CN107530987B - 纤维放置机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建立纤维稀松布的纤维放置机（2）和方法，包括一用于沿着输入方向（x）输入工件（12）的工具台（23）；一用于敷设纤维（13）在工件（12）上的放置头（26）和一用于输入多个纤维束（13）到放置头（26）的纤维制备单元（42）；其中多个纤维束（13）在放置头（26）上组合成要敷设在工件（12）上的纤维带；其中所述放置头（26）可以相对于纤维制备单元（42）在敷设方向（y）上运动；其中，在所述放置头（26）上布置一用于可松开地夹紧纤维束（13）的夹紧装置（111），其中在利用放置头（26）以敷设行程向前牵引纤维束（13）以后，实现纤维带（13）区段在工件（12）上的敷设，由此在敷设纤维（13）在工件（12）上期间不从纤维制备单元（42）中牵引纤维（13）。

Description

纤维放置机

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的纤维放置机以及一种用于敷设纤维带在工件上的方法。本发明还涉及一个用于加工纤维-复合构件的方法。

背景技术

由文献WO 2009/042 225 A2已知一个用于建立纤维稀松布的纤维放置机。该纤维放置机具有三轴平台，它可以相对于纤维放置头围绕垂直旋转轴线旋转并且可以在两个方向上直线移动。在三轴平台上布置真空台，它作为光滑的工具表面。纤维放置头在真空台上方固定地布置在机架上，并且具有用于纤维带的导轨，它们利用直线致动器可以在垂直方向上位移，用于横向进给纤维带到工具表面。

发明内容

本发明的目的是，给出一种纤维放置机，它允许快速且无干扰地敷设纤维。

这个目的对于上述的纤维放置机通过权利要求1的特征得以实现。通过以敷设行程向前牵引纤维能够实现敷设，在敷设时在真正敷设之前从制备单元牵引纤维，其中大多从卷轴退卷纤维并且通过多个转向器导引。在紧接着的、直接敷设在工件上期间不必再从纤维制备单元牵引纤维。这种纤维进给分派能够优化放置头的各个运动分段。

关于工件在本发明意义上理解为每个衬垫，在其上平面地敷设纤维。这种衬垫尤其可以是平面的表面，例如以以后可去掉的薄膜或者载体表面的光滑覆层的形式，以后从载体上揭下纤维稀松布。局部完成的纤维稀松布或者其它的以纤维敷设的前级产品形成本发明意义上的工件。此外，所述衬垫可以是预成型的模具，在其中构成以后的纤维稀松布底面的确定形状。

各个纤维束在按照本发明的纤维放置机中共通地优选已经在其呈现在纤维制备单元里面时通过粘接剂覆层。这种预覆层的纤维能够特别受控地粘接或者说连接在纤维稀松布上，其中随时最佳地配量粘接剂量。为了改善粘接过程可以在放置头上尤其设有加热装置，例如以热辐射的形式。原则上输入预覆层的纤维到放置头与未覆层的纤维相比带来特殊的要求。因此，按照本发明的纤维放置机扩展结构对于覆层纤维的纤维输运可以特别地优化。这些粘接剂在专业领域也称为“基体（Matrix）”、。

关于可松开的夹紧装置理解为各种装置，它可以在夹紧状态施加足够的夹持力在纤维束上，用于使纤维束克服其摩擦阻力地可靠地从纤维制备单元拉出。

关于纤维制备单元在本发明的意义上理解为各种用于输出纤维束的储存区。那些纤维束尤其可以卷绕在可更换的卷轴上。所述纤维制备单元也包括纤维束的转向，利用它们输送到活动的放置头。由此可以很大程度地自由选择可更换的卷轴或者说卷轴库的定位。

所述卷轴在本发明的共通地优选的实施方式中配合在与退卷方向相反驱动的旋转轴上，其中旋转轴的驱动装置具有扭矩限制器。该扭矩限制器例如可以通过摩擦离合器或者也可以通过根据扭矩控制的电驱动装置实现。通过这种方式可以使那些纤维束在需要时、尤其在退卷期间保持在确定的预应力。

此外共通地优选，所述纤维制备单元具有一个或多个浮动料箱，用于在确定的应力下保持并均化纤维束的输运。

共通地有利的是，所述工件围绕轴线可摆动地容纳在纤维放置机里面，由此可调整地改变纤维相对于工件的敷设方向。根据需要工件的固定体也可以具有其它运动，例如在平行于敷设方向的平面里面。

在本发明的优选实施方式中，所述纤维制备单元位置固定地布置。这允许以良好的维护接触大量储存纤维束。特别优选、但是不必一定地使所述放置头正好只在一个平面中相对于纤维制备单元移动。这种限制放置头在一个平面中的运动以相对简单的措施实现纤维束在放置头与纤维制备单元之间的导引。

共通地优选地规定，所述夹紧装置在敷设纤维带区段期间松开。在此敷设以敷设行程向前牵引的纤维带长度，该长度定义在纤维制备单元与放置头之间的储存范围里面。在此所述放置头主要在运动的相反方向上移动，利用向前牵引纤维带实现这一点。

在共通地优选的本发明细节结构中，所述夹紧装置包括至少一个、特别优选两个相互间共同作用的夹紧辊。使用夹紧辊减少粘接剂耗损和纤维的堆积并且能够以简单的方式建立起动扭矩，用于在误功能时保护设备。特别优选，所述夹紧辊可以与向前牵引方向相反地配有空转。由此当在夹紧辊下游布置的输送机构已经为了敷设继续向前牵引纤维束时，所述夹紧辊例如还可以相向地顶压。在优选的细节结构中，所述夹紧辊只有在开始这种继续向前牵引以后不久才松开，用于总体上均化纤维导引。

