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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 6.
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Für die Herstellung faserverstärkter Bauteile werden mit einer Kunststoffmatrix getränkte Verstärkungsfasern eingesetzt. Neben der Verwendung entsprechend vorgefertigter trockener Halbzeuge (Prepregs) können die Fasern auch im nassen Zustand mit Hilfe der Faserwickeltechnik verarbeitet werden. Das Wickeln erfolgt durch ein definiertes, kontinuierliches Ablegen mindestens einer Faser oder eines Rovings auf einem Formkörper.
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Für Bauteile aus harzgetränkten Verstärkungsfasern dient ein Wickelkern als Formkörper, welcher nach dem Wickeln und Aushärten des Bauteils entfernt wird. Als zusätzliche Verstärkung stark beanspruchter Bauteile, beispielsweise von Gastanks, werden diese erst nachträglich mit verstärkend wirkenden Materialien, wie beispielsweise Kohlenstofffasern oder Glasfasern, umwickelt. Der Formkörper entspricht somit dem zu verstärkenden Bauteil.
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Der Formkörper und die den Faden führenden Elemente bewegen sich dabei in einer zeitlich abhängigen, definierten geometrischen Anordnung zueinander. Hierdurch wird das erforderliche Wickelmuster auf dem Formkörper erzeugt.
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Das Nasswickelverfahren, bei welchem die einzelnen Fasern vor dem Auflegen auf den Formkörper mit einem Matrixharz getränkt werden, erfolgt auf einer drehbankähnlichen Anlage. Hierbei rotiert der Formkörper in einer Einspannung um seine Längsachse. Die einzelnen Fasern werden über mindestens ein Führungselement geführt und in einem bestimmten Wickelmuster kontinuierlich auf dem Formkörper abgelegt. Das Führungselement besitzt hierfür einige Freiheitsgrade, wodurch es relativ zur Lage des Formkörpers beweglich ist. Eine entsprechende Maschinensteuerung synchronisiert die Bewegungen des rotierenden Formkörpers und der durch das Führungselement ausgerichteten Faser über vorgegebene Steuerdaten. Die grundlegenden Wickelmuster werden durch verschiedene bekannte Ablagemethoden erzeugt, wie beispielsweise im Kreuzwickel-, Polarwickel- oder Radialwickelverfahren. Die Ablagemethoden können untereinander auch kombiniert werden.
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Als einschlägige Literaturstellen seien hierbei ”Verstärke Kunststoffe in der Luft- und Raumfahrt” von Herbert Heißler sowie ”Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden” von Helmut Schürmann genannt.
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Im Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang auch der Einsatz von programmgesteuerten Manipulatoren bekannt. Das zu umwickelnde Bauteil wird in eine Drehbewegung versetzt, während die aufzulegende Faser von dem Manipulator geführt wird. Die notwendige Befestigung der hierfür erforderlichen Spulen und Faserbremsen sowie weiterem Zubehör erfolgt direkt am Manipulator. Insbesondere beim Nasswickelverfahren wird das erforderliche Harzbecken ebenfalls direkt am Manipulator befestigt. Um den Manipulator nicht unnötig zu behindern, muss das Harzbecken entsprechend klein dimensioniert sein. Insgesamt schränkt die Anordnung der erforderlichen Elemente an dem Manipulator dessen Bewegungsfreiheit ein. Aufwendige Wickelmuster können daher nur begrenzt erzeugt werden. Insbesondere eine zu starke Umlenkung der Faser kann zu deren Schädigung führen, wodurch die erforderliche Festigkeit beeinträchtigt werden kann.
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Die
WO 91/04843 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie einen Wickelkern zum Herstellen von Verbindungsteilen aus faserverstärktem Kunststoff. Der Kern ist hierbei am Kopf eines Roboters festgelegt, wodurch der Kern in mindestens zwei Richtungen verschiebbar und um mindestens zwei Achsen schwenkbar ist. Über eine als Faserquelle dienende Wickelstation wird das Verbindungsteil durch entsprechende Bewegungen mit dem gewünschten Wickelmuster belegt. Die einzelnen Fasern können vor dem Aufwickeln mit flüssigem Kunstharz getränkt werden.
