用于处理碳纤维束的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于处理碳纤维束的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 为了生产碳纤维半成品，使用所谓的粗纱，该粗纱是由数千至数万平行或具有轻 微捻转（保护性捻转以防止散开）的长丝（长纤维）构成的纤维束、纤维捆或复丝纱线，所 述粗纱被卷绕到卷筒、滚筒，或转筒上并且为了加工可被不断拉出。不同于断续的手工铺 设，这被称为在线方法。单丝直径通常为5~Sym。
[0003] 在在线加工碳纤维束时，常常需要加热初始产品（碳纤维）并且有时加热到高温。 已知通过使用烤箱、本生灯、热灯或其它辐射源进行加热。在此纤维在生产速度下穿过热 源，在此应通过改变温度和速度来调整纤维材料的加热。然而在这种方法中纤维材料的加 热往往不够均匀。这可导致生产过程期间的波动并且因此导致半成品产品的特性的差异。 热输入也可能过于集中于点或总体上过强，以致纤维可能损坏。基于高的热损失，所述方法 的能量效率也不尽如人意。
【发明内容】
[0004] 本发明的任务在于，提供一种用于加工碳纤维束的方法和装置，它们至少部分克 服现有技术的缺点。本发明的任务尤其在于，提供可良好控制的用于处理碳纤维束的方法 和装置，其允许均匀和温和地加热碳纤维束中的纤维材料，从而也可避免纤维损坏。本发明 的另一任务在于，减少加热纤维材料所需的能量消耗。
[0005] 上述任务至少在一些方面通过根据本发明的具有权利要求1特征的方法并且通 过具有权利要求6特征的装置得以解决。在此结合本发明装置所描述的特征和细节也适用 于本发明系统、本发明设备、本发明方法，并且反之亦然，并且可交替，因此始终可交替引用 本发明各方面的公开内容。
[0006] 本发明的第一方面涉及一种用于加热连续输送的碳纤维束的方法。根据本发明规 定，通过向碳纤维束中馈入电流来进行加热。
[0007] 无捻转或仅最小程度捻转的由碳制成的准长丝可理解为在概念"碳纤维束"之下。 当通过向碳纤维束中馈入电流来加热碳纤维束时，由这种材料制成的丝线的调温由内向外 进行，因此热量可均匀均质且因此温和地输入碳纤维束中。纤维中的温度梯度与从外部加 热时相反。
[0008] 当在馈入电流之前展开碳纤维束时，可改善与碳纤维束的接触，因为丝线分布在 宽面上。
[0009] 在一种优选实施方式中，加热进行到这样的温度上，该温度至少相应于处在碳纤 维束的纤维上的浆液或浸渍物的软化温度。当纤维的涂层软化（尤其是熔化）时，可简化 随后复合材料部件的制造，因为涂层例如可包含用于纤维复合体的基质材料。
[0010] 根据特别优选的实施方式，加热进行到这样的温度上，该温度至少相应于处在碳 纤维束的纤维上的浆液的分解温度。由此可去除供货状态中存在的浆液，如后续加工步骤 不需要涂层或需要其它涂层时。
[0011] 在一种优选扩展方案中，借助以下措施之中的至少一个措施控制或调节碳纤维束 的通过加热达到的最终温度：
[0012] -改变电压，在该电压下馈入电流；
[0013] -改变串联电阻器；
[0014] _改变碳纤维束的拉出速度；
[0015] -改变电流馈入点之间的距离。
[0016] 由此实现简单的可控性。
[0017] 本发明的另一方面涉及一种用于加热连续输送的碳纤维束的加热装置。根据本发 明的加热装置构造用于实施前述方法。
[0018] 在一种优选实施方式中，加热装置包括电压源和至少两个与电压源的相应极连 接、与周围绝缘的接触元件，所述接触元件构造用于与碳纤维束接触，使得在接触时与电压 源形成闭合电路。所述接触元件可具有接触辊和/或滑动触点。在本发明的意义中接触辊 也可理解为接触滚子。接触辊也可根据需要构造成凸形或凹形的。
[0019] 加热装置尤其是包括控制单元，该控制单元构造用于控制电压源。
[0020] 在本发明的一种优选扩展方案中，设置用于测量碳纤维束的最终温度的温度传感 器，控制单元构造用于接收温度传感器的输出信号并且通过采用以下措施之中的至少一个 措施调节碳纤维束的最终温度：
[0021] _控制电压源以便改变电压源的输出电压；
[0022] -控制可变电阻以便改变接触元件之间的电压；
[0023] -控制调节驱动装置以便改变接触元件之间的距离；
[0024] -控制驱动装置以便改变碳纤维束的拉出速度。
【附图说明】
[0025] 本发明其它特征、任务和效果由下述说明和附图给出。附图如下：
[0026] 图1为根据本发明一种实施例的加热装置的示意图；
