вращении разделяющего ролика приводным роликом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид сбоку примера устройства для изготовления изделия.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе разделяющего ролика. Фиг.3 представляет собой вид в частичном разрезе разделяющего ролика, показанного на Фиг.2.
Фиг.4 представляет собой вид в частичном разрезе другого варианта разделяющего ролика.
Фиг.5 представляет собой блок-схему способа изготовления изделия. Осуществление полезной модели
В данном описании раскрыты подробные варианты осуществления данного изобретения; однако будет понятно, что раскрытые варианты осуществления являются лишь иллюстративными для данного решения, которое может быть воплощено в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе, некоторые признаки могут быть преувеличены или минимизированы, чтобы показать детали конкретных компонентов. К тому же, любой или все признаки одного варианта осуществления могут быть объединены с любым другим вариантом осуществления. Следовательно, определенные структурные и функциональные детали, раскрытые в данном изобретении, не нужно интерпретировать как ограничивающие, а только как представляющие основу для формулы изобретения и (или) представляющие основу для обучения специалиста в данной области различным применениям данного изобретения.
Согласно Фиг.1, показан вид сбоку устройства или установки 10, применяемой для изготовления изделия 12. Изделием 12 может быть формованный слоистый пластик на основе формовочного состава, которая может включать полимерное соединение 14 и множество ровингов 16. Ровинги 16 могут быть из волокнистого материала 18, который может быть углеродным волокном, стекловолокном, полимерными волокнами или подобными материалами, которые могут быть предназначены для армирования изделия 12.
Установка 10 может включать устройство 20 для получения ровингов 16. Устройство 20 может включать один или несколько источников 22 волокнистого материала, таких как катушка, на которую намотан волокнистый материал 18. Волокнистый материал 18 может быть предоставлен в виде ленты, при этом он может включать несколько волокон или филаментов, которые могут в целом проходить между концами ленты. Сами по себе волокна волокнистого материала 18 могут располагаться в основном параллельно друг к другу. Более того, по меньшей мере, некоторые из волокон могут проходить непрерывно между концами волокнистого материала 18 и могут быть неоднородными по отношению друг к другу.
Волокнистый материал 18 можно разматывать или подавать с источника 22 волокнистого материала вдоль или поперек одного или нескольких направляющих роликов 24, которые могут помогать ориентировать волокнистый материал 18 и (или) обеспечивать необходимую степень натяжения на волокнистом материале 18. Направление 26 подачи волокнистого материала 18 представлено стрелкой на Фиг.1.
Согласно Фиг.1 и 2, волокнистый материал 18 можно подавать с одного или нескольких направляющих роликов 24 на разделяющий ролик 30. Разделяющий ролик 30 можно сконфигурировать для разделения волокнистого материала 18 на несколько пучков 32. Разделяющий ролик 30 может позволить разделение материала, такого как толстые жгуты из углеродного волокна, на меньшие пучки или фактически на жгуты меньшего размера как часть непрерывного поточного способа изготовления. Такое уменьшение размера жгута может улучшить распределение материала и механические свойства формованного изделия, такого как панель из углеродного волокна или формованный слоистый пластик. Кроме того, толстые жгуты из волокон можно использовать в качестве исходного материала вместо более дорогого сырья на основе заготовок из тонких жгутов из волокон.
Согласно Фиг.2, один вариант осуществления разделяющего ролика 30 показан более детально. На Фиг.2 разделяющий ролик 30 разбит на фрагменты возле одного конца с целью лучшей демонстрации примерного поперечного сечения. К тому же, ради ясности вместо множества лент показана лишь одна лента волокнистого материала 18. Разделяющий ролик 30 может быть выполнен из любого подходящего материала, такого как металл в виде алюминия, стали или их сплавов. Более того, разделяющий ролик 30 может быть анодирован или снабжен поверхностным покрытием, таким как Teflon®, для уменьшения трения между волокнистым материалом 18 и разделяющим роликом 30 с тем, чтобы помочь волокнистому материалу 18 отсоединиться от разделяющего ролика 30 после разделения.
Разделяющий ролик 30 может иметь в целом цилиндрическое тело и может быть сконфигурирован для вращения вокруг оси вращения 34. Разделяющий ролик 30 может быть выполнен такого размера, чтобы вмещать множество лент или подач волокнистого материала 18. В одном типичном варианте осуществления разделяющий ролик 30 может иметь длину приблизительно девять дюймов (228,6 мм) и вмещать множество подач волокнистого материала 18 шириной около одного дюйма (25,4 мм).