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Um den Kern vollständig zu umwickeln werden die einzelnen Freiheitsgrade des Roboters nahezu ausgeschöpft. Die mehrachsigen Bewegungsabläufe unterliegen dabei einer Abhängigkeit von Zeit und Weg, wodurch die möglichen Taktzeiten nach oben hin begrenzt sind. Vor dem Hintergrund einer faserschonenden Verarbeitung muss darüber hinaus eine definierte Winkellage zwischen einem die Faser führenden Führungselement und dem relativ dazu bewegten Kern eingehalten werden. Insbesondere die Herstellung einfacher oder rotationssymmetrischer Formen bedarf daher trotz simpler Geometrien einer entsprechend langen Bearbeitungszeit.
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Der ansonsten vorteilhafte Einsatz von Manipulatoren, insbesondere von Robotern, bietet daher noch Raum für Verbesserungen.
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Weiterhin zählt durch die
DE 1 479 969 A eine Maschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils zum Stand der Technik. Es ist vorgesehen, dass ein Formkörper mit mindestens einer Faser umwickelt wird. Hierfür wird der Formkörper in eine mehrteilige Haltevorrichtung eingespannt. Diese Haltevorrichtung setzt sich primär aus zwei Gewindearmen zusammen, welche sich berührungslos gegenüberliegen und dabei auf voneinander getrennten Wellen drehbar angeordnet sind. Weiterhin sind die Arme mit abgewickelten Querstücken kombiniert, deren Enden parallel zueinander ausgerichtet sind. In den Enden ist jeweils eine Spindel drehbar gelagert, wobei der zu umwickelnde Formkörper zwischen den Spindeln anordnenbar ist.
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Die
DE 10 2004 007 313 A1 offenbart die Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, welches selbst zunächst in einem Formwerkzeug hergestellt wird. Das aus Endlosfasern auf der Hilfsform abgelegte Muster wird dabei in ein Formwerkzeug überführt und innerhalb des Umformwerkzeuges dann zu dem fertigen Bauteil geformt. Hierfür wird das in dem Formwerkzeug abgelegte Muster abschließend in eine Matrix aus Harz eingebettet. Die Hilfsform ist mit einer Handhabungseinrichtung in Form eines mehrachsigen Roboters gekoppelt.
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Aus der
JP H 03 034 844 A ist weiterhin ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Bauteilen bekannt, wobei zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils erforderliche Fasern vor dem Ablegen auf dem Formkörper mit einem Harz getränkt werden.
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Die
DE 1 629 649 A zeigt zudem ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus imprägnierten Fäden. Hierzu werden die mit Kunstharz imprägnierten Fäden über ein Drehen des Kernes um zwei Achsen auf diesen aufgewickelt. Über eine Verstellung des Winkels zwischen diesen beiden Achsen ist es möglich, die mit Kunstharz imprägnierten Fäden gezielt um den Kern herum anzuordnen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wodurch auch anspruchsvolle Wickelmuster kostengünstig und effizient hergestellt werden können, bei einer gleichzeitig schonenderen Ausrichtung der gegenüber dem Bauteil umzulenkenden Faser.
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Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1. Die Lösung des vorrichtungstechnischen Teils der Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 6.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils sieht vor, dass ein mit mindestens einer Faser zu umwickelnder Formkörper in eine Haltevorrichtung eingespannt wird. Die Haltevorrichtung ist mit einem mehrachsig beweglichen Kopf eines programmgesteuerten Manipulators, insbesondere eines Roboters bzw. Roboterarms, gekoppelt. Die Faser wird dabei durch ein Führungselement geführt und auf dem Formkörper abgelegt. Während des Ablegens der Faser werden über den Manipulator Relativbewegungen des Formkörpers zum Führungselement ausgeführt, wodurch ein Wickelmuster auf dem Formkörper erzeugt wird. Erfindungsgemäß erfolgt das Aufwickeln der Faser auf den Formkörper durch dessen Rotation. Hierfür wird der Formkörper durch einen Antrieb um seine Längsachse innerhalb der Haltevorrichtung rotiert.
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Der besondere Vorteil liegt in der hohen Geschwindigkeit, mit welcher der Formkörper durch seine Eigenrotation die aufzuwickelnde Faser nachzieht. Hierdurch können innerhalb kürzester Zeit mehrere Windungen der Faser um den Formkörper herumgelegt werden. Seitens des Manipulators sind in Abhängigkeit von der Gestalt des Formkörpers nur geringe mehrachsige Bewegungen notwendig, um das gewünschte Wickelmuster zu erzeugen. Somit wird die Herstellungsgeschwindigkeit insgesamt erhöht. Bereits durch die reduzierten notwendigen Bewegungen des Manipulators wird die Winkelstellung der aufzuwickelnden Faser zwischen dem Führungselement und dem Formkörper verbessert. Hierdurch findet eine deutlich schonendere Verarbeitung der Faser statt.
