DE102011055107A1

DE102011055107A1 - Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug und Verfahren zum Greifen eines Faserverbund-Halbzeugs

Info

Publication number: DE102011055107A1
Application number: DE102011055107A
Authority: DE
Inventors: Somen Dutta
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: DE102011055107B4

Abstract

Es wird eine Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug vorgeschlagen, welche mindestens ein Halteelement, eine Zuführungseinrichtung für Harz zu dem Faserverbund-Halbzeug, wobei das Faserverbund-Halbzeug über das Harz adhäsiv an dem mindestens einen Halteelement fixierbar ist, und eine Temperiereinrichtung, durch welche die Temperatur des Harzes an einem Kontaktbereich mit dem mindestens einen Halteelement und dem Faserverbund-Halbzeug beeinflussbar ist, umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Greifen eines Faserverbund-Halbzeugs.
Bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen aus einem Faserverbund-Halbzeug durch Konsolidierung eines Matrixmaterials ist oft ein Transport des Faserverbund-Halbzeugs zu einer entsprechenden Infiltrationsanlage oder zu einem Ofen notwendig. Dazu muss das Faserverbund-Halbzeug gegriffen werden.
In dem Artikel "Schwingungsunterstütztes Greifen technischer Textilien" von C. Munzinger, V. Schulze und A. Ochs, VDI-Z 152 (2010), Nr. 6, Seiten 51 bis 53 ist ein Handhabungssystem beschrieben, bei dem ein adhäsives Medium auf Textil aufgebracht wird, ein Greifer auf dem Textil positioniert wird und die Verbindung hergestellt wird, eine Handhabung des Textils stattfindet und gezielt Schwingungen eingeleitet werden und das Textil gelöst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welcher sich ein Faserverbund-Halbzeug auf einfache Weise handhaben lässt, wobei das Faserverbund-Halbzeug minimalen Störungseinflüssen unterliegt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Greifvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Halteelement vorgesehen ist, eine Zuführungseinrichtung für Harz zu dem Faserverbund-Halbzeug vorgesehen ist, wobei das Faserverbund-Halbzeug über das Harz adhäsiv an dem mindestens einen Halteelement fixierbar ist, und eine Temperiereinrichtung vorgesehen ist, durch welche die Temperatur des Harzes an einem Kontaktbereich mit dem mindestens einen Halteelement und dem Faserverbund-Halbzeug beeinflussbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird Harz als adhäsives Kontaktmaterial verwendet. Das Harz ist insbesondere ein Matrixmaterial für das Faserverbund-Halbzeug, so dass eine minimale Störung vorliegt.
Bei tiefen Temperaturen weist das Harz eine hohe Zähigkeit auf mit entsprechend hoher Adhäsionskraft und bei höheren Temperaturen verringert sich die Zähigkeit. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird dies dazu benutzt, um zwischen einem Halten und Nichthalten über die Temperiereinrichtung umzuschalten. Dadurch ist der mechanische Einfluss, welcher grundsätzlich ein Störungseinfluss ist, auf das Faserverbund-Halbzeug bei dessen Handhabung minimiert.
Durch die Zuführungseinrichtung lässt sich dem mindestens einen Halteelement Harz als "Wirkmaterial" für das Halten zuführen und über die Temperiereinrichtung lässt sich das Harz an dem Kontaktbereich entsprechend beeinflussen.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Halteelement mindestens abschnittsweise aus einem wärmeleitfähigen Material und insbesondere metallischen Material hergestellt ist. Dadurch lässt sich die Temperatur des Harzes an dem Kontaktbereich durch entsprechende Einwirkung und insbesondere thermische Beaufschlagung beeinflussen. Dadurch wiederum lässt sich ein Greifarm (Greifelement der Greifvorrichtung) kompakt aufbauen und es ist eine gezielte Beeinflussung möglich. Weiterhin lässt sich dann ein Halteelement in seiner Form an eine Anwendung auf einfache Weise anpassen und gegebenenfalls lässt sich auf einfache Weise auch ein Austausch durchführen.
Es ist dann günstig, wenn die Temperiereinrichtung in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen Halteelement steht und insbesondere mindestens ein Temperierelement umfasst, welches an dem mindestens einen Halteelement angeordnet ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise über das Halteelement die Temperatur an dem Kontaktbereich beeinflussen.
