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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Formkerns
zum Ablegen von imprägnierten Fasern oder Gewebebändern
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1
und 10.
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Eine
solche Vorrichtung ist zum Beispiel aus der
EP 0 491 353 A1 bekannt.
Vorrichtungen dieser Art werden in sogenannten automatisierten Faseraufbring(Automated
Fiber Placement (AFP) oder automatisierten Bandlege(Automated Tape Laying(ATL)-Anlagen
eingesetzt, die unter anderem bei der Herstellung von Rumpfsegmenten
oder anderen Bauteilen von Flugzeugen aus kohlefaserverstärkten
Kunststoffen Verwendung finden, jedoch grundsätzlich auch
bei der Herstellung von anderen Bauteilen mit unregelmäßig
gekrümmten Oberflächen aus glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen
eingesetzt werden könnten, wie zum Beispiel im Jachtbau
zur Herstellung von Schiffsrümpfen oder im Windkraftanlagenbau
zur Herstellung von Flügeln oder Turbinengondeln. In diesen Anlagen
werden mit einem flüssigen wärmehärtbaren
Kunstharz imprägnierte Kohle- oder Glasfasern oder aus
solchen Fasern hergestellte Gewebebänder auf einen als
Vorlage für das Bauteil dienenden Formkern aufgebracht,
indem ein oder mehrere von Roboterarmen getragene Faseraufbring-
oder Bandlege-Köpfe in definierten Bewegungsbahnen an der Oberfläche
des Formkerns entlang bewegt werden, wobei die Fasern oder Gewebebänder
in einem vorgegebenen Muster auf der Oberfläche abgelegt
und dabei gegen die Oberfläche angepresst werden. Dabei
ist es insbesondere bei der Herstellung großer Bauteile
von Vorteil, den Formkern zwischen zwei Trägereinheiten
drehbar aufzunehmen oder einzuspannen und ihn während des
Ablegens der imprägnierten Fasern oder Gewebebänder
um eine horizontale Drehachse zu drehen, wie in der
EP 0 491 353 A1 beschrieben,
wodurch sich u. a. die Zugänglichkeit der Formkernoberfläche
für die Faseraufbring- oder Bandlege-Köpfe verbessern
lässt.
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Da
der Formkern anschließend zusammen mit dem durch das Ablegen
und Anpressen der Fasern oder Gewebebänder auf der Oberfläche
des Formkerns gebildeten Bauteil-Vorformling zur Härtung
des flüssigen Kunstharzes in einen Ofen verbracht werden
muss, muss der Formkern aus einem Material hergestellt werden, das
etwa denselben Wärmedehnungskoeffizienten wie der faserverstärkte
Kunststoff besitzt, zum Beispiel aus Invar. Infolge der nicht unbeträchtlichen
Dichte dieses Materials weisen daher vor allem die zur Herstellung
größerer Bauteile dienenden Formkerne ein erhebliches
Gewicht und große Abmessungen auf. Dies erschwert eine
genaue Positionierung der Formkerne zwischen den beiden Trägereinheiten
ebenso wie die Aufnahme der entgegengesetzten Stirnenden der Formkerne
in geeigneten Aufnahmeeinrichtungen der Trägereinheiten,
da nach der Aufnahme eine merkliche Verformung der als Vorlage dienenden
Oberflächen der Formkerne infolge von Verspannungen der
Formkerne, Fertigungstoleranzen oder unterschiedliche Wärmedehnungen
vermieden werden muss.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich die
Formkerne einfacher in einer definierten Lage und Ausrichtung zwischen
den Trägereinheiten positionieren und ohne die Gefahr einer
Verformung ihrer als Vorlage dienenden Oberfläche anheben
und drehbar zwischen den Trägereinheiten aufnehmen bzw.
einspannen lassen.
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Die
genaue Positionierung und Ausrichtung der Formkerne in Bezug zu
den Trägereinheiten der Vorrichtung bzw. in Bezug zu einer
späteren Drehachse der Formkern wird gemäß einer
ersten Erfindungsvariante dadurch erreicht, dass die beiden Trägereinheiten
jeweils mindestens eine Ausrichteinheit und vorzugsweise zwei beiderseits
der Drehachse angeordnete Ausrichteinheiten aufweisen, wobei jede
Ausrichteinheit ein Tragelement umfasst, auf dem sich ein Formkern
vor dem Anheben absetzen lässt, und wobei das Tragelement
während des Absetzens des Formkerns in zwei zueinander
senkrechten horizontalen Richtungen frei beweglich ist, während
es nach dem Absetzen des Formkerns gesteuert in beiden Richtungen
verfahren werden kann.