共通地有利构成的放置头包括两个相互间成角度延伸的输入，其中利用第一输入导引第一组纤维束并且利用第二输入导引第二组纤维束到交叉部位，用于使两组纤维束组合成纤维带。在此纤维束组可以垂直于敷设方向以一个纤维束宽度错开地布置，布置组合的纤维束组例如可以利用压实辊均匀化，并且敷设在工件上。这种具有两个导轨的放置头在对准导轨方面优选基本相对于中心平面镜像对称地构成。

共通地地优选，所述纤维可以利用布置在放置头上的切割装置分开，其中所述切割装置包括许多可以独立控制的切割件，它们可以横交于敷设方向分割纤维的不同部分。由此各个敷设的纤维带的始端和/或末端一般可以在其形状上造型，由此也对于任意形状的工件都实现微小的纤维带边缘侧突出或错误状态。

在特别优选的改进方案中，所述切割装置在此具有用于操纵至少一切割件的致动件，其中该致动件与切割件分开地构成。特别优选，所述致动件布置在放置头的为了维修目的可拆下的上部件上。这种上部件例如可以相对于下部件向上摆动地构成，由此以简单的方式在下部件中接触到处于磨损下的切割件和必要时其它的放置头机械元件。不言而喻，在通过两个相互间成角度延伸的导轨构成放置头时最好在每个导轨上布置各自的上部件。所述纤维束尤其可以在上部件与下部件之间在放置头里面延伸。

有利地在所述放置头上设有至少一用于驱动进给的前输送辊，其中该前输送辊布置在夹紧装置与放置头的出口侧的压实辊之间。所述纤维束的驱动进给用于特别均匀地敷设纤维带。此外前输送辊用于输入在放置头里面切割的纤维带末端到工件，用于开始放置新的纤维带。

在共通地优选的本发明实施方式中，所述纤维放置机完全构造在机架上。这尤其允许简单地安装或更换整个纤维放置机在生产设备里面，无需将放置机拆卸成单个部件。这种构造还有助于集成纤维放置机到自动化的生产设备里面。

此外，所述纤维放置机有利地具有空调封闭的外壳。这在本发明的意义上这样理解，至少一包围工件的纤维放置机部位在外壳内部配有受控的空调。特别在放置纤维带期间且直接在放置纤维带之后这种空调对于良好的结果是重要的。在本发明意义上的空调也包括不影响空气湿度的单纯的温度控制。

为了可以方便地操纵纤维放置机，并且为了有助于集成到自动化的生产设备里面，所述工件优选布置在可自动输运的随行夹具上。关于随行夹具在本发明的意义上理解为各种可更换的工件支架。

在可能的改进方案中由此可以节省输运空间，载有工件的随行夹具表面以小于30度的角度相对于垂直面倾斜。这个垂直面尤其包括表面的垂直取向。通过这种方式可以充分利用生产车间的大的空间高度，无需在输运和输入具有工件的随行夹具时在宽度上占据直到许多位置。在这个意义上也还可以规定，所述敷设方向在一个平面中延伸，该平面以小于30度相对于垂直面倾斜。

本发明的目的通过一种用于放置纤维带在工件上的方法得以实现，包括步骤：

a．夹紧要敷设的纤维在放置头的夹紧装置里面；

b．所述放置头相对于纤维制备单元移动到起始位置，其中所述纤维以敷设行程从纤维制备单元中牵引出来；

c．松开夹紧装置；

d．所述放置头在敷设纤维在工件上的条件下从起始位置移动到最终位置，由此在敷设纤维在工件上期间不从纤维制备单元牵引纤维。

通过这个过程保证均匀地放置纤维在工件上，不会由于同时从纤维制备单元拉出而导入不期望的力。此外能够相互独立地调整纤维进给速度和放置速度，由此优化整个过程。在正常情况下在放置头的第一进入运动过程中拉出纤维，在这个过程中不接触工件。接着，放置头放置在工件上，由此利用向后的运动放置向前牵引的纤维在工件上。

特别优选利用按照本发明的纤维放置机执行本方法。在此按照本发明的纤维放置机的每个专有特征也适用于改进按照本发明的方法的各个特征。

所述纤维最好在步骤c以后利用驱动的前输送辊相对于放置头运动，其中所述纤维尤其不利用前输送辊从纤维制备单元中牵引出来。由此以简单的方式可以实现初始的进给，用于开始放置过程。

要指出，根据纤维放置机结构上的设计可以在上述的方法步骤之间设有任意数量的中间步骤。在所有整体规定的步骤范围内尤其必需保证，出现持久的任意形式的纤维固定，用于防止，纤维不受控地离开纤维放置头。

本发明的目的还通过一个用于加工纤维复合构件的系统得以实现，包括

至少一用于敷设纤维稀松布在工件上的第一纤维放置机；和

另一不同于纤维放置机的、用于修改工件的处理站，

其中所述工件利用自动化的输送装置不仅带到纤维放置机，而且带到另一处理站。

目前纤维放置机作为独立设备用于加工小批量的高度个性化的且费事的构件。为了在批量加工范围内实现工件的高产量，按照本发明安置纤维放置机在工件的自动化加工里面。

共通地优选按照本发明的系统的至少一纤维放置机构造为按照本发明的纤维放置机。但是按照本发明的系统共通地也可以具有多个不同结构形式的纤维放置机，用于优化工件加工工艺。

在特别优选的本发明实施方式中，所述系统包括第二纤维放置机，它在空间上与第一纤维放置机分开并且利用自动化的输送装置与第一纤维放置机连接。在此优选、但是不必一定的是，至少两个纤维放置机结构相同。