Insbesondere ist die Temperiereinrichtung so ausgebildet, dass durch sie mindestens eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur einstellbar sind, wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist und bei der ersten Temperatur das Faserverbund-Halbzeug über das Harz an dem mindestens einen Halteelement adhäsiv gehalten ist und bei der zweiten Temperatur das Faserverbund-Halbzeug gelöst ist. Durch die Temperiereinrichtung lässt sich zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur umschalten. Dadurch wiederum lässt sich auf einfache Weise steuern, ob eine adhäsive Haltewirkung erzielt werden soll oder ob die adhäsive Fixierung gelöst werden soll.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist durch die Temperiereinrichtung die erste Temperatur aktiv einstellbar oder sie ist durch einen Nicht-Heizbetrieb der Temperatureinrichtung eingestellt. Bei einer aktiven Einstellung lässt sich beispielsweise auf schnelle Weise eine Abkühlung zum Erreichen einer adhäsiven Wirkung erreichen.
Insbesondere ist durch die Temperatureinrichtung die zweite Temperatur durch Heizung aktiv einstellbar. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Lösung erreichen.
Bei einer Ausführungsform weist die Temperiereinrichtung mindestens ein Temperierelement auf, welches ringförmig ausgebildet ist. Ein solches ringförmiges Temperierelement weist eine innere Öffnung auf. Über diese hindurch lässt sich beispielsweise einem Halteelement Harz zuführen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperiereinrichtung mindestens ein Peltier-Element umfasst. Durch entsprechende Strombeaufschlagung des Peltier-Elements lässt sich ein Abkühlen beziehungsweise Aufheizen erreichen.
Insbesondere lässt sich auch ein schnelles Abkühlen beziehungsweise Aufheizen erreichen.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Halteelement eine Halteseite hat und in dem mindestens einen Halteelement ein oder mehrere Kanäle angeordnet sind, welche in fluidwirksamer Verbindung mit der Halteseite stehen. Dadurch lässt sich einem Kontaktbereich durch das Halteelement hindurch Harz zuführen, um entsprechend mit dem Wirkmedium Harz eine adhäsive Fixierung des Faserverbund-Halbzeugs an dem Halteelement zu erreichen.
Günstigerweise weist das mindestens eine Halteelement eine der Halteseite gegenüberliegende Rückseite auf und der oder die Kanäle liegen oder verlaufen zwischen der Rückseite und der Halteseite. Dadurch lässt sich von der Rückseite her der Halteseite Harz zuführen. Es ergibt sich dadurch ein kompakter Aufbau und dem Kontaktbereich lässt sich Harz definiert zuführen.
Insbesondere weist das mindestens eine Halteelement ein oder mehrere Ausnehmungen zur Harzbeaufschlagung an der Halteseite auf. Dadurch lässt sich räumlich definiert Harz zuführen, um eine entsprechend hohe Adhäsionskraft zu erreichen.
Bei einer Ausführungsform sind die Ausnehmung oder Ausnehmungen ringförmig ausgebildet. Dadurch lässt sich eine große Flächenhaftung erzielen.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Halteelement elastisch an dem mindestens einen Fixierungselement fixiert ist und insbesondere das mindestens eine Fixierungselement stabförmig ausgebildet ist. Es lässt sich dadurch ein Greifarm realisieren, wobei beim Aufsetzen des Halteelements auf ein Faserverbund-Halbzeug ein hartes Anschlagen vermeidbar ist.
An dem mindestens einen Fixierungselement sind ein oder mehrere Kanäle der Zuführungseinrichtung angeordnet, um von einem beabstandeten Tank her Harz dem Halteelement zuführen zu können.
Insbesondere ist mindestens ein Tank für das Harz vorgesehen, welcher in fluidwirksamer Verbindung mit der Zuführungseinrichtung steht. Dadurch ist eine Quelle für adhäsives Wirkmedium bereitgestellt.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Halteelement oder mindestens ein Fixierungselement für das mindestens eine Halteelement an dem mindestens einen Tank angeordnet ist und insbesondere hängend angeordnet ist. Dadurch lässt sich ein kompakter Greifarm ausbilden. Ferner lässt sich der Aufwand für die Harzzuführung minimieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Zuführungseinrichtung eine Pumpeneinrichtung. Über die Pumpeneinrichtung lässt sich einem Halteelement über die Zuführungseinrichtung gezielt und insbesondere dosiert Harz zuführen. Es lässt sich dadurch gesteuert die genau benötigte Harzmenge zuführen. Es ist dadurch steuerbar, dass nicht zu wenig Harz zugeführt wird (mit entsprechend reduzierter adhäsiven Wirkung) oder nicht zu viel Harz zugeführt wird.