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Die
freie Beweglichkeit der Tragelemente ermöglicht es, dass
diese dem Formkern beim Absetzen innerhalb einer horizontalen Ebene
selbsttätig nachgeführt werden, wenn der Formkern
beim Absetzen Längs- oder Seitwärtsbewegungen
ausgesetzt ist. Weiter ermöglicht sie es auch, durch Fertigungstoleranzen
bedingte unterschiedliche horizontale Abstände zwischen
den Mittelachsen der konischen Aufnahmeöffnungen auszugleichen.
Die gesteuerte Verfahrbarkeit der Tragelemente ermöglicht es,
die Tragelemente und damit auch den Formkern anschließend
innerhalb der horizontalen Ebene in eine gewünschte, zur
Aufnahme und zum Anheben des Formkerns geeignete Position zu bringen.
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Jedes
Tragelement umfasst bevorzugt einen aufrecht stehenden Bolzen mit
einem kugelförmigen oberen Stirnende, der beim Absetzen
des Formkerns in eine nach unten offene konische Aufnahmeöffnung eingreift,
deren oberes Ende zur Aufnahme des kugelförmigen oberen
Stirnendes des Bolzens sphärisch gerundet ist und einen
dem Krümmungsradius des Bolzenstirnendes entsprechenden
Krümmungsradius aufweist. Auf diese Weise kann sich das
Tragelement bei einem Kontakt seines kugelförmigen oberen
Stirnendes mit der konischen Begrenzungswand der Aufnahmeöffnung
frei in Richtung der Mitte der Aufnahmeöffnung verschieben
und dort in das sphärisch gerundete obere Ende der Aufnahmeöffnung
eintreten. Dadurch wird gewährleistet, dass der an jedem
Stirnenden durch zwei Tragelemente abgestützte Formkern
horizontal ausgerichtet wird.
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Nach
dem Absetzen des Formkerns sind zweckmäßig sämtliche
Tragelemente unabhängig voneinander in einer horizontalen
Ebene gesteuert in einer zur Drehachse des Formkerns parallelen
Richtung und in einer dazu senkrechten Richtung verfahrbar, um den
Formkern auszurichten, in die gewünschte Position zu bringen
und dort zu arretieren.
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Zu
diesem Zweck ist jedes Tragelement vorteilhaft auf einem oberen
Schlitten montiert, der in einer oberen Halterung in der einen der
beiden zueinander senkrechten Richtungen beweglich ist und sich bevorzugt
mittels zweier entgegengesetzt wirkender Pneumatikzylinder gesteuert
in dieser Richtung verfahren lässt, während die
obere Halterung ihrerseits auf einem unteren Schlitten montiert
ist, der in einer unteren Halterung in der anderen der beiden zueinander
senkrechten Richtungen beweglich ist. Das gesteuerte Verfahren und
Arretieren der Tragelemente erfolgt bevorzugt mittels zweier entgegengesetzt wirkender
Pneumatikzylinder, die zum Arretieren der Tragelemente ganz ausgefahren
werden und in diesem Zustand das Tragelement mittig in den Halterungen
und damit einer definierten Position in Bezug zu den Trägereinheiten
der Vorrichtung arretieren.
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Die
obere und die untere Halterung umfassen zweckmäßig
jeweils eine Linearführung für den oberen bzw.
unteren Schlitten, die in den Halterungen vorteilhaft auf Kugeln
gelagert sind.
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Um
eine drehbare Aufnahme bzw. Einspannung der Formkerne zu ermöglichen,
ohne dass die Gefahr einer merklichen Verformung ihrer als Vorlage dienenden
Oberfläche besteht, wird gemäß einer zweiten
Erfindungsvariante vorgeschlagen, dass jede der beiden Trägereinheiten
zwei Aufnahmeeinrichtungen für zwei über ein benachbartes
Stirnende des Formkerns überstehende Lagerzapfen aufweist, und
dass mindestens drei der vier Lagerzapfen innerhalb der Aufnahmeeinrichtungen
schwenkbar und verschiebbar sind. Mit anderen Worten sind vorteilhaft
mindestens drei der vier Lagerzapfen schwenkbar in einem Loslager
gelagert, das eine Linearverschiebung der Lagerzapfen gestattet.
Der vierte Lagerzapfen kann entweder schwenkbar in einem Festlager
gelagert sein, das keine derartige Verschiebung zulässt,
oder kann alternativ ebenfalls schwenkbar in einem Loslager gelagert
sein, das seine Linearverschiebung erlaubt.