在第一可能的改进方案中，在此多个纤维放置机作为并联的处理站，它们在同时处理的工件上执行同一处理步骤。由此能够提高产量并且匹配于其它处理站的可能更高的产量。

在对此备选或者补充的实施方式中规定，多个纤维放置机作为连续的处理站在工件上先后执行不同的处理步骤。由此进一步优化工件的加工，并且尤其可以在纤维放置机里面在处理之间进行其它处理步骤。

所述系统共通地有利地包括至少一缓冲站，用于容纳、储存和再输出多个工件。这允许在高产量的自动化加工中明显改进的物流。优选使工件在缓冲站里面分别保留在其随行夹具里面。

在本发明的优选实施方式中，所述另一处理站包括至少一由变形装置、恒温室和/或涂漆装置中选择的处理站。这种处理站尤其为了加工汽车或飞机的批量部件有利地以自动化的形式与纤维放置机组合。

为了节省放置面积并且为了共通地改进的灵活性，所述自动化的输送装置优选包括加载装置，利用它能够只从一侧实现纤维放置机的加载和卸载。这允许构件按照死胡同的形式驶入和驶出纤维放置机。共通地有利地利用加载装置同时实现处理过的工件与未处理的工件的交换。

在此所述加载装置在本发明的优选细节结构中构造为旋转交换装置，它包括可旋转的固定器，用于容纳至少两个工件。

本发明还共通地地涉及一个纤维放置机，它与上述的加载装置组合，利用它能够只从一侧加载和卸载纤维放置设备。不言而喻，这种纤维放置机还可以包括上述纤维放置机的各种其它特征。

共通地优选所述纤维放置机的放置头可以在垂直的平面里面运动，其中在纤维放置机的该平面与加载路径之间的角度为0°至30°。这允许节省空间且尤其窄地构造的纤维放置机结构。特别优选加载路径与该平面以0°夹角地，即平行或者在一条线上地布置。所述放置头共通地有利地可以只在垂直平面里面运动。

关于加载路径共通地理解为尤其直线延伸的区段，用于在纤维放置机的外部范围与工件处理站之间自动化地输运工件。因此所述加载路径一方面是自动化的输送装置的一部分，另一方面是纤维放置机的一部分。

在可能的实施例中，所述纤维放置机的放置头可以在垂直的平面里面运动，其中所述纤维放置机的纤维卷轴库包括许多纤维卷轴，具有相互平行的卷轴轴线，其中在卷轴轴线与垂直平面之间的角度为60°至90°。这由于纤维卷轴库和相应的纤维导向的布置同样允许窄地构造的纤维放置机。特别优选角度约为90°。通过这种方式可以接近在一条直线中前后地布置加载路径、放置头和纤维卷轴库。尤其设有至少两个纤维卷轴库，它们分别附属于纤维束组，并且它们并排地定位。

上述的纤维放置机的扩展结构在放置头的运动平面、加载路径和/或卷轴的取向方面允许在结构上的构造和空间上的尺寸方面具有很大自由度。这尤其涉及纤维放置机的其它组成部分的布置，尤其是电控制单元和空调。

本发明共通地还涉及一种用于加工纤维复合构件的系统，包括至少一第一纤维放置机，用于敷设纤维稀松布在工件上；和

另一结构相同或不同的处理站，用于修改工件；

其中所述工件利用自动化的输送装置不仅带到纤维放置机，而且带到另一处理站，

其中所述输送装置包括加载装置，利用它能够只从一侧加载和卸载纤维放置设备。特别优选所述加载装置在优选的细节结构中构造为旋转交换装置，它包括可旋转的固定体，用于容纳至少两个工件。这种系统可以与上述系统的所有个性化特征组合。所述纤维放置机尤其可以是上述的纤维放置机。

由下面描述的实施例以及由从属权利要求给出本发明的其它优点和特征。

附图说明

下面描述并且利用附图详细解释本发明的多个实施例。在附图中示出

图1 按照第一实施例的用于加工纤维复合构件的系统示意图，具有多个相互平行布置的、用于加工纤维稀松布的纤维放置机，

图2 按照本发明的纤维放置机的立体图，尤其作为在图1中所示的系统的一部分，

图3 图2中的纤维放置机的俯视图，

图4 图3中的纤维放置机沿着剖面线IV-IV的立体剖面图，

图5 按照第二实施例的用于加工纤维复合构件的系统示意图，具有彼此串联布置的、用于加工纤维稀松布的纤维放置机，

图6 本发明的另一实施方式，其中设有用于纤维放置机的单侧的加载装置，

图7 图2中的纤维放置机的按照本发明的放置头的立体图，

图8 图7中的放置头，为了维修目的打开的位置，

图9 图8中的放置头的另一立体图和

图10 图7中的放置头沿着剖面线X-X的剖面图，

图11 图6中的实施方式的第一变体，

图12 图6中的实施方式的第二变体。

具体实施方式

下面利用图1至4描述本发明的第一实施例。用于加工纤维复合构件1的系统、下面也称为纤维放置设备，具有多个用于加工纤维稀松布3的纤维放置机2。纤维放置机2是结构相同的。在图1中纤维放置设备1例如具有六个结构相同的纤维放置机2，它们布置成两组。每组具有三个纤维放置机2，它们相互间平行地布置。为了自动化地加载和卸载纤维放置机2，纤维放置设备1具有输送装置4,5。输送装置例如具有多个输送溜板4，它们可以在导轨5上移动。导轨5具有加载区段6，它从接收位置7一直延伸到纤维放置机2的那个加载侧8。

在加载区段6上可以移动地布置至少一输送溜板4。导轨5还具有卸载区段9，它从纤维放置机2的那个卸载侧10一直延伸到存放位置11。在卸载区段9上可以移动地布置至少一输送溜板4。