Es ist dann auch günstig, wenn die Zuführungseinrichtung mindestens eine Düse aufweist. Durch die Düse ist insbesondere die Menge des zugeführten Harzes dosierbar.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Halteelement in mindestens einer Richtung beweglich und insbesondere verschieblich ist. Dadurch ist eine Zustellung des mindestens einen Halteelements zu einer Oberfläche des zu haltenden Faserverbund-Halbzeugs möglich, um eine entsprechende Ausrichtung bezüglich des Faserverbund-Halbzeugs zu ermöglichen. Es ist auch möglich, durch die Beweglichkeit ein gehaltenes Faserverbund-Halbzeug anzuheben und/oder zu transportieren.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Halteelement in einer Richtung mindestens näherungsweise parallel zu einer Schwerkraftrichtung feststellbar beweglich ist. Dadurch ist zum einen eine Zustellung eines Halteelements an eine Oberfläche des zu haltenden Faserverbund-Halbzeugs möglich. Ferner lässt sich ein gehaltenes Faserverbund-Halbzeug entgegen der Schwerkraftrichtung anheben und gegebenenfalls dann auch weitertransportieren.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Halteelement in mindestens einer Richtung quer und insbesondere mindestens zu einer linear unabhängigen Richtung quer zur Schwerkraftrichtung feststellbar beweglich und insbesondere verschieblich ist. Dadurch lässt sich der Transport eines gehaltenen Faserverbund-Halbzeugs von einem Ort zu einem anderen Ort realisieren.
Es ist dabei möglich, dass ein Fixierungselement für das mindestens eine Halteelement beweglich und/oder zumindest teleskopierbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann eine Höhenverschieblichkeit an zwei unterschiedlichen Einrichtungen vorgesehen werden. Beispielsweise ist jedes Halteelement individuell höhenverschieblich insbesondere über eine Beweglichkeit eines Fixierungselements beziehungsweise einer teleskopierbaren Ausbildung. Weiterhin kann auch eine Aufhängung für mehrere Halteelemente (insbesondere über Fixierungselemente) höhenverschieblich sein, um synchron eine Mehrzahl von Halteelementen bewegen zu können.
Insbesondere ist eine bewegliche Robotereinrichtung vorgesehen, an welcher das mindestens eine Halteelement angeordnet ist, wobei insbesondere unterschiedliche Halteelemente unabhängig voneinander feststellbar beweglich sind. Durch die Robotereinrichtung kann eine Mehrzahl von Halteeinrichtungen als Ganzes synchron bewegt werden. Dabei ist beispielsweise ein synchrones Anheben und ein gemeinsamer Transport realisierbar. Wenn unterschiedliche Halteelemente unabhängig voneinander feststellbar beweglich sind, insbesondere in einer Höhenrichtung, dann lassen sich diese individuell einer Oberfläche eines zu haltenden Faserverbund-Halbzeugs zustellen. Dadurch können auch Faserverbund-Halbzeuge mit komplexen und beispielsweise gekrümmten Oberflächengeometrien als Ganzes gehalten werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Harz ein Matrixmaterial für einen Faserverbundwerkstoff ist, welcher auf dem Faserverbund-Halbzeug hergestellt wird. Das Wirkmedium für das adhäsive Halten ist dann kein Störmaterial für den Faserverbundwerkstoff.
Insbesondere ist die Greifvorrichtung als Hebeeinrichtung und/oder Transporteinrichtung für ein gehaltenes Faserverbund-Halbzeug ausgebildet.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches ein möglichst störungsfreies Halten eines Faserverbund-Halbzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Faserverbund-Halbzeug Harz zugeführt wird und mindestens eine Halteelement in Kontakt mit dem Harz gebracht ist oder wird, wobei zum Lösen des mindestens einen Halteelements von dem Faserverbund-Halbzeug einem Kontaktbereich zwischen dem Faserverbund-Halbzeug und dem mindestens einen Halteelement Wärme zugeführt wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung durchführen beziehungsweise an der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung erläutert.
Insbesondere wird zur Fixierung des mindestens einen Halteelements an dem Faserverbund-Halbzeug der Kontaktbereich abgekühlt. Dadurch lässt sich in Abhängigkeit von dem verwendeten Harz bei Erreichen einer bestimmten Temperatur eine ausreichende Adhäsionskraft erzeugen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung, welche ein Faserverbund-Halbzeug hält;
2 eine schematische Darstellung eines Greifelements der Greifvorrichtung gemäß 1;
3 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Halteelements in der Richtung A gemäß 2;
4 die Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Halteelements in der Richtung A gemäß 2; und
5 unterschiedliche Formen von Faserverbund-Halbzeugen mit angedeuteten Kontaktbereichen für jeweilige Greifelemente.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung, welches schematisch in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, dient zum Halten (und Transportieren) eines Faserverbund-Halbzeugs 12. Das Faserverbund-Halbzeug 12 dient zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils. Es umfasst eine Faserstruktur ohne Matrixmaterial oder eine vorimprägnierte Faserstruktur (Prepreg-Material). Die Faserstruktur ist in eine bestimmte, an ein herzustellendes Bauteil angepasste Form gebracht. Sie wird mit Matrixmaterial, welches ein Harz ist, imprägniert und das Matrixmaterial wird ausgehärtet (konsolidiert). Bei einem Prepreg-Material erfolgt eine Aushärtung des bereits eingebrachten Matrixmaterials. Die Aushärtung des Harzes erfolgt üblicherweise unter Temperaturbeaufschlagung.