[0027] 图2为根据本发明另一实施例的具有加热装置的碳纤维预处理设备的示意图；
[0028] 图3为根据本发明又一实施例的加热装置的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面参考【附图说明】本发明的实施例。在此多个附图中的相同或相似构件分别设有 相同或相似附图标记。除非明确或特别排除，否则参考一种实施例所描述的结构元件和特 征、目的和效果被视为可用于任一其它实施例中并且也应在相应另一实施例方面被视为是 公开的，即使它们未在那里被明确显示和/或说明。当然，附图应理解为示意性的并且其不 应在具体尺寸或比例方面进行限制，除非这被明确说明。
[0030] 借助辊接触的加热装置
[0031] 图1以示意图示出根据本发明第一种实施例的、用于加热碳纤维束2的加热装置 1。该加热装置1是未详细示出的输送装置的一部分，该输送装置包括一个或多个退绕辊、 一个或多个导向辊、存储辊和拉出辊，并且尤其是构造用于将碳纤维束2从退绕辊上拉出 并且以拉出速度V连续输送。
[0032] 加热装置1包括两个导向元件3、两个接触元件6、一个电压源5、一个控制单元6 和一个温度传感器7。
[0033] 电压源5具有可控或可调的串联电阻器8,并且构造用于提供电压U。串联电阻器 8通过分压电路实现，该分压电路包括一个固定内电阻8a、一个与固定内电阻串联的可变 串联电阻8b以及一个与所述电阻8a、8b并联的可变并联电阻8c。电压源5构造用于通过 改变串联电阻器8(可变电阻8b、8c)来调节为其预规定的电压。
[0034] 每个导向元件3具有轴承座9,该轴承座借助固定装置10固定在未详细示出的设 备机架或设备底座上。轴承座9具有轴承11，该轴承可旋转地支撑转向辊12。
[0035] 每个接触元件4具有壳体13,该壳体借助固定装置14固定在设备机架或设备底 座上。固定装置14构造成电绝缘的，并且因此也可被称为绝缘装置14。在壳体13上还设 有用于连接连接线的端子15。壳体13具有轴承16,该轴承可旋转地支撑接触辊17。这样 构造接触元件4,使得端子15与接触辊17电连接。为此，壳体13、轴承16和接触辊17由 导电材料制成并且彼此导电连接。当端子15的（未详细示出的）带电位的连接触点与壳 体13连接时，施加在连接触点上的电位也施加在接触辊17上。作为替代方案，滑动触点、 滚动触点或其它触点（未详细示出）可贴靠在接触辊17上并且与连接触点连接，从而施加 在连接触点15上的电位也施加在接触辊17上。
[0036] 每个接触元件4通过其端子15和连接线18与电压源5连接。因此在忽略电压损 失的情况下由电压源5提供的电压U施加在接触元件4的接触辊17之间。
[0037] 碳纤维束2通过转向辊12和接触辊17这样被导向，使得碳纤维束2在接触辊17 之间是自由的。碳纤维束2在接触辊17之间的自由长度被称为接触距离d。通过在此未详 细示出的装置，沿拉出方向（在图中从左向右）以拉出速度V连续输送碳纤维束2。
[0038] 由于碳纤维束2被引导经过接触辊17并且在接触辊之间是自由的并且包含在碳 纤维束2中的碳纤维是导电材料，因此电压源5通过碳纤维束2短路。因此电流I从一个 接触辊17经由碳纤维束2流向另一接触辊17。由此碳纤维束2在接触辊17之间根据加热 丝原理被流过的电流加热。
[0039] 电压源5通过测量导线19从温度传感器7获得温度信号。温度传感器7不失一 般性是红外传感器，其在第二接触元件4下游检测碳纤维束2并且发出相应于所测得碳纤 维束2温度T的温度信号。借助所测得的、通过温度信号代表的碳纤维束2温度T，控制器 6确定待设定的电压U并且通过控制导线20向电压源5发出代表待设定电压U的控制信 号。在一种变型方案中，电压源5向控制器6发出相应于所提供电压的电压信号，控制器6 由该信号计算出待设定的串联电阻器8或者说可变电阻8b、8c的电阻值并且向电压源5发 出相应的控制信号。由此这样调节温度，使得根据所测得的温度T以及温度T的（可在控 制器6上手动设定或可通过中央设备控制装置预规定的）规定值来改变电压源5的电压U。
[0040] 借助电流调温的预处理
[0041] 图2作为本发明另一种实施例示出碳纤维预处理设备21的示意性框图。该碳纤 维预处理设备21设置用于预处理和输送由多个粗纱2i合并的碳纤维束2以便进一步供应 给再处理装置。再处理装置例如可以是用于制备织物以便制造预浸料的织造装置、用于制 造管状半成品的拉挤成型装置、用于以短纤维或长纤维制造纤维