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Weiterhin weist auch das Führungselement eine angetriebene Drehachse auf. Über diese steuerbare Drehachse wird das Führungselement zu den Bewegungen des Formkörpers ausgerichtet. Hierdurch wird nochmals das Zusammenspiel in Bezug auf die jeweilige räumliche Lage zwischen dem die Faser führenden und abgebenden Führungselement und dem Bereich des Formkörpers, auf welchem die Faser abzulegen ist, verbessert. Das Führungselement weist hierfür beispielsweise zylindrische Rollenkörper auf, welche jeweils um ihre Längsachse drehbar am Führungselement gelagert sind. Die durch das Führungselement hindurchführende Faser kann sich bei einer Relativbewegung des Formkörpers gegenüber dem Führungselement an dessen Zylinderkörpern anlegen. Um der jeweiligen Ausrichtung der Faser zu folgen, wird das Führungselement dabei derart rotiert, dass der oder die zylindrischen Rollenkörper einen idealen Winkel zu der über diese abgelenkten Fasern einnehmen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Inhalt der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
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In vorteilhafter Weise wird die Vorspannkraft der Faser eingestellt. Erfindungsgemäß wird die Vorspannkraft der auf den Formkörper abzulegenden Faser mittels einer Bremsvorrichtung eingestellt. Auch wenn die Bremsvorrichtung die Faser beispielsweise mantelseitig umgreifen kann, ist diese in vorteilhafter Weise mit einem Spulenkörper verbunden, von welchem die aufzuwickelnde Faser abgewickelt wird. Der um seine Längsachse rotierende Spulenkörper wird dabei durch die Bremsvorrichtung entsprechend der gewünschten Vorspannkraft der Faser in seiner Rotation gebremst. Insofern dient die Bremsvorrichtung der Verringerung sowie der Begrenzung der Geschwindigkeit des rotierenden Spulenkörpers.
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Auch wenn die Bremsvorrichtung beispielsweise mittels Reibung den Spulenkörper in seiner Rotation bremsen kann, ist diese in vorteilhafter Weise für einen kontaktlosen Betrieb ausgelegt. Bei der Bremsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Wirbelstrombremse handeln, bei welcher das erzeugte Moment allerdings geschwindigkeits- sowie drehzahlabhängig ist. In vorteilhafter Weise ist die Bremsvorrichtung eine Hysteresebremse, welche durch ein ständiges Ummagnetisieren zwischen stehenden und rotierenden Elementen der Bremse einen Energieverlust der Rotation erzeugt und somit für eine fein dosierbare und kontrollierte Bremswirkung sorgt. Der besondere Vorteil liegt hierbei in einer gleichmäßigen Wirkweise, welche unabhängig von Geschwindigkeit und Drehzahl erfolgt. Durch das Fehlen von in Kontakt stehenden Elementen reduziert sich überdies der sonst auftretende Verschleiß.
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Die Bremsvorrichtung wird in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Vorspannkraft der Faser gesteuert. Dies erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer die Vorspannkraft der Faser ermittelnde Messvorrichtung. In vorteilhafter Weise ist die Messvorrichtung in dem Harzbecken integriert. Auf diese Weise wird die Messvorrichtung möglichst nah an dem zu bewickelnden Formkörper angeordnet. Der besondere Vorteil liegt in der Nähe zum Formkörper, so dass die Messergebnisse nicht durch beispielsweise Umlenkungen und damit einhergehende Reibung und/oder Ablagerungen beeinträchtigt sind, wie es bei der sonst üblichen Anordnung vor dem Harzbecken der Fall ist.
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Die durch die Messvorrichtung gemessene Vorspannkraft der Faser wird gemäß entsprechender Vorgaben an die Bremsvorrichtung übermittelt, welche wiederum durch Bremsen oder Freigabe der Rotation des Spulenkörpers die Vorspannkraft der Faser zwischen dem Formkörper und dem Spulenkörper einstellt. Hierfür wird ein Signal der Messvorrichtung beispielsweise direkt an die Programmsteuerung des Manipulators weitergegeben, von wo aus es nach entsprechender Bearbeitung und Auswertung zur dynamischen Steuerung der Bremsvorrichtung dient. In Kombination mit der Mess- und Bremsvorrichtung wird eine variable Vorspannung der Faser erreicht.