Die Greifvorrichtung 10 dient beispielsweise dazu, ein Faserverbund-Halbzeug 12 nach dessen Herstellung zu einer Imprägnierungsanlage beziehungsweise Aushärtungsanlage zu transportieren.
Die Greifvorrichtung 10 umfasst mehrere Greifelemente 14 (Greifarme).
Ein solches Greifelement 14 weist ein Halteelement 16 auf. Das Halteelement 16 hat eine Halteseite 18, welche bei einem Haltevorgang dem Faserverbund-Halbzeug 12 zugewandt ist und eine der Halteseite 16 abgewandte Rückseite 20.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Halteelement 16 eine Zylinderform oder Ringzylinderform.
Das Faserverbund-Halbzeug 12 lässt sich an den Greifelementen 14 über das jeweilige Halteelement 16 adhäsiv halten. In einen Kontaktbereich 22 zwischen dem jeweiligen Halteelement 16 und dem Faserverbund-Halbzeug 12 wird Harz aufgetragen. Das Harz haftet an der Halteseite 18 des Halteelements 16 an und haftet an dem Faserverbund-Halbzeug 12 an.
Das Greifelement 14 weist eine Zuführungseinrichtung 24 auf, über welche Harz aus einem Tank 26 dem Halteelement 16 zuführbar ist. Das Halteelement 16 ist an einem Fixierungselement 28 angeordnet. Dieses Fixierungselement 28 ist insbesondere stabförmig ausgebildet. Das Fixierungselement 28 ist beispielsweise hängend an dem Tank 26 angeordnet. An dem Fixierungselement 28 sind ein oder mehrere Kanäle der Zuführungseinrichtung 24 angeordnet, welche von dem Tank 26 zu dem Halteelement 16 führen und für eine fluidwirksame Verbindung sorgen.
An dem Halteelement 16 sind ein oder mehrere Kanäle gebildet, über welche Harz der Halteseite 18 zuführbar ist. Insbesondere weist das Halteelement 16 an der Halteseite 18 eine Ausnehmung 30 auf. Diese Ausnehmung 30 ist ringförmig ausgebildet. Die Ausnehmung 30 bildet selber einen Kanal oder steht in fluidwirksamer Verbindung mit einem Kanal, welcher wiederum in fluidwirksamer Verbindung mit der Zuführungseinrichtung 24 steht. Über die Ausnehmung 30 lässt sich das Faserverbund-Halbzeug 12 in dem Kontaktbereich 22 durch das Halteelement 16 hindurch mit Harz beaufschlagen. Die Harzzuführung zu dem Kontaktbereich 22 erfolgt über die Zuführungseinrichtung 24 von der Rückseite 20 des Halteelements 16 her durch dieses hindurch.
Bei dem Halteelement 16 gemäß 3 ist als Ausnehmung 30 ein ringförmiger Bereich 32 vorgesehen. Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß 4 weist das entsprechende Halteelement 16' an der Halteseite 18' eine erste ringförmige Ausnehmung 34 und eine zweite ringförmige Ausnehmung 36 auf, wobei die zweite ringförmige Ausnehmung 36 die erste ringförmige Ausnehmung 34 umgibt. Es lässt sich dadurch ein größerer Harzbeaufschlagungsbereich erreichen.
Auch andere Formen von Ausnehmungen 30 zur Harzzuführung an der Halteseite 18 sind möglich.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Halteseite 18 flach ausgebildet. Beispielsweise sind die Halteseite 18 und die Rückseite 20 parallel zueinander. Es ist auch möglich, angepasst an die Form des zu haltenden Faserverbund-Halbzeugs 12, dass die Halteseite 18 und die Rückseite 20 winklig und insbesondere in einem spitzen Winkel zueinander liegen. Ferner ist es möglich, dass die Halteseite 18 beispielsweise auch gekrümmt ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist das Halteelement 16 an dem Greifelement 14 austauschbar gestaltet, so dass ein Halteelement 16 zur speziellen Verwendung mit einem bestimmten Faserverbund-Halbzeug 12 einsetzbar ist.