Разделяющий ролик 30 может иметь внешнюю поверхность 40. Часть внешней поверхности 40 может быть снабжена рядом желобков 42. Ряд желобков 42 может быть отделен от противоположных концов разделяющего ролика 30 парой плоских граней 44 или поверхностями без желобков, которые идут от концов разделяющего ролика 30. Элементы ряда желобков 42 могут идти непрерывно по окружности разделяющего ролика 30. По существу, элементы ряда желобков 42 могут быть в целом размещены в основном перпендикулярно оси вращения 34 и могут быть расположены в основном параллельно относительно друг друга (т.е. желобки могут быть расположены в основном в параллельных плоскостях). Зубец 46 может быть расположен между смежными желобками 42.
Согласно Фиг.3 и 4, показаны увеличенные изображения разделяющего ролика 30 с различными вариантами осуществления ряда желобков 42. В каждом варианте осуществления разделение волокнистого материала 18 может начинаться после сцепления с разделяющим роликом 30 и может закончиться после или одновременно с отсоединением от разделяющего ролика 30.
На Фиг.3 ряд желобков 42 приведен в повторяющемся порядке. В этом варианте осуществления ширина каждого желобка 42 (идущего в направлении вдоль оси вращения 34) больше ширины каждого зубца 46. Например, каждый желобок 42 может иметь ширину приблизительно 0,04 дюйма (1 мм), а каждый зубец 46 может иметь ширину приблизительно 0,02 дюйма (0,5 мм), что дает в результате желобки 42, которые приблизительно в два раза шире зубцов 46. Желобки 42 могут быть выполнены определенной глубины (идущей радиально от окружности разделяющего ролика 30 к оси вращения 34), которая больше их ширины. В одном иллюстративном варианте осуществления желобки 42 могут иметь глубину приблизительно 0,05 дюймов (1,27 мм). По меньшей мере в одном варианте осуществления зубцы 46 могут иметь такую же высоту, что и плоские грани 44.
Каждая выемка 42 и зубец 46 могут быть сконфигурированы без острых кромок или углов с тем, чтобы способствовать разделению волокнистого материала 18 на пучки, в то же время препятствуя или сокращая количество разрывов отдельных волокон. Например, каждый зубец 46 может иметь вершину 50, которая округлена или снабжена сплошным закруглением для того, чтобы содействовать проталкиванию волокон в смежный желобок 42. Подобным образом, каждый желобок 42 может иметь закругление или поверхность с изгибом 52 на своем дне вблизи основания зубца 46. Закругление или поверхность с изгибом 52 на дне каждого желобка 42 может быть меньше, чем таковая на вершине 50 каждого зубца 46. По существу, дно каждого желобки 42 может включать плоскую часть 54. На дне каждого желобка 42 можно обеспечить меньшие закругления или поверхность с изгибом 52 для повышения объема или вместимости каждого желобка 42 и (или) для способствования замедлению забивания пучками желобков 42, в то же время повышая стойкость и технологичность зубцов 46.
На Фиг.4 ряд желобков 42' показаны в повторяющемся волнообразном порядке. В этом варианте осуществления ширина каждого желобка 42' приблизительно такая же, как и ширина каждого зубца 46'. Например, каждый желобок 42' и зубец 46' могут иметь ширину 0,02 дюйма (0,5 мм). По существу, желобки 42' и зубцы 46' могут быть в целом сконфигурированы в виде зеркальных отображений друг друга. Желобки 42' могут быть сконфигурированы глубины, которая больше их ширины. Например, каждый желобок 42' может иметь глубину приблизительно 0,125 дюймов (3,175 мм). Каждый желобок 42' и зубец 46' могут быть сконфигурированы без острых кромок или углов для того, чтобы способствовать разделению волокнистого материала 18 на пучки, в то же время препятствуя или сокращая разрывы отдельных волокон. Вершина 50' каждого зубца 46' и дно 52' каждого желобка 42' могут быть снабжены сплошным закруглением или поверхностью с изгибом. Эти сплошные закругления могут быть одинаковыми в одном или нескольких вариантах осуществления. Сплошное закругление на дне 52' каждого желобка 42' может способствовать облегчению высвобождения пучка 32 из каждого желобка 42' с препятствованием разрыву и повышением стойкости и технологичности зубцов 46'.
Снова, согласно Фиг.1, устройство 20 может также включать приводной ролик 60 и режущий диск или режущий ролик 62. Приводной ролик 60 может быть сконфигурирован для вращения вокруг оси вращения 64. Режущий ролик 62 может быть сконфигурирован для вращения вокруг оси вращения 66. По меньшей мере в одном варианте осуществления одна или несколько осей вращения 34, 64, 66 могут располагаться в основном параллельно друг к другу.