利用输送装置4,5使工件12、即要放置纤维13的物体可以从接收位置7一直移动到加载侧8，并且放置了纤维13的工件12可以从卸载侧10移动到存放位置11。

工件12布置在随行夹具14上。纤维放置机2是结构相同的，由此下面仅仅描述一个纤维放置机2。

纤维放置机2具有机架15，具有机身16和布置在其上的横梁17,18。机身16基本在水平的x向上和与其垂直延伸的水平的y向上延伸。横梁17,18平行于y向延伸并且在x向上间隔地布置在机身16上。横梁17,18分别在两个端部上利用纵向支撑19在z向上布置在机身16上方。z向垂直于x和y向延伸，由此x，y和z向形成笛卡尔坐标系。

在机身16上布置两个x-导轨20，它们在x向上延伸并且在y向上相互间隔。在x-导轨20上支承x-溜板21，它可以利用x-驱动马达22沿着x向在加载侧8与卸载侧10之间移动。为此x-导轨20在x向上沿着整个机身16延伸。在x-溜板21上布置工具台23，它利用c-驱动马达24围绕垂直旋转轴线25摆动。垂直的旋转轴线25也称为c轴线。c轴线25平行于z向延伸。

工具台23利用x-溜板21仅仅在x向上直线移动。工具台23用于相对于纤维放置头26（下面称为放置头）定位各个工件12。为了机械地夹紧和松开随行夹具14与各自的工件12，工具台23具有多个夹紧单元27。在图3中简示出夹紧单元27。原理上公知夹紧单元27，并且例如构造为零点夹紧器15。夹紧单元27可以机电地、液压地或者气动地操纵。为了放置纤维13在各工件12的两维或三维的表面S上，放置头26在z向上可以定位在工具台23上方。

放置头26可以沿着y向并且沿着z向移动。为此在横梁17,18上支承y-溜板28，它沿着y向利用y-驱动马达29直线移动。溜板28支承在y-导轨30上，y-导轨布置在横梁17,18的顶面上。y-溜板28在横梁17,18之间延伸。为了放置头26在z向上移动，在y-溜板28上布置z-溜板31。z-溜板31支承在z-导轨32上并且利用z-驱动马达33沿着z向移动。z-导轨32平行于z向延伸并且在x向上相互间隔。

放置头26布置在z-溜板31上。放置头26最好可更换地固定。放置头26仅仅可以在y向上直线移动。放置头26不能在z-溜板31上摆动。

在未示出的、备选的实施方式中，放置头26可以附加或替代地围绕平行于x向延伸的旋转轴线摆动，即构成a轴。由此可以加工相对剧烈弯曲的三维的纤维稀松布3。

放置头26沿着z向利用z-溜板31以至少200mm、尤其以至少400mm、且特别优选以至少600mm直线移动。为了加工三维的纤维稀松布3这样构成纤维放置机2的控制单元34，使纤维放置头26在放置纤维13期间利用z-溜板31在其行程上以至少50mm、尤其以至少100mm且尤其以至少150mm直线移动。

为了使工具台23沿着x向移动在横梁17,18下方并且在各自从属的纵向支撑19之间构成用于工具台23的行驶孔35,36。为了自动加载工具台23与随行夹具14在加载侧8上布置第一随行夹具操纵单元37，而为了自动卸载模具随行夹具14与工具台23在卸载侧10上布置第二随行夹具操纵单元38。操纵单元37,38沿着x向在端部固定在机身16上。随行夹具操纵单元37,38构造为升降单元，它们用于抬起和下沉随行夹具14。

为此随行夹具-操纵单元37,38具有至少三个、尤其至少四个升降元件39。升降元件39具有活塞40，它在从属的缸41里面沿着z向位移。升降元件39可以机电地、气动地或者液压地操纵。尤其从属于各自的随行夹具操纵单元37,38的升降元件39利用控制单元34同步地操纵，以便抬起或下沉模具随行夹具14。

纤维放置机2为了制备要放置的纤维13具有纤维制备单元42。纤维制备单元42具有两个纤维卷轴库43,44，其中第一纤维卷轴库43在x向上布置在第一横梁17旁边，第二纤维卷轴库44布置在第二横梁18旁边。纤维卷轴库43,44在y向上在端部固定在机身16上。纤维卷轴库43,44分别具有多个用于纤维卷轴46的纤维卷轴固定体45。纤维卷轴46布置在各自的纤维卷轴固定体45上并且围绕各自的水平旋转轴47可旋转地支承。各自的水平旋转轴47平行于y向延伸。

纤维13分别从纤维卷轴以纤维束的形式导引到放置头26。在放置头上，在纤维带敷设在工件上之前，各个纤维束一起导引成纤维带并且均化。

纤维卷轴固定体的旋转轴47在此配有驱动装置，由此卷轴配合在与退卷方向相反驱动的轴47上，其中轴47的驱动装置具有扭矩限制器。扭矩限制器例如可以通过摩擦离合器或者也可以通过根据扭矩控制电驱动装置实现。通过这种方式可以在需要时、尤其在退卷期间使各个纤维束保持在确定的预应力下。

纤维或纤维束13通过导向辊形式的导向元件50输送到各自的浮动料箱48,49，它用于补偿作用于纤维13上的拉应力的变化。各自的浮动料箱48,49具有转向辊形式的转向元件51，它们可以沿着z向位移，并且利用重力预紧纤维13。转向元件51也称为浮动器。通过转向元件51的位移可以补偿动态效应，它们一方面由于纤维卷轴46的惯性引起，另一方面由于在放置纤维13期间切割各个纤维13的情况下不均匀地输送纤维13引起。纤维13通过导向辊形式的导向元件53偏转，并且从各自的纤维卷轴库43,44引出去。转向元件51的位置在浮动料箱48,49运行中调节。为此使用传感器52，它们获得转向元件51在z向上的偏转。在z向上的偏转围绕理论位置调节，通过纤维卷轴固定体45配有可调节的制动器。该制动器优选是反作用于卷绕方向的限制扭矩的驱动装置。