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Diese
zuletzt genannte alternative gestattet es, sämtliche Lagerzapfen
in axialer Richtung der Drehachse in zugehörige Aufnahmeöffnungen
der Aufnahmeeinrichtungen einzuführen.
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Durch
die Merkmalskombination der zweiten Erfindungsvariante können
von den beiden Trageinheiten auch große und schwere Formkerne
aufgenommen und gedreht werden, ohne dass es infolge von Fertigungstoleranzen
oder unterschiedlichen Wärmedehnungen zu einer Verspannung
der Formkerne und damit zu einer merklichen Verformung ihrer als
Vorlage dienenden Oberflächen kommt.
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Vorzugsweise
ist der von den Trägereinheiten aufgenommene Formkern um
eine horizontale Drehachse drehbar, während die drei bzw.
vier Lagerzapfen innerhalb der Loslager entlang einer zur Drehachse
parallelen Achse verschiebbar sind.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmeeinrichtungen
jeweils eine Aufnahmeöffnung für einen der Lagerzapfen
umschließen. Die Aufnahmeöffnung von jeder der Aufnahmeeinrichtungen
ist in Richtung der Drehachse offen und kann darüber hinaus
zum Einführen des Lagerzapfens an einer Seite durch einen
Schwenkarm verschlossen sein, der zwischen einer Schließstellung
und einer Offenstellung verschwenkbar ist. Im Fall von vier Loslagern
können die Aufnahmeöffnungen alternativ nur in
axialer Richtung der Drehachse offen sein, in welchem Fall vorteilhaft
mindestens eine der Trägereinheiten in Richtung der Drehachse
beweglich ist, so dass sich die Lagerzapfen durch gegenseitige Annäherung
der Trägereinheiten in die Aufnahmeöffnungen einführen
lassen.
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Die
Verschwenkbarkeit der Lagerzapfen in den Aufnahmeöffnungen
wird dadurch erreicht, dass die Lagerzapfen eine Verdickung mit
einer sphärischen Oberfläche aufweisen, die innerhalb
der Loslager gegen zylindrische Begrenzungsflächen der
Aufnahmeöffnung und innerhalb des Festlagers gegen eine
komplementäre sphärische Begrenzungsfläche der
Aufnahmeöffnung anliegen.
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Die
beiden Aufnahmeeinrichtungen jeder Trägereinheit sind zweckmäßig
an einer gemeinsamen Halterung angebracht, wobei sie in Bezug zur Drehachse
des Formkerns etwa spiegelsymmetrisch angeordnet sind und wobei
eine der Aufnahmeeinrichtungen jeder Trägereinheit um eine
zur Drehachse des Formkerns parallele Achse schwenkbar an der Halterung
befestigt ist, um eventuellen unterschiedlich großen seitlichen
Abständen der Lagerzapfen Rechnung zu tragen.
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Jede
der Trägereinheiten weist vorzugsweise einen Drehantrieb
aus, womit sich die Halterungen der Trägereinheiten synchron
zueinander um die Drehachse des Formkerns drehen lassen. Die Trägereinheiten
sind darüber hinaus mit Hubvorrichtungen ausgestattet,
mit denen sich entweder die Ausrichteinheiten und die darauf abgesetzten
Formkerne synchron anheben lassen, um die Lagerzapfen in die Aufnahmeeinrichtungen
der Halterungen einzuführen, oder mit denen sich die Halterungen
zur Aufnahme eines Formkerns absenken und zusammen mit dem Formkern
wieder synchron anheben lassen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
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1:
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum automatisierten Ablegen von imprägnierten
Fasern oder Gewebebändern auf einem Formkern vor der Aufnahme
des Formkerns durch zwei Trägereinheiten;
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2:
eine perspektivische Ansicht entsprechend 1, jedoch
nach der Aufnahme des Formkerns;
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3:
eine Stirnseitenansicht von einer der Trägereinheiten;
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4:
eine vergrößerte Ausschnittansicht aus 3,
die eine mit zwei Aufnahmeeinrichtungen bestückte Halterung
der Trägereinheit zeigt;
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5a und 5b:
perspektivische Ansichten von einer der Aufnahmeeinrichtungen vor
und nach der Aufnahme eines Lagerzapfens des Formkerns;
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6a:
eine vergrößerte perspektivische Detailansicht
des Ausschnitts VI in 1, die Teile einer zum Ausrichten
des Formkerns dienenden Ausrichteinheit zeigt;
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6b:
eine Querschnittsansicht eines Teils der Ausrichteinheit und eines
Ausrichtelements des Formkerns;
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7:
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur manuellen Ablage von imprägnierten Fasern
oder Gewebebändern auf dem Formkern bzw. einem zuvor gebildeten
Vorformling, sowie für andere Bearbeitungsvorgänge;
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8:
eine perspektivische Ansicht einer mit modifizierten Aufnahmeeinrichtungen
bestückten Halterung;
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9:
eine Stirnseitenansicht einer Halterung mit noch anderen Aufnahmeeinrichtungen.