Приводной ролик 60 может быть сконфигурирован для сцепления и вращения разделяющего ролика 30 и (или) режущего ролика 62. Более конкретно, приводной ролик 60 может быть соединен с приводом, таким как электрический, пневматический или гидравлический привод, который может быть приспособлен для вращения приводного ролика 60 вокруг его оси вращения 64. Вращение приводного ролика 60 может затем вращать разделяющий ролик 30 и (или) режущий ролик 62 вокруг их соответствующих осей вращения 34 и 66. Такое расположение может обеспечить размещение разделяющего ролика 30 в непосредственной близости к режущему ролику 62 для уменьшения вероятности запутывания или расформирования пучков волокнистого материала 18 после того, как он был разделен на пучки 32. Приводной ролик 60 может быть сконфигурирован для вращения разделяющего ролика 30 в том же направлении, что и направление подачи 26 волокнистого материала 18 для того, чтобы способствовать поддержанию натяжения на волокнистом материале 18 и чтобы способствовать предотвращению забивания разделяющего ролика 30, как представлено стрелочкой, расположенной вокруг оси вращения 34 на Фиг.2.
Приводной ролик 60 может включать покрывающий слой 68, расположенный вокруг его наружной окружности. Покрывающий слой 68 может быть выполнен из эластичного материала, наподобие резины, для предотвращения износа и обеспечения желаемой величины трения об волокнистый материал 18 для того, чтобы способствовать проталкиванию волокнистого материала 18 и (или) чтобы предотвратить проскальзывание относительно разделяющего ролика 30 и (или) режущего ролика 62.
Режущий ролик 62 может содержать несколько лезвий или зубцов, которые разрезают пучки 32 на ровинги 16 с более короткими волокнами. Например, режущий ролик 62 может включать несколько расположенных на расстоянии друг от друга режущих кромок, которые сконфигурированы для разрезания пучков 32 об приводной ролик 60. Режущие кромки могут быть сконфигурированы для разрезания пучков 32 на любую желаемую длину, например, приблизительно 1-2 дюйма (от 25,4 мм до 50,8 мм) длиной. К тому же разрезание может осуществляться в виде сухого процесса без смачивания волокнистого материала 18 водой или другой жидкостью. Полученные ровинги 16 можно затем собрать и распределить на конвейерную ленту 70 и впоследствии обработать с формированием изделия 12.
Согласно Фиг.5, показана блок-схема примерного способа изготовления изделия 12. На этапе 100 материал, такой как волокнистый материал 18, можно подать на устройство 20, как описано ранее. На этапе 102 волокнистый материал 18 можно разделить или разъединить на пучки 32 разделяющим роликом 30, как обсуждалось выше. На этапе 104 пучки 32 можно разрезать на ровинги 16 более короткой длины. На этапе 106 можно изготовить композитный материал с помощью ровингов 16. В одном примерном варианте осуществления ровинги 16 можно поместить на снимаемую пленку 72, на которую нанесена полимерная паста 14. Примерная методология изготовления изделия описана в патенте США 7 691 223, который закреплен за патентообладателем данного изобретения и настоящим включается по ссылке в его полном объеме.
Несмотря на то что были проиллюстрированы и описаны варианты осуществления данного изобретения, не подразумевается, что эти варианты осуществления иллюстрируют и описывают все возможные формы данного изобретения. Точнее, слова, используемые в описании, являются словами описания, а не ограничения, и следует понимать, что могут быть сделаны различные изменения без отступления от сущности и объема данного изобретения.
1. Устройство для изготовления армированного волокном изделия, содержащее разделяющий ролик, выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси, причем разделяющий ролик имеет ряд желобков, которые проходят по окружности разделяющего ролика, по существу, параллельно друг другу для разделения волокнистого материала; режущий ролик, расположенный на расстоянии от разделяющего ролика и выполненный с возможностью вращения вокруг второй оси; и приводной ролик, выполненный с возможностью вращения разделяющего и режущего роликов вокруг первой и второй осей.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая и вторая оси расположены, по существу, параллельно друг к другу.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что глубина каждого желобка больше ширины каждого желобка.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый желобок включает нижнюю поверхность с постоянным закруглением кривизны.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый элемент ряда желобков отделен от смежного элемента ряда желобков зубцом, который проходит непрерывно по окружности разделяющего ролика.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что зубец содержит вершину с постоянным закруглением кривизны.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый желобок включает нижнюю поверхность с ровной частью, расположенной рядом с закруглением кривизны, расположенным в основании зубца.