纤维13从纤维卷轴库43,44在x向上排出并且通过垂直布置的、构成垂直转向轴线的转向元件54偏转到y向。转向元件54构造为转向辊。转向元件54支承在机架55上，机架固定在纤维卷轴库43,44之间。在背离放置头26和纤维卷轴库43,44的y-溜板28一侧上布置转向辊形式的水平转向元件56，它们使纤维13首先从y向偏转到z向，并且接着从z向再偏转到y向。转向元件56构成水平的偏转轴线。在y-溜板与纤维卷轴库43,44之间在z-溜板31上方布置其它水平的转向元件57。转向元件57构成水平的偏转轴线并且使纤维13从y向偏转到z向的放置头26。转向元件57构造为转向辊。

纤维放置机2具有设备外壳58，它仅仅在图3和4中示出。设备外壳58限制内室59，在其中布置纵向支撑19与横梁17,18、y-溜板28、z-溜板31和纤维放置头26。设备外壳58向着加载侧8具有第一外壳孔60并且向着卸载侧10具有第二外壳孔60,61，它们可以通过各自的遮盖元件62密封地封闭和打开。外壳孔60,61和从属的遮盖元件62在图3中仅仅简示。遮盖元件62例如构造为门或者活动挡板。

为了内室59空调，纤维放置机2具有空调单元63，它布置在机身16上。由此总体上构成在本发明意义上的空调封闭的外壳58。

为了进入内室59在设备外壳58里面构成另外两个外壳孔64,65，它们在分别相邻的纵向支撑19之间通到内室59里面。外壳孔64,65利用门66封闭。

用于加工纤维复合构件1的系统和纤维放置机2的运行方式如下：

纤维放置机2利用输送装置4,5自动地通过随行夹具14加载，在随行夹具上布置要敷设的工件12。为此至少一输送溜板4从接收位置7在导轨5的加载区段6上一直移动到纤维放置机2的各个加载侧8。

这样实现加载，输送装置4,5输送随行夹具14到第一随行夹具操纵单元37。第一随行夹具操纵单元37最好位于抬起的位置。如果第一随行夹具操纵单元37不在抬起的位置，则这个随行夹具操纵单元在加载之前或之后转移到抬起的位置。各个纤维放置机2的加载在时间上与放置纤维13和/或卸载工具台23并行地进行。

在第一随行夹具操纵单元37在加载侧8上提供要敷设的工件12期间，利用放置头26加工纤维稀松布3。为此随行夹具14与布置在其上的工件12在工具台23上利用夹紧单元27夹紧。工具台23在放置纤维期间利用x溜板21沿着x向直线移动，并且为了实现所期望的纤维取向利用c-驱动马达24围绕旋转轴线25摆动。此外放置头26在放置纤维时利用y溜板28沿着y向移动，并且利用z溜板31沿着z向移动。

通过放置头26在z向上的移动在需要时也可以加工三维的纤维稀松布3。

在完成纤维稀松布3以后x溜板21在x向上移动到卸载侧10。在那里第二随行夹具操纵单元38位于下沉的位置。为了自动化地卸载随行夹具14利用夹紧单元27从工具台23拆下随行夹具。接着第二随行夹具操纵单元38的升降元件39从下沉的位置转移到抬起的位置，由此随行夹具14与完成敷设的工件12自动地从工具台23卸载。

接着x溜板21从卸载侧10移动到加载侧8，在那里第一随行夹具操纵单元37在抬起的位置准备接受下一随行夹具14。如果工具台23位于随行夹具14下方，则第一随行夹具操纵单元37的升降元件39从抬起的位置转移到下沉的位置，由此随行夹具14布置在工具台23上。接着利用夹紧单元27夹紧随行夹具14在工具台23上。现在工具台23为了下一放置纤维过程在x向上移动到放置头26，由此这个放置头可以开始新的放置纤维过程。

第一随行夹具操纵单元37的升降元件39为了新的加载又转移到抬起的位置。利用输送装置4,5实现纤维放置机2的自动卸载，输送装置从各自的卸载侧10转移到存放侧11。各个纤维放置机2的卸载在时间上与以随行夹具14和布置在其上的且要敷设的工件12加载工具台23和/或以纤维13敷设工件12并行地进行。为了卸载输送溜板4由第二随行夹具操纵单元38接收随行夹具14和布置在其上的工件12，并且从那个卸载侧10在导轨5的卸载区段9上移动到存放位置11。第二随行夹具操纵单元38的升降元件39在卸载以后转移到下沉的位置，由此工具台23又可以卸载。

空调的设备外壳58的外壳孔60,61主要利用遮盖元件62封闭，并且只有当工具台23从加载侧8移动到放置头26，或者从放置头26移动到卸载侧10，或者从卸载侧10移动到加载侧8的时候，才打开外壳孔。

当放置头26在y向上向着纤维卷轴库43,44移动的时候，单向地实现放置纤维13。在这个移动过程时在垂直的转向元件54与水平的转向元件56之间的距离缩短，由此在放置纤维过程期间无需从纤维卷轴库43,44牵引纤维13。由此可以相对快速地实现放置纤维。在纤维放置头26离开纤维卷轴库43,44返回移动时，纤维13为了下一放置纤维过程从纤维卷轴库43,44牵引出来。利用浮动料箱48,49补偿在纤维13拉应力中的变化。