Die Zuführungseinrichtung 24 umfasst eine Pumpeneinrichtung 38. Durch diese lässt sich Harz von dem Tank 26 über die Zuführungseinrichtung 24 zu dem Halteelement 16 pumpen, um entsprechend das Faserverbund-Halbzeug 12 zu beaufschlagen.
Ferner umfasst die Zuführungseinrichtung 24 eine Düse 40, durch welche Harz dosiert dem Halteelement 16 zuführbar ist. Insbesondere ist die Düse 40 zusammen mit der Pumpeneinrichtung 38 und gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Steuerventil so ausgestaltet, dass eine definierte Menge an Harz dem Halteelement 16 zuführbar ist, um so wiederum dem Kontaktbereich 22 eine genau definierte Menge an Harz zuführen zu können.
Der Zuführungseinrichtung 24 und/oder dem Tank 26 kann eine Einrichtung zugeordnet sein, welcher die Fließfähigkeit des Harzes in der Zuführungseinrichtung 24 beeinflusst und durch welche insbesondere die Fließfähigkeit steuerbar ist (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Insbesondere kann der Zuführungseinrichtung 24 eine Heizeinrichtung zugeordnet sein, um bei Bedarf die Viskosität des Harzes herabzusetzen, um eine definierte Zuführung zu dem Halteelement 16 zu ermöglichen. Wenn das verwendete Harz beispielsweise bei Raumtemperatur eine genügende Viskosität aufweist und die Greifvorrichtung 10 bei Raumtemperatur betrieben wird, dann ist eine solche Einrichtung nicht unbedingt notwendig.
Das Greifelement 14 umfasst eine Temperiereinrichtung 42. Über die Temperiereinrichtung lässt sich die Temperatur des Harzes im Kontaktbereich 22 zwischen dem Halteelement 16 und dem Faserverbund-Halbzeug 12 beeinflussen, um ein adhäsives Halten zu ermöglichen und dieses adhäsive Halten zu lösen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Temperiereinrichtung 42 ein Temperierelement 44. Dieses Temperierelement 44 ist an der Rückseite 20 des Halteelements 16 angeordnet und steht in Wärmekontakt mit diesem. Das Halteelement 16 ist insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material und beispielsweise metallischen Material gebildet, so dass der Kontaktbereich 22 über Wärmebeaufschlagung des Halteelements 16 thermisch beeinflussbar ist. Die Wärmebeaufschlagung ist dabei insbesondere eine Aufheizung und gegebenenfalls eine Abkühlung, wie untenstehend noch näher erläutert wird.
Das Temperierelement 44 ist beispielsweise ringförmig ausgebildet, mit einer Ringöffnung.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Temperierelement 44 ein Peltier-Element. Bei einem Peltier-Element lässt sich durch eine Strombeaufschlagung eine Erwärmung mit Erwärmung des Halteelements 16 erreichen. Durch Umkehrung des Stromflusses lässt sich eine Abkühlung mit entsprechender Abkühlung des Halteelements 16 erreichen.
Die Temperiereinrichtung 42 ist so ausgebildet, dass mindestens eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur einstellbar sind. Die erste Temperatur ist dabei so, dass über sie in dem Kontaktbereich 22 an dem Harz dort eine Temperatur herrscht, welche eine adhäsive Verbindung mit dem Halteelement 16 und dem Faserverbund-Halbzeug 12 ermöglicht. Die zweite Temperatur, welche oberhalb der ersten Temperatur liegt, ist derart, dass dann über das Harz keine adhäsive Verbindung mehr vorliegt und das Halteelement 16 von dem Faserverbund-Halbzeug 12 lösbar ist.
Das Harz verhält sich bei niedrigeren Temperaturen zäher als bei höheren Temperaturen. Es kann bei größerer Zähigkeit bei entsprechender Einstellung der Temperatur eine genügend hohe Adhäsionskraft erzeugt werden, um das Faserverbund-Halbzeug 12 über das Halteelement 16 mit dem Harz zu halten. Bei Wärmezufuhr und insbesondere auf die zweite Temperatur wird der Zustand des Harzes derart verändert, dass die Zähigkeit erniedrigt wird und eine Lösung von dem Halteelement 16 erreicht wird. Die Temperatur und insbesondere die erste Temperatur und die zweite Temperatur hängen von dem Harz ab und hängen auch davon ab, wie das Halteelement 16 und das Faserverbund-Halbzeug 12 ausgestaltet sind.
Es ist grundsätzlich möglich, wie beispielsweise über ein Peltier-Element als Temperaturelement 44, die erste Temperatur und die zweite Temperatur aktiv einzustellen, um ein adhäsives Halten zu ermöglichen (erste Temperatur) beziehungsweise um das adhäsive Halten "auszuschalten". Dies erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Temperiereinrichtung 42.