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Die
in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Vorrichtungen 2A, 2B bilden
einen Teil einer Fertigungslinie zur Fertigung von allgemein teilzylindrischen
Rumpfsegmenten 4 von Flugzeugen, die aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff hergestellt werden. Bei der Fertigung derartiger Rumpfsegmente
werden mit flüssigem wärmehärtendem Kunstharz
imprägnierte Kohlefasern oder Kohlefaser-Gewebebänder schichtweise
unter gleichzeitigem Anpressen auf eine als Vorlage dienende Oberfläche 6 eines
Formkerns 8 aufgebracht, deren Form der Form der Innenseite
des zu fertigenden Rumpfsegments genau entspricht.
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Dort,
wo die imprägnierten Kohlefasern oder Kohlefaser-Gewebebänder
großflächig auf den Formkern
8 aufgebracht
werden, erfolgt diese Tätigkeit automatisch und mit hoher
Präzision in einer zumeist als Automated Fiber Placement(AFP)
oder Automated Tape Laying(ATL)-Anlage bezeichneten Anlage, welche
die in
1 und
2 dargestellte Vorrichtung
2A umfasst.
Der auf einem Transportwagen
10 zu der Anlage transportierte
Formkern
8 wird dort zwischen zwei Trägereinheiten
12,
14 der
Vorrichtung
2A so aufgenommen, dass er sich um eine horizontale
Drehachse
15 verschwenken lässt, wie in
2 dargestellt,
während gleichzeitig mehrere, jeweils von einem Roboterarm
getragene Faseraufbring- oder Bandlege-Köpfe (nicht dargestellt)
der Anlage auf exakt vorbestimmten Bewegungsbahnen an der Oberfläche
des Formkerns
8 entlang bewegt werden, wie in der eingangs
genannten
EP 0 491
353 A1 beschrieben, um die imprägnierten Fasern
oder Gewebebänder in genau definierten Mustern auf der Oberfläche
abzulegen und dabei gegen die Oberfläche anzupressen.
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Dabei
wird allmählich ein Vorformling 4 des zu fertigenden
Rumpfsegments gebildet, wie der in 1 und 2 dargestellte
teilzylindrische Rumpfsegment-Vorformling 4, der dann zusammen
mit dem Formkern 8 wieder auf dem Transportwagen 10 abgesetzt
und zu der in 7 dargestellten Vorrichtung 2B transportiert
werden kann. In dieser Vorrichtung 2B werden weitere, für
eine Automatisierung nicht oder nur schlecht geeignete Bearbeitungsvorgänge von
Hand vorgenommen, wie zum Beispiel das kleinteilige Auflegen von
imprägnierten Kohlefasern oder Kohlefaser-Gewebebändern
oder das Ausschneiden von Öffnungen aus dem Vorformling.
Nach einer derartigen manuellen Bearbeitung wird der Formkern 8 mit
dem fertigen Vorformling 4 auf dem Transportwagen 10 zu
einem Ofen (nicht dargestellt) transportiert, wo das wärmehärtende
Kunstharz unter Erwärmung gehärtet wird.
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Um
zu gewährleisten, dass es bei der Erwärmung und
Härtung nicht zu einer unerwünschten Verformung
des Vorformlings kommt, bestehen die zum Ablegen der Fasern oder
Gewebebänder dienenden Formkerne 8 aus Invar,
dessen Wärmedehnungskoeffizient dem Wärmedehnungskoeffizient
des faserverstärkten Kunststoffs entspricht. Da dieses
Material jedoch ein hohes spezifisches Gewicht besitzt, weisen die
zur Fertigung von größeren Rumpfsegmenten 4 dienenden
Formkerne 8 nicht nur eine relativ große Länge
sondern auch ein verhältnismäßig hohes
Gewicht auf. Dies erschwert zum einen eine genaue Positionierung
der Formkerne 8 zwischen den beiden Trägereinheiten 12, 14 der
in 1 und 2 bzw. in 7 dargestellten
Vorrichtung 2A bzw. 2B in einer Lage, in der eine
Längsachse der Formkerne 8 exakt mit der Drehachse 15 zusammenfällt.
Zum anderen besteht die Gefahr, dass genau vorgegebene Koordinaten
der Oberfläche 6 des Formkerns 8 zum Beispiel
wegen unterschiedlicher Wärmedehnungen oder Fertigungstoleranzen
des Formkerns 8 und der Trägereinheiten 12, 14 nicht
eingehalten werden können.