下面利用图5描述本发明的第二实施例。与第一实施例不同，纤维放置机2以两个组相互串联地布置。这样构成导轨5，使输送溜板4通过各自的加载区段6和各自的卸载区段9移动到每个纤维放置机2的加载侧8和卸载侧10。各个纤维放置机2的纤维卷轴库43,44向着中间空间67布置。中间空间67通过两行纤维放置机2形成。在中间空间67里面例如布置具有纤维卷轴46的储存库，用于重新配备纤维卷轴库43,44。关于系统1和纤维放置机2的其它构造和其它功能请参阅前面所述的实施例。

共通地情况下适用如下：纤维放置机2能够放置由丝束材料和/或细丝束材料和/或干燥纤维13组成的纤维堆，它们可以配有粘接剂。对于所有实施例优选纤维13在本发明的意义上已经在纤维制备单元中以粘接剂覆层。

纤维13最好是碳素纤维和/或玻璃纤维。

纤维稀松布3可以通过任意的纤维取向和/或轮廓制成。纤维放置机2在功能上是自主的。

为了加载和卸载纤维放置机2，用于加工纤维复合构件的系统具有顶置的控制装置。纤维放置机2为了实现高产量尤其组合到流水线里面。那种纤维放置机2优选四轴地构成。

如果纤维放置头26围绕附加的a轴可摆动地构成（未示出），则那个纤维放置机2五轴地构成。

通过那种纤维放置机2不仅可以加工两维的纤维稀松布，而且可以加工三维的纤维稀松布3。放置头26可以在两个轴线中直线移动。尤其放置头26仅仅在两个轴线中直线移动，即在水平的y轴线和垂直的z轴线。因此放置头的运动正好在一个平面中进行，在这里该平面由y轴线和z轴线撑开。

工具台23可以在一个轴线中直线移动并且可以围绕旋转轴线23摆动。尤其工具台23仅仅在x轴线中直线移动并且可以围绕垂直的z轴线25摆动。这种轴线组合允许简单、灵活且高效地加工两维和三维的、具有任意的纤维取向和/或轮廓的纤维稀松布3。

自动地实现纤维放置机2和/或工具台23的加载。为此设有输送装置4,5和随行夹具操纵单元37。

相应地自动地实现工具台23和/或纤维放置机2的卸载。为此设有随行夹具操纵单元38和输送装置4,5。输送装置也可以这样构成，利用导轨本身移动工件12或者说随行夹具14。为此导轨构成例如辊式输送器或者带式输送器。因此无需输送溜板。随行夹具操纵单元37,38例如是随行夹具更换器。纤维放置机2为了加载和卸载可以从两个对置的侧面接触到。随行夹具14尤其可以通过纤维放置机2加载。通过输送装置4,5使纤维放置机2适合于组合到流水线里面。

通过纤维放置机2例如可以加工1500mm x 1500mm x 100mm尺寸的纤维稀松布3。这种纤维稀松布3例如在汽车工业中使用。本发明不局限于上述示例尺寸的纤维稀松布。

在按照图6的另一优选实施方式中，按照本发明的纤维放置机通过加载装置200与自动化的输送装置4,5连接，利用输送装置能够只从一侧实现纤维放置设备的加载和卸载。在此加载装置200形成在输送装置4,5里面的T形分支，由此随行夹具14与工件12可以按照死胡同的形式从分支运动到纤维放置机里面，并且从纤维放置机运动出来。

在此通过至少部分地在纤维放置机内部延伸的加载路径202实现在输送装置4,5的外部部件与在纤维放置机里面的加工位置之间的输运。加载路径202在其技术实现性上例如可以对应于上述的工具台沿着x轴线的导轨。在此加载路径202以直角从输送装置4,5分支，但是也可以是其它角度。加载路径202在共通地的实施方式中也可以作为输送装置的外部部件的直线延续。

具体地，加载装置200构造为旋转交换装置，它包括用于容纳至少两个工件12的可旋转的固定器201。在此工件12分别布置在其随行夹具14上。可旋转的固定器201按照旋转盘的形式可以在基本水平的平面里面旋转。在此可旋转的固定器为了提高产量可以同时以未处理的工件12从外部的输送装置4,5一侧加载，以及以处理过的工件从纤维放置机加载。接着固定器以180度旋转。然后可以通过输送装置4,5继续输运处理过的工件，并且未处理的工件可以通过加载路径202移动到纤维放置机2里面。

当然，可旋转的固定器也可以按照要求与两侧配备的纤维放置机2组合，如同上述且在图1至5中所示的那样。

在图6中示出的纤维放置机最好如同上面在图2至4中所述的那样包括放置头26，它正好可以在垂直布置的平面里面运动。放置头26由两个纤维卷轴库43,44供料。作为其它组成部分简示出电控制装置34和空调单元63的位置。在此加载路径202与垂直布置的放置头运动平面成90°直角地延伸。纤维卷轴47的卷轴或旋转轴线平行于垂直布置的平面延伸。

在图11中所示的第一变体中，工具台已经这样修改，使加载路径202平行于垂直布置的平面延伸，放置头26在该平面中运动。尤其加载路径202的中心轴线在垂直布置的平面里面延伸。纤维卷轴库43,44以及控制单元34和空调单元63的布置相应地相对于放置头保持相同，但是已经与放置头一起相对于自动化的输送装置4,5以90°旋转。

在图12中所示的第二变体中，附加地对于在图11中的变化纤维卷轴库43,44已经相对于放置头26以90°旋转。由此现在卷轴47以90°角相对于垂直布置的平面延伸。相应地纤维卷轴库43,44可以基本布置在与放置头26和与加载路径202一条线里面。这允许特别窄的纤维放置机2结构形式。

上述的纤维放置机组成部分、即多个纤维卷轴库43,44、空调单元63和电控制单元34共通地可以以任意的方式相对于放置头26和/或加载路径202布置。由此对于纤维放置机2外部尺寸、轮廓形状、维修入口或类似部件的位置可以适配于各自的要求。