Es ist auch möglich, dass nur die zweite Temperatur durch entsprechende Aufheizung aktiv eingestellt ist. Es ist beispielsweise möglich, dass die Raumtemperatur bereits zum adhäsiven Halten ausreicht. In diesem Falle kann es sinnvoll sein, dass über eine entsprechende Einrichtung die Temperatur im Harz so erhöht wird, dass ein Transport in der Zuführungseinrichtung 24 zu dem Halteelement 16 erleichtert oder überhaupt erst möglich ist.
Das Harzmaterial zum adhäsiven Halten des Faserverbund-Halbzeugs 12 an dem Halteelement 16 ist insbesondere ein Matrixmaterial eines Faserverbundwerkstoffes, welcher mittels des Faserverbund-Halbzeugs 12 durch Harzimprägnierung und Konsolidierung beziehungsweise Konsolidierung eines vorimprägnierten Faserverbund-Halbzeugs hergestellt wird.
Das Halteelement 16 ist beweglich und insbesondere verschieblich. Insbesondere ist jedes Halteelement 16 der individuellen Greifelemente 14 der Greifvorrichtung 10 in einer Höhenrichtung 46 verschieblich. Die Höhenrichtung 46 ist dabei eine Richtung quer zu einer Oberfläche 48 des Faserverbund-Halbzeugs 12, mit welcher das Halteelement 16 beim Halten in adhäsivem Kontakt steht.
Beispielsweise ist die Höhenrichtung 46 mindestens näherungsweise parallel zur Schwerkraftrichtung g ausgerichtet.
Durch diese Beweglichkeit in der Höhenrichtung 46, welche entsprechend feststellbar ist, lässt sich zum einen jedes Greifelement 14 individuell anpassen, um auch beispielsweise bei einer gekrümmten Oberfläche 48 einen adhäsiven Kontakt mit dem jeweiligen Halteelement 16 und dem Faserverbund-Halbzeug 12 zu erhalten.
Durch die Beweglichkeit in der Höhenrichtung 46 lässt sich nach hergestelltem Kontakt (unter Einstellung der ersten Temperatur an den entsprechenden Kontaktbereichen 22) durch eine synchrone Bewegung in der Höhenrichtung 46 aller Halteelement 16 das Faserverbund-Halbzeug 12 durch die Greifvorrichtung 10 anheben.
Die Beweglichkeit in der Höhenrichtung 46 kann beispielsweise durch eine teleskopartige Ausbildung des Fixierungselements 28 realisiert sein. Es ist auch möglich, dass ein Greifelement 14 als Ganzes und/oder ein Fixierungselement 28 als Ganzes in der Höhenrichtung 46 beweglich ist. Dazu sitzt dieses beispielsweise mit dem Tank 26 an einer entsprechenden Einrichtung 50. Insbesondere ist die Einrichtung 50 Teil einer Robotereinrichtung. Die Einrichtung 50 wiederum ist vorzugsweise als Ganzes beweglich und insbesondere feststellbar verschieblich. Dadurch lässt sich ein gehaltenes Faserverbund-Halbzeug 12 von einem Ort zu einem anderen Ort transportieren.
Insbesondere ist die Einrichtung 50 in einer ersten Richtung 52 und in einer zweiten Richtung 54 beweglich und insbesondere feststellbar verschieblich. Die erste Richtung 52 und die zweite Richtung 54 liegen quer zu der Höhenrichtung 46 und sind insbesondere linear unabhängig. Es ist auch möglich, dass die Einrichtung 50 als Ganzes beispielsweise in der Höhenrichtung 46 oder zumindest in einer Richtung quer zur ersten Richtung 52 und quer zur zweiten Richtung 54 beweglich ist. Dadurch lässt sich beispielsweise ein synchrones Anheben erreichen.
Das Halteelement 16 ist an dem Fixierungselement 28 über eine Federeinrichtung 56 elastisch gelagert. Insbesondere ist die Kombination aus Halteelement 16 und Temperierelement 44 über die Federeinrichtung 56 elastisch gelagert. Dadurch lässt sich beim Aufsetzen des Halteelements 16 auf die Oberfläche 48 ein hartes Anschlagen vermeiden.
Die Greifelemente 14 sind an der Greifvorrichtung 10 entsprechend der Ausbildung des Faserverbund-Halbzeugs 12 positioniert. Dies ist in den 5 (a) bis (d) angedeutet. Insbesondere sind die Greifelemente 14 lösbar an der Greifvorrichtung 10 und insbesondere dort an der Einrichtung 50 fixiert, um eine Variation der Anordnung zu ermöglichen. Beispielsweise umfasst die Einrichtung 50 ein matrixartiges Schienensystem, an welchem die einzelnen Greifelemente 14 positionsveränderlich fixierbar sind.