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Um
für eine parallele Ausrichtung von Formkernlängsachse
und Drehachse 15 zu sorgen, weisen die in 1 und 2 und
in 7 dargestellten Vorrichtungen 2A, 2B jeweils
eine Ausrichteinrichtung auf. Die Ausrichteinrichtung umfasst zwei Paare
von Ausrichteinheiten 16 zum Absetzen des Formkerns 8,
die an den einander gegenüberliegenden Innenseiten der
beiden Trägereinheiten 12, 14 angeordnet
sind. Zur Fixierung des Formkerns 8 auf den Ausrichteinheiten 16 ist
dieser an seinen entgegengesetzten Stirnenden mit zwei Paaren von
zugehörigen Ausrichtelementen 18 versehen, deren
Abstand in einer zur Drehachse 15 parallelen und senkrechten
Richtung etwa dem Abstand der Paare von Ausrichteinheiten 16 entspricht.
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Wie
am besten in 6 dargestellt, umfasst jede
der vier Ausrichteinheiten 16 eine untere Halterung 20 mit
zwei nach oben überstehenden Seitenwangen 22,
zwei an den Seitenwangen 22 montierte Pneumatikzylinder 24,
deren Kolben (nicht sichtbar) sich durch Öffnungen (nicht
sichtbar) der Seitenwangen 22 hindurch ausfahren lassen,
sowie einen zwischen den Seitenwangen 22 auf Kugeln schwimmend
gelagerten unteren Schlitten 26, der entlang einer horizontalen
Linearführung der Halterung 20 in einer zur Drehachse 15 parallelen
Richtung zwischen den Seitenwangen 22 frei beweglich ist,
jedoch bei Bedarf durch Ausfahren der beiden Pneumatikzylinder 24 in
eine definierte Position in der Mitte zwischen den Seitenwangen 22 verfahren
und in dieser Position arretiert werden kann. Weiter umfasst jede Ausrichteinheit 16 eine
starr auf dem unteren Schlitten 26 montierte obere Halterung 28 mit
zwei nach oben überstehenden Seitenwangen 30,
zwei an den Seitenwangen 30 montierten Pneumatikzylindern 32, deren
Kolben 34 sich wie die Kolben der Pneumatikzylinder 24 durch Öffnungen 36 der
Seitenwangen 30 hindurch ausfahren lassen, einen zwischen
den Seitenwangen 30 auf Kugeln schwimmend gelagerten oberen
Schlitten 38, der entlang einer horizontalen Linearführung
der Halterung 28 senkrecht zur Bewegungsrichtung des unteren
Schlittens 26 zwischen den Seitenwangen 30 frei
beweglich ist, jedoch bei Bedarf mit Hilfe der beiden Pneumatikzylinder 32 in eine
definierte Mittenposition zwischen den Seitenwangen 30 verfahren
und in dieser Position arretiert werden kann, sowie einen senkrecht
nach oben über den oberen Schlitten 38 überstehenden
und starr mit dem Schlitten 38 verbundenen aufrecht stehenden Bolzen 40 mit
einem kugelförmigen oberen Stirnende 42, der beim
Absetzen des Formkerns 8 auf den Ausrichteinheiten 16 in
eine nach unten offene konische Aufnahmeöffnung 43 des
zugehörigen Ausrichtelements 18 eingreift, deren
oberes Ende 45 einen an den Querschnitt des Stirnendes 42 angepassten
konkaven spärischen Querschnitt aufweist, wie in 6b dargestellt.
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Durch
die schwimmende Lagerung der beiden Schlitten 26, 38 und
deren horizontale Beweglichkeit in zwei zueinander senkrechten Richtungen können
sich die Bolzen 40 beim Absetzen des Formkerns 8 auf
den Ausrichteinheiten 16 unabhängig voneinander
innerhalb der konischen Aufnahmeöffnungen 43 der
zugehörigen Ausrichtelemente 18 frei verschieben,
sofern ihre Mittelachsen nicht mit den vertikalen Mittelachsen der
Aufnahmeöffnungen 16 fluchten.
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Bei
der in 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 2A sind
die beiden Ausrichteinheiten 16 gemeinsam an einem Hubbalken 44 einer
Hubvorrichtung der zugehörigen Trägereinheit 12, 14 montiert, wie
am besten in 3 am Beispiel der Trägereinheit 12 dargestellt,
so dass sie sich nach dem Absetzen des Formkerns 8 auf
den Ausrichteinheiten 16 zusammen mit diesem anheben lassen.