对于在图1至图6中示出的系统中，纤维放置机2优选与至少另一处理站（未示出）组合，用于修改工件12，该处理站与上述的纤维放置机2不同。在此不仅可以是其它结构形式的纤维放置机，而且可以是处理站，它不用于敷设纤维在工件上。在此另一处理站利用自动化的输送装置4,5与纤维放置机2连接。

另一处理站尤其可以是变形装置、尤其是挤压装置，利用它工件12在衔接敷设纤维13的工作步骤中变形或挤压。

另一处理站替代或补充地是恒温室和/或涂漆装置。也可以是其它处理站，它尤其在飞机零部件或汽车零部件的自动化加工中使用。

对于在图1中示例示出的实施方式多个工件12在其各自的随行夹具14上的并行处理尤其是有利的。在此系统包括多个结构相同的纤维放置机2，它们在空间上相互分开并且利用自动化的输送装置4,5连接。在此，在工件12上进行的改变分别是一致的。

对于在图5中示例示出的实施方式中尤其有利的是，多个纤维放置机2作为连续的处理站在工件12上先后执行不同的处理步骤。所示的布置可以通过适合地控制输送装置4,5运行，例如作为两行并联的、布置在取出位置7与存放位置11之间的分别前后串联布置的三个纤维放置机2运行。在各自的行里面可以在同一工件12上先后进行不同的处理步骤。为此在各自的行里面也可以布置不同构造的纤维放置机。在行里面也能够与不同于纤维放置机的处理站组合。

取出位置7和/或存放位置11可以分别构造为缓冲站，用于多个工件12的容纳、储存和再输送。通过这种方式缓冲站11,12形成用于工件12在其随行夹具14上的中间储存器，由此以相应的节拍更好地组合到自动化的整体加工里面。

下面详细解释按照本发明的放置头26，它在上述的纤维放置机里面使用。

放置头26作为可更换的模块布置在另一纤维放置机2上。如上所述，放置头26可以在y向、下面也称为敷设方向上运动。此外放置头26可以在垂直于y向的z向上运动，用于放置在工件上或者从工件上取下来。因此，放置头26总体上正好在由y轴和z轴撑开的平面里面运动。

放置头具有两个相互间成角度延伸的输入101,102，其中利用第一输入101导引第一组纤维束13并且利用输入102导引第二组纤维束13到交叉部位103，用于使两组纤维束13组合成纤维带。在此每组包括八个纤维束，由此总体上16个纤维束13组成一个纤维带。

输入101,102以约15°的锐角相互延伸，由此使放置头26的中心部位104基本楔形地成形。在楔形部位104的每一侧上分别布置可拆卸的上部件105,106。上部件105,106为了维修的目的可以相对于中心部位向上摆动（见图8，图9）并且取下来。

两组纤维束13在放置头的输入端通过导向辊107,108分布在两个输入101,102上。在每个输入101,102里面以相同的方式移动两组纤维束13，由此放置头基于两个输入101,102基本对称地构造。

两组纤维束在横向上或者垂直于放置头的运动平面以一个纤维束宽度错开地导引，由此在交叉部位103在横向上第一组的纤维束13与第二组的纤维束13总是交替地导引到由此得到的纤维带里面。

纤维带直接在这种导引到一起以后通过布置在放置头端部的压实辊109移动，利用压实辊在放置在工件12上时顶压纤维带。

交叉部位103和压实辊109利用热辐射形式的加热装置118加热，由此激活预覆层的纤维粘接剂。

在输入101,102里面分别如下所述地作用于纤维束13上：

输入的纤维束13通过平行的导向槽110，它们布置在中心部位103的侧面上。在输送方向上纤维束首先穿过夹紧装置111，利用它纤维束13以受控的方式夹紧并且可以再松开。夹紧装置对于每个纤维束13包括布置在中心部位上的下夹紧辊112和布置在上部件上的上夹紧辊113。因此对于每个纤维束设有相互间一起作用的夹紧辊112,113副，在其间可以夹紧纤维束。

分别布置在上部件上的夹紧辊113为了可松开地夹紧与致动器14连接，通过致动器上夹紧辊13可以向着纤维束13和下夹紧辊112顶压。

夹紧辊副112,113还配有在纤维束13输送方向上的空转，由此也在夹紧状态中只出现与输送方向相反的夹紧作用。

前输送辊115在输送方向上布置在夹紧装置111后面。利用前输送辊115可以在输送方向上驱动地向前移动纤维束。前输送辊布置在夹紧装置111与放置头26的出口侧的压实辊109之间。

前输送辊115在此构造为两个共同作用的、分布在纤维束13组的整个宽度上的辊116,117副。前输送辊利用旋转驱动装置驱动。

切割装置119在放置头上布置在前输送辊115与出口侧的压实辊109之间。纤维或纤维素13组可以利用切割装置分开。为此切割装置119包括许多可以独立控制的切割件120，它们可以横交于敷设方向分开纤维的不同部分。在此对于每组的八个纤维束13的每个纤维束分别设有独立控制的切割件120。相应地独立控制的切割件允许已敷设的纤维带所期望的末端或始端形状。

切割装置119还包括致动件121，具有八个独立的致动器，用于个性化地操纵八个切割件120。在此致动件121与切割件120分开地构成并且布置在放置头26各自的上部件105,106上。而切割件120固定在中心部位104上。在上部件105,106向上摆动以后致动件121与切割件120脱离，由此以快速和简单的方式维修切割件120。

放置头26如下工作：

在敷设纤维带区段在工件12上以后纤维束13通过切割装置119分开，并且纤维束13的前端部位于切割装置部位里面。放置头26在敷设方向上在敷设行程的范围内最大程度地移动靠近纤维制备单元42的最后的空间固定的转向器56。然后，放置头26沿z向从工件抬升一个小的行程，由此使压实辊不再接触工件12。