Die Anordnung der Greifelemente erfolgt in Anpassung an ein vorgegebenes, zu haltendes Faserverbund-Halbzeug 12 und insbesondere dessen Gestalt. Die Greifelemente 14 sind so angeordnet und es wird eine solche Anzahl von Greifelementen 14 verwendet, dass bei adhäsiver Anhaftung der individuellen Halteelemente 16 ein Halten und insbesondere Hochheben und Transportieren des entsprechenden Faserverbund-Halbzeugs 12 ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Greifen eines Faserverbund-Halbzeugs 12 funktioniert wie folgt:
Die Greifelemente 14 der Greifvorrichtung 10 werden über Positionierung der Einrichtung 50 über der Oberfläche 48 des entsprechenden Faserverbund-Halbzeugs 12 positioniert. Die individuellen Halteelemente 16 der Greifelemente 14 werden dann auf die Oberfläche 48 aufgesetzt, indem eine (individuelle) Bewegung der Halteelemente 46 in der Höhenrichtung 46 erfolgt.
Es wird dann den Halteelementen 16 über die jeweiligen Zuführungseinrichtungen 24 aus dem jeweiligen Tank 26 Harz zugeführt. Dieses Harz tritt an den jeweiligen Ausnehmungen 30 aus und bildet die Kontaktbereiche 22 zwischen den jeweiligen Halteelementen 16 und dem entsprechenden Bereich des Faserverbund-Halbzeugs 12.
Es ist dabei möglich, dass vor oder bei Ausbringen des Harzes die entsprechenden Halteelemente 16 um einen entsprechenden Betrag von der Oberfläche 48 abgehoben werden, um eine gezielte Harzverteilung zu ermöglichen.
Durch die Temperiereinrichtung 42 wird dann eine Temperatur an dem Kontaktbereich 22 eingestellt, bei der das Harz derart zähviskos ist, dass entsprechend hohe Adhäsionskräfte erreichbar sind zum Halten der Halteelemente 16 an dem Faserverbund-Halbzeug 12. Insbesondere wird die erste Temperatur durch entsprechende Abkühlung eingestellt.
Das Faserverbund-Halbzeug 12 lässt sich dann über die Greifvorrichtung 10 als Ganzes halten und transportieren. Beispielsweise erfolgt ein Transport des Faserverbund-Halbzeugs unter Formerhaltung zu einer Infiltrierungsanlage für Harz.
Die Greifvorrichtung 10 positioniert das Faserverbund-Halbzeug 12 als Ganzes. Es wird dann die adhäsive Fixierung an den einzelnen Greifelementen 14 aufgehoben. Dazu erfolgt über die Temperiereinrichtung 42 eine entsprechende Erhitzung an den Halteelementen 16 derart, dass über eine entsprechende Erniedrigung der Zähigkeit des Harzes die adhäsive Fixierung an den Kontaktbereichen 22 gelöst wird.
Die Greifelemente 14 mit den Halteelementen 16 lassen sich dann von dem Faserverbund-Halbzeug 12 abheben.
Das verwendete Harzmaterial für das adhäsive Halten ist ein Matrixmaterial für das Faserverbund-Halbzeug. Es ist damit kein Fremdmaterial für den herzustellenden Faserverbund-Werkstoff.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Harz als Wirkmedium nicht unter den Gefrierpunkt und nicht über die Infiltrationstemperatur gebracht; es entsteht dadurch keine Feuchtigkeit in dem Faserverbund-Halbzeug 12. Ferner erfolgt zum Fixieren und Lösen keine mechanische Einwirkung auf das Faserverbund-Halbzeug 12.
Als Harzmaterial wird beispielsweise RTM6 verwendet.