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In vorteilhafter Weise wird die Faser vor dem Ablegen auf das Formteil mit einem Harz getränkt. Das hierfür erforderliche Harzbecken ist bevorzugt in Bewegungsrichtung der Faser vor dem Führungselement angeordnet. Die beispielsweise von dem Spulenkörper abgewickelte Faser wird hierbei zunächst über eine entsprechende Umlenkvorrichtung durch das Harzbecken geführt, wodurch die Faser zumindest umfangsseitig mit Harz benetzt wird. Die so mit dem Harz benetzte Faser wird anschließend über das Führungselement geführt, von wo aus es entsprechend ausgerichtet auf dem von dem Führungselement beabstandeten Formkörper abgelegt wird.
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Die feste Anordnung des Harzbeckens bietet dahingehende Vorteile, dass dieses nicht räumlich durch den Raum bewegt wird. Mögliche Extremsituationen durch Schiefstellung, wie sie beispielsweise bei Anordnung des Harzbeckens an räumlich bewegten Teilen des Manipulators erfolgen können, sind somit von vornherein ausgeschlossen.
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Der so umwickelte Formkörper weist ein entsprechend voreingestelltes Wickelmuster aus der definiert vorgespannten Faser auf. Im Anschluss wird der Formkörper mit der umwickelten harzgetränkten Faser ausgehärtet. Grundsätzlich kann der umwickelte Formkörper auch in einzelnen Etappen oder Abschnitten sowohl an- als auch ausgehärtet werden. Je nach Anforderung können somit komplizierte Wickelmuster zunächst fixiert werden, um entsprechende Fixpunkte für den weiteren Wickelprozess zu bieten. Die Aushärtung der harzgetränkten und um den Formkörper gewickelten Faser zum fertigen Bauteil erfolgt mittels dessen Temperierung. Auch wenn der Temperatureintrag lokal erfolgen kann, erfolgt die Temperierung in vorteilhafter Weise gleichzeitig über das gesamte umwickelte Bauteil hinweg. Der Temperatureintrag kann hierbei beispielsweise berührungslos mittels Bestrahlung erfolgen. Die Bestrahlung kann beispielsweise durch eine UV-Wärmequelle oder mittels Rotlicht erzeugt werden. Denkbar ist auch eine gebündelte Lichtquelle. Grundsätzlich kann der Wärmeeintrag auch über ein erhitztes gasförmiges Medium erfolgen, beispielsweise durch Heißluft.
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Das vorgestellte Verfahren bietet eine überaus flexible und somit sich innerhalb kürzester Zeit an ändernde Anforderungen anpassbare Möglichkeit, auch anspruchsvolle Wickelmuster zu erzeugen. Die Umwicklung der Formkörper mit den harzgetränkten Fasern erfolgt hierbei kostengünstig und effizient, da die einzelnen Bewegungsabläufe zwischen abzuwickelnder Faser und dem mit der Faser zu umwickelnden Formkörper ideal aufeinander abgestimmt sind.
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Insbesondere die zusätzliche Drehachse, welche den Formkörper um seine Längsachse rotiert, bewirkt eine deutliche Beschleunigung des Wickelvorgangs. Über diese können die weiteren notwendigen mehrachsigen Bewegungen des Manipulators minimiert werden, wodurch sich eine zusätzliche Zeitersparnis ergibt. Sowohl die zusätzliche Drehachse innerhalb der Einspannvorrichtung als auch die zusätzliche Drehachse des Führungselements bewirken eine schonendere Verarbeitung der Faser. Insbesondere kritische Winkelstellungen der Faser werden hierbei vermieden.
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Da das Führungselement über die Drehachse ausgerichtet werden kann, ist auch eine mögliche Extremstellung zwischen Formkörper und Führungselement zulässig, da das Führungselement in eine möglichst die Faser schonende Umlenkposition gedreht wird. Im Ergebnis legen der Kopf des Manipulators und die damit verbundene Einspannvorrichtung mit dem Formkörper geringere Wegstrecken zurück, was insgesamt zu verbesserten Taktzeiten führt.
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Darüber hinaus zeigt die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils auf. Die Vorrichtung dient zum Wickeln mindestens einer Faser um einen Formkörper. Hierfür weist die Vorrichtung einen programmgesteuerten Manipulator mit einem mehrachsig beweglichen Kopf und einer Einspannvorrichtung sowie ein Führungselement für die Faser auf. Der Formkörper ist hierbei in der mit dem Kopf des Manipulators gekoppelten Haltevorrichtung gelagert. Mittels Relativbewegungen des Formkörpers zum Führungselement ist dieser mit der Faser umwickelbar. Erfindungsgemäß weist die Haltevorrichtung eine Drehachse auf, über welche der Formkörper während des Wickelvorgangs um seine Längsachse rotierbar ist.