Jede Hubvorrichtung umfasst zwei vertikale Hubspindeln 48,
die an beiden Seiten eines Portals 46 der Trägereinheit 12, 14 angeordnet
sind und sich mittels zweier Getriebemotoren 50 an den
oberen Stirnenden der Hubspindeln 48 synchron antreiben
lassen, sowie zwei am Hubbalken 48 montierte Spindelmuttern 52.
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Bei
der in 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 2A umfassen
die beiden Trägereinheiten 12, 14 neben
dem Portal 46 mit der Hubvorrichtung und den beiden Ausrichteinheiten 16 jeweils
einen Lagerbock 54, der eine Halterung 56 für
das benachbarte Stirnende des Formkerns 8 trägt,
wie am besten in 3 und 4 dargestellt.
Die Halterungen 56 der beiden Trägereinheiten 12, 14 sind
jeweils drehbar im zugehörigen Lagerbock 54 gelagert,
der mit einem elektrischen Drehantrieb (nicht dargestellt) ausgestattet
ist, so dass ein in der Vorrichtung 2A aufgenommener Formkern 8 durch
synchronisierte Stromzufuhr zu den Drehantrieben bei Bedarf um die
Drehachse 15 verschwenkt werden kann, wie in 2 dargestellt.
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Um
sicherzustellen, dass sich die Oberfläche des Formkerns 8 trotz
eventueller unterschiedlicher Wärmedehnungen oder Fertigungstoleranzen
des Formkerns 8 und der Trägereinheiten 12, 14 nicht verzieht
und die gewünschte Form auch nach der Aufnahme des Formkerns
in der Vorrichtung 2A genau beibehält, weist der
Formkern 2A an jedem seiner Stirnenden zwei überstehende
Lagerzapfen 58 auf, die sich durch das Anheben des Formkerns 8 mit komplementären
Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 der benachbarten
Halterung 56 in Eingriff bringen lassen, so dass der Formkern 8 in
den gegenüberliegenden Halterungen 56, 56 der
beiden Trageinheiten 12, 14 in drei Loslagern
und in einem Festlager gelagert bzw. gehalten wird.
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Wie
am besten in 4 und 5 dargestellt, umfassen
die zwei spiegelsymmetrisch zur Drehachse 15 der Vorrichtung 2A angeordneten
Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 jeweils einen an
der Halterung 56 befestigten Block 64 und einen
an der Unterseite des Blocks 64 angelenkten Schwenkarm 66,
der sich mit Hilfe eines zugehörigen, am Block 64 und
am Schwenkarm 66 angelenkten Pneumatikzylinders 68 aus
einer in 3 und 4 dargestellten
Offenstellung in eine in 5a und 5b dargestellte Schließstellung
verschwenken lässt, in der er zusammen mit dem Block 64 eine
in axialer Richtung der Drehachse 15 offene Aufnahmeöffnung 70 für
einen der Lagerzapfen 58 des Formkerns 8 umgibt.
Der Schwenkarm 66 lässt sich in der Schließstellung
mittels einer Arretiereinrichtung (nicht dargestellt) verriegeln,
um den in der Offenstellung von unten her in die Aufnahmeöffnung 70 eingeführten
Lagerzapfen 58 sicher in der Aufnahmeöffnung 70 festzuhalten.
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Das
Einführen der Lagerzapfen 58 in die zugehörigen
Aufnahmeöffnungen 70 erfolgt durch synchrones
Anheben der Ausrichteinheiten 16 und des auf den Ausrichteinheiten 16 abgesetzten
Formkerns 8 nach dessen Ausrichtung, wodurch in der Offenstellung
der Schwenkarme 66 ein passgenauer Eintritt der Lagerzapfen 58 von
unten her in die Aufnahmeöffnungen 70 gewährleistet
wird. Alternativ könnte der Formkern 8 jedoch
auch mittels eines Krans angehoben und dann abgesenkt werden, um
die Lagerzapfen 58 von oben her in die nach einer Drehung
der Halterung um 180 Grad nach oben offenen Aufnahmeöffnungen 70 einzuführen.
Ein seitliches Einführen der Lagerzapfen 58 in
die Aufnahmeöffnungen 70 nach einer Drehung der
Halterung um 90 Grad ist ebenfalls möglich.
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Eine 60 der
beiden Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 jeder Trägereinheit 12, 14 ist
starr mit der Halterung 56 verbunden, während
die andere 62 über ein Schwenklager 72 mit
einer zur Drehachse 15 parallelen Schwenkachse schwenkbar
an der Halterung 56 befestigt ist, was einen Ausgleich
variierender Abstände zweier benachbarter Lagerzapfen 58 eines Formkerns 8,
zum Beispiel infolge von Temperaturänderungen oder Fertigungstoleranzen
ermöglicht.