Bezugszeichenliste

10: Greifvorrichtung
12: Faserverbund-Halbzeug
14: Greifelement
16: Halteelement
16': Halteelement
18: Halteseite
18': Halteseite
20: Rückseite
22: Kontaktbereich
24: Zuführungseinrichtung
26: Tank
28: Fixierungselement
30: Ausnehmung
32: Ringförmige Ausnehmung
34: Erste ringförmige Ausnehmung
36: Zweite ringförmige Ausnehmung
38: Pumpeneinrichtung
40: Düse
42: Temperiereinrichtung
44: Temperierelement
46: Höhenrichtung
48: Oberfläche
50: Einrichtung
52: Erste Richtung
54: Zweite Richtung
56: Federeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Schwingungsunterstütztes Greifen technischer Textilien" von C. Munzinger, V. Schulze und A. Ochs, VDI-Z 152 (2010), Nr. 6, Seiten 51 bis 53 [0004]

Claims

Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug (12), umfassend mindestens ein Halteelement (16), eine Zuführungseinrichtung (24) für Harz zu dem Faserverbund-Halbzeug (12), wobei das Faserverbund-Halbzeug (12) über das Harz adhäsiv an dem mindestens einen Halteelement (16) fixierbar ist, und eine Temperiereinrichtung (42), durch welche die Temperatur des Harzes an einem Kontaktbereich (22) mit dem mindestens einen Halteelement (16) und dem Faserverbund-Halbzeug (12) beeinflussbar ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) mindestens abschnittsweise aus einem wärmeleitfähigen Material und insbesondere metallischen Material hergestellt ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (42) in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen Halteelement (16) steht und insbesondere mindestens ein Temperierelement (44) umfasst, welches an dem mindestens einen Halteelement (16) angeordnet ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (42) so ausgebildet ist, dass durch sie mindestens eine erste Temperatur und eine zweite Temperatur einstellbar sind, wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist und bei der ersten Temperatur das Faserverbund-Halbzeug (12) über das Harz an dem mindestens einen Halteelement (16) adhäsiv gehalten ist und bei der zweiten Temperatur das Faserverbund-Halbzeug (12) gelöst ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperiereinrichtung (42) die erste Temperatur aktiv einstellbar ist oder durch einen Nicht-Heizbetrieb der Temperiereinrichtung (42) eingestellt ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperiereinrichtung (42) die zweite Temperatur durch Heizung aktiv einstellbar ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (42) mindestens ein Temperierelement (44) aufweist, welches ringförmig ausgebildet ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (42) mindestens ein Peltier-Element umfasst.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) eine Halteseite (18) hat und in dem mindestens einen Halteelement (16) ein oder mehrere Kanäle angeordnet sind, welche in fluidwirksamer Verbindung mit der Halteseite (18) stehen.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) eine der Halteseite (18) gegenüberliegende Rückseite (20) aufweist und der oder die Kanäle zwischen der Rückseite (20) und der Halteseite (18) liegen oder verlaufen.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) eine oder mehrere Ausnehmungen (30) zur Harzbeaufschlagung an der Halteseite (18) umfasst.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) oder Ausnehmungen ringförmig ausgebildet sind.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) elastisch an mindestens einem Fixierungselement (28) fixiert ist und insbesondere dass das mindestens eine Fixierungselement (28) stabförmig ausgebildet ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen Fixierungselement (28) ein oder mehrere Kanäle der Zuführungseinrichtung (24) angeordnet sind.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Tank (26) für das Harz, welcher in fluidwirksamer Verbindung mit der Zuführungseinrichtung (24) steht.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) oder mindestens ein Fixierungselement (28) für das mindestens eine Halteelement (16) an dem mindestens einen Tank (26) angeordnet ist und insbesondere hängend angeordnet ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtung (24) eine Pumpeneinrichtung (38) umfasst.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtung (24) mindestens eine Düse (40) aufweist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) in mindestens einer Richtung (46; 52; 54) beweglich und insbesondere verschieblich ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) in einer Richtung (46) mindestens näherungsweise parallel zur Schwerkraftrichtung (g) feststellbar beweglich ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (16) in mindestens einer Richtung (52; 54) quer und insbesondere in mindestens zwei linear unabhängigen Richtungen quer zur Schwerkraftrichtung (g) feststellbar beweglich ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixierungselement (28) für das mindestens eine Halteelement (16) beweglich und/oder teleskopierbar ausgebildet ist.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bewegliche Robotereinrichtung (50), an welcher das mindestens eine Halteelement (16) angeordnet ist und insbesondere dass unterschiedliche Halteelemente (16) unabhängig voneinander feststellbar beweglich sind.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Matrixmaterial für einen Faserverbundwerkstoff ist, welcher aus dem Faserverbund-Halbzeug (12) hergestellt wird.
Greifvorrichtung für ein Faserverbund-Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Hebeeinrichtung und/oder Transporteinrichtung für ein gehaltenes Faserverbund-Halbzeug (12).
Verfahren zum Greifen eines Faserverbund-Halbzeugs, bei dem dem Faserverbund-Halbzeug Harz zugeführt wird und mindestens ein Halteelement in Kontakt mit dem Harz gebracht ist oder wird, und bei dem zum Lösen des mindestens einen Halteelements von dem Faserverbund-Halbzeug einem Kontaktbereich zwischen dem Faserverbund-Halbzeug und dem mindestens einen Halteelement Wärme zugeführt wird.
Verfahren zum Greifen eines Faserverbund-Halbzeugs nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des mindestens einen Halteelements an dem Faserverbund-Halbzeug der Kontaktbereich abgekühlt wird.