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In vorteilhafter Weise wird der Manipulator durch einen mehrachsigen Roboter gebildet. Der Einsatz eines Roboters ermöglicht einen überaus flexiblen Einsatz der Vorrichtung, welche sich innerhalb kürzester Zeit an sich ändernde Anforderungen sowie Formgebungen und benötigte Wickelmuster anpassen lässt. Durch die zusätzliche Drehachse innerhalb der Einspannvorrichtung werden die Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung deutlich erhöht.
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Weiterhin weist das Führungselement eine angetriebene Drehachse auf, über welche das Führungselement zu den jeweiligen Bewegungen des Formkörpers ausgerichtet ist. In Kombination mit den Steuerdaten des Roboters wird das Führungselement ideal zu der jeweiligen Winkellage der Faser ausgerichtet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 7 und 8.
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Die Erfindung sieht ferner eine Bremsvorrichtung vor, welche die Vorspannkraft der auf den Formkörper abzulegenden Faser einstellt. Neben einer materialschonenden Verarbeitung der Faser kann hierdurch eine zuvor definierte Zugkraft auf die Faser aufgebracht werden, so dass diese eng um den Formkörper herum anliegt. Je nach Anforderungen an das fertige Bauteil kann hierbei auch eine variable Vorspannung auf die Faser aufgebracht werden, durch welche die jeweiligen Festigkeitseigenschaften des fertigen Bauteils beeinflussbar sind.
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In vorteilhafter Weise handelt es sich bei den Fasern um mit Harz getränkte Fasern, welche nach dem Auflegen auf dem Formkörper ausgehärtet werden. Ferner ist eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Vorspannkraft der Faser vorgesehen, mittels der die Bremsvorrichtung steuerbar ist. Die jeweiligen Lagedaten des Roboters in Kombination mit den Messwerten der Vorspannkraft der Faser werden dabei programmtechnisch ausgewertet, wodurch ein idealer Wert für die Bremswirkung der Bremsvorrichtung errechnet wird. Der entsprechende Wert für die Bremswirkung wird anschließend and die Bremsvorrichtung weitergegeben. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei der Bremsvorrichtung um eine Hysteresebremse.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils in perspektivischer Darstellungsweise sowie
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2 die Vorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, welche einen programmgesteuerten Manipulator in Form eines Roboters 2 sowie eine von diesem beabstandete Wickelstation 3 umfasst. Der Roboter 2 weist an seinem Kopf 4 eine mit diesem gekoppelte Einspannvorrichtung 5 auf. Die Einspannvorrichtung 5 erstreckt sich in einer Querrichtung zum Kopf 4 des Roboters 2, wobei sie endseitig jeweils eine Lagerung 6 aufweist. Zwischen den beiden Lagerungen 6 erstreckt sich eine Drehachse A. Zwischen den beiden Lagerungen 6 ist ein Formkörper 7 eingespannt, welcher mittels eines Antriebs 8 durch die Drehachse A um seine Längsachse rotierbar ist. Der Antrieb 8 ist mit einer der Lagerungen 6 gekoppelt.
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Die Wickelstation 3 umfasst ein Gestell 9, welches einen Spulenkörper 10 sowie ein Führungselement 11 umfasst. Zwischen dem Spulenkörper 10 und dem Führungselement 11 ist ein Harzbecken 12 angeordnet, welches diverse Führungsrollen 13 aufweist. Die Längsachse des Spulenkörpers 10 ist hierbei quer zu einer sich zwischen dem Spulenkörper 10 und dem Führungselement 11 erstreckenden Förderrichtung einer Faser 14 angeordnet. Um die Faser 14 von dem Spulenkörper 10 abwickeln zu können, ist dieser um seine Längsachse rotierbar an dem Gestell 9 gelagert. Das Führungselement 11 ist über einen Antrieb 15 mit dem Gestell 9 verbunden. Über den Antrieb 15 kann ein Rollenkörper 16 des Führungselements 11 quer zu seiner Längsachse um eine Drehachse B rotiert werden. Der Rollenkörper 16 ist um seine Längsachse rotierbar in dem Führungselement 11 gelagert.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass der Spulenkörper 10 mit einer Bremsvorrichtung 17 gekoppelt ist. Die von dem Spulenkörper 10 abgewickelte Faser 14 verläuft in Richtung des Harzbeckens 12, wobei sie über eine Trommel 18 und weiterhin über die Führungsrollen 13 geführt wird. Die Trommel 18 ist um ihre Längsachse drehbar gelagert, wobei sie auf ihrer Unterseite umfangsseitig in einem Harz 19 des Harzbeckens 12 angeordnet ist. Innerhalb des Harzbeckens 12 ist eine Messvorrichtung 20 angeordnet, welche laufend die Vorspannung der Faser 14 misst. Die Führung der Faser 14 endet, nachdem die Faser 14 durch das Führungselement 11 hindurch bis zu dem von dem Führungselement 11 beabstandeten Formkörper 7 spannt und auf diesem umfangsseitig abgelegt ist.