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Wie
am besten in 5a und 5b dargestellt,
weisen die Aufnahmeöffnungen 70 der Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 der
drei Loslager jeweils zylindrische Begrenzungsflächen 74 auf,
während die zugehörigen Lagerzapfen 58 an
ihren Stirnenden mit einer Verdickung 76 versehen sind,
die eine konvexe sphärische Oberfläche 78 aufweist.
Die sphärische Oberfläche 78 hat einen
an den Innendurchmesser der zylindrischen Begrenzungsflächen 74 angepassten
Außendurchmesser, so dass die Lagerzapfen 58 in
den drei Loslagern einerseits parallel zur Drehachse 15 der
Vorrichtung 2A frei verschiebbar und andererseits innerhalb
der Aufnahmeöffnungen 70 um den Mittelpunkt der
sphärischen Oberfläche 78 begrenzt verschwenkbar
sind, wie in 5a durch strichpunktierte Linien
angedeutet, was einen optimalen Ausgleich von Wärmedehnungen
und/oder Fertigungstoleranzen ermöglicht.
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Die
Aufnahmeöffnung 70 der Aufnahmeeinrichtung des
Festlagers (nicht dargestellt) weist hingegen konkave sphärische
Begrenzungsflächen auf, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser der
konvexen sphärische Oberfläche 78 der
Verdickung 76 der Lagerzapfen 58 angepasst ist,
so dass der zugehörige Lagerzapfen 58 innerhalb
der Aufnahmeöffnung 70 festgehalten wird, wobei
er anders als die Lagerzapfen 58 der Loslager parallel
zur Drehachse 15 der Vorrichtung 2A unverschiebbar
ist, jedoch in gleicher Weise wie die Lagerzapfen 58 der Loslager
innerhalb der zugehörigen Aufnahmeöffnung 70 wie
bei einem Kugelgelenk um den Mittelpunkt der sphärischen
Oberfläche 78 begrenzt verschwenkbar ist.
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Sobald
der Formkern 8 auf den vier Ausrichteinheiten 16 abgesetzt
worden ist, oder alternativ nachdem diese mittels der Hubvorrichtungen
der beiden Trageinheiten 12, 14 zusammen mit dem
Formkern 8 angehoben worden sind, können die Bolzen 40 der
Ausrichteinheiten 16 durch Ausfahren der Kolbenstange 34 der
vier Pneumatikzylinder 24, 32 der beiden Halterungen 20, 30 in
einer Mittenposition zwischen den Paaren von Seitenwangen 22 und 30 arretiert
werden. In dieser Position ist die Längsachse des von den
Bolzen 40 getragenen Formkerns 8 parallel zur
Drehachse 15 der Vorrichtung ausgerichtet und befindet
sich genau unterhalb von dieser, während die entgegengesetzten
Stirnenden des Formkerns 8 in gleichen Abständen
von der benachbarten Trägereinheit 12, 14 angeordnet
sind. Anschließend können die Hubbalken 44 beider
Trägereinheiten 12, 14 zusammen mit dem
auf den Bolzen 40 abgesetzten Formkern 8 angehoben
werden, um die Lagerzapfen 58 von unten her in die Aufnahmeöffnungen 70 der
Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 einzuführen
und dann die Schwenkarme 66 aus der Offenstellung in die
Schließstellung zu verschwenken, um die Lagerzapfen 58 in
den Aufnahmeöffnungen 70 festzuhalten.
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Anders
als bei der in 1 und 2 dargestellten
Vorrichtung 2A weisen die Trägereinheiten 12, 14 der
in 7 dargestellten Vorrichtung 2B stationäre
Ausrichteinheiten 16 auf, die paarweise auf einem Sockel 75 des
Portals 46 von jeder Trägereinheit 12, 14 montiert
sind und nicht zusammen mit dem Formkern 8 angehoben werden.
Weiter sind bei dieser Vorrichtung 2B die Halterungen 56 nicht
an einen ortsfesten Lagerbock 54, sondern drehbar an einem
Hubbalken 77 befestigt, der einen Drehantrieb zum Drehen
der Halterung 56 aufweist und mit Hilfe der Hubvorrichtung
des Portals 46 der Trägereinheit 12, 14 angehoben
werden kann. Wie bei der Vorrichtung 2A weist die Halterung 56 zwei
Aufnahmeeinrichtungen 79, 80 für die über
das benachbarte Stirnende des Formkerns 8 überstehenden
Lagerzapfen 58 auf, von denen eine starr und die andere schwenkbar
an der Halterung 56 befestigt ist.