然后夹紧要敷设的纤维束13在放置头26的夹紧装置111里面。

接着放置头26相对于纤维制备单元42在y向上以一个敷设行程移动到起始位置。在此由于夹紧纤维以该敷设行程从纤维制备单元42中牵引出来。

接着放置头26又在纤维制备单元的最后的转向器56方向上移动一段距离，其中前输送辊115驱动地输送纤维，直到纤维带达到压实辊109。在此由于放置头26的运动不从纤维制备单元42牵引纤维。在向前输送纤维的第一区段中夹紧辊还保留在夹紧状态，因为夹紧辊在纤维输送方向上具有空转。

接着松开夹紧装置。放置头26事先或接着下降到工件12上并且位于用于敷设纤维带的起始位置。工件必要时已经在这段时间里带到变化的位置或方位。

然后放置头26在敷设纤维13在工件12上的条件下从起始位置移动到最终位置。因为纤维束13事先已经从纤维制备单元42中向前牵引，在敷设纤维在工件12上期间不从纤维制备单元42中牵引纤维13.

当然，按照本发明的以敷设行程向前牵引纤维可以与卷轴库43,44的定位无关地实现。分别通过放置头相对于纤维制备单元42的最后的空间固定的转向器的运动实现以敷设行程牵引出来。相应地在很大程度上可以自由选择尤其卷轴库43,44相对于放置头26的定位。

Claims (20)

1.一种用于建立纤维稀松布的纤维放置机（2），包括

一用于沿着输入方向（x）输入工件（12）的工具台（23）；

一用于将纤维（13）敷设到工件（12）上的放置头（26）；和

一用于将多个纤维（13）输入到放置头（26）的纤维制备单元（42）；

其中多个纤维（13）在放置头（26）上组合成要敷设在工件（12）上的纤维带；

其中所述放置头（26）能够相对于纤维制备单元（42）在敷设方向（y）上运动；

其特征在于，

在所述放置头（26）上布置一用于能够松开地夹紧所述纤维（13）的夹紧装置（111），其中在利用放置头（26）以敷设行程向前牵引纤维（13）以后，实现了纤维（13）区段在工件（12）上的敷设，由此在将纤维（13）敷设在工件（12）上期间不从纤维制备单元（42）中牵引纤维（13）。

2.如权利要求1所述的纤维放置机，其特征在于，所述纤维制备单元（42）位置固定地布置。

3.如权利要求2所述的纤维放置机，其特征在于，所述放置头（26）正好只在一个平面中能够相对于纤维制备单元（42）移动。

4.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述夹紧装置（111）在敷设纤维（13）区段期间松开。

5.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述夹紧装置（111）包括至少一个夹紧辊（112,113）。

6.如权利要求5所述的纤维放置机，其特征在于，所述夹紧装置（111）包括两个相互间共同作用的夹紧辊（112,113）。

7.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述放置头（26）包括两个相互间成角度地延伸的输入（101,102），其中利用所述输入中的第一输入（101）导引第一组纤维（13）并且利用所述输入中的第二输入（102）将第二组纤维（13）导引到交叉部位（103），用于使两组纤维（13）组合成纤维带。

8.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述纤维（13）能够利用布置在放置头（26）上的切割装置（119）分开，其中所述切割装置（119）包括许多能够独立地控制的切割件（120），它们能够横向于敷设方向地分割所述纤维（13）的不同部分。

9.如权利要求8所述的纤维放置机，其特征在于，所述切割装置（119）包括用于操纵所述切割件（120）中至少一切割件的致动件（121），其中该致动件（121）与切割件（120）分开地构成。

10.如权利要求9所述的纤维放置机，其特征在于，该致动件（121）布置在放置头（26）的为了维修目的能够拆下的上部件（105,106）上。

11.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，在所述放置头（26）上设有至少一用于驱动地进给的前输送辊（115），其中该前输送辊（115）布置在夹紧装置（111）与放置头（26）的出口侧的压实辊（109）之间。

12.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述纤维放置机（2）完全地构造在机架（15）上。

13.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述纤维放置机（2）包括空调地封闭的外壳（58）。

14.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述工件（12）布置在能够自动地输运的随行夹具（14）上。

15.如权利要求14所述的纤维放置机，其特征在于，载有工件（12）的、随行夹具（14）的表面以小于30度的角度相对于垂直面倾斜。

16.如权利要求15所述的纤维放置机，其特征在于，所述敷设方向在一个平面中延伸，该平面以小于30度相对于垂直面倾斜。

17.如权利要求1或2所述的纤维放置机，其特征在于，所述各个纤维（13）卷绕在能够更换的卷轴（46）上，其中所述卷轴（46）配合在与退卷方向相反地驱动的旋转轴线（47）上，其中所述旋转轴线（47）的驱动装置具有扭矩限制器。

18.一种用于将纤维带放置在工件（12）上的方法，包括步骤：

a．将待被敷设的纤维（13）夹紧在放置头（26）的夹紧装置（111）里面；

b．所述放置头（26）相对于纤维制备单元（42）移动到起始位置里面，其中所述纤维（13）以敷设行程从纤维制备单元（42）中牵引出来；

c．松开所述夹紧装置（111）；

d．所述放置头（26）在将纤维（13）敷设在工件（12）上的条件下从起始位置移动到最终位置，由此在将纤维（13）敷设在工件（12）上期间不从纤维制备单元（42）牵引纤维（13）。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1或2中任一项所述的装置来实施。

20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述纤维（13）在步骤c以后利用被驱动的前输送辊（115）相对于放置头（26）运动，其中所述纤维（13）不利用所述前输送辊（115）从纤维制备单元（42）中牵引出来。

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