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In der Praxis wird zunächst der mit der Faser 14 umwickelte Spulenkörper 10 in das Gestell 9 der Wickelstation 3 drehbar gelagert. Die Faser 14 wird zumindest teilweise von dem Spulenkörper 10 abgewickelt und mittels der Führungsrollen 13 und der Trommel 18 durch das Harzbecken 12 hindurch zum Führungselement 11 geführt. Von dem Führungselement 11 aus wird die Faser 14 an einem Bereich des in der Haltevorrichtung 5 eingespannten Formkörpers 7 fixiert.
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Um ein faserverstärktes Bauteil herzustellen, wird der Formkörper 7 mittels des Antriebs 8 der Haltevorrichtung 5 über die Drehachse A um seine Längsachse rotiert. Hierdurch wird die Faser 14 umfangsseitig auf den Formkörper 7 gewickelt. Die so auf die Faser 14 übertragene Zugkraft wird durch die Messvorrichtung 20 innerhalb des Harzbeckens 12 gemessen. Die Messdaten werden in Form von Signalen über eine nicht näher dargestellte Übertragungseinrichtung an eine ebenfalls nicht näher dargestellte Steuerung übermittelt. Diese dient ebenfalls der Verarbeitung weiterer Signale, welche sich aus den jeweiligen Lagedaten des Roboters 2 sowie der Geschwindigkeit der aufzuwickelnden Faser 14 ergeben. Um eine definierte Vorspannkraft innerhalb der Faser 14 zu erhalten, wird ein errechnetes Ergebnis in Form eines Signals an die Bremsvorrichtung 17 übermittelt, welchen den Spulenkörper 10 kontrolliert abbremst, um eine dynamische Vorspannkraft innerhalb der Faser 14 zu erhalten.
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Die Faser 14 verläuft innerhalb des Harzbeckens 12 umfangsseitig über die drehbar gelagerte Trommel 18, wobei sie durch das über die Rotation der Trommel 18 umfangsseitig aufgenommene Harz 19 getränkt wird. Je nach gewünschtem Wickelmuster auf dem Formkörper 7 werden die mehrachsigen Freiheitsgrade des Roboters 2 angesteuert, wodurch der zu umwickelnde Formkörper 7 Relativbewegungen gegenüber dem Führungselement 11 vollzieht. Das Führungselement 11 wird parallel hierzu ebenfalls über den Antrieb 15 so um die Drehachse B ausgerichtet, dass der an dem Führungselement 11 gelagerte Rollenkörper 16 eine idealisierte Umlenkung der Faser 14 vollzieht.
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Das so gewonnene und aus der mit Harz 19 getränkten Faser 14 bestehende Wickelmuster auf dem Formkörper 7 wird im Anschluss über eine nicht näher dargestellte Temperiervorrichtung lokal oder global gehärtet. Dieser Härteprozess kann beispielsweise im noch eingespannten Zustand des umwickelten Formkörpers 7 innerhalb der Haltevorrichtung 5 erfolgen.
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Nachdem der Wickelprozess innerhalb der Haltevorrichtung 5 des Formkörpers 7 abgeschlossen ist, kann der umwickelte Formkörper 7 entfernt und durch einen zu umwickelnden Formkörper 7 ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Roboter
- 3
- Wickelstation
- 4
- Kopf
- 5
- Haltevorrichtung
- 6
- Lagerung
- 7
- Formkörper
- 8
- Antrieb
- 9
- Gestell
- 10
- Spulenkörper
- 11
- Führungselement
- 12
- Harzbecken
- 13
- Führungsrollen
- 14
- Faser
- 15
- Antrieb
- 16
- Rollenkörper
- 17
- Bremsvorrichtung
- 18
- Trommel
- 19
- Harz
- 20
- Messvorrichtung
- A
- Drehachse
- B
- Drehachse