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Wie
am besten in 8 dargestellt, werden die beiden
Aufnahmeinrichtungen 79, 80 dort von einem einteiligen
Block 82 gebildet, der die zur gegenüberliegenden
Trägereinheit 12, 14 hin offene Aufnahmeöffnung 70 umschließt,
in welche die Lagerzapfen 58 des auf den Ausrichteinheiten 16 abgesetzten
Formkerns 8 bei abgesenkten Hubbalken 76 in axialer
Richtung der Drehachse 15 einführbar sind, um
anschließend die Hubbalken 77 der beiden Trageinheiten 12, 14 synchron
anzuheben.
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Bei
der Vorrichtung 2B in 7 ist eine 12 der
beiden Trägereinheiten 12, 14 in axialer
Richtung der Drehachse 15 auf Schienen 84 verfahrbar,
so dass sich die Lagerzapfen 58 des auf den Bolzen 40 der
Ausrichteinheiten 16 abgesetzten Formkerns 8 unter
gegenseitiger Annäherung der beiden Trägereinheiten 12, 14 und
gleichzeitiger Betätigung der einander zugewandten Pneumatikzylinder 24 der
unteren Halterungen 20 der Ausrichteinheiten 16 in
axialer Richtung der Drehachse 15 in die Aufnahmeöffnungen 70 der
Aufnahmeeinrichtungen 78, 80 einfahren lassen.
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Im
Unterschied zu der Vorrichtung 2A aus 1 und 2 sind
alle vier Aufnahmeeinrichtungen 78, 80 der beiden
Trägereinheiten 12, 14 als Loslager ausgebildet,
in denen die zugehörigen Lagerzapfen 58 mit einem
Bewegungsfreiheitsgrad parallel zur Drehachse 15 der Vorrichtung 2B verschiebbar
und mit zwei Freiheitsgraden verschwenkbar sind.
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Als
Alternative zu der Halterung 56 in 8 kann auch
die in 9 dargestellte Halterung 56 drehbar am
Hubbalken 77 der beiden Trägereinheiten 12, 14 der
Vorrichtung 2B befestigt werden. Diese Halterung 56 trägt
zwei Aufnahmeeinrichtungen 60, 62, welche im Wesentlichen
dieselbe Ausbildung wie die in 3 und 4 dargestellten
Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 aufweisen, jedoch
anders als diese in unterschiedlicher Ausrichtung an der Halterung 56 befestigt
sind. Die Anordnung und die Abmessungen der beiden Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 sind
so gewählt, dass sich die beiden Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 beim
Absenken des Hubbalkens 77 in einer um 90 Grad gegenüber
der Darstellung aus 9 verdrehten Stellung zwischen
den beiden Lagerzapfen 58 am benachbarten Stirnende des Formkerns 8 hindurch
bewegen lassen. Daraufhin kann die Halterung 56 mittels
ihres Drehantriebs in Bezug zum Hubbalken 77 um 90 Grad
gedreht werden, um die beiden Lagerzapfen 58 durch die
Drehbewegung der Halterung 56 in die Aufnahmeöffnungen 70 einzuführen,
die zuvor durch Betätigung der Pneumatikzylinders 68 der
Schwenkarme 66 geöffnet worden sind, wie in 9 dargestellt.
Dabei tritt einer der Lagerzapfen 58 von unten her und
der andere von oben her in die zugehörige Aufnahmeöffnung 70 ein.
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Wie
bei den Aufnahmeeinrichtungen 60, 62 in 3 und 4 sind
hier drei der Aufnahmeöffnungen 70 als Loslager
ausgebildet, in denen der zugehörige Lagerzapfen 58 parallel
zur Drehachse 15 linear verschiebbar und mit zwei Freiheitsgraden
verschwenkbar ist, während die vierte Aufnahmeöffnung 70 als
Festlager ausgebildet ist, in dem der zugehörige Lagerzapfen 58 lediglich
mit zwei Freiheitsgraden verschwenkbar ist, jedoch axial unverschiebbar
festgehalten wird. Im Fall der Loslager wirken die sphärischen
Oberflächen 78 der Verdickungen 76 der Lagerzapfen 58 ebenfalls
wieder mit zylindrischen Begrenzungsflächen 74 der
Aufnahmeöffnungen 70 zusammen, während
sie im Fall des Festlagers mit konkaven sphärischen Begrenzungsflächen
der als Kugelgelenkpfanne ausgebildeten Aufnahmeöffnung 70 zusammenwirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0491353
A1 [0002, 0002, 